[发明专利]镉强诱导启动子CdS2及其应用

说明书

本发明公开了一种植物基因序列。本发明从日本晴水稻中分离克隆和鉴定了一个镉(Cd)强烈诱导的水稻特异基因的启动子Cd S2，并对获得的转基因水稻进行镉(Cd)处理，经过GUS化学染色发现，在处理后转基因植株在各个部位都有明显的染色。且通过RT‑qPCR鉴定处理前后的Gus基因表达量分析发现，镉(Cd)处理后，转基因植株中的Gus基因表达量是处理前的887.9倍，达到组成型启动子ACTIN活性的4倍。该启动子能够用于通过其在水稻中的表达量来反应土壤中镉污染的强度，其操作简单、检出限低、微量灵敏且准确度高的特性，对从研究环境关系到改善生态环境，在可持续发展中发挥重要意义，并且可以积极地对形成污染的原理进行分析，进一步为它们避免与可控转化提供宝贵经验。

技术领域

本发明涉及生物技术和植物基因工程技术领域。具体而言，本发明涉及一种植物镉强诱导表达启动子及其在水稻中的表达和应用，该启动子能够在水稻转基因调控体系中在镉诱导条件下驱动目标基因在植株中表达，并且可以用于测定土壤中的镉含量。

背景技术

随着现代工农业生产的飞速发展，工业“三废”、农业化肥用量、固体废弃物不断增加，导致土壤中重金属含量急剧增加。重金属污染问题日趋严峻，已成为世界范围的主要问题之一(邓湘雄等，2009)。镉(Cd)是毒性最强的重金属之一，与其它非必需元素相比，镉(Cd)具有更强的从土壤向植物迁移的能力，极易被植物吸收并积累，超过一定限度严重影响作物的产量和品质，进而严重威胁人类健康。

作物生长在有毒重金属污染的土壤上，由于过量吸收与积累有毒重金属，生长发育将受到严重抑制，在形态上主要表现为根、茎生长迟缓和叶片失绿、卷曲；生理生化方面多表现为光合作用和蒸腾作用受到抑制，引起氧化胁迫和膜的损伤等(Clemens,2006；Tudoreanu,2004)。对人类而言，镉对人体的健康危害主要是污染土壤中的镉可以通过食物链进入人体造成严重的危害。镉主要贮存于肾和肝中，贮存量约为体内总镉量的50％。镉被人体吸收后主要分布在肝与肾中，与低分子蛋白结合成金属蛋白，镉中毒主要表现为肾脏功能的损害和肺部的损伤，导致肾皮质坏死、肾小管损害、肺气肿、肺水肿，还可以引起心脏扩张和高血压，长期摄入镉将会导致骨质疏松、脆化、腰病和脊柱畸形等。

因此，镉是土壤环境检测的重要项目之一，目前关于土壤污染的检测手段主要有气相色谱法、高效液相色谱法和原子荧光光谱法等。其中，原子荧光光谱法的技术优势综合了原子吸收和原子发射光谱的特点，是一种优秀的痕量分析技术。国家标准分析方法是原子吸收法，该法虽然检出限较低，但由于土壤污染消解后，有众多的共存离子，对镉的测定有一定的干扰，并且干扰作用最大的就是金属离子。

目前，国内外已经高度重视土壤镉污染及其检测手段的问题，镉对土壤的污染对全世界的农业环境造成了威胁(Pilon-Smits 2005；Chen等，2007)。相应的，在农业上急需一种可以灵敏且稳定地检测土壤中镉浓度的方法来为我国环境检测提供重要参考。

发明内容

本发明的目的是提供一种驱动外源基因在植株各部位表达的启动子、获得含有该启动子序列的转化子以及该启动子的应用。其中，本文中所涉及的“植物”是指单子叶植物，例如水稻、小麦、玉米、大麦、高粱或燕麦，优选为水稻。

为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种植物镉强诱导表达启动子，所述植物镉强诱导表达启动子提取自植物DNA。

优选地，所述启动子由序列表中SEQ ID No:1所示的DNA序列构成。序列表中SEQID No:1所示的DNA序列为来源于日本晴水稻(Oryza sativa L cv.Nipponbare)的水稻镉强诱导表达启动子，本文中称为CdS2或启动子CdS2。