[发明专利]马蔺耐镉基因IlDTX49及其编码蛋白与应用

说明书

本发明涉及植物基因工程技术领域，具体涉及马蔺耐镉基因IlDTX49及其编码蛋白与应用。本发明从马蔺中克隆得到IlDTX49基因，镉胁迫下该基因表达显著受到诱导和调节。经基因功能验证实验发现，与野生型相比，IlDTX49基因能够在镉胁迫下提高植物生物量，降低植株体内镉含量，提高其抗氧化酶活性，并抑制活性氧爆发而减轻膜脂过氧化，从而增强植物的镉耐受性。可为耐镉或低镉作物、牧草新品种培育提供新思路，具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及植物基因工程技术领域，尤其涉及马蔺耐镉基因IlDTX49及其编码蛋白与应用。

背景技术

近年来随着工农业快速发展，受镉(Cd)、砷(As)等重金属污染的耕地面积不断增加，已成为不容忽视的严重环境问题。众所周知，与其它重金属元素相比，Cd²⁺更易溶于水，具有极强的生物毒性。归其原因是Cd²⁺导致植物出现氧化应激、酶活性降低、Ca²⁺信号失衡等一系列应激反应，进而引发光合系统受损、膜过氧化、内质网胁迫等，最终影响农作物品质甚至导致植物死亡，更为严重的是通过食物链进入人体，对人类健康构成严重威胁。因此，如何控制与降低Cd²⁺在植株体内的累积已成为目前亟待解决的问题。

尽管植物修复是一项新兴的能源节约型和生态友好型土壤重金属污染修复技术，但对于大面积轻、中度镉污染农田而言，培育安全性低镉作物品种是实现镉污染土地资源最大化利用的有效途径之一。而理解植物Cd²⁺解毒机制是开展低镉作物品种培育的关键之所在。Cd²⁺的解毒机制包括细胞壁固定、植物螯合、液泡区隔、根部主动外排、诱导抗氧化机制和应激蛋白等(Clemens S,Palmgren MG,U.A long way ahead:understandingand engineering plant metal accumulation.Trends in Plant Science,2002,7:309-315.)。研究表明，植物螯合肽(Phytochelatin,PC)络合根细胞中的Cd²⁺形成PC-Cd复合物，而后被液泡膜ABCC3转运蛋白将PC-Cd复合物区隔至液泡中，进而缓解Cd²⁺对细胞的毒害作用(Brunetti P,Zanella L,Paolis AD,Di Litta D,Cecchetti V,Falasca G,BarbieriM,Altamura MM,Costantino P,Cardarelli M.Cadmium-inducible expression of theABC-type transporter AtABCC3 increases phytochelatin-mediated cadmiumtolerance in Arabidopsis.Journal of Experimental Botany,2015,66:3815-3829.)。在水稻中过量表达液泡膜重金属P_1B2型ATPase酶HMA3可将大量Cd²⁺区隔至根细胞液泡中固定在根系，一方面起到解毒作用，另一方面限制Cd²⁺向地上部转运而大幅降低其稻米中Cd²⁺含量且达到国际规定的食用标准。