[发明专利]一种调控稻米镉积累的基因OsABCG38及其编码蛋白和应用

说明书

本发明公开了一种调控稻米镉积累的基因OsABCG38，其编码区核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示；以及该基因OsABCG38的编码蛋白，其氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。该基因OsABCG38主要在水稻的根系表达，敲除OsABCG38基因使水稻植株根系、秸秆和糙米的镉含量均显著下降，且对主要农艺性状无显著影响，表明OsABCG38基因正调控水稻镉积累。与转空载体的酵母对照相比，表达OsABCG38基因的酵母对Cd胁迫更敏感且镉含量更高。本发明还公开了该基因OsABCG38或其编码蛋白在改良水稻镉积累特性或培育镉低积累水稻品种中的应用，操作简单，改良和培育新品种的周期短，且不影响主要农艺性状。

技术领域

本发明属于生物技术及遗传育种领域，具体涉及调控稻米镉积累的基因OsABCG38及其编码蛋白在降低稻米镉含量、培育镉低积累水稻品种中的应用。

背景技术

镉是一种生物毒性很强的重金属，而水稻是一种高富集镉的作物，稻田镉污染不仅会影响水稻的正常生长发育，也会造成稻米镉超标，严重威胁着以水稻为主食的人群的健康。据报道，我国约有2千万公顷的耕地受到镉、铅、砷等重金属污染，其中仅镉污染的耕地就超过1300万公顷，每年有大约1200万顿的粮食受到镉等重金属污染，合计农业损失至少在两百亿以上。稻米镉超标已成为影响稻米品质和粮食安全亟待解决的问题，阻控稻米镉污染已经成为关系民生的大事，引起了政治界和学术界的广泛关注。

ABC转运蛋白(ATP-binding cassette transporters)家族是现阶段已知最大、最古老的蛋白质家族之一，包括ABCA、ABCB和ABCC等8个亚家族，能转运金属、糖类、核苷酸、蛋白质、激素等多种底物。

稻米镉积累涉及镉吸收、转运、分配等多个生理过程和诸多转运蛋白。已鉴定的多数镉转运蛋白由于也是锰、锌、铁、钙等其他金属的主效转运蛋白，因此其基因突变虽然降低了镉含量，但往往因为突变体内的矿质元素稳态受到破坏而生长发育受阻，因此改良水稻镉高积累特性、培育镉低积累水稻品种需要更多的基因资源和育种途径。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服以上背景技术中提到的不足和缺陷，提供一种调控稻米镉积累的基因OsABCG38及其编码蛋白和应用。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

本发明的第一个方面，提供了一种调控稻米镉积累的基因OsABCG38，其编码区核苷酸序列如SEQ ID NO：1所示，或其编码区核苷酸序列与SEQ ID NO：1所示的核苷酸序列具有80％以上同源性且其所编码的蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。

本发明的第二个方面，提供上述基因OsABCG38的编码蛋白，即水稻转运蛋白OsABCG38，其氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。

本发明的第三个方面，还提供了上述基因OsABCG38或其编码蛋白(水稻转运蛋白OsABCG38)在改良水稻镉积累特性或培育镉低积累水稻品种中的应用。

上述的应用，优选的，其应用方法包括如下步骤：通过突变所述基因OsABCG38使其编码蛋白的活性下调或失活(基因OsABCG38的突变使编码蛋白的氨基酸翻译提前终止或进行氨基酸的替换、删除或插入)，或抑制所述基因OsABCG38表达(例如使基因OsABCG38的编码区启动子序列发生突变)使其编码蛋白的丰度下调，进而改良水稻的镉积累特性或培育出稻米镉含量下降的镉低积累水稻品种。

更优选的，突变所述基因OsABCG38或抑制所述基因OsABCG38表达所采用的方式包括基因编辑、EMS诱变、辐射诱变或航天搭载；所述基因编辑更优选为CRISPR/Cas9、TALEN技术。

更优选的，利用CRISPR/Cas9法进行基因编辑，进而改良水稻的镉积累特性或培育出稻米镉含量下降的镉低积累水稻品种，其应用方法具体包括以下步骤：