[发明专利]OsMTP11基因在改良水稻转运锰离子能力中的应用

说明书

技术领域

本发明属于基因工程领域，涉及OsMTP11基因在改良水稻转运锰离子能力中的应用。

背景技术

锰是植物生长和发育所必需的营养元素之一,它直接参与植物光合作用中电子传递系统的氧化还原过程及PSII系统中水的光解；同时,锰是超氧化物歧化酶(SOD)活性所必需，对维持叶绿体膜正常的结构有重要的作用。另外，锰离子还是苯丙氨酸解氨酶和硝酸还原酶等酶的辅助因子。尽管锰作为一种营养元素对植物生长具有它的重要性，但是植物对锰的吸收量往往会超过需求量而导致植物中毒，这主要发生在酸性土壤或是还原性高的土壤中。据统计，全世界约有40％的可耕地属酸性土壤,我国约有203万平方公里酸性土壤，约占全国耕地面积的21％。在酸性土壤条件(pH<5.5)下,可溶性锰含量增加易导致植物遭受锰的毒害。研究表明，锰毒是酸性土壤上仅次于铝毒的限制因素。我国南方大面积的酸性土壤、一些矿区土壤及由于长期淹水、氧化还原电位低，大量的锰在土壤中积累，从而严重影响作物生长发育与产量。

目前,研究认为植物的锰耐性和累积机制包括区域化作用、有机酸的螯合、限制吸收和外排作用、抗氧化作用以及离子的交互作用等，其中一些金属转运蛋白在这个过程中发挥了重要的作用。转运蛋白在细胞水平上参与锰向细胞内的转运和向不同细胞器(叶绿体和线粒体等)的释放,以及锰离子在内膜系统(液泡、高尔基体和内质网等)的屏蔽作用；而在整个植株水平上参与植物对锰的吸收、长距离运输和在地上部的累积过程。

与其它作物相比，水稻是比较耐锰的作物，这很可能是因为其长期生活在淹水土壤中形成的机制，但是具体耐性机理仍不完全清楚。目前水稻中发现一些与锰转运相关的蛋白基因，如OsNRAMP5、OsYSL6、OsYSL2等，很可能与锰的解毒机制有关。

金属耐受蛋白(MTP，Metal tolerance protein)属于CDF(cation diffusion facilitator)家族中的离子转运蛋白。CDF家族是一个阳离子转运蛋白家族，可以增强植物器官对Zn²⁺、Cd²⁺、Co²⁺、Ni²⁺的耐性,该家族成员广泛分布于细菌、真菌、动物及植物中，与生物对金属耐受和细胞内金属离子平衡密切相关，影响细胞内金属离子的积累、金属离子的耐受、信号传导、抵抗氧化胁迫和蛋白质周转等功能。目前为止还没有在水稻中发现参与锰离子运输的MTP蛋白基因。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的上述不足，提供OsMTP11基因在改良水稻转运锰离子能力中的应用。

本发明的目的可通过如下技术方案实现：

OsMTP11基因在改良水稻转运锰离子能力中的应用。

OsMTP11基因在构建抗锰胁迫的转基因水稻中的应用。

一种构建耐锰水稻的方法，将OsMTP11基因转入锰离子敏感的水稻中获得耐锰水稻。

有益效果：

本发明通过酵母突变株互补试验说明OsMTP11具有转运锰离子的功能，结合过表达、干扰OsMTP11的植株以及T-DNA插入的突变体的表型分析和离子含量测定，进一步验证了OsMTP11具有转运锰离子的功能。在水稻原生质体中的表达以及相关抑制剂处理，发现OsMTP11定位于反面高尔基体网状结构上。在锰胁迫的情况下，OsMTP11能从反面高尔基体网状结构迁移到质膜上去，推测OsMTP11通过胞吐的方式把锰离子转运到细胞膜外。以上结果显示OsMTP11是水稻中的一个锰离子转运蛋白，能够通过外排的方式减少水稻中锰离子的含量来达到减缓水稻受到锰毒害的水平。同时过表达OsMTP11相当于野生型水稻更能耐受锰毒害，为水稻中锰毒害的研究提供了理论基础以及为今后的水稻育种提供了思路和材料储备。

附图说明

图1 OsMTP11能够互补锰离子缺陷型酵母突变体的耐锰性

(A)酵母突变株pmr1(Mn),zrc1D(Zn),cot1D(Co),cup2D(Cu),ycf1(Cd)中转入OsMTP11基因，能够互补pmr1的生长。

(B)分别转化空载以及pYES2-OsMTP11质粒的△pmr酵母突变体在含有3mM锰元素的SD-Ura的液体培养基中生长24h，起始OD₆₀₀＝0.3，之后测定酵母生长曲线。