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一种重金属镉特异性结合蛋白基因BjHMA4R及其编码蛋白和应用制造技术

技术编号:20124136 阅读:41 留言:0更新日期:2019-01-16 13:18
本发明专利技术提供一种重金属镉特异性结合蛋白基因BjHMA4R及其编码蛋白和应用。基因BjHMA4R的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示,编码如SEQ ID NO:2所示氨基酸序列的蛋白质。本发明专利技术从重金属超富集植物印度芥菜中发现的重金属转运蛋白BjHMA4的C‑端(羧基端)结合域小片段BjHMA4R,能在低浓度下,特异性地结合Cd

A Cd-specific binding protein gene BjHMA4R and its coding protein and its application

The invention provides a cadmium specific binding protein gene BjHMA4R and its coding protein and application. The nucleotide sequence of BjHMA4R gene is shown as SEQ ID NO:1 and encodes the protein of amino acid sequence as SEQ ID NO:2. The invention discloses a small fragment of the C terminal (carboxyl terminal) binding domain BjHMA4R of the heavy metal transporter BjHMA4 found in the heavy metal super-enriched plant Mustard indica, which can specifically bind Cd at low concentration.

【技术实现步骤摘要】
一种重金属镉特异性结合蛋白基因BjHMA4R及其编码蛋白和应用
本专利技术属于分子生物学以及基因工程技术研究领域,涉及一种重金属镉特异性结合蛋白基因BjHMA4R及其编码蛋白和应用。
技术介绍
镉是一种毒性很大的重金属,其化合物也大都属毒性物质,因此被认为是一种危险的环境污染物。极微量的镉就可对人体造成伤害,它通过食物链富集,具有稳定、积累和不易消除的特点,可对人体产生慢性中毒,主要积累在肝、肾和骨骼之中,使肾脏等器官发生病变,甚至使人疼痛而死。镉在电镀、汽车及航空、颜料、油漆、印刷等行业都有广泛的应用,工厂排出的含镉废水是水体镉污染的主要污染源。震惊世界的日本“痛痛病”就是水田污染的典型事例,因镉污染而致,被称为“全球十大环境污染事件”。镉对人体的危害已经引起了世界各国的重视,我国规定工业废水中镉的最高排放浓度为0.1mg·L-1,所以含镉废水在排放之前必须进行处理,以达到排放的要求,避免污染中毒事件的发生。因此,含镉废水的有效处理刻不容缓,研究、开发高效经济的含镉废水的处理技术,具有重大的社会、经济和环境意义。化学沉淀法虽能除去废水中的大部分镉离子,但镉却不能回收利用,沉渣还可能造成二次污染。而物理方法处理含镉废水的成本都比较高,难以推广。生物法作为一种很有前途的处理方法,具有耗能少、效率高、无二次污染,而且处理费用较低等优点。但是目前没有筛选到既具有较强的耐盐耐碱、吸附和絮凝能力又具有较强的镉耐受性的菌种,不能做到两者都兼顾,因而限制了微生物法在含镉废水处理中的应用。转运蛋白在金属阳离子的吸收、运输和分配等方面起关键作用。金属阳离子转运蛋白可分为金属阳离子输入蛋白和金属阳离子输出蛋白两类。P1B-ATPase(P1B-typeATPase,或者P1B型ATPase)属于金属阳离子输出蛋白(张玉秀,柴团耀.植物重金属调节基因的分离和功能.第一版.北京:中国农业出版社,2006.26-34)。P1B-ATPase是P-ATPase超家族的一个亚家族,能够利用水解ATP产生的能量逆电化学梯度跨膜转运金属阳离子。P1B-ATPase除选择性地运输必需的金属离子(Cu+,Cu2+,Zn2+和Co2+)外,还能转运一些重金属离子(Cu2+,Cd2+和Pb2+),所以P1B-ATPase又称为重金属ATP酶(HeavymetaltransportingATPase,HMA)(ArgüelloJM,ErenE,González-GuerreroM.ThestructureandfunctionofheavymetaltransportP1B-ATPases.Biometals,2007,20:233-248.)。根据金属底物特异性可以将P1B-ATPase分为两个亚类Zn2+/Co2+/Cd2+/Pb2+P1B-ATPase(Zn亚类)和Cu+/Ag+P1B-ATPase(Cu亚类),其中动物只有Cu亚类(WilliamsLE,MillsRF.P1B-ATPases–anancientfamilyoftransitionmetalpumpswithdiversefunctionsinplants.TRENDSinPlantScience.2005,10(10):491-502)。通过氨基酸多序列比对分析,将目前鉴定的植物P1B-ATPase分为两亚类,如拟南芥AtHMA1-4属于Zn亚类,而AtHMA5-8属于Cu亚类(AxelsenKB,PalmgrenMG.InventoryoftheSuperfamilyofP-TypeIonPumpsinArabidopsis.PlantPhysiology,2001,126:696–706);水稻OsHMA1-OsHMA3属于Zn亚类,OsHMA4-OsHMA9属于Cu亚类(LeeS,KimYY,LeeYetal,RiceP1B-typeHeavyMetalATPase,OsHMA9,IsaMetalEffluxProtein.PlantPhysiol.PlantPhysiol.2007,145(3):831-842)。目前,P1B-ATPase家族成员中比较受关注的是Zn亚类,尤其是拟南芥来源的AtHMA2/4基因,这两个基因被证明参与植物体内Zn和Cd的从根到地上部分的转运,过表达AtHMA4能使Zn和Cd在拟南芥叶中积累,并增强了对Zn和Cd的耐受性(Verret,F.etal.OverexpressionofAtHMA4enhancesroot-toshoottranslocationofzincandcadmiumandplantmetaltolerance.FEBSLett.2004,576,306–312),所以该基因有望用于植物修复(把土壤中的Cd转运到植物的地上部分)和生物强化(增强植物可食部位中的Zn含量)。理论上,双子叶植物中跟AtHMA4直系同源的HMA4基因应具有类似的生理功能,如果HMA4基因对植物体内Zn和Cd的转运和内稳态起关键作用,那么该基因在进化上将受到较强的选择作用。根据中性突变理论,基因突变具有随机性和不定向性,是物种多样性和进化适应的物质基础,选择则具有定向性,是物种形成和适应的驱动力(NeiM.Molecularevolutionarygenetics.1987)。十字花科的拟南芥、天蓝遏蓝菜和鼠耳芥中的HMA4基因应该是直系同源基因,由于同属一个科,这三个HMA4基因在进化上分开的时间应该不长,但是它们的氨基酸序列、组织定位和表达模式都有了较大变化,所以天蓝遏蓝菜和鼠耳芥之所以是重金属超富集植物,推测跟它们体内的HMA4基因有关。AtHMA4的N-末端存在一个短的细胞质中的结构域,而在C-末端有一个长的细胞质中的结构域(从预测的最后一个跨膜区的末端以后大约470aa),C-末端的结构域可能具有调节功能。酵母实验的结果表明与全长AtHMA4相比,截短的AtHMA4,即AtHMA4D714–1172(缺失了游离C-末端),能赋予Zn敏感型酵母突变体zrc1cot1更高的Zn耐受性,并且能赋予野生型酵母更高的Cd耐受性(MillsRF,AlessandraFrancini,PedroS.Cetal.TheplantP1B-typeATPaseAtHMA4transportsZnandCdandplaysaroleindetoxificationoftransitionmetalssuppliedatelevatedlevels.FEBSLetters,2005,579,783–791)。在酵母体内单独表达AtHMA4的游离C-末端同样能提高酵母的Cd耐受性(BernardC,RoosensN,CzernicPetal.AnovelCPx-ATPasefromthecadmiumhyperaccumulatorThlaspicaerulescens.FEBSLetters,2004,569:140–148)。在hma2hma4双突变体中过表达全长AtHMA4比过表达缺失游离C-末端的AtHMA4能更有效的恢复突变体地上部分的金属离子积累,表明在植物体内C-末端结构域对AtHMA4发挥功能是重要的(RebeccaF.M本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种重金属镉特异性结合蛋白基因BjHMA4R,其特征在于,核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示,编码如SEQ ID NO:2所示氨基酸序列的蛋白质。

【技术特征摘要】
1.一种重金属镉特异性结合蛋白基因BjHMA4R,其特征在于,核苷酸序列如SEQIDNO:1所示,编码如SEQIDNO:2所示氨基酸序列的蛋白质。2.一种权利要求1所述的重金属镉特异性结合蛋白基因B...

【专利技术属性】
技术研发人员:王建武相微微代惠萍段义忠梁爽亢福仁
申请(专利权)人:榆林学院
类型:发明
国别省市:陕西,61

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