[發明專利]雙基因植物表達載體及其在增加作物對非生物脅迫耐性及鋅積累方面的應用

在審

• 申請號: 202210928156.0
• 申請日: 2022-08-03
• 公開（公告）號: CN115505598A
• 公開（公告）日: 2022-12-23
• 發明（設計）人: 張紅曉;鄭佳;王澤樂;胥華偉;呂淑芳;侯典云;宋鵬
• 申請（專利權）人: 河南科技大學
• 主分類號: C12N15/84
• 分類號: C12N15/84;C12N15/29;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 洛陽公信知識產權事務所(普通合伙) 41120
• 代理人: 王艷艷

本發明涉及雙基因植物表達載體及其在增加作物對非生物脅迫耐性及鋅積累方面的應用，屬于分子生物學技術領域，所述雙基因表達載體帶有兩種水稻金屬硫蛋白基因的表達框，即OsMT1a基因表達框p35S?MT1a?T35S和OsMT2c基因表達框pActin?MT2c?OCS，它們被先后導入植物表達載體pCactF中。該載體系統可通過農桿菌介導法轉入水稻或其他作物。金屬硫蛋白MT1a和OsMT2c組合過表達轉基因作物，能夠顯著增加對非生物脅迫的耐性，并促進微量元素鋅在植物地上部分的積累。該發明成果將為糧食作物的抗逆及鋅生物強化提供理論和技術支持。

技術領域

本發明屬于分子生物學技術領域，涉及一種增加植物對非生物脅迫耐性及對微量元素吸收的植物表達載體的構建方法及其應用。

背景技術

隨著礦產資源的開發利用、污水灌溉、以及各種化學產品和農藥的廣泛使用等，農田及農產品遭受的重金屬污染，已經成為危害生態環境和人類健康的突出問題。增加作物對重金屬污染的耐性，減少有害物質向地上部分運輸，或者增加必需元素的吸收和向上運輸，是當前亟需解決的科學技術問題。

金屬硫蛋白 (MTs) 是一類廣泛存在于生物體內、低分子量、富含半胱氨酸的誘導性金屬結合蛋白，具有螯合金屬及抗氧化等特性。動物細胞內的金屬硫蛋白能夠作為鋅伴侶分子，在不同鋅蛋白之間調節鋅離子的流動，并調控鋅的吸收和運輸。此外，MT也與能與細胞內的其他金屬離子，包括銅、鎘等結合，以解除游離金屬離子對細胞產生的氧化傷害。水稻MT家族包括15個基因，其中大多數MT家族成員能在一定程度上提高植物對重金屬及其他非生物脅迫的耐受力，并引起鋅積累的增加。Yang等 (2009，Plant Mol. Biol. 70:219-229) 發現OsMT1a過表達轉基因水稻可以顯著增加地上部分及籽粒的鋅含量，增幅分別達到45%和54%。我們的前期研究也發現（Zhang et al., 2017, Int. J. Mol. Sci. 18:2083），OsMT2c過表達顯著增加水稻對鎘的耐性，稻桿和籽粒中鋅含量均顯著高于野生型，而鎘含量則沒有明顯變化；另一方面，OsMT2c在莖節部位表達最為豐富，對鋅的長距離運輸以及再分配起著至關重要的作用（Lei et al., 2021, New Phytol. 229:1007–1020）。

植物細胞中有超過300個酶或轉錄因子是依賴鋅起作用的，缺鋅或者鋅過量均導致農作物減產及品質下降。另一方面，目前世界上有三分之一人口，由于膳食中鋅供給不足而導致營養不良。不少育種家提出，生物強化提高稻米鋅含量，是解決人類鋅缺乏最經濟有效的途徑。利用分子遺傳學方法能夠快速將這些特定性狀導入，以培育適應當前需要的轉基因作物。

發明內容

針對當前社會存在的農田污染問題和消費者對作物鋅強化的需求，本發明研制出增加作物對非生物脅迫的耐性，并促進微量元素鋅在作物籽粒積累的植物表達載體，該載體系統可通過農桿菌介導法轉入水稻或其他作物。金屬硫蛋白MT1a和OsMT2c組合過表達轉基因作物，能夠顯著增加對非生物脅迫的耐性，并促進微量元素鋅在植物地上部分的積累。該發明成果將為糧食作物的抗逆及鋅生物強化提供理論和技術支持。

本發明的第一方面，是提供一種雙基因植物表達載體，包含兩種水稻金屬硫蛋白基因的表達框，即OsMT1a基因表達框p35S-MT1a-T35S和 OsMT2c基因表達框pActin-MT2c-OCS。優選地，所述雙基因植物表達載體是將兩種所述水稻金屬硫蛋白基因的表達框導入載體pCactF中構建所得。作為更進一步地優選，所述雙基因植物表達載體中包含卡那霉素和潮霉素的抗性基因。

本發明的第二方面，是提供一種轉化體，所述轉化體是將上述植物表達載體轉化宿主細胞所得。優選地，所述宿主細胞為農桿菌。

本發明的第三方面，是提供上述雙基因植物表達載體或轉化體在增加作物對非生物脅迫耐性及對鋅吸收方面的應用。

優選地，所述非生物脅迫為重金屬脅迫，具體為鎘鋅脅迫。