[发明专利]一种提高植物对重金属耐受性及调节重金属定向分配的方法

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域；更具体地，本发明涉及利用液泡膜转运蛋白HMT1，提高重金属耐性和调节重金属定向分配的作用机理及其用途。

背景技术

近年来，由于现代工业的发展，越来越多的重金属，如镉、砷、铅等被排放到生物圈中。重金属镉等的污染不仅导致作物减产，更是对食品安全造成威胁。镉是生物毒性最强的重金属之一，是已知的最易在体内蓄积的IA级致癌物。食物和水中过量的镉通过食物链在人体组织和器官内的积累导致多方面的危害，包括对肾脏、肝脏的损害甚至癌症等病症。

因此重金属镉等污染土壤的修复是亟待解决的环境问题，由于传统方法代价昂贵，植物修复作为一种新兴的绿色环境治理技术受到了极大的重视和广泛的应用。但是，在一些污染较为严重的国家，比如中国，到上世纪末，农田重金属镉污染面积已达2万公顷，每年生产的镉含量超标农产品达14.6亿千克。最近，据南京农业大学研究报道中国市场上有超过10％的稻米被镉污染，已经对人类的健康构成了巨大的潜在威胁。因此，在进行植物修复的同时，减少镉等有毒重金属向可食用部位迁移可能对于具有较大范围污染的国家是更为现实的一种选择。

利用分子育种降低农作物籽粒等可食用部位中镉元素含量的方法具有良好而广阔的发展前景，但是植物对重金属镉的吸收转运和抗性机制的研究还存在很多问题，尤其是向籽粒等可食用部位迁移的分子机理还很不清楚。

因此，本领域还需要进行深入的研究，以开发出对重金属耐受性良好的植物；更进一步的，开发出有效降低农作物籽粒等可食用部位中有毒重金属含量的方法和产品。

发明内容

本发明的目的在于提供一种液泡膜转运蛋白HMT1在植物中成功过表达并能提高植物对重金属耐受性和积累能力。

本发明的目的还在于提供一种降低农作物籽粒等可食用部位中重金属(特别是镉)元素含量的方法。

在本发明的第一方面，提供一种液泡膜转运蛋白HMT1的用途，用于提高植物对重金属的耐受性，调节重金属的定向分配或提高重金属胁迫下植物的叶绿素含量。

在一个优选例中，所述的液泡膜转运蛋白HMT1用于向植物细胞的液泡内转运重金属。

在另一优选例中，所述的重金属包括：镉(Cd)，砷(As)，铜(Cu)或锌(Zn)。

在另一优选例中，所述HMT1是：

(a)如GenBank登录号CAA78419所示氨基酸序列的蛋白；或

(b)将GenBank登录号CAA78419所示氨基酸序列经过一个或多个(如1-30个；较佳地1-20个；更佳地1-10个；更佳地1-5个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有(a)限定的蛋白功能的蛋白；

(c)与GenBank登录号CAA78419所示氨基酸序列的蛋白的序列相同性高于70％，且具有(a)限定的蛋白功能的蛋白。

在本发明的另一方面，提供一种提高植物对于重金属的耐受性、调节植物组织中重金属积累程度或提高重金属胁迫下植物的叶绿素含量的方法，所述方法包括：在植物中表达外源的液泡膜转运蛋白HMT1。

在一个优选例中，所述方法包括：将液泡膜转运蛋白HMT1的表达盒转入植物中，从而在植物中表达外源的液泡膜转运蛋白HMT1。

在另一优选例中，所述方法包括：

(1)提供携带表达载体的农杆菌，所述的表达载体含有液泡膜转运蛋白HMT1的表达盒；

(2)将植物细胞或组织或器官与步骤(1)中的农杆菌接触，从而使液泡膜转运蛋白HMT1的表达盒转入植物细胞，并且整合到植物细胞的染色体上；

(3)选择出转入了液泡膜转运蛋白HMT1的表达盒的植物细胞或组织或器官；和

(4)将步骤(3)中的植物细胞或组织或器官再生成植物。

在本发明的另一方面，提供一种耐受重金属或组织中重金属积累程度不同的植物，其基因组中包括有液泡膜转运蛋白HMT1的表达盒。

在本发明的另一方面，提供一种调节植物组织中重金属积累程度的方法，所述方法包括：

将液泡膜转运蛋白HMT1的表达盒转入植物中，该液泡膜转运蛋白HMT1的表达盒包括操作性连接的启动子、编码液泡膜转运蛋白HMT1的多核苷酸；

其中，所述的启动子是植物特定组织特异性表达启动子，从而驱动液泡膜转运蛋白HMT1在植物特定组织中表达，促进重金属转运入该植物特定组织(较佳地，降低重金属在植物其它组织中的含量)。

在一个优选例中，所述的表达盒中，编码液泡膜转运蛋白HMT1的多核苷酸的3’端，还包括终止子。