[发明专利]桑树铜转运蛋白MaZIP4及其应用

说明书

本发明公开了一种桑树铜转运蛋白MaZIP4及其应用，属于植物基因工程技术领域。所述桑树铜转运蛋白MaZIP4的基因序列和氨基酸序列分别如SEQ ID NO.1和SEQ ID NO.2所示。本发明通过桑树在铜胁迫下相关生理生化指标的分析，以及桑树铜转运蛋白MaZIP4的研究，完善了桑树基因组并且提供了桑树铜转运蛋白在铜胁迫条件下的表达分析和应用。为研究桑树抗重金属胁迫调控机制和培育新品种提供了重要的分子依据。

技术领域

本发明属于植物基因工程领域，涉及到一种桑树铜转运蛋白MaZIP4及其应用。

背景技术

在植物所有必需营养元素中，铜离子是植物生长发育必需的微量营养元素，又是污染环境的重金属元素。主要以二价铜离子的形式被植物所利用，一方面，可作为氧化酶的辅因子，控制蛋白质的结构，影响生理生化代谢过程；另一方面，已从超富集植物中克隆出多个金属转运蛋白基因，这些基因表达的转运蛋白对细胞中重金属的转运、分布和富集发挥着重要作用。土壤中铜元素含量过高或过低都会影响植物生长发育、生理代谢以及作物产量，为了适应土壤中不断变化的铜离子含量以及应付其它形式的胁迫，植物必须在整体水平和细胞水平上严格控制铜离子的转运。通过研究植物铜离子吸收机制以及生理生化指标，才能从分子生物学途径改良植物品种，提高植物重金属胁迫能力。

土壤中铜离子的供应量变化能影响植物的正常生长发育。植物为了维持铜的稳态，进化构建出严格调控的体内平衡网络，控制铜离子的摄取和传递，许多不同类型的铜转运蛋白在整个调控过程中发挥重要作用。这些铜转运蛋白位于植物体内不同器官和细胞的不同位置，根据其功能可将其分为吸收型铜转运蛋白，包括高亲和性COPT(coppertransporter)转运体家族、黄色条纹蛋白(yellow stripe-like protein,YSL)家族等介导向胞质溶胶的转运；排出型铜转运蛋白，包括流出p型ATPases家族，RAN1、PAA1、PAA2、HMA5、HMA1；还有位于胞内的金属伴侣蛋白，包括ATX1,CCH，和CCS1，介导Cu+传递到特定的蛋白质点；及植物ZIP(Zn-regulated transporter,Iron-regulated transporter-likeProtein)蛋白属于金属转运蛋白家族，参与锌、铜、镉、铁或锰的摄取和分配。

在拟南芥中，ZIP家族基因编码14个蛋白质成员。AtlRT1是一种高亲和力的铁摄取转运蛋白。AtlRT2和AtlRT3负责根系对铁和锌的吸收。AtlRT1是一种液泡转运体，将锰和锌从液泡中运输到根细胞的细胞质中。AtZIP2位于PM中，可能介导锰(也可能是锌)进入根中柱细胞，或在柱中锰/锌向木质部薄壁组织迁移。虽然，AtZIP3被认为是将锌和铁从土壤运输到植物，但AtZIP4可能参与了锌和铜在组织之间的运输。有研究表明，拟南芥ZIP家族有14个成员，AtZIP2和AtZIP4可以互补酵母铜和锌的转运突变体。拟南芥遭受铜和锌缺乏时，AtZIP2和AtZIP4的表达上调，但在铁缺乏时AtZIP2和AtZIP4的表达不变。水稻基因组有18个ZIP成员。OsIRT1和OsIRT2主要是根中转运铁和锌的同源物。OsZIP1被认为是锌缺乏症诱导表达的锌摄取转运体，但其过表达通过限制重金属在水稻组织中的积累可以来解毒过量的铜。

在铜胁迫条件下，ZIP4基因的转录水平有所变化；植物中MDA含量、PRO含量、SOD活性、POD活性以及可溶性蛋白含量随着铜胁迫处理时间的延长，均出现不同程度的变化趋势。研究发现，随着铜胁迫处理时间的延长，ZIP4基因的表达在植物不同部位有不同程度的变化，维持植物铜稳态，有利于植物正常生长。

我国是世界上种植桑树、养蚕最早的国家，桑树的栽培已有几千年的历史，桑树种质资源的研究培育和桑树产业的开发已经得到越来越多的重视。充分认识和发掘桑树的经济价值和生态保护作用，建立相辅相成的桑蚕产业经济发展和生态产业多样化的模式，增加桑资源开发途径，为蚕桑业的推广和应用起到了重要的作用。

发明内容

发明目的：本发明要解决的技术问题是提供一种桑树铜转运蛋白MaZIP4及其在铜胁迫条件下代谢检测和表达调控中的应用。