[发明专利]一种用于植物土壤镉污染修复的基因及其编码蛋白与应用

说明书

技术领域

本发明涉及生物工程领域，具体地说一种用于植物土壤镉污染修复的基因及其编码蛋白与应用，特别涉及利用该基因增加植物对镉毒害耐受及积累的方法。

背景技术

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。

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新的植物编码基因具有耐镉及增加植物镉吸收的新功能，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XCD2（AT5G04340），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SEQ ID No：2由238个氨基酸残基组成。

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。

所述植物耐镉蛋白的编码基因（XCD2）也属于本发明的保护范围。

XCD2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SEQ ID No：l由976个碱基组成，其开放阅读框架（ORF）为自5'端第70位至786位碱基，编码序列SEQ ID NO：2的蛋白质。

含有本发明XCD2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XCD2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将土壤中的镉富集到植物中的方法达到修复土壤镉污染的目的。

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，该方法是将所述序列表SEQ ID No：1所示的植物耐镉蛋白编码基因转入植物中。

本发明提供一种土壤镉污染修复方法，其特点在于，将序列表SEQ ID No：1所示的植物耐镉蛋白编码基因转入植物中获得转基因植物，然后将所述转基因植物种植于镉污染土壤中，通过植物对镉污染土壤中镉元素的吸收进行土壤镉污染修复。

诱导植物中的上述植物耐镉相关蛋白编码基因XCD2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XCD2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XCD2转入植物中，植物表现为耐镉。

本发明利用正向遗传学手段从化学诱导型激活标签子系统构建的XVE突变体库中筛选并通过表型鉴定得到功能获得型耐镉突变体xcd2－D，通过Tail-PCR技术获得其基因序列，经上海生工测序并在NCBI数据库中Blast比对，最后进行基因定位，获得一个新的耐镉基因XCD2。通过转基因技术，构建XCD2基因的过量表达载体，导入根癌农杆菌GV3101菌株中，用花絮浸渍法进行拟南芥植株的遗传转化，并用抗生素筛选出3株转化株，该转基因植株在镉胁迫下表现出明显的耐镉性状。