一种植物抗性基因及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于分子生物学技术领域，具体涉及一种植物抗性基因及其应用。
【背景技术】
[0002] 镉（Cd)是一种高毒性的重金属。研宄表明它可以导致肺癌（Nawrot等，2006)、 胰腺癌（Kriegel 等，2006)、乳腺癌（McElroy 等，2006)和子宫癌（Akesson 等，2008)。 除了已经明确可以致癌之外，镉也会引起肾小管损伤、鼻炎、肺气肿、软骨病和骨折（Nawrot 等，2006; Bertin等，2006)，以及早期动脉粥样硬化（Messner等，2009)和引起心血 管疾病（Alissa 和 Ferns, 2011)的高血压（Gallagher 和 Meliker, 2010)等病症。因 为镉在人体内可以累积，特别是肝和肾，所以即使低剂量的长期累积也会导致严重的疾病 (Pennemans 等，2011)。
[0003] 镉处理会抑制植物的很多生理过程，比如光合作用、细胞延长、固氮和矿物营养吸 收等（Zhang 等，2003; Hassan 等，2005; Wojcik 等，2005; di Toppi 和 Gabbrieli, 1999)。尽管对植物的影响主要表现在可以导致生长抑制（Ranieri等，2005)，比如引起作 物产量损失，但是人们更多关注的是来自食物镉摄入。比如由于水稻是世界上半数人口的 主要食物，水稻已经成为他们主要的镉摄入来源（Cheng等，2006; Watanabe等，2004)。 2013年广东省分布的报告指出，广东抽验的近半数样品的镉含量超过国家标准。其中来自 湖南省部分地区的大米污染比较严重（《广州日报》，2013年5月24日）。2014年，国土资 源部发布的分布的调查报告显示，我国耕地的19. 4%受到了污染，其中的82. 8%为无机物 污染，污染最严重的前3位分别是镉、镍和砷（中华人民共和国国土资源部，2014年4月17 日）。这些资料显示，镉污染已经对我国人民的健康造成直接的威胁。除了直接摄入大米中 的镉，稻草也成为另外一个镉污染源。在一些地区，稻草作为饲料喂养家畜。人们通过消费 动物产品(尤其是富集镉的动物肝脏和肾脏)，进一步摄入镉。因此，研发具有低镉积累的水 稻或其他作物已经成为包括我国在内的镉污染国家的当务之急。
【发明内容】
[0004] 本发明的一个目的在于提供一种可提高植物抗性的氨基酸序列以及编码该氨基 酸序列的核苷酸序列。
[0005] 本发明的另一个目的在于提供上述氨基酸序列或核苷酸序列在培育高抗性和/ 或低金属积累植物中的应用。
[0006] 本发明的另一个目的在于提供上述氨基酸序列或核苷酸序列在高抗性和/或低 金属积累植物辅助育种中的应用。
[0007] 本发明所采取的技术方案是： 一种提高植物抗性的氨基酸序列，其含有水稻0s03L2或0s03L3蛋白质序列的截短序 列，所述截短序列至少含有一个乙酰转移酶催化结构域，其氨基酸序列如SEQ ID NO. 2 所示。
[0008] 进一步地，所述乙酰转移酶催化结构域含一侧的完整序列以及对侧的32~35 个氨基酸残基。
[0009] 更进一步地，所述0s03L2蛋白质序列的截短序列含有如SEQ ID NO. 4所示的氨基 酸序列，或者是SEQ ID NO. 4所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个氨基酸 和/或末端修饰且具有同等或更高活性的序列。
[0010] 更进一步地，所述0S03L3蛋白质序列的截短序列含有如SEQ ID NO. 6所示的氨基 酸序列，或者是SEQ ID NO. 6所示的氨基酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个氨基酸 和/或末端修饰且具有同等或更高活性的序列。
[0011] 编码以上所述氨基酸序列的核苷酸序列。
[0012] 进一步地，编码0S03L2截短序列的核苷酸序列，其含有如SEQ ID NO. 3所示的序 列。
[0013] 进一步地，编码0s03L3截短序列的核苷酸序列，其含有如SEQ ID NO. 5所示的序 列。
[0014] 含有以上所述的核苷酸序列的重组载体、重组菌或转基因细胞系。
[0015] 以上所述的氨基酸序列或核苷酸序列或含有核苷酸序列的重组载体、重组菌或转 基因细胞系在培育高抗性和/或低金属积累植物中的应用，所述高抗性选自抗盐碱、抗镉、 抗砷中的至少一项；所述低金属积累植物是指低镉积累植物和/或低砷积累植物。
[0016] 一种转基因植物的培育方法，包括将上述可降低植物镉积累氨基酸序列的编码核 苷酸序列导入受体植物中，得到转基因植物；所述转基因植物与受体植物相比，其抗性提高 和/或金属积累降低；所述抗性选自抗盐碱、抗镉、抗砷中的至少一项；所述金属是指镉或 砷。
[0017] 以上所述的氨基酸序列或核苷酸序列在高抗性和/或低金属积累植物辅助育种 中的应用，所述高抗性选自抗盐碱、抗镉、抗砷中的至少一项；所述低金属积累植物是指低 镉积累植物和/或低砷积累植物。
[0018] 本发明的有益效果是：本发明筛选到了水稻两个ΑΚ?基因（AsOJZ身卩的 截短版本序列2B和3D。2B和3D的转基因株系都表现出对镉、二酰胺、砷和氯化钠的耐受 性增加，并且在根茎和稻米中镉积累量显著低于对照。同时还发现植物体内重要元素如锰、 铁、铜和锌的含量并未受到影响。2B和3D可以在水稻幼苗中降低镉累积，因此它们也可能 在叶菜和牧草或其他作物的品种改良中使用，以降低人们通过食物链的镉摄入量。
【附图说明】
[0019] 图1为用于水稻转化的载体示意图（A-D :在pCAMBIA1301分别插入受 或似泛游驱动的2Β或3D基因的载体示意图，Nos-T:胭脂碱合成酶基因终止子；LB，RB: T-DNA左右边界)。
[0020] 图2为转基因 Tl植株的Western杂交结果(每个泳道上样量为 10 yg总蛋白；泳道1，5,6,8，12,25,28和30来自生长良好并结实的植株；泳道4,7和15 来自3-4周死亡的植株；使用抗FLAG抗体检测，对照为仏7-奶。
[0021] 图3为在拟南芥中表达AsOJZ漭卩J后植株的表型（似泛游····和 似转化株系表现出对氧化胁迫的耐受性，野生型和不同T2转基因系在附加2 mM二酰胺的MS培养基上生长10天)。
[0022] 图4为转直株对Cd和diamide的耐受性测试结果(耐受性表示：_，无菌 落；+，++，+++，++++:分别表示在稀释度1，ΗΓ 1，HT2和HT3下生长出菌落；数字表示 氨基酸残基位置；黑色框表示推断的展乙酰转移酶催化结构域)。
[0023] 图5为转植株对Cd和diamide的耐受性测试结果(耐受性表示：_，无菌 落；+，++，+++，++++:分别表示在稀释度1，ΗΓ 1，HT2和HT3下生长出菌落；数字表示 氨基酸残基位置；黑色框表示推断的展乙酰转移酶催化结构域)。
[0024] 图6为转基因植株对CcU diamide、As和NaCl的耐受性分析(负对照：空载体 pARTl ;正对照三角表示10倍梯度稀释，起始浓度为0. 5 OD 6QQ)。
[0025] 图7为水稻0s03L2和0s03L3蛋白质序列比对图。
[0026] 图8为T2植株的Southern杂交结果(使用Sac I酶切T2植株的基因组DNA并用 32P标记的如?探针杂交)。
[0027] 图9为过表达2Β和3D序列的Tl植株根和茎杆中的镉累积情况。
[0028] 图10为过表达2B和3D序列的T2种子的镉累积情况。
[0029] 图11为表达2B和3D的T2水稻株系表现对镉的抗性增强(幼苗在营养液中生长7 天后转入含20 μM CdCl2*在生长14天，茎杆和根的长度统计，对照为中花11WT，标准差 来自8个生物学重复，/7〈 0. 01)。
[0030] 图12为表达