HvSRLP基因及其调控植物对镉耐受性和镉积累中的用途制造技术

本发明专利技术公开了HvSRLP基因及其在调控植物对镉耐受性和镉积累中的用途，属于基因工程技术领域。所述HvSRLP基因的CDS区核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。本发明专利技术通过对大麦HvSRLP基因的克隆和分析，并结合同源遗传转化过表达和RNA干扰技术进行功能验证，HvSRLP沉默显著降低植株根系Cd向地上部的转运，减少植株镉积累，进一步的，本发明专利技术基于HvSRLP基因过表达提高植株对镉的吸收和积累，将其应用到镉污染土壤的植物修复中，为镉污染土壤植物修复提供了一种可行的技术方案。一种可行的技术方案。一种可行的技术方案。

【技术实现步骤摘要】
HvSRLP基因及其调控植物对镉耐受性和镉积累中的用途


[0001]本专利技术涉及基因工程
，具体涉及HvSRLP基因及其调控植物对镉耐受性和镉积累方面的用途。

技术介绍

[0002]镉(Cadmium,Cd)是一种具有强毒性非生物必需重金属元素，它有较高的土壤
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植物移动性，且容易在植物组织中积累(Song等，2015)，导致作物减产，并通过食物链威胁人类健康(Clemens等，2013；Sun等，2013)。进入人体的镉主要积累在肾脏中，其生物半衰期长达约20年(Clemens等，2013；Aziz等，2015)。镉的过量摄入会导致各种严重的健康问题，包括贫血、癌症、心血管疾病和肾小管损伤(Satarug等，2003，2009)。鉴于此，土壤中的镉污染一直是热点关注问题(Arthur等，2000；Wu等，2004；Cao等，2014)。
[0003]植物修复技术是一种低成本、有效的土壤镉污染治理技术，挖掘植物作物镉吸收转运及积累相关基因、阐明其调控的分子遗传机理等的研究，对开发植物修复植物品种及生态环境的恢复具有重要意义。Luo等(2018)发现一种防御素样蛋白(defensin
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like protein)CAL1参与水稻叶片中的镉积累，它通过螯合作用促进镉分泌到细胞外空间并装载到木质部中，经历维管束的长距离运输后，最终导致大部分镉沉积在叶片而不是籽粒中。Wang等(2022)发现一个大麦核苷碱基
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维生素C转运家族(Nucleobase/>‑
ascorbic acid transporters,NAT)成员HvNAT2也会通过活化大麦中的抗氧化能力来增强其耐镉性同时也促进了大麦中的镉积累。它们可应用于培育秸秆中镉高积累而籽粒镉含量达标的“修复型”作物品种，为镉污染土壤的植物修复工作提供了一种新的理想机制。但现在面临的主要挑战仍是识别更多新颖、有效的耐镉基因。
[0004]大麦(Hordeum vulgare L.)是全球各地普遍栽培的第四大禾谷类作物，也是人类直接或间接摄取镉的主要来源之一(Hayes等，2020；Lei等，2020)。同时，大麦是二倍体自花授粉作物，其染色体数目少，可作为其它麦类作物的模式植物，十分适合生理和遗传机理研究(Forster等，2000)。因此深入研究大麦镉积累相关基因在镉积累与耐性中的作用及分子机制具有重要的意义。
[0005]植物类受体蛋白激酶(receptor
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like protein kinase,RLKs)是位于细胞质膜的分子识别受体，将细胞外分子信号传递至细胞内，随后引发下游一系列的免疫反应(He和Wu，2016)。典型的RLKs通常包含三个结构域：胞外受体域、跨膜域和胞内激酶域(Guo等，2019)，而如果缺失胞内激酶域则为类受体蛋白(receptor
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like protein,RLPs)，它们通常与RLKs互作共同参与信号转导作用(Lv等，2020)。根据胞外结构域差异，RLKs可被分为6种类型，其中凝集素类受体蛋白激酶(lectin receptor
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like protein kinase,LecRLKs)是RLKs的一个亚家族，其胞外域包含一个或多个凝集素基序，可与单糖或寡糖可逆结合。LecRLKs广泛存在于植物中，并被报道参与多种生物/非生物胁迫相应，也可在植物生长发育中发挥重要调控作用(Vaid等，2013)。根据胞外凝集素结构域的多样性，LecRLKs又可进一步被划分为L
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、G
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和C
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型(Zhang等，2020)，其中G
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型LecRLKs的胞外结构域通常较为复
杂，除了包含球状凝集素，还常包含S
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locus糖蛋白结构域(S
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domain)、Plasminogen/Apple/Nematode(PAN)结构域和表皮生长因子(EGF)结构域。其中S
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locus结构域在有花植物的自交不亲和中发挥重要作用，因此包含S
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domain的LecRLKs又可被称为S
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位点RLK(S
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locus receptor kinase,SRK)。目前未见大麦类受体蛋白在调控镉耐受和镉积累方面的相关报道。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种从大麦中克隆得到的具有耐镉特性的基因，利用其在调控镉耐受和镉积累方面的功能应用到镉污染植物修复以及耐镉植物育种中。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0008]本专利技术以苏引麦2号(镉敏感基因型)与萎缩不知(耐镉基因型)为亲本杂交F1经小孢子培养构建的含有108个株系的DH群体和双亲为材料，进行土培镉胁迫试验，检测大麦籽粒百粒重和镉及矿质元素含量的QTLs，检测到一个与籽粒Cd含量相关的QTLs，命名为qKCd5H。qKCd5H位于染色体5H，基于BarleyMap在该QTL区间找到了31个带有注释的基因。其中，HORVU5Hr1G118510基因的注释是Serine/threonine
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protein kinase，推测其与镉积累相关。随后通过NCBI和大麦数据库IPK获取其核酸和蛋白序列，结果显示该蛋白含有S_locus_glycop结构域，但不包含胞内激酶域，因此命名为HvSRLP。
[0009]HvSRLP基因克隆与分析：从大麦萎缩不知中克隆得到HvSRLP基因，该基因的CDS区核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。
[0010]HvSRLP基因CDS区全长1314bp，其编码的蛋白质序列包含438个氨基酸残基，氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。该蛋白分子量为45.63kDa；等电点pI＝8.19。功能域和蛋白结构分析预测结果显示该蛋白有4个保守功能域：第1
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31个氨基酸序列为信号肽；第40
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153个氨基酸序列为B_lectin域，与单糖或寡糖的特异性结合有关；第197
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312个氨基酸序列为Pfam.S_locus_glycop，参与有花植物的自交不亲和性；第332
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398氨基酸序列的Pfam.PAN_2结构域，该结构域富含半胱氨酸参与形成二硫键。
[0011]从OneKP转录组数据库中筛选与HvSRLP同源的候选蛋白并进行进化树分析，结果显示该蛋白与TaSRLP的同源关系最近，两蛋白序列间有91.08％的相似度。
[0012]HvSRLP基因的表达模式分析：HvSRLP基因在地上部茎、叶中的表达量高于根系，镉胁迫显著诱导了该基因在地上部中的表达。进一步的镉胁迫时间的响应变化分析表明：HvSRLP基因可在短时间内迅速响应镉胁迫，其相对表达量在Cd处理3h后显著上调并达到峰值，随后逐渐降低，至Cd处理1d时回落本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.HvSRLP基因在调控植物对镉胁迫耐受性和镉积累中的应用，其特征在于，该基因的CDS区核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。2.如权利要求1所述的应用，其特征在于，所述HvSRLP基因编码的蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。3.如权利要求1所述的应用，其特征在于，HvSRLP基因沉默使植株对镉的耐受性降低。4.如权利要求1所述的应用，其特征在于，HvSRLP基因过表达促进植株对镉的吸收和积累。5.如权利要求4所...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈沁，邬飞波，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：