[发明专利]四个水稻金属硫蛋白基因的新应用

说明书

技术领域

本发明属于生物基因工程领域，具体涉及四个水稻金属硫蛋白(Oryzasativa Metallothionein,OsMT)及其编码基因和在调控酵母镉耐受和积累方面的应用。

背景技术

镉是生物体非必需的毒性元素，和锌是同族元素，一般在自然界中以非活化的化 合物状态存在，含量极低。随着社会的发展和工业化进程的加快，人类活动对自然界的干扰 导致释放到环境中的活性镉元素日益上升。镉及其化合物被广泛应用于镍镉电池、颜料、合 金，以及电镀、塑料制品行业，镉的产量及用途在不断增加。据统计全世界每年向环境中释 放的镉达30000吨左右，其中82％-94％的镉会进入到土壤中。由于镉和锌的结构类似，通常 作为锌的替代物而被植物和农作物吸收。镉通过食物链进入人体，从而对人体健康造成危 害。

水稻是重金属镉富集的农作物之一。统计数据分析表明，按照点位超标率计算，重 金属镉污染在我国所有土壤污染物中排名第一，土壤镉污染超标面积已达我国国土总面积 的7％，其中我国水稻种植区域的镉污染尤为严重。美国农业部的一项研究表明，水稻是对 镉吸收最强的大宗谷类作物，其籽粒镉水平仅次于生菜。而稻米又是超过六成中国人的主 食。近几年来，稻米的重金属污染问题日渐浮出水面，稻米的镉超标事件也屡屡被报道，引 起了民众巨大的恐慌。克隆和分离水稻体内的镉胁迫应答和解毒基因，具有重要的意义和 潜在的应用价值。

金属硫蛋白是生物体内的金属结合蛋白，分子量较低，富含半胱氨酸，可以结合 镉、锌、铜在内的多种重金属。同时，由于半胱氨酸残基具有较强的还原性，金属硫蛋白也是 一个还原性的蛋白，能清除细胞内富余的活性氧，降低由各种逆境胁迫照成的氧化胁迫伤 害。研究表明，金属硫蛋白不仅参与体内微量元素的储存、转运和代谢，拮抗电离辐射，清除 自由基以及对重金属的解毒作用，还与生物体生长发育、抗病等有关。由于金属硫蛋白的这 种特征，决定了该类蛋白已经在医学、环境、食品、化妆品等领域进行了开发和应用。

水稻体内的4个金属硫蛋白基因在水稻基因组数据库(MSURiceGenome AnnotationProjectDatabaseandResource,http://rice.plantbiology.msu.edu/ index.shtml)中的编号分别为LOC_Os11g47809(OsMT-I-1a)，LOC_Os01g05650(OsMT-I- 2a)，LOC_Os01g10400(OsMTI-3a)和LOC_Os12g38270(OsMT-I-4c)。其中OsMT-I-1a蛋白为74 个氨基酸残基(SEQIDNO.2)，其编码基因的cDNA阅读框为225个核苷酸(SEQIDNO.1)； OsMT-I-2a蛋白为82个氨基酸残基(SEQIDNO.4)，其编码基因的cDNA阅读框为249个核苷 酸(SEQIDNO.3)；OsMT-I-3a蛋白为62个氨基酸残基(SEQIDNO.6)，其编码基因的cDNA阅 读框为189个核苷酸(SEQIDNO.5)；OsMT-I-4c蛋白为78个氨基酸残基(SEQIDNO.8)，其 编码基因的cDNA阅读框为237个核苷酸(SEQIDNO.7)。

目前，还没有文献报道水稻体内的4个金属硫蛋白基因是否能影响重金属(特别是 镉)在生物体内，特别是水稻中的的耐受或者积累。

在本发明中，我们主要公开了水稻体内的4个金属硫蛋白基因，该类基因在水稻体 内的表达对重金属胁迫响应。金属硫蛋白基因的表达能够影响重金属镉在生物体内的积 累，提供了将该类基因应用于工程菌——酿酒酵母的耐镉遗传改造的应用，也可应用于针 对镉污染微生物修复工程菌的遗传改造；本发明也简单阐述了可将该基因应用于植物的遗 传改造，培育用于重金属镉污染植物修复的转基因重金属超积累植物。

发明内容

本发明的目的之一是提供4个水稻金属硫蛋白OsMT-I-1a，OsMT-I-2a，OsMT-I-3a 和OsMT-I-4c，及其编码基因OsMT-I-1a，OsMT-I-2a，OsMT-I-3a和OsMT-I-4c的新应用。

实现上述目的的技术方案如下：