一种低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3在植物育种调控中的应用制造技术

本发明专利技术公开了低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3在植物育种调控中的应用。属于植物基因工程领域。低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3在植物育种调控中的应用，所述的低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3编码蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID No:4所示。本发明专利技术通过将低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3在水稻中进行敲除，使得Cd胁迫下敲除植株中Cd从根部到茎叶部的转移比野生型植株显著减少、Cd污染土壤种植的敲除植株中籽粒Cd含量比野生型植株显著降低，但是籽粒中的必需元素含量以及水稻的产量均不受负面影响，从而为创造籽粒低Cd的安全水稻提供了一种新的候选基因资源，也为水稻Cd污染治理提供了一种潜在的修复方法。Cd污染治理提供了一种潜在的修复方法。Cd污染治理提供了一种潜在的修复方法。

【技术实现步骤摘要】
一种低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3在植物育种调控中的应用


[0001]本专利技术属于植物基因工程领域，具体涉及一种低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3在植物育种调控中的应用。

技术介绍

[0002]由于人类活动增加，如金属开采、化石燃烧，以及农药、化肥等应用，导致农田土壤重金属如镉(Cd)的污染逐年加剧(Zhao et al.,2015)。重金属Cd污染会使土壤微生物的多样性急剧减少，还会影响植物生长，从而可能导致作物产量减少(DalCorso et al.,2008)。此外，土壤中Cd还可在粮食作物的食用器官中积累，从而对人类健康造成严重威胁(Zhao et al.,2022)。
[0003]植物为了适应环境，自身存在许多防御机制来应对重金属Cd毒害，如限制Cd的吸收和向上转运、与Cd螯合、将Cd隔离、激活自身抗氧化系统等。与这些机制相关的一些重要基因，可被用于调控水稻Cd耐性甚至Cd积累。Cd是水稻非必需元素，它主要通过水稻必需金属元素(如Fe、Zn、Mn、Mg)的转运蛋白吸收并在体内进一步转运(Zhao et al.,2022；Clemens et al.,2016)。因此，发掘水稻Cd吸收转运相关的转运蛋白基因，阐明其作用机制，对于水稻低Cd分子育种及Cd污染防控具有重要意义。
[0004]低亲和性阳离子转运蛋白(low
‑
affinity cation transporter，LCT)是植物中具有金属阳离子转运活性的一类重要转运蛋白。在小麦中发现的TaLCT1蛋白可转运Na
+
、Ca
2+
、K
+
等阳离子，在植物的矿质元素吸收、生长发育中具有重要作用(Schachtmanet al.,1997；Clemens et al.,1998)。在粳稻和籼稻中，分别报道了一个LCT蛋白，即OsLCT1和OsLCT2，二者的功能存在一定差异，但是都与籽粒Cd积累有关(Uraguchi et al.,2011；Tanget al.,2021)。OsLCT1定位于细胞质膜上，具有将金属元素外排的活性，主要在水稻节内表达，负责调控籽粒Cd的韧皮部转运，对其进行RNA干涉可显著降低籽粒Cd含量(Uraguchi et al.,2011)。OsLCT2定位于细胞的内质网膜上，主要集中于根部表达，对其进行过量表达可减少木质部介导的Cd从水稻根部到地上部的转移，从而降低地上部及籽粒中Cd浓度(Tanget al.,2021)。
[0005]通过搜索水稻基因数据库，在粳稻基因组中发现一个新的LCT蛋白基因，该蛋白含有1个Mg
2+
转运结构域及11个跨膜螺旋结构，与OsLCT1、OsLCT2的蛋白质序列相似性都很低(分别仅为22％、20％)，故将此新的LCT蛋白基因命名为OsLCT3。研究发现，OsLCT3蛋白定位于细胞质膜上，主要在水稻的根、茎基部等部位表达，且受Cd胁迫诱导表达上调。在酵母中，OsLCT3表达不仅降低酵母Cd耐性，且提高细胞内Cd含量。在水稻中，敲除OsLCT3使得水稻的苗高、鲜重、干重等性状显著增加，而OsLCT3基因过量表达株系中这些性状均表现相反；敲除株系的地上部、根部及木质部汁液中Cd浓度比野生型均显著降低，而过量表达植株中这些部位的Cd浓度比野生型均显著增加。这些结果表明，OsLCT3具有Cd內运作用，对其敲除可减少细胞内Cd含量及Cd的向上转移，从而有利于水稻Cd耐性增加。通过Cd污染田栽培实验，
发现敲除株系的籽粒Cd含量比野生型显著降低，而过量表达株系中Cd浓度比野生型显著增加；敲除株系的产量比野生型显著增加，而过量表达株系的产量比野生型显著降低；但是，敲除株系和过量表达株系中籽粒的必需元素含量均不受影响。这些结果表明，OsLCT3基因可用于调控水稻的Cd耐性及籽粒Cd积累，从而可为水稻Cd污染修复及粮食安全生产服务。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的缺点与不足，本专利技术的首要目的在于提供低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3在植物育种调控中的应用。
[0007]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0008]低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3在植物育种调控中的应用，所述的低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3编码蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID No:4所示。
[0009]所述的低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3的核苷酸序列如SEQ ID No:1所示。
[0010]所述的植物育种调控是指在植物中敲除低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3，提高植物对Cd的耐受性，增加水稻生物量，降低植物籽粒中的Cd含量。
[0011]所述的植物优选为禾本科植物；进一步优选为小麦、玉米和水稻中的至少一种；更优选为水稻。
[0012]低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3在提高植物对Cd的耐受性和/或制备/培育籽粒Cd低积累植物品种中的应用。
[0013]低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3敲除载体在提高植物对Cd的耐受性和/或制备/培育籽粒Cd低积累植物品种中的应用。
[0014]进一步地，所述的低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3敲除载体为针对OsLCT3基因两个靶点(TS1和TS2)的敲除载体；
[0015]靶点1(TS1，即U3靶点)sgRNA扩增引物为：
[0016]正向引物：5
’‑
ggcaGGCAGGAAGTAATAAGCCTT
‑3’
；和
[0017]反向引物：5
’‑
aaacAAGGCTTATTACTTCCTGCC
‑3’
；
[0018]靶点2(TS2，即U6a靶点)sgRNA扩增引物为：
[0019]正向引物：5
’‑
gccgATCGCCGCGACAATCCTTCA
‑3’
；和
[0020]反向引物：5
’‑
aaacTGAAGGATTGTCGCGGCGAT
‑3’
。
[0021]一种增强植物对Cd的耐受性和/或降低植物籽粒中的Cd含量的方法，包括将低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3敲除的步骤。
[0022]本专利技术相对于现有技术具有如下的优点及效果：
[0023](1)本专利技术通过将低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3在水稻中进行敲除，使得Cd胁迫下敲除植株的生长明显优于野生型植株，而且敲除植株中的Cd从根部到茎叶部的转移比野生型植株显著减少、成熟期籽粒(糙米)中Cd含量比野生型降低≥31.92％，从而为创造籽粒低Cd的安全水稻提供了一种新的候选基因资源，也为水稻Cd污染治理提供了一种潜在的修复方法。
[0024](2)本专利技术通过敲除低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3，能够有效提高水稻对Cd的耐受性，降低水稻籽粒中的Cd含量，为水稻低Cd分子育种及Cd污染治理提供了一种候选的基因本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3在植物育种调控中的应用，其特征在于，所述的低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3编码蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID No:4所示。2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3的核苷酸序列如SEQ ID No:1所示。3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的植物育种调控是指在植物中敲除低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3，可减少Cd向细胞内的转运及向上转移，从而提高植物对Cd的耐受性，增加水稻产量，降低植物籽粒中的Cd含量。4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述的植物为禾本科植物。5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述的禾本科植物为小麦、玉米和水稻中的至少一种。6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的禾本颗植物为水稻。7.低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3在提高植物对Cd的耐受性和/或制备/培育籽粒Cd低积累植物品种中的应用。8.低亲和性阳离子转运蛋白基因OsLCT3敲除载体在提高植物对Cd的耐受性和/或制备/培育籽粒C...

【专利技术属性】
技术研发人员：易继财，刘秀莲，叶荣，梁滢，周丹漫，姜清，张树昌，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：