[发明专利]水稻来源的金属镉结合蛋白及其编码基因和应用

说明书

本发明公开了一种水稻来源的金属镉结合蛋白及其编码基因和应用。本发明首先公开了一种水稻来源的金属镉结合蛋白，其氨基酸序列为SEQ ID No.1所示，其编码基因的核苷酸序列为SEQ ID No.2所示。本发明在大肠杆菌中异源表达所述金属镉结合蛋白基因，可以在重金属镉存在条件下快速高效的降低镉的含量。本发明进一步公开了所述的金属镉结合蛋白或其编码基因在修复镉污染土壤、培育镉抗性提高植物新品种、培育镉超富集性植物新品种以及降低水稻稻谷中镉含量等方面的应用。

技术领域

本发明涉及一种水稻(Oryza sativa)来源的金属镉结合蛋白及其编码基因，还涉及所述金属镉结合蛋白及其编码基因在修复镉污染土壤、培育镉抗性提高植物新品种、培育镉超富集性植物新品种以及降低水稻稻谷中镉含量等中的应用，属于水稻来源的金属镉结合蛋白的分离及应用领域。

背景技术

镉是毒性最强的重金属之一，由于人类活动导致一些地区农田土壤受到不同程度的污染，导致粮食和蔬菜的镉污染问题日益突出。据统计，中国约有114万公顷土地受到镉污染，其中耕地面积为1.3万公顷，涉及11个省(市)的25个地区。2010年的统计年鉴数据表明，中国稻谷年产量约为2亿吨，可生产稻米约为1.3亿吨，若按照前期抽检发现10％稻米镉超标计算，则有1300万吨稻米存在镉超标问题。如此严重的稻米镉超标问题已成为粮食安全甚至社会稳定的严重隐患和粮食安全风险。针对稻米镉污染的研究目前多集中在土壤改良，低富集水稻品种筛选和后期镉污染稻米的加工等。其中，土壤改良技术是最上游最重要的一种修复方法。目前主要的土壤改良技术是采用物理化学修复技术，其往往伴随着高能耗、高费用、二次污染等问题，因而不适用于大规模污染土壤的修复。而近年来发展起来的利用植物和微生物修复污染土壤的生物修复方法，因其绿色环保、高效、低成本等优点而受到广泛关注。

在生物修复方法中往往需要使用具有超富集重金属的植物和微生物，但是大多数富集重金属的植物生长缓慢且需要特定的生长环境，而超富集的微生物在加入重金属污染土壤中面临着与土壤土著微生物的竞争。为此，利用基因工程的方法在生长势好、适应性强的植物和微生物异源表达金属结合蛋白基因可以解决此问题，使原本不是超富集重金属的植物和微生物成为超富集重金属的植物和微生物。例如，2000年，Valls等将在细菌Ralstonia eutropha CH34的表面展示来源于老鼠的金属硫蛋白基因(mts)，构建的工程菌株以固定土壤中的重金属离子，结果表明当土壤镉浓度为150μmol时，工程菌株可固定土壤中70％的镉，使其不被植物吸收(Valls，Nature biotechnology，2000)。金属硫蛋白MTs是金属结合蛋白中的一种，因其低分子量、高巯基含量，可以大量结合重金属离子的蛋白，因此称之为金属硫蛋白。MTs是1957年由美国哈佛大学的Margoshes和Vallee首次从马的肾脏中分离得到，之后发现此蛋白广泛存在动物、植物和微生物中。

MTs的结构特点包含高半胱氨酸和缺少芳香族氨基酸，且半胱氨酸残基是MTs对金属离子高亲和性结合能力的原因，现发现的MTs一般具有高度的氨基酸序列相似性。分离鉴定一种水稻来源的金属镉结合蛋白，利用异源表达金属镉结合蛋白基因来降低水稻稻谷中的镉含量，将有效提高安全性及可靠性。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种水稻来源的金属镉结合蛋白及其编码基因；

本发明所要解决的第二个技术问题是提供所述水稻来源的金属镉结合蛋白在降低水稻稻谷中的镉含量中的应用。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：

本发明首先公开了一种水稻来源的金属镉结合蛋白A3AGZ4，其氨基酸序列为SEQID No.1所示。

本发明从水稻中分离鉴定的金属镉结合蛋白A3AGZ4，其分子量为28.82kDa。现发现的金属硫蛋白MTs一般具有高度的氨基酸序列相似性。本发明所述水稻来源的金属镉结合蛋白A3AGZ4的蛋白序列和氨基酸组成与现有的MTs差异很大。