[发明专利]转日本晴水稻OsNramp5基因的重金属超富集转基因工程水稻的创制及应用

说明书

本发明公开一种转日本晴水稻OsNramp5基因的重金属超富集转基因工程水稻的创制，包括：克隆水稻中OsNramp5基因；以植物表达载体为基础，构建包含强启动子、筛选基因的转化载体，将所述OsNramp5基因通过同源重组方法插入所述转化载体，获得超量表达双元载体；将所得超量表达双元载体通过根癌农杆菌转入水稻愈伤组织中，培育转基因苗并筛选转基因阳性植株；其中，转基因受体植株为水稻日本晴品种。本发明提供的培育方法可解决野生重金属富集植株耐性有限、成长缓慢、生物量小、生长环境特殊以及重金属重返等问题。此外，本发明还提供一种转日本晴水稻OsNramp5基因的重金属超富集转基因工程水稻的创制中所得的重金属超富集转基因植株在土壤重金属修复中的应用。

技术领域

本发明属于转基因植株和重金属污染治理领域，具体涉及转日本晴水稻OsNramp5基因的重金属超富集转基因工程水稻的创制及应用。

背景技术

重金属污染问题已成为一个世界性重大环境问题，重金属污染不仅威胁动植物、微生物生产发育，还通过食物链等威胁人类健康乃至生命。导致土壤污染的重金属主要有As、Cd、Co、Cr、Cu、Hg等，一般为几种重金属的复合污染。重金属矿区、经济高速发展区的重金属污染情况尤为严重，导致我国许多农产品由于重金属超标而被拒绝进入国际市场。

各国对重金属污染的生态效应和防治的研究越来越重视，已探索出多种治理技术。然而传统的重金属污染技术如土壤固化、玻璃化、淋滤化、洗土法、客土法、电化学法等物理化学方法，不仅成本高昂，难以大规模使用，而且常常导致土壤结构破坏、土壤生物活性下降和土壤肥力退化。因此，寻求一种廉价而永久有效，又可以维持土壤肥力的替换方法一直是国际上研究的难点和热点。

利用绿色植物清除污染物的策略，即植物修复技术具有成本低，环境友好和可再利用等特点，是一种非常有前景的环境污染原位治理途径。广义的植物修复指通过植物萃取、转化、固定、挥发、降解作用将土壤及水体中有机污染物、重金属等污染物清除的过程。通过种植具有重金属富集能力的植物，将植物收割并妥善处理(如灰化等)，以到达将重金属移出土壤环境，清除土壤重金属污染的目的。

基因是决定植物对土壤重金属吸收积累特性的最重要因素，重金属富集植物耐重金属的机制主要包括三个方面，第一，排斥机制，阻碍重金属的吸收或体内运输，吸收后又排出体外；第二，局域化机制，使重金属在植物的液泡、表皮毛、细胞壁等特定部位积累，从而与细胞中的其他组分隔离，达到解毒的效果；第三，络合机制，植物体内物质与重金属络合，包括与无机物络合形成硫化物，与小分子有机物如GSH、草酸、组氨酸和柠檬酸等络合后在液泡中聚集，与大分子的金属鏊合蛋白络合。但目前，野生重金属富集植株存在耐性有限、成长缓慢、生物量小、生长环境特殊、以及重金属重返等问题。基因工程技术是目前土壤重金属修复研究中最具前景的高新生物技术，因此，将植物的重金属超富集基因克隆并转移到生物量大、生产迅速的植物上以提高植物修复的能力，是解决土壤重金属污染问题的有效方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种转日本晴水稻OsNramp5基因的重金属超富集转基因工程水稻的创制及应用，解决野生重金属富集植株存在耐性有限、成长缓慢、生物量小、生长环境特殊、以及重金属重返等问题。

为实现上述目的，本发明提供一种转日本晴水稻OsNramp5基因的重金属超富集转基因工程水稻的创制，具体指重金属超富集转基因工程水稻的构建方法，包括：

(1)重金属超富集基因的克隆，克隆水稻中OsNramp5基因。研究结果表明，OsNramp5蛋白对镉、锰等重金属离子具有较强的吸附能力，是水稻富集镉等重金属的关键基因，过量表达该基因能够显著提高水稻对镉等重金属的吸附能力；

(2)超量表达双元载体的构建，以植物表达载体为基础，构建包含强启动子、筛选基因的转化载体，将骤(1)克隆得到的OsNramp5基因通过同源重组方法插入所述转化载体，获得超量表达双元载体；