[發明專利]一種調控稻米鎘積累的基因OsABCG38及其編碼蛋白和應用

有效

• 申請號: 202011112728.5
• 申請日: 2020-10-16
• 公開（公告）號: CN112301036B
• 公開（公告）日: 2022-09-27
• 發明（設計）人: 唐麗;趙炳然;孫遠濤;董家瑜;李曜魁;呂啟明
• 申請（專利權）人: 湖南雜交水稻研究中心
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/84;C07K14/415;A01H4/00;A01H5/10;A01H5/06;A01H6/46
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 郭蓓霏;楊斌

本發明公開了一種調控稻米鎘積累的基因OsABCG38，其編碼區核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示；以及該基因OsABCG38的編碼蛋白，其氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。該基因OsABCG38主要在水稻的根系表達，敲除OsABCG38基因使水稻植株根系、秸稈和糙米的鎘含量均顯著下降，且對主要農藝性狀無顯著影響，表明OsABCG38基因正調控水稻鎘積累。與轉空載體的酵母對照相比，表達OsABCG38基因的酵母對Cd脅迫更敏感且鎘含量更高。本發明還公開了該基因OsABCG38或其編碼蛋白在改良水稻鎘積累特性或培育鎘低積累水稻品種中的應用，操作簡單，改良和培育新品種的周期短，且不影響主要農藝性狀。

技術領域

本發明屬于生物技術及遺傳育種領域，具體涉及調控稻米鎘積累的基因OsABCG38及其編碼蛋白在降低稻米鎘含量、培育鎘低積累水稻品種中的應用。

背景技術

鎘是一種生物毒性很強的重金屬，而水稻是一種高富集鎘的作物，稻田鎘污染不僅會影響水稻的正常生長發育，也會造成稻米鎘超標，嚴重威脅著以水稻為主食的人群的健康。據報道，我國約有2千萬公頃的耕地受到鎘、鉛、砷等重金屬污染，其中僅鎘污染的耕地就超過1300萬公頃，每年有大約1200萬頓的糧食受到鎘等重金屬污染，合計農業損失至少在兩百億以上。稻米鎘超標已成為影響稻米品質和糧食安全亟待解決的問題，阻控稻米鎘污染已經成為關系民生的大事，引起了政治界和學術界的廣泛關注。

ABC轉運蛋白(ATP-binding cassette transporters)家族是現階段已知最大、最古老的蛋白質家族之一，包括ABCA、ABCB和ABCC等8個亞家族，能轉運金屬、糖類、核苷酸、蛋白質、激素等多種底物。

稻米鎘積累涉及鎘吸收、轉運、分配等多個生理過程和諸多轉運蛋白。已鑒定的多數鎘轉運蛋白由于也是錳、鋅、鐵、鈣等其他金屬的主效轉運蛋白，因此其基因突變雖然降低了鎘含量，但往往因為突變體內的礦質元素穩態受到破壞而生長發育受阻，因此改良水稻鎘高積累特性、培育鎘低積累水稻品種需要更多的基因資源和育種途徑。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，克服以上背景技術中提到的不足和缺陷，提供一種調控稻米鎘積累的基因OsABCG38及其編碼蛋白和應用。

為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為：

本發明的第一個方面，提供了一種調控稻米鎘積累的基因OsABCG38，其編碼區核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示，或其編碼區核苷酸序列與SEQ ID NO：1所示的核苷酸序列具有80％以上同源性且其所編碼的蛋白質的氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。

本發明的第二個方面，提供上述基因OsABCG38的編碼蛋白，即水稻轉運蛋白OsABCG38，其氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。

本發明的第三個方面，還提供了上述基因OsABCG38或其編碼蛋白(水稻轉運蛋白OsABCG38)在改良水稻鎘積累特性或培育鎘低積累水稻品種中的應用。

上述的應用，優選的，其應用方法包括如下步驟：通過突變所述基因OsABCG38使其編碼蛋白的活性下調或失活(基因OsABCG38的突變使編碼蛋白的氨基酸翻譯提前終止或進行氨基酸的替換、刪除或插入)，或抑制所述基因OsABCG38表達(例如使基因OsABCG38的編碼區啟動子序列發生突變)使其編碼蛋白的豐度下調，進而改良水稻的鎘積累特性或培育出稻米鎘含量下降的鎘低積累水稻品種。

更優選的，突變所述基因OsABCG38或抑制所述基因OsABCG38表達所采用的方式包括基因編輯、EMS誘變、輻射誘變或航天搭載；所述基因編輯更優選為CRISPR/Cas9、TALEN技術。

更優選的，利用CRISPR/Cas9法進行基因編輯，進而改良水稻的鎘積累特性或培育出稻米鎘含量下降的鎘低積累水稻品種，其應用方法具體包括以下步驟：