[发明专利]一种水稻耐镉基因OsGSTU5及其编码蛋白与应用

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OsGSTU5及其编码蛋白与应用。

背景技术

镉(Cd)是一种重金属元素，是植物生长和发育的非必需元素，工业污染造成农田土壤中镉含量严重超标。土壤镉污染严重影响植物的正常生长发育，造成作物减产。镉在作物植株中富集还会经过食物链进入人和动物体内，进而危害人和动物的健康。水稻是我国最重要的农作物之一，水稻生产面积约占农作物种植面积的40％，水稻较其他农作物对镉有一定的耐受性，很容易吸收和富集镉，在不影响水稻的正常生长下，水稻体内镉含量已较高，水稻的镉污染具有很强的隐蔽性和危险性。因此，探明水稻对镉吸收、耐受、解毒的分子机理，对于有效利用土地资源，降低环境毒害，以及选育镉低积累作物新品种具有深远意义。

水稻遭受镉胁迫，会启动一系列防御机制。其中谷胱甘肽-S-转移酶(glutathioneS-transferase，GSTs)家族蛋白发挥重要的作用。它主要通过催化谷胱甘肽(GSH)和重金属结合形成复合物然后转运至液泡或细胞膜来解除镉对水稻的毒害。GSTs家族蛋白是个超级家族，广泛存在于胞液中，但是研究表明一个GST蛋白的功能不能依据该蛋白与家族其他成员的序列相似性而推导得知，这些GSTs家族蛋白功能呈现多样化。因此，人们并不知道每一种GST都具有什么样的性状或功能。例如，OsGSTU3和OsGSTU4，在水稻遭遇重金属、低氧和盐胁迫时在水稻根部诱导表达的(Moonsetal.，2003)。OsGSTU17在CDNB、过氧化氢和阿特拉津等非生物胁迫下表达量显著变化，其mRNA通过多种不同的机制在水稻的多组织中表达(Fukudaetal.，2004)。OsGSTU3和OsGSTU4的酵母体内试验表明其更耐铬(Ankitaetal.，2014)。基因OsGSTU5的功能至今仍未揭示。

发明内容

本发明的发明人发现并验证了一条耐镉基因的特性。本发明对基因OsGSTU5展开研究证实其受镉胁迫诱导，在水稻根、茎、叶均有强表达，通过进一步研究证明其具有对镉毒害耐受的特性。深入研究基因OsGSTU5为进一步解析基因OsGSTU5对镉耐受性的调控机理，为GSTs基因的应用提供基因资源和理论依据。

具体而言，本发明提供一种水稻耐镉基因OsGSTU5，其特征在于，所述水稻耐镉基因OsGSTU5的核苷酸序列包含：序列表中SEQIDNO:1所示的核苷酸序列；或者在序列表中SEQIDNO:1所示的核苷酸序列中添加、取代、缺失一个或多个核苷酸后所获得的具有同等或更高耐镉性能的核苷酸序列；或者在严谨条件下与序列表中SEQIDNO:1所示的核苷酸序列杂交所获得的具有同等或更高耐镉性能的核甘酸序列；或者与序列表中SEQIDNO:1所示的核苷酸序列具有90％以上同源性且编码相同蛋白质并具有同等或更高耐镉性能的核苷酸序列。

该水稻耐镉基因OsGSTU5来源于水稻品种日本晴(OryzasativaLcv.Nipponbare)。

本发明还提供一种水稻耐镉蛋白OsGSTU5，其由水稻耐镉基因OsGSTU5编码表达，其特征在于，水稻耐镉蛋白GSTs的氨基酸序列如序列表中SEQIDNO:2所示或者为序列表中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序列表中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。

本发明还提供一种表达盒，其特征在于，所述表达盒包含上述基因OsGSTU5或其片段。

本发明还提供一种表达载体，其特征在于，所述表达载体含有上述表达盒。所述载体包括：酵母表达载体pART1、作物过表达载体pCAMBIA1300。

本发明还利用上述基因或其片段获得了相应的宿主细胞，所述宿主细胞含有上述的基因或其片段，或者上述表达盒，或者上述的任一载体。所述的宿主细胞，选自大肠杆菌细胞、酵母细胞、农杆菌细胞或植物细胞。

本发明提供一种培育耐镉植物的方法，其特征在于，所述方法包括：利用上述的水稻耐镉基因OsGSTU5的过表达载体转化植物细胞或组织，并将转化的植物细胞或组织培育成植株。

所述方法中，所述转化通过农杆菌介导法进行。所述植物为双子叶或单子叶作物，优选为禾本科作物，更优选为水稻。