[发明专利]一种水稻金属转运基因OsNRAMP2及其应用

说明书

本发明公开了一种水稻金属转运基因OsNRAMP2及其应用。本发明首次证明了水稻OsNRAMP2基因是水稻镉转运和积累的功能基因，所述水稻OsNRAMP2基因碱基序列如SEQ ID NO.1所示。本发明通过试验证明水稻OsNRAMP2基因敲除可以显著降低水稻地上部分镉转移率，显著降低谷粒中的镉含量。这对于研究水稻镉积累遗传机制、多途径组合降低水稻谷粒镉含量等方面具有重要的价值。OsNRAMP2基因增量表达可以显著提高谷粒中的铁、锰、锌、铜含量。目前，金属转运基因的增量表达是否能够提高营养金属元素的含量很少有报道。因此，本发明为提高水稻谷粒营养金属元素提供了可以选择的候选基因，在提高作物营养金属元素方面具有较好的应用前景。

技术领域

本发明涉及基因工程技术领域，尤其是涉及一种水稻OsNRAMP2基因及其在降低地上 部分镉转移率、降低谷粒镉含量、富集营养金属元素和土壤修复中的应用。

背景技术

因此，研究和解决水稻镉污染问题非常紧迫，关乎人民的生命安全和社会安定。选育 低镉积累水稻品种被认为是非常经济和有效的方法。水稻镉积累是一个多基因控制的复杂 性状，只有深入了解其分子遗传基础才能有效育种。目前，已有超过40个与水稻镉积累相 关QTL被标记定位，也有一些基因被克隆和功能研究，但已确认与水稻谷粒镉含量相关的 基因还较少。水稻镉积累主要涉及4个生物学过程，包括根系吸收镉、镉在根部液泡的存 储、木质部-韧皮部的跨维管束运输和镉的重新分配(转移到谷粒)。目前已报道基因的功能 研究集中在镉的吸收和向上运输，而镉在地上部分的重新分配，进而影响谷粒镉含量的研 究鲜有报道。此外，由于水稻镉转运基因的功能以及镉与其它金属的协同作用，进一步挖 掘与水稻谷粒镉含量相关的基因并研究其在低镉水稻育种中的应用前景，是低镉水稻育种 取得突破的关键。

铁、锰、锌和铜是人体和植物所必需的营养元素。人体铁缺乏会引起贫血、运动能力 发展障碍、降低它微量元素功能的发挥、影响智能发展等诸多问题；锰缺乏可引起侏儒症、 贫血、支气管哮喘、帕金森病、儿童智力低下、肿瘤等；锌缺乏会导致发育不良、降低味觉和免疫力、造成皮损和视觉障碍等；铜缺乏容易出现冠心病、贫血、白癜风、记忆力减 退、反映力下降、身体浮肿、骨骼疾病，少白头等。随着科学技术的进步和社会的发展， 传统上的粮食作物已经满足不了人们的需求，营养元素富集食品开始受到人们的关注。全 世界有一半以上的人以水稻为主要的粮食作物，增加稻米中的铁、锰、锌、铜含量有望改 善人体营养元素缺乏的问题。实践证明，通过分子育种的策略来提高稻米中的营养元素含 量是可行的，但由于目前金属转运基因的功能研究大多以基因敲除后的转基因材料作为研 究对象，研究结果都是基因敲除后金属含量降低，而该基因的增量表达是否能够提高营养 金属元素含量却很少有报道。

土壤改良是降低作物中重金属含量最上游也是非常重要的一种修复方法。目前，土壤 改良的主要技术是利用物理化学修复，该技术往往伴随着高能耗、高费用、二次污染等问 题，因而不适用于大规模污染土壤的修复。实践证明，利用基因工程的方法在生长势好、 适应性强的植物中表达金属结合蛋白基因，将土壤中有害重金属转运至地上部分，可有效 降低土壤中重金属的含量，具有绿色环保、高效、低成本等优点而备受关注。目前在水稻 领域，利用基因工程技术进行土壤中重金属的修复很少有报道，可供选择的基因很少。

如上所述，近年来大米镉污染和人体缺乏营养元素的问题越来越受到人们的重视。对 于植物镉积累的研究和基因工程方面的工作表明，通过生物技术手段将镉积累相关基因导 入植物体内得到转基因植株已成为调控植物镉含量的一种有效途径，对于作物改良和土壤 修复具有重要的意义。但是目前本领域很少有可供选用的基因。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明公开了一个水稻OsNRAMP2基因及其在转运金属元素中的作用，为研究水稻金 属转运机制、降低谷粒镉含量、富集营养金属元素和土壤修复提供了一个有效的候选基因。

本发明的第一个目的在于提供一种水稻金属转运基因OsNRAMP2，核苷酸序列选自下 列核苷酸序列之一