[发明专利]通过超表达秋茄KoCSD3提高植物镉耐受性的方法

说明书

本发明属于基因表达技术领域，公开了一种通过超表达秋茄KoCSD3提高植物镉耐受性的方法，通过超表达秋茄KoCSD3提高植物镉耐受性的方法使用表达载体pCAMBIA1302‑KoCSD 3；以pCAMBIA1302载体为骨架，利用NcoI和BstEII两个酶切位点，将原有的GUS基因片段切除；再利用无缝克隆技术将带有双酶切位点的KoCSD3基因片段分别连入载体中，构建表达载体。超表达KoCSD3的烟草较野生型表现出更高的镉耐受性，表现在植株的根系生长发育情况上，也发现KoCSD3可提高烟草根系木质素含量且促进维管组织的木质化。与超表达秋茄其他SOD成员相比，超表达KoCSD3可显著降低烟草中镉的累积。

技术领域

本发明属于基因表达技术领域，尤其涉及一种通过超表达秋茄KoCSD3提高植物镉耐受性的方法。

背景技术

目前，镉(Cd)是常见的具有高毒性的环境污染物之一，其具有移动性强，难降解等特征，容易被植物根系吸收转运到植物的地上部分并在植物组织器官中累积(Benavides，et al.2005；Gill，et al.2012)。Zhang等对中国11个省的土壤调查表明，中国至少有13330公顷的农田遭受Cd污染(Zhang，et al.2000)。当镉在植物体内的含量超过一定量(5-10μg/g干重)时，就会对植物产生毒害效应，如引起植物形态、生理生化以及细胞分子水平的变化，对植物正常生长发育的各个方面造成不可逆转的伤害。值得注意的是，植物是人类接触镉的主要来源，镉会累积在植物的不同器官中，并通过食物链进入人体，极大的威胁人类的健康(Rainbow，et al.2011；Satarug，et al.2002)。

作为典型的拒盐红树植物，秋茄(Kandelia obovata)是我国东南沿海红树林的优势种，对海陆交错带高有机质、低氧以及多种重金属污染的复杂环境有较强的耐受性(Weng，et al.2012)。早年间有学者认为拒盐类红树植物根系的内皮层具有“超滤机制(ultrafiltration mechanism)”(Tolinson P.B.1986)，可阻挡重金属进入韧皮部进而减少重金属往地上部分的转运。于俊义(2014)的进一步研究结果表明秋茄根系外皮层的次生增厚现象也同样具有类似“超滤机制”的作用，并且在镉胁迫过程中外皮层的次生增厚现象先于根内皮层凯氏带的形成，被认为是凯氏带形成前的“镉迁入屏障”。最近，研究人员发现这层不可渗透的根表屏障还调控着根际气体、水分及溶质的通量，可有效阻挡镉、铅、锌和铜等多种重金属向根内迁移，是确保秋茄在重金属富集的湿地环境中正常生长的关键(Pi，et al.2009，Cheng，et al.2014)。在前期镉胁迫实验中，发明人发现秋茄Cu/ZnSOD3(KoCSD3)在秋茄根系镉耐受过程中发挥重要作用(Pan，et al.2020)。但是目前对于红树植物秋茄SOD的研究仍以酶活性和抗氧化作用相关，针对秋茄SOD在镉耐受性方面的具体功能还不明确。因此，利用基因工程技术外源超表达秋茄SOD基因来提高植物的重金属耐受性具有广阔的应用前景。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：目前对于红树植物秋茄SOD的研究仍以酶活性和抗氧化作用相关，针对秋茄SOD在镉耐受性方面的具体功能还不明确。

解决以上问题及缺陷的难度为：由于秋茄为非模式植物，且植株富含单宁等次生代谢产物，对其基因功能进行原位研究难度较大，导致多数人没有全面了解到红树植物秋茄SOD的生物学功能。

解决以上问题及缺陷的意义为：利用基因工程技术外源超表达秋茄SOD基因来提高植物的重金属耐受性具有广阔的应用前景。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种通过超表达秋茄KoCSD3提高植物镉耐受性的方法。