一种增强植物镉耐受及镉积累的编码基因的应用

本发明属于生物工程，具体涉及利用增强植物镉耐受及镉积累的编码基因提高植物对镉耐受及其在修复土壤中镉污染的应用。

背景技术：

1、随着人类社会不断发展、工业化进程加快，导致土壤重金属污染的问题正在日益恶化，其不仅严重危害粮食安全而且可以通过食物链危害人体健康。重金属泛指密度大于4.5g/cm3的金属，而环境污染方面所涉及的重金属主要是指镉（cd）、铅（pb）、镍（ni）、铜（cu）、铬（cr）、汞（hg）和锌（zn）等，其中镉（cd）作为一种广泛存在的毒性重金属，已经成为一种严重的土壤污染物质。目前，研究表明重金属镉污染物的主要来源包括矿石开采、金属冶炼、化工废水排放、农药化肥使用等人类活动，由于重金属镉污染物在土壤中不易移动，且不能被微生物分解，极易在土壤中大量富集，从而造成土壤理化性质改变，破坏土壤生态环境。同时，土壤中镉污染物的富集不但会导致耕种农作物减产和品质下降，也会通过水、植物等媒介最终进入人体，引发多种疾病危害人类健康。

2、重金属超富集植物是其生长在金属丰富的地方时会比普通的植物富集高100至1000倍的金属，这对于植物的修复是重要的方法，因为这些植物从土壤中吸收的金属要比植物生长在无污染的土壤中的高二到三倍。所以利用重金属超富集植物来治理受重金属污染的土壤己经受到世界各国学术界的广泛关注。目前对于这些重金属超富集植物的研究目的是探索其超富集能力在生理上的和分子水平上的机制，来发现这些植物中超富集性能的具体表现形式，探究用它们作为治理被重金属污染土壤的可能性。因此重金属超富集植物修复机制的理解对应用生物技术来进行转基因产生大量的目标生物有着重要的意义，因为它们可以通过适当的农业试验为植物吸收重金属的效率提供最优化的线索。模式植物拟南芥现已被广泛应用于植物遗传学和分子生物学等研究领域。基于拟南芥具有结构简单、繁殖系数高、生活力强、生长周期较短、自花授粉和易于转化的特点，所以将拟南芥作为试验研究对象能够更快更好的达到实验预期目标，并且能够很大程度上缩短实验时间和简化实验条件，表现出其他生物无法比拟的优越性。拟南芥大多数基因在其它植物中都能找到，所以研究拟南芥对重金属的耐受性，可为植物对土壤中重金属污染进行修复提供可靠的理论依据。目前模式植物拟南芥全基因组测序已完成，拟南芥共有约1.3亿个碱基对，2.9万个基因，因此利用拟南芥研究植物耐受镉（cd）毒害并探索镉（cd）毒害及其超量积累的分子机理将对特定区域提高作物的产量和增加食品安全性具有重要的理论与经济意义。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种增强植物镉耐受及镉积累的编码基因的应用。

2、一种增强植物镉耐受及镉积累的编码基因的应用，将序列表seq id no：l所示的增强植物镉耐受及镉积累的dna序列转入植物中，所述植物为拟南芥。

3、进一步的技术方案如下：

4、将所述序列表seq id no：l所示的增强植物镉耐受及镉积累的dna序列通过浸花法转入野生型植株，使其在野生型植株中过量表达，植物表现为镉积累及耐受性状。

5、本发明的有益技术效果体现在：本发明的植物耐镉相关蛋白及其编码基因可为农作物耐镉育种和修复土壤中镉污染提供基因资源和技术支持。根据拟南芥数据库公布的基因组序列，myc1（at4g00480）是拟南芥bhlh转录因子家族中的成员，bhlh转录因子家族是近年来在植物体内新发现的特有转录调控因子，属于bhlh家族转录调控因子。申请人发现镉处理myc1基因过表达植株表现为对镉耐受的性状，这表明该myc1（at4g00480）基因涉及镉耐受性的调控。为此，我们研究了该基因功能，研究结果表明，在myc1（at4g00480）基因过量表达时镉处理能诱导植物螯合肽合成前体还原型谷胱甘肽1（gsh1）基因转录水平显著提高（pcs，在植物镉解毒途径中起着重要的作用，其主要是为了避免镉结合到植物生理上重要的蛋白质和促进镉运输到植物液泡中），而谷胱甘肽依赖的pc合成途径是植物调控镉积累和耐受非常重要的机制之一，这说明基因myc1（at4g00480）能通过激活植物螯合肽合成前体还原型谷胱甘肽1（gsh1）编码基因的表达并促进还原型谷胱甘肽2（gsh2）、植物螯合肽合酶1（pcs1）、植物螯合肽合酶2（pcs2）等相关基因的大量表达，从而增加谷胱甘肽（gsh）、植物螯合肽（pc）的含量，将外界镉离子储存到液泡中，从而增强拟南芥体内的镉积累，进而表现为对镉耐受的表型。

技术特征：

1.一种增强植物镉耐受及镉积累的编码基因的应用，其特征在于：将序列表seq idno：l所示的增强植物镉耐受及镉积累的dna序列转入植物中，所述植物为拟南芥。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：将所述序列表seq id no：l所示的增强植物镉耐受及镉积累的dna序列通过浸花法转入野生型植株，使其在野生型植株中过量表达，植物表现为镉积累及耐受性状。

技术总结
本发明涉及一种增强植物镉耐受及镉积累的编码基因的应用，属于生物工程技术领域。将序列表SEQ ID No：l所示的增强植物镉耐受及镉积累的DNA序列转入植物中，所述植物为拟南芥。具体操作如下：将所述序列表SEQ ID No：l所示的增强植物镉耐受及镉积累的DNA序列通过浸花法转入野生型植株，使其在野生型植株中过量表达，植物表现为镉积累及耐受性状。研究结果表明，在镉处理的条件下，过量表达MYC1基因可以使该基因直接激活拟南芥中PCS合成前体GSH1基因的表达并促进GSH2、PCS1、PCS2等相关基因的大量表达从而增加GSH、PC的含量，将外界镉离子储存到液泡中，表现出对镉耐受性状。

技术研发人员：宋慧,曹树青,李如忠,胡敏,叶敏,于鑫,陈逸凡,张景,吴席
受保护的技术使用者：合肥工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13