[发明专利]一种水稻耐镉基因OsGSTU37及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物技术和作物基因工程技术领域。具体地，本发明涉及一种水稻耐镉基因OsGSTU37及其编码蛋白与应用。

背景技术

根据2014年4月17日首次发布的“全国土壤污染状况调查公报”，我国耕地土壤环境质量堪忧，土壤污染点位超标率为19.4％，主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、锑和多环芳烃，其中镉点位超标率为7.0％，居污染之首。镉作为植物生长的非必需元素，严重影响植物的正常生长，植物受镉毒害，导致根系活力降低，光合作用降低，生长被抑制直至死亡。植株受Cd²⁺危害时，还会激活逆境胁迫途径，产生活性氧物质(ReactiveOxygenSpecies，ROS)，间接地给植物生长带来毒害(Mithoferetal.，2004)。镉在植物中富集后还可通过食物链危及人类和动物的健康。

水稻是我国主要的粮食作物之一，水稻对镉有一定的耐受性，水稻较其他作物易吸收和富集镉，我国约有十分之一的市售大米镉含量超标。研究发现较低浓度的镉可以促进水稻的生长，镉含量超过一定量会抑制水稻的正常生长，镉离子能抑制蛋白酶和肽酶活性，从而抑制水稻种子的萌发和生长，严重影响水稻的产量和品质。镉在环境中不能降解，降低和消除镉污染成为一个亟待解决的问题。通过换土、优化水肥或者全生育期淹水等措施都可以缓解镉对水稻的毒害，降低稻米中的镉含量，但这会大大增加种植成本。因此，用基因工程的方法改良农作物的耐镉性，培育镉积累量低的品种，是减少稻米镉污染的一个经济且有效的途径。

研究表明，同样的镉污染，不同品种的水稻耐镉能力和镉积累能力存在很大差异。在耐镉水稻品种中获取耐镉基因。研究水稻对镉吸收、转运及对镉胁迫的抗性机理，对耐镉基因的生理特性及调控机制进行研究，应用耐镉基因增强植物对镉的耐受性和清除能力，培育耐镉作物，降低镉污染对作物及人畜的健康威胁。水稻作为单子叶植物的模式生物，从中分离获得的耐镉基因具有重要的推广价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种水稻耐镉基因OsGSTU37及其编码蛋白OsGSTU37及耐镉基因OsGSTU37在培育耐镉植物中的应用。

首先，本发明提供一种水稻耐镉基因，将其命名为水稻耐镉基因OsGSTU37或基因OsGSTU37，其来源于水稻品种日本晴(OryzasativaLcv.Nipponbare)。其编码蛋白是OsGSTU37，该编码蛋白的氨基酸序列如序列表中SEQIDNO:2所示或者由序列表中SEQIDNO:2经取代和/或缺失和/或添加一个或几个氨基酸残基后与SEQIDNO:2限定的蛋白质具有相同功能的序列。需要说明的是，上面的表述中，根据生物科学语言的表述规则，大写斜体的英语名称OsGSTU5表示为基因；而大写正体的英语名称OsGSTU5则表示为蛋白。

在另一种实现方式中，水稻耐镉基因OsGSTU37的核苷酸序列选自下列核苷酸序列之一：

(a)序列表中SEQIDNO:1中所示的核苷酸序列；或者

(b)序列表中在SEQIDNO:1中所示的核苷酸序列中添加一个或多个核苷酸后所获得的核苷酸序列；或者

(c)在序列表中SEQIDNO:1中所示的核苷酸序列中取代一个或多个核苷酸后所获得的核苷酸序列；或者

(d)在序列表中SEQIDNO:1中所示的核苷酸序列中缺失一个或多个核苷酸后所获得的核苷酸序列；或者

(e)在严谨条件下可与序列表中SEQIDNO:1中所示的核苷酸序列杂交的核甘酸序列；或者

(f)与序列表中SEQIDNO:1中所示的核苷酸序列具有90％以上同源性，且编码相同蛋白质的核苷酸序列。

另一方面，本发明提供一种水稻耐镉基因OsGSTU37的酵母异位表达方法。具体而言，在该方法中，依据水稻耐镉基因OsGSTU37的编码区(CDS)序列设计扩增引物，以水稻cDNA为模板，利用引物扩增基因OsGSTU37，用NcoI和BamHI对基因OsGSTU37和酵母表达载体pART1进行双酶切，将基因酶切片段与大载体片段用T4DNA连接酶进行连接，构建基因OsGSTU37的酵母表达载体，并转化酵母细胞。酵母体内耐镉试验显示：非镉胁迫下空载体及该基因的酵母长势一致；而在50μMCdCl₂胁迫下对照载体酵母生长受到严重抑制，而表达OsGSTU37的酵母仍然可以部分生长。酵母体内试验证明OsGSTU37具有耐镉特性。