[發明專利]一種提高水稻鎘脅迫抗性的方法

在審

• 申請號: 202310441940.3
• 申請日: 2023-04-23
• 公開（公告）號: CN116410987A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 鄒文莉;孟麗君;陳粵彤;葉國友;張銘旆
• 申請（專利權）人: 中國農業科學院深圳農業基因組研究所;佛山鯤鵬現代農業研究院
• 主分類號: C12N15/29
• 分類號: C12N15/29;C12N15/84;A01H5/00;A01H6/46
• 代理公司: 成都方圓聿聯專利代理事務所(普通合伙) 51241
• 代理人: 張敏

本發明公開了一種提高水稻鎘脅迫抗性的方法，在水稻植株中過表達OsCAX1c基因，從而提高水稻鎘脅迫抗性，所述OsCAX1c基因編碼SEQ?ID?No.1所示的多肽。通過在水稻中過表達OsCAX1c基因，可以在鎘脅迫環境下，增強鎘耐性和降低鎘轉運。與野生型相比，轉基因株系的根部鎘濃度增加了8.1％，地上部鎘濃度降低了20.2％，根部向地上部的鎘轉運率下降65.1％。適當的施加外源鈣可以顯著提高OsCAX1c的敲除和過表達株系的耐性。

技術領域

本發明屬于生物技術領域，具體涉及一種提高水稻鎘脅迫抗性的方法。

背景技術

鎘(Cd)是環境中毒性最大的重金屬之一，是植物生長和發育的非必需元素。鎘脅迫抑制植物的光合速率和酶活性，從而對植物氧化應激的防御系統等有負面影響，并影響稻米品質和產量。此外，鎘很容易被水稻吸收并積累在谷物中，并通過食物鏈進入人體內，對人類的健康造成嚴重威脅，因此，挖掘到能夠降低水稻鎘吸收的優異基因，培育能夠顯著降低鎘積累的水稻品種，從而解決大米鎘含量超標的問題，對人類的健康至關重要。

許多研究揭示了(Ca²⁺/H⁺)反向轉運體(CAX)家族基因在植物生長發育和各種脅迫反應適應性上起重要作用，尤其是調節了重金屬(鈣、鎘、錳(Mn)、鋅(Zn))及鹽脅迫耐性。鈣離子已被證明可以調節多種細胞功能，在不同的壓力條件下調節植物的生長和發育，并在植物信號轉導中發揮重要作用。

目前已報道不少參與了鎘耐性和累積的基因，然而在常規和生物技術育種上得到應用的基因很少。如何降低水稻鎘毒害對于在農業生產和保障國家糧食安全上具有重要意義。

發明內容

本發明所要解決的技術問題為：如何提高水稻鎘脅迫抗性，降低水稻鎘毒害。

本發明的技術方案為：一種提高水稻鎘脅迫抗性的方法，在水稻植株中過表達OsCAX1c基因，從而提高水稻鎘脅迫抗性，所述OsCAX1c基因編碼SEQ?ID?No.1所示的多肽。

進一步地，過表達OsCAX1c基因植株生長過程中添加鈣離子。

進一步地，所述鈣離子的濃度為3mM。

進一步地，過表達OsCAX1c基因的方法為構建OsCAX1c基因過表達載體，然后通過農桿菌轉化水稻，獲得過表達OsCAX1c基因的水稻植株。

進一步地，所述OsCAX1c基因的核苷酸序列如SEQ?ID?No.2所示。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：

1.通過系統研究，首次公開了日本晴水稻轉Ubi啟動子啟動的水稻基因OsCAX1c株系，在鎘脅迫環境下，增強鎘耐性和降低鎘轉運。與野生型相比，轉基因株系的根部鎘濃度增加了8.1％，地上部鎘濃度降低了20.2％，根部向地上部的鎘轉運率下降65.1％。

2.本發明首次公開了適當的施加適當外源鈣(3mM)可以顯著提高OsCAX1c的敲除和過表達株系的耐性，尤其增強了OsCAX1c的敲除系的耐性(幾乎回補到了野生型水平)。

3.本發明發明了適當外源鈣緩解鎘毒害的方法，該方法不僅可以應用于常規水稻品種。另外對于基因編輯表現差的基因(如低鎘耐性高鎘累積)，也能明顯得到改善。

4.本發明說明可將OsCAX1c基因應用于水稻鎘累積的遺傳改良和低鎘積累品種的培育，尤其是施加外源鈣可以進一步加快鎘安全品種的培育。

附圖說明

圖1：基于CRISPR/Cas9基因編輯及水稻基因Ubi啟動子啟動水稻基因OsCAX1c敲除和過表達載體示意圖和OsCAX1c表達量的鑒定。

圖2：苗期鎘脅迫水培條件下轉基因株系的生長表型及鎘累積情況。