[发明专利]一种水稻镉低积累突变体lcd1及其应用

说明书

本发明公开了一种水稻镉低积累突变体lcd1，突变体lcd1的突变基因OsNRAMP5核苷酸序列如SEQ ID No.1所示，其中ATG下游707核苷酸处碱基由野生型的C突变为T，导致编码区第236个密码子CCC突变为CTC，突变体lcd1的水稻植株和籽粒镉含量低于野生型水稻的植株和籽粒镉含量。所述的突变基因OsNRAMP5的编码氨基酸序列如SEQ ID No.2所示。水稻镉低积累突变体lcd1的应用，使水稻镉低积累品种包含所述的突变体lcd1的突变基因OsNRAMP5；或使水稻包含所述的突变基因OsNRAMP5的编码氨基酸。应用包括转基因、杂交、回交或无性繁殖中的一种或者多种。一种表达盒、重组载体或细胞，其含有所述的突变体lcd1的突变基因OsNRAMP5。

技术领域

本发明属于作物遗传育种领域，具体涉及了一种水稻镉低积累突变体lcd 1及其应用。

背景技术

镉（Cadmium，Cd）是一种对动植物均具有很强毒性的重金属元素，随着我国工业化、城镇化的快速发展，农田镉污染问题日益突出。水稻是我国最主要的粮食作物，也是一种对镉富集相对较高的作物，农田镉污染带来的大米镉超标事件时有发生。积极探索水稻低镉生产已成为持续高效利用土地资源和保证粮食产品质量安全的一项重要科学任务。目前采用的水稻低镉生产的技术主要有镉低积累品种筛选、调节土壤酸碱度、化学钝化、植物修复等。由于不同水稻品种间镉的积累能力差异明显,通过选择籽粒镉低积累的水稻品种种植，公认为是一种经济有效的途径，可以在重金属中、轻度污染的土壤上持续进行稻米安全生产。

近年来，国内外关于水稻镉积累的研究表明镉被水稻从土壤中吸收并在体内转运是受遗传控制的。由于水稻对重金属镉的积累具有显著的品种间差异，国内外学者通过对DH、RIL 群体等的 QTL 分析，已发现了一些控制品种间差异的遗传位点。如Ishikawa等用Koshihikari和Kasalath水稻构建的39个染色体置换系（CSSLs），分别在水稻第3、6和8号染色体定位到1个影响糙米镉含量的QTL。Kashiwagi等利用Kasalath和日本晴构建的回交重组自交系群体（BILs），鉴定到3个QTL与水稻地上部分镉含量相关，其中2个位于第4号染色体，1个位于第11号染色体。Abe等用LAC23和Koshihikari水稻构建的46个染色体置换系（CSSLs），在水稻第3号染色体定位到一个主效QTL（qlGCd3）降低籽粒镉的含量；Ueno等，Ishikawa等和Tezuka等在第7号染色体上同一区域均定位到1个控制水稻镉含量的主效QTL，这些研究使得利用分子标记辅助育种来筛选低镉水稻新品种成为可能。此外，在水稻中，一些参与镉的吸收、液泡隔离、木质部装载和韧皮部转运的基因也己经陆续被发现和研究，主要包括天然抗性巨噬细胞蛋白（NRAMP）和重金属ATP酶（P_1B-ATPase）等蛋白家族，这些转运子大部分都定位于水稻根系质膜或液泡膜，在Cd的吸收和解毒方面扮演着重要的作用。Ishikawa等利用离子束诱变获得三个OsNramp5基因突变体，遗传研究发现基因的不同位点突变均降低了其根系对Cd的吸收能力，从而使得茎叶和稻米中的Cd含量大幅降低。水稻OsHMA3是一个P_1B-ATPase 的转运蛋白基因，可以将根细胞的Cd²⁺隔离在液泡中，从而减少镉向木质部的转移，降低Cd²⁺在籽粒中的积累。在籼稻品种Cho-Ko-Koku、Anjana Dhan和粳稻品种Yelicanghua中发现OsHMA3突变后，其在液泡中隔离Cd²⁺的功能缺失，最终使得Cd²⁺不能运进液泡，而是经木质部运输至地上部形成 Cd²⁺富集。其他基因诸如OsNramp1、OsHMA2、OsIRT1和OsIRT2等也均被报道不同程度参与了根系对镉的吸收。