[发明专利]一种植物耐镉蛋白及其编码基因与应用

说明书

一、技术领域

本发明涉及生物工程领域中一个植物耐镉相关蛋白及其编码基因与应用，特别涉及利用该基因增强植物对镉毒害耐受的方法。

二、背景技术

重金属污染问题是当今世界所面临的重要难题之一。由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如镉、铅、汞、钴等进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染。重金属，特别是镉、铅、汞、铬等具有显著的生物毒性。它们在水体中不能被微生物降解，而只能发生各种形态相互转化和分散、富集过程(即迁移)，并经过食物链为人体摄取和积累。进入人体的重金属，尤其是有害的重金属，有的会在人体内积累和浓缩，如果超过人体所能耐受的限度，可造成人体急性中毒、亚急性中毒、慢性中毒等危害。所以提高作物对重金属的耐受和降低对重金属的吸收已经成为关系民生的大事，已成为农业生产和食品安全进一步研究的重点，倍受世界各国政治界和学术界的关注，也是当前生命科学研究的热点。

拟南芥是一种模式植物，广泛用于植物遗传学、发育生物学和分子生物学等研究领域。拟南芥的大多数基因在其它植物中都能找到，有关拟南芥的任何发现都能应用于其它植物研究。因此，对拟南芥抗重金属毒害分子生物学机制的研究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。拟南芥基因组已完全测序，根据拟南芥测序数据库(www.arabidopsis.org)寻找和发现新的具有自主知识产权的功能基因是国际植物学研究领域的热点之一，也是不同国家之间科技竞争的焦点。拟南芥共有约1.3亿个碱基对，2.9万个基因。目前大部分基因的功能还不清楚，利用突变技术研究基因功能已成为一种有效的方法。通过对突变体的研究，发现了一些与植物相关的耐受重金属基因的功能，如AtATM3，ACBP，AtPDR1，AtPDR12等。

面对日益严重的环境污染问题，寻找耐受重金属并且能降低作物中重金属含量的功能基因并阐明其功能具有重要的理论及实践意义。根据拟南芥数据库公布的基因组序列，ADS2(16:0Delta9Arabidopsis desaturase 2；At2g31360)是一个低温诱导表达增加的基因，与蓝细菌中的δ-9酰基类脂去饱和酶和酵母和哺乳动物中的酰基辅酶A去饱和酶同源。申请人发现镉处理ADS2基因敲除植株表现为对镉耐受，这表明该ADS2基因涉及镉耐受性的调控。为此，我们研究了该基因功能，基因表达分析显示，镉处理可诱导镉离子转运蛋白AtPDR8基因转录水平显著提高，这说明基因ADS2缺失可以激活拟南芥中镉离子转运蛋白AtPDR8编码基因的表达从而使拟南芥体内的镉含量下降，进而表现为对镉耐受。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种新的植物耐镉及降低植物镉吸收相关蛋白及其编码基因。本发明所提供的植物耐镉及降低植物镉吸收相关蛋白的编码基因，名为ADS2(AT2G31360)，来源于哥伦比亚野生型的拟南芥，其蛋白是具有下述氨基酸残基序列之一的蛋白质：

(1)序列表中的SEQ ID No：2；

(2)将序列表中SEQ ID No：2的氨基酸残基序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与植物耐镉相关的蛋白质。

序列表中的序列2由307氨基酸残基组成。

所述一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加是指不超过10个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加。

ADS2的编码基因也属于本发明的保护范围。

ADS2的cDNA基因，选自下述核甘酸序列之一；

(1)序列表中SEQ ID No：1的DNA序列；

(2)编码序列表中SEQ ID No：2蛋白质序列的多核苷酸；

(3)在高严谨条件下可与序列表中SEQ ID No：1限定的DNA序列杂交的核甘酸序列；

(4)与序列表中SEQ ID No：1限定的DNA序列具有90％以上同源性、且编码相同功能蛋白质的DNA序列。

序列表中的序列1由1440个碱基组成，其开放阅读框架(ORF)为自5’端第58位至978位碱基，编码序列SEQ ID No：2的蛋白质。

含有本发明ADS2的表达载体，细胞系和宿主菌均属于本发明的保护范围。扩增ADS2中任一片段的引物对也属于本发明的保护范围。

本发明的第二个目的是提供一种利用该基因增强植物耐镉及降低植物中镉含量的方法。

本发明所提供的增强植物耐镉及降低植物中镉含量的方法，是抑制植物中的上述植物耐镉及降低植物中镉含量相关蛋白编码基因的表达。