水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的应用制造技术

本发明专利技术公开了水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的应用。一种锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2，序列如SEQ ID NO.1所示。该基因可在提高水稻幼苗对镉毒害的耐受性，降低水稻成熟期各组织镉含量等方面应用。本发明专利技术通过大量实验发现了水稻中的锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的生物学功能，敲除该基因后，水稻幼苗对镉毒害的耐受性显著提高；在水稻成熟阶段，敲除植株中籽粒镉含量、颖壳镉含量、花序轴镉含量、第一节镉含量、第一节间镉含量显著降低。低。低。

【技术实现步骤摘要】
水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的应用


[0001]本专利技术属于植物基因工程
，涉及水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的应用。

技术介绍

[0002]镉是一种对人体有害的重金属元素(Kuramata et al.,2022)。在人体中，过量的镉积累会导致多种疾病，如肾功能不全、骨质疏松症以及心血管疾病等(Chen et al.,2020；Luo et al.,2021)。尽管镉可以通过饮水、空气和食物等多种途径进入人体，但对普通人群来说，其体内镉摄入的主要来源是食物(Clemens et al.,2013)。水稻是世界上最重要的粮食作物之一，全球近一半的人口以水稻为主食。与其它粮食作物相比，水稻对土壤中的镉吸收能力较强并易于向籽粒中转移镉(Sui et al.,2018)，因此稻米成为了人体镉摄入的重要来源。研究显示，在一些亚洲国家如中国和日本，稻米贡献了超过40％的膳食镉摄入量(Tsukahara et al.,2003；Song et al.,2017)。近年来，随着土壤重金属污染问题和酸化问题的加剧，因此，为了保障我国公民的身体健康，降低稻米镉含量势在必行。尽管此前研究人员提出了一些物理化学方法修复镉污染土壤从而减少水稻对镉的吸收，但这些措施普遍存在着成本高、修复时间长以及操作难度大等诸多问题，因此综合考虑来看，降低稻米镉含量的关键还是利用优异的等位基因和种质资源，培育低镉积累的水稻新品种。
[0003]除人体外，镉对植物也有严重的毒害效应。镉不仅影响植物的生长发育，造成植物的株高、根长以及生物量等显著下降(Ali et al.,2019)，而且镉还导致了农作物的产量和品质明显降低(Imran et al.,2021)。在发育过程中，植物进化出各种各样的机制以缓解体内镉的毒害作用。一方面，植物通过合成半胱氨酸、谷胱甘肽(GSH)和植物螯合肽(PCs)等巯基化合物或果胶、木质素等细胞壁组分螯合细胞内的镉并以络合物的形式累积在液泡或细胞壁中从而降低了细胞质中的镉含量(Park et al.,2011)；另一方面，植物通过提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)和过氧化氢酶(CAT)等抗氧化酶的活性以及脯氨酸、GSH和抗坏血酸(AsA)等非酶类抗氧化剂的含量来加强自身的抗氧化能力(Guo et al.,2019)；此外，植物还通过提高抗逆相关激素(如ABA、IAA、SA和JA)的合成，提高镉解毒和耐受转录因子(如WRKY、MYB和HSF)的表达量等间接途径来提高抵御镉胁迫的能力。
[0004]目前水稻中同时调控镉耐受性和籽粒镉积累的基因报道较少，对这类基因的挖掘意义重大，在生产上，利用这类基因可以实现在保证水稻生长和产量不受影响的前提下，有效降低稻米中的镉含量，即达到“一箭双雕”的效果。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决现有技术中存在的上述问题，提供水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的应用。OsZIP2在GenBank中的登录号为XM_015772738。
[0006]本专利技术的第一个目的是提供敲除水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2在提高水稻幼苗对镉毒害的耐受性和/或降低水稻成熟期各组织镉含量中的应用，所述水稻锌铁
调控转运蛋白编码基因OsZIP2的基因组核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。
[0007]进一步的，所述水稻组织为籽粒、颖壳、花序轴、第一节、第一节间中的一种或多种。
[0008]进一步的，所述水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的CDS序列如SEQ ID NO.2所示。
[0009]本专利技术的第二个目的是提供一种提高水稻幼苗对镉毒害的耐受性和/或降低水稻成熟期各组织镉含量的敲除载体，其特征在于，所述敲除载体为含有权利要求1所述水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的重组表达载体。
[0010]进一步的，所述敲除载体为以pYLCRISPR/Cas9Pubi
‑
H载体为基础载体，将SEQ ID NO.3所示锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的靶点序列T1和SEQ ID NO.4所示锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的靶点序列T2插入基础载体的BsaI
‑
BsaI酶切位点之间所得。
[0011]本专利技术的第三个目的是提供前述的敲除载体在提高水稻幼苗对镉毒害的耐受性和/或降低水稻成熟期各组织镉含量中的应用。
[0012]进一步的，所述水稻组织为籽粒、颖壳、花序轴、第一节、第一节间中的一种或多种。
[0013]进一步的，所述应用为将前述的敲除载体导入水稻得到敲除锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的水稻，从而提高水稻幼苗对镉毒害的耐受性，和/或降低水稻成熟期各组织镉含量。
[0014]本专利技术的有益效果
[0015]1、本专利技术通过系统研究，首次提供了一种锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2在重金属镉转运方面的生物学功能。
[0016]2、该锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2在酵母中异源表达后显著降低了酵母对镉胁迫的耐受性，提高了酵母镉含量，表明该基因具有镉转运活性。
[0017]3、敲除该锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2后，提高了水稻幼苗对镉毒害的耐受性。
[0018]4、敲除该锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2后，降低了成熟期水稻籽粒镉含量、颖壳镉含量、花序轴镉含量、第一节镉含量、第一节间镉含量。
[0019]5、构建了锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的敲除材料。
[0020]通过本专利技术提供的锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的应用，能够有效提高水稻幼苗对镉毒害的耐受性，特别是在水稻成熟期，显著降低籽粒的镉含量。
附图说明
[0021]图1为水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2在酵母中的异源表达效果图；其中：
[0022]A：酵母生长情况；
[0023]B：不含有镉的液体培养基中酵母的生长曲线；
[0024]C：含有40μM镉的液体培养基中酵母的生长曲线；
[0025]D：酵母吸收实验中酵母细胞镉浓度。
[0026]图2为水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2敲除突变体的镉耐受性实验；其中：
[0027]A：在不同浓度的氯化镉溶液中，发芽4天的野生型ZH11和OsZIP2敲除突变体的幼
苗生长表型；
[0028]B：A中所示的野生型ZH11幼苗和OsZIP2敲除突变体幼苗的根长统计图。
[0029]图3为水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2敲除突变体的镉污染土盆栽试验；其中：
[0030]A：在含镉污染土的盆栽条件下，植株颖壳镉含量、花序轴镉含量、第一节镉含量以及第一节间镉含量统计图；
[0031]B：在含镉污染土的盆栽条件下，植株籽粒镉含量统计图。
[0032]图4为水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2敲除突变体的大田非镉污染土种植试验。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.敲除水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2在提高水稻幼苗对镉毒害的耐受性和/或降低水稻成熟期各组织镉含量中的应用，其特征在于，所述水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的基因组核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述水稻组织为籽粒、颖壳、花序轴、第一节、第一节间中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的CDS序列如SEQ ID NO.2所示。4.一种提高水稻幼苗对镉毒害的耐受性和/或降低水稻成熟期各组织镉含量的敲除载体，其特征在于，所述敲除载体为含有权利要求1所述水稻锌铁调控转运蛋白编码基因OsZIP2的重组表达载体。5.根据权利要求4所述的敲除载体，其特征在于，所述敲除载体为以pYLCRISP...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄新元，李梦真，刘桓，赵方杰，
申请(专利权)人：南京农业大学，
类型：发明
国别省市：