[发明专利]水稻半胱氨酸合酶编码基因OsASTOL1突变体及其应用

说明书

本发明公开了水稻半胱氨酸合酶OsASTOL1及其应用。一种半胱氨酸合酶OsASTOL1，序列如SEQ ID NO.1所示。该基因发生点突变导致单个氨基酸替换后，显著提高了水稻根部砷含量的积累和地上部硫和硒的积累。本发明通过大量实验发现了水稻中的半胱氨酸合酶编码基因OsASTOL1的生物学功能，该基因突变后，astol1突变体根部的砷储存能力显著提高，从而导致突变体籽粒砷含量显著降低；astol1突变体根部的硫和硒吸收能力显著提高，从而导致突变体籽粒硫和硒含量显著增高。

技术领域

本发明属于植物基因工程技术领域，涉及水稻半胱氨酸合酶基因OsASTOL1突变体及其应用。

背景技术

目前，重金属污染带来的食品安全问题日益突出。水稻是重要的粮食作物，全球有一半左右的人口以水稻为主要粮食作物。相对于其他作物，水稻对砷(As)具有富集效应(Suet al.,2009)，人们会通过日常摄取而受到As的威胁(Zhao et al.,2010)。因此解析水稻对As的吸收解毒机制以及通过基因工程技术开发降低水稻籽粒对As的积累的方法十分重要。在植物体内，As(III)是As的主要存在形态，可以被植物谷胱甘肽(GSH)和螯合肽(PCs)螯合并被转运到液泡中(Zhao et al.,2010；Clemens and Ma,2016)。GSH和PCs是硫素(S)代谢的产物，增加水稻体内GSH和PCs含量是降低水稻籽粒As积累的重要手段(Hayashi etal.,2017；Deng et al.,2018)。

由于长期维生素和矿物营养元素摄取不足造成的“隐形饥饿”也日益受到国际社会的关注。硒(Se)，是人类所必需的营养元素，缺硒会增加患癌症和心血管疾病等健康问题的风险(Sors et al.,2005)。在中国的许多地区平均硒摄入量是低于世界卫生组织(WHO)建议标准(40μg d^-1)，甚至有的地区的硒摄入量低于10μg d^-1(Combs,2001；Chen et al.,2002)。水稻作为重要的主食，提高水稻籽粒中硒含量是满足人类硒摄入的一种良好途径。在土壤中的硒酸盐是植物硒元素吸收的主要来源。由于硫酸盐和硒酸盐的化学相似性，硒酸盐可以通过硫酸盐转运蛋白吸收进入根部(Shibagaki et al.,2002)。

目前，水稻中直接影响到水稻籽粒中砷和硒积累的基因报道较少。OsASTOL1基因在GenBank中的登录号为AF073695.2，注释为半胱氨酸合酶(Cysteine Synthase)。

发明内容

本发明的目的是提供突变的水稻半胱氨酸合酶编码基因OsASTOL1。

本发明的目的是提供水稻半胱氨酸合酶编码基因突变体的应用。

本发明的目的可通过以下技术方案实现：

突变的水稻OsASTOL1基因，其CDS序列如SEQ ID NO.1所示，第566位处发生单碱基替换(由野生型的G突变为A)造成氨基酸的替换(野生型的丝氨酸被替换为突变型的天冬酰胺)。

本发明所述的突变的半胱氨酸合酶基因在降低了水稻籽粒中砷含量中的应用。

本发明所述的突变的半胱氨酸合酶基因在提高水稻根部和地上部硫和硒元素的含量中的应用。

本发明所述的突变的半胱氨酸合酶基因在通过基因工程手段降低水稻籽粒中砷含量、提高水稻根部和地上部硫和硒元素的含量中的应用。

含有本发明所述的突变的半胱氨酸合酶基因的重组表达载体。

本发明所述的重组表达载体在降低了水稻籽粒中砷含量中的应用。

本发明所述的重组表达载体在提高水稻根部和地上部硫和硒元素的含量中的应用。

本发明所述的重组表达载体在通过基因工程手段降低水稻籽粒中砷含量、提高水稻根部和地上部硫和硒元素的含量中的应用。