[发明专利]一种提高水稻镉胁迫抗性的方法

说明书

本发明公开了一种提高水稻镉胁迫抗性的方法，在水稻植株中过表达OsCAX1c基因，从而提高水稻镉胁迫抗性，所述OsCAX1c基因编码SEQ ID No.1所示的多肽。通过在水稻中过表达OsCAX1c基因，可以在镉胁迫环境下，增强镉耐性和降低镉转运。与野生型相比，转基因株系的根部镉浓度增加了8.1％，地上部镉浓度降低了20.2％，根部向地上部的镉转运率下降65.1％。适当的施加外源钙可以显著提高OsCAX1c的敲除和过表达株系的耐性。

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体涉及一种提高水稻镉胁迫抗性的方法。

背景技术

镉(Cd)是环境中毒性最大的重金属之一，是植物生长和发育的非必需元素。镉胁迫抑制植物的光合速率和酶活性，从而对植物氧化应激的防御系统等有负面影响，并影响稻米品质和产量。此外，镉很容易被水稻吸收并积累在谷物中，并通过食物链进入人体内，对人类的健康造成严重威胁，因此，挖掘到能够降低水稻镉吸收的优异基因，培育能够显著降低镉积累的水稻品种，从而解决大米镉含量超标的问题，对人类的健康至关重要。

许多研究揭示了(Ca²⁺/H⁺)反向转运体(CAX)家族基因在植物生长发育和各种胁迫反应适应性上起重要作用，尤其是调节了重金属(钙、镉、锰(Mn)、锌(Zn))及盐胁迫耐性。钙离子已被证明可以调节多种细胞功能，在不同的压力条件下调节植物的生长和发育，并在植物信号转导中发挥重要作用。

目前已报道不少参与了镉耐性和累积的基因，然而在常规和生物技术育种上得到应用的基因很少。如何降低水稻镉毒害对于在农业生产和保障国家粮食安全上具有重要意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为：如何提高水稻镉胁迫抗性，降低水稻镉毒害。

本发明的技术方案为：一种提高水稻镉胁迫抗性的方法，在水稻植株中过表达OsCAX1c基因，从而提高水稻镉胁迫抗性，所述OsCAX1c基因编码SEQ ID No.1所示的多肽。

进一步地，过表达OsCAX1c基因植株生长过程中添加钙离子。

进一步地，所述钙离子的浓度为3mM。

进一步地，过表达OsCAX1c基因的方法为构建OsCAX1c基因过表达载体，然后通过农杆菌转化水稻，获得过表达OsCAX1c基因的水稻植株。

进一步地，所述OsCAX1c基因的核苷酸序列如SEQ ID No.2所示。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1.通过系统研究，首次公开了日本晴水稻转Ubi启动子启动的水稻基因OsCAX1c株系，在镉胁迫环境下，增强镉耐性和降低镉转运。与野生型相比，转基因株系的根部镉浓度增加了8.1％，地上部镉浓度降低了20.2％，根部向地上部的镉转运率下降65.1％。

2.本发明首次公开了适当的施加适当外源钙(3mM)可以显著提高OsCAX1c的敲除和过表达株系的耐性，尤其增强了OsCAX1c的敲除系的耐性(几乎回补到了野生型水平)。

3.本发明发明了适当外源钙缓解镉毒害的方法，该方法不仅可以应用于常规水稻品种。另外对于基因编辑表现差的基因(如低镉耐性高镉累积)，也能明显得到改善。

4.本发明说明可将OsCAX1c基因应用于水稻镉累积的遗传改良和低镉积累品种的培育，尤其是施加外源钙可以进一步加快镉安全品种的培育。

附图说明

图1：基于CRISPR/Cas9基因编辑及水稻基因Ubi启动子启动水稻基因OsCAX1c敲除和过表达载体示意图和OsCAX1c表达量的鉴定。

图2：苗期镉胁迫水培条件下转基因株系的生长表型及镉累积情况。