[发明专利]一种提高植物耐镉的基因及其应用

说明书

一、技术领域

本发明涉及生物工程领域，具体地说是一种提高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加植物对镉毒害耐受的方法。 

二、背景技术

近些年来，由于工业化的空前扩张，大量的矿物能源和资源被被开发，使得这些原本固定在岩石中的重金属得以大量释放到生命活动可以触及的空间。这些重金属造成的污染不仅会对土壤、水源造成严重危害；一旦进入生物体，更会极大损坏机体的正常功能。重金属造成的水源和土壤污染已对全球的生态环境、食品安全、人类身体健康和农业可持续发展构成严重威胁。因此，重金属污染一直是人类最关心的问题之一，而重金属对于生物体的毒害也一直是科学研究的热点。 

镉（Cd）是一种最具毒性的重金属元素之一，具有很强的生物迁移性，极易被植物吸收并积累。土壤中Cd超过一定浓度时，就会影响植物的生理生化过程和生长发育，如对叶绿素有破坏作用，促进抗坏血酸分解，并能抑制植物各种功能酶活性，从而影响作物产量和品质；更为严重的是，Cd²⁺被作物富集吸收进入食物链，进而引起骨质疏松、贫血、高血压抑及肾损伤等疾病。所以，培育在污染土壤上生长的耐镉作物新品种成为人们关注的重点。 

拟南芥作为一种模式植物，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，其中大部分基因的功能还不清楚，而利用T-DNA插入技术研究基因功能已成为一种有效的方法。 

面对日益严重的重金属污染尤其是土壤污染问题，寻找耐受重金属的植物修复基因并阐明其功能具有重要的理论及实践意义。 

发明内容

本发明的目的是提供一种具有耐镉及增加植物镉吸收的植物耐镉蛋白及其编码基因，通过该基因的过量表达可明显增强转基因植物对镉的耐受性。 

本发明所提供的植物耐镉及增加植物镉吸收相关蛋白的编码基因，命名为XCD1（AT3G10890），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取代和/或缺失和/或添加一个或几个氨基酸残基后衍生的与SEQ ID No：2限定的蛋白质具有相同活性的序列。 

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。 

XCD1的编码基因也属于本发明的保护范围。 

XCD1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：l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1546个碱基组成，其开放阅读框架(ORF)为自5’端第1位至1546位碱基，编码序列SEQ ID No：2的蛋白质。 

含有本发明XCD1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XCD1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提高植物耐镉及增加植物中镉含量的方法。 

本发明所提供的提高植物耐镉及增加植物中镉含量的方法，是诱导或转入植物中的上述植物耐镉蛋白编码基因的表达。 

诱导植物中的上述植物耐镉蛋白编码基因XCD1的表达可通过植物转基因技术的过量表达实现。本发明激活基因表达的方法并不限于此种方法,只要能激活XCD1基因表达均可。 

利用任何一种可引导外源基因的在植物中表达带有强启动子的载体，将本发明所提供的XCD1转入植物中，植物表现为耐镉。