具有提高镉抗性及促进生物量提升的植物编码基因及蛋白和转基因株系

本发明涉及基因及蛋白，特别涉及具有提高镉抗性及促进生物量提升的植物编码基因及蛋白。

背景技术：

1、由于经济发展较快，工业化、城市化进程造成大量“三废”排放以及农业生产中农药、化肥的滥用，土壤重金属镉(cd)污染程度呈直线上升趋势，远高于其他污染物超标率，高居土壤重金属污染榜首，土壤cd污染治理迫在眉睫、刻不容缓。

2、柳枝稷(panicum virgatum l.)是起源于北美的多年生高杆c4草本植物，与传统作物相比，柳枝稷的适应性强，抗虫、需肥少，产量高，最高产量可达到74.1t·hm2。柳枝稷不仅生物量大，而且细胞壁干物质木质素和纤维素的含量极高，是生产生物热能、乙醇和甲烷的模式植物，早在1992年柳枝稷就被美国能源署(doe)选择确立为模式生物能源作物。作为主要的重金属污染物，镉(cd)能被作物从土壤环境里吸收，转运到叶和籽粒这样的食用部分，同时这些粮食中的cd能造成人类患上严重的、长期的疾病。对cd污染土地种植覆盖植被是有效的治理策略。多年生的生物能源草，一般具有较高生物量、拥有强健发达根系，是cd污染地域重新种植的合适候选植物，能用来还原地面覆盖植被甚至逐渐恢复生态系统。柳枝稷很适合边际土地上种植，它强大的根系能有效地改善土壤流失，重复种植收获柳枝稷(生物量)，能吸收、减少土壤中cd含量。经燃烧或细胞发酵之后的灰烬(残渣)被收集(利用)，不会带来环境污染的风险。研究表明，柳枝稷对cd有一定耐性，但cd对柳枝稷生长的抑制作用也很明显。是否可从柳枝稷中挖掘cd胁迫响应基因，对实施柳枝稷分子遗传改良，创新能源草-cd修复兼用型柳枝稷种质材料，为治理修复cd等重金属污染土地、恢复生态功能具有重要意义。

技术实现思路

1、发明目的：本发明目的是提供具有提高镉抗性及促进生物量提升的植物编码基因，将该基因命名为pvbip2。

2、本发明的另一目的是提供具有提高镉抗性及促进生物量提升的植物编码的蛋白和转基因株系。

3、技术方案：所述具有提高镉抗性及促进生物量提升的植物编码基因，cds序列如seq.id.no.1所示。

4、

5、

6、所述基因编码的蛋白，序列如seq.id.no.2所示。

7、

8、

9、本发明通过对镉胁迫处理柳枝稷开展rna-seq测序，筛选出上调倍数最高的差异表达基因，基因组注释表明该基因编码热激蛋白70家族(hsp70)成员——分子伴侣bip(binding protein)蛋白，将该基因命名为pvbip2。构建其过表达载体转入镉敏感型酵母突变体菌株(ycf1)中，在含镉培养基上转基因酵母的生长状况明显优于对照组。将所述pvbip2基因在柳枝稷中过表达，发现可以显著提高转基因柳枝稷的镉抗性并促进柳枝稷生物量提高。

10、一种由前述基因构建的pcambia1305.2-pvbip2转基因株系。

11、有益效果：本发明与现有技术相比，具有如下优势：

12、1、本发明提供了一种具有提高镉抗性及促进生物量提升的植物编码基因pvbip2，该基因目前尚未见相关的报道研究，该基因源自于镉胁迫处理柳枝稷根系rna-seq测序结果中的上调差异表达基因；通过构建pvbip2的酵母表达载体，利用酵母点板实验可验证本发明所述基因能提高酵母镉抗性。

13、2、本发明将pvbip2基因柳枝稷中过表达，发现该基因可以显著提高转基因柳枝稷镉抗性，镉胁迫处理后，转基因植株的表型、生物量以及生理和光合指标都明显优于wt，并且能够在根系维持较高浓度镉、地上部分较低浓度镉含量。与野生型(wt)柳枝稷比较，正常条件下，转基因植株的株高、茎粗和叶片宽度显著(p＜0.05)高于wt。

14、3、本发明所述的pvbip2基因为培育能源草-镉修复兼用型柳枝稷种质提供基因资源，可应用于镉污染地区的治理中，在研究植物生物修复技术、改善土壤重金属污染状况等方面起着重要作用。

技术特征：

1.一种具有提高镉抗性及促进生物量提升的植物编码基因，cds序列如seq.id.no.1所示。

2.一种由权利要求1所述基因编码的蛋白，序列如seq.id.no.2所示。

3.一种由权利要求1所述基因构建的pcambia1305.2-pvbip2转基因株系。

技术总结
本发明公开了具有提高镉抗性及促进生物量提升的植物编码基因及蛋白和转基因株系。本发明通过对镉胁迫处理柳枝稷开展RNA‑seq测序，筛选出上调倍数最高的差异表达基因，基因组注释表明该基因编码热激蛋白70家族(Hsp70)成员——分子伴侣BiP(Binding Protein)蛋白，将该基因命名为PvBiP2。构建其过表达载体转入镉敏感型酵母突变体菌株(ycf1)中，在含镉培养基上转基因酵母的生长状况明显优于对照组。将所述PvBiP2基因在柳枝稷中过表达，发现可以显著提高转基因柳枝稷的镉抗性并促进柳枝稷生物量提高。

技术研发人员：宋刚,张敬,徐彬,方志刚,王玉龙,蔡庆生
受保护的技术使用者：江苏农林职业技术学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13