SAL1突变蛋白及其在植物育种中的应用

本发明涉及植物学领域，更具体地涉及sal1突变蛋白及其在植物育种中的应用。

背景技术：

1、矿质营养元素如铁、锌等是植物和动物的必需营养元素，是生物体内许多蛋白的辅助因子，参与细胞代谢、氧化还原、转录调控等多种生物学过程。据统计，全世界超过20亿人口存在铁、锌等矿质营养元素缺乏问题，如何提高主要作物如水稻中的铁、锌等含量对保障人们身体健康具有重要意义。而研究水稻矿质营养元素积累的内在分子遗传机制是培育矿质营养元素高积累品种的前提和基础。

2、植物需要14种必需矿质营养元素来维持正常的生长发育，其中的铁、锌等必需微量元素对人类的健康维持也至关重要。据统计，全世界超过20亿人口存在铁、锌等矿质营养元素缺乏问题。目前改善矿质营养元素缺乏主要通过调整饮食结构或人工添加的食品干预法，但由于改变饮食习惯存在较大阻力，并且需要一定经济基础，该干预方法覆盖面有限，难以为继。

3、许多矿质营养元素首先通过较为专一的转运蛋白吸收进入植物根系，然后通过其它转运蛋白运输至地上部和种子中。国内外已报道了大量的各种矿质营养元素的转运蛋白，也有很多研究利用转基因手段改变这些转运蛋白的表达来提高作物的矿质营养元素含量，但是这种改变往往局限于个别元素。

4、因此，本领域迫切需要开发一种培育高矿质营养元素含量植物，比如水稻新品系的方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种培育高矿质营养元素含量植物，比如水稻新品系的方法。

2、在本发明的第一方面，提供了一种分离的sal1突变蛋白，所述的突变蛋白为突变的sal1多肽，

3、并且所述突变的sal1多肽在野生型sal1多肽的对应于seq id no.:1的第 285位氨基酸发生突变：

4、第285位的丙氨酸(a)。

5、在另一优选例中，所述第285位的丙氨酸(a)突变为选自下组的一种或多种氨基酸：缬氨酸(v)、亮氨酸(l)。

6、在另一优选例中，所述第285位的丙氨酸(a)突变为缬氨酸(v)。

7、在另一优选例中，所述的突变选自下组：a285v、a285(l)、或其组合。

8、在另一优选例中，所述突变蛋白的氨基酸序列如seq id no.:2所示。

9、在另一优选例中，所述的突变蛋白为具有seq id no.:2所示氨基酸序列的多肽、其活性片段、或其保守性变异多肽。

10、在另一优选例中，所述的突变蛋白除所述突变(如285位)外，其余的氨基酸序列与seq id no.:1所示的序列相同或基本相同。

11、在另一优选例中，所述的基本相同是至多有50个(较佳地为1-20个，更佳地为1-10个、更佳地1-5个)氨基酸不相同，其中，所述的不相同包括氨基酸的取代、缺失或添加，且所述的突变蛋白具有提高植物的有益元素含量，同时降低有毒重金属的含量的活性。

12、在另一优选例中，所述突变蛋白与seq id no.:1所示序列的同源性至少为 80％，较佳地至少为85％或90％，更佳地至少为95％，最佳地至少为98％或99％。

13、在另一优选例中，所述sal1多肽来源于单子叶植物或双子叶植物。

14、在另一优选例中，所述sal1多肽来源于选自下组的一种或多种植物：禾本科、豆科、十字花科植物。

15、在另一优选例中，所述sal1多肽来源于选自下组的一种或多种植物：水稻、玉米、烟草、高粱、小麦、大豆、拟南芥、马铃薯、番茄、油菜、藜麦。

16、在另一优选例中，所述的sal1多肽来源于水稻(oryza sativa)。

17、在另一优选例中，所述的突变蛋白选自下组：

18、(a)具有seq id no.:2所示氨基酸序列的多肽；

19、(b)将seq id no.:2所示氨基酸序列经过一个或多个(如2个、3个、4个或 5个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有提高植物的有益元素含量，同时降低有毒重金属的含量的活性的由(a)衍生的多肽。

20、在另一优选例中，所述的衍生的多肽与seq id no.:2所示序列的同源性至少为60％，较佳地至少为70％，更佳地至少为80％，最佳地至少为90％，如95％、 97％、99％。

21、在另一优选例中，所述突变蛋白为seq id no.:1所示的野生型的sal1多肽经突变形成的。

22、本发明第二方面提供了一种分离的多核苷酸，所述多核苷酸编码本发明第一方面所述的sal1突变蛋白。

23、在另一优选例中，所述多核苷酸选自下组：

24、(a)编码如seq id no.:2所示多肽的多核苷酸；

25、(b)序列如seq id no.:3所示的多核苷酸；

26、(c)核苷酸序列与seq id no.:3所示序列的同源性≥80％(较佳地≥90％，更佳地≥95％，最佳地≥98％)，且编码seq id no.:2所示多肽的多核苷酸；

27、(d)与(a)-(c)任一所述的多核苷酸互补的多核苷酸。

28、在另一优选例中，所述的多核苷酸选自下组：基因组序列、cdna序列、rna 序列、或其组合。

29、在另一优选例中，所述的多核苷酸在所述突变蛋白的orf的侧翼还额外含有选自下组的辅助元件：信号肽、分泌肽、标签序列(如6his)、或其组合。

30、在另一优选例中，该多核苷酸还包含与所述突变蛋白的orf序列操作性连接的启动子。

31、在另一优选例中，所述的启动子选自下组：组成型启动子、组织特异性启动子、诱导型启动子、或者强启动子。

32、本发明第三方面提供了一种载体，所述的载体含有本发明第二方面所述的多核苷酸。

33、在另一优选例中，所述载体包括表达载体、穿梭载体、整合载体。

34、本发明第四方面提供了一种宿主细胞，所述的宿主细胞含有本发明第三方面所述的载体或基因组中整合有本发明第二方面所述的多核苷酸。

35、在另一优选例中，所述的宿主细胞为真核细胞，如酵母细胞或植物细胞。

36、在另一优选例中，所述的宿主细胞为原核细胞，如大肠杆菌。

37、在另一优选例中，所述真核细胞包括植物细胞。

38、在另一优选例中，所述植物包括单子叶植物和双子叶植物。

39、在另一优选例中，所述植物包括草本植物和木本植物。

40、在另一优选例中，所述草本植物选自下组：茄科、禾本科植物、豆科植物、或其组合。

41、在另一优选例中，所述木本植物选自下组：猕猴桃科、蔷薇科、桑科、或其组合。

42、在另一优选例中，所述植物选自下组：禾本科植物、十字花科植物、豆科植物、茄科、猕猴桃科、锦葵科、芍药科、蔷薇科、百合科、或其组合。

43、在另一优选例中，所述的植物选自下组：水稻、拟南芥、白菜、大豆、番茄、玉米、烟草、小麦、马铃薯、番茄、油菜、藜麦、高粱或其组合。

44、本发明第五发明提供了一种sal1突变蛋白的制备方法，所述的方法包括步骤：

45、(a)在适合表达的条件下，培养本发明第四方面所述的宿主细胞，从而表达所述的突变蛋白；和

46、(b)分离所述的sal1突变蛋白。

47、本发明第六方面提供了一种酶制剂，所述酶制剂包括本发明第一方面所述的sal1突变蛋白。

48、在另一优选例中，所述的酶制剂包括注射剂、和/或冻干制剂。

49、本发明第七方面提供了一种改良植物的方法，所述的方法包括步骤：

50、(a)提供一植物细胞，利用基因工程改造所述植物细胞，从而使所述植物细胞表达本发明第一方面所述的sal1突变蛋白；和

51、(b)将步骤(a)中的植物细胞再生成植株。

52、在另一优选例中，所述的步骤(a)包括步骤：

53、(1)提供携带表达载体的农杆菌，所述的表达载体含有本发明第一方面所述的sal1突变蛋白的dna编码序列；

54、(2)将植物细胞与步骤(1)中的农杆菌接触，从而使所述突变蛋白的dna编码序列转入植物细胞，并且整合到植物细胞的染色体上；和

55、(3)选择已转入所述突变蛋白的dna编码序列的植物细胞。

56、在另一优选例中，在步骤(a)中，利用基因编辑技术改造所述植物细胞，从而使所述植物细胞表达本发明第一方面所述的sal1突变蛋白。

57、在另一优选例中，在步骤(a)中，利用基因编辑技术改造所述植物细胞，从而使所述植物细胞中的sal1多肽在对应于seq id no.:1的第285位的丙氨酸发生突变。

58、在另一优选例中，所述的基因编辑技术选自下组：crispr基因编辑体系、易错pcr、基因重组、talen和zfn。

59、在另一优选例中，所述基因编辑技术包括碱基编辑器。

60、在另一优选例中，所述的基因编辑技术包括可以产生所述突变的任何技术方法。

61、在另一优选例中，所述方法改良植物的性能，所述性能包括：(i)提高植物的有益元素含量，同时降低有毒重金属的含量；和/或(ii)提高植物对钙和铝的敏感性；和/或(iii)改良植物农艺性状。

62、在另一优选例中，所述改良植物农艺性状包括：降低植物高度、提高分蘖数、降低小穗长度、延迟开花时间。

63、在另一优选例中，所述有益元素包括钾、磷、镁、钙、铁、钼、铜、锌、硒。

64、在另一优选例中，所述有毒重金属包括砷。

65、在另一优选例中，所述植物包括单子叶植物和双子叶植物。

66、在另一优选例中，所述植物包括草本植物和木本植物。

67、在另一优选例中，所述草本植物选自下组：茄科、禾本科植物、豆科植物、或其组合。

68、在另一优选例中，所述木本植物选自下组：猕猴桃科、蔷薇科、桑科、或其组合。

69、在另一优选例中，所述植物选自下组：禾本科植物、十字花科植物、豆科植物、茄科、猕猴桃科、锦葵科、芍药科、蔷薇科、百合科、或其组合。

70、在另一优选例中，所述的植物选自下组：水稻、拟南芥、白菜、大豆、番茄、玉米、烟草、小麦、马铃薯、番茄、油菜、藜麦、高粱或其组合。

71、在另一优选例中，所述方法还包括步骤：对所述植物细胞，测试其提高植物的有益元素含量，同时降低有毒重金属的含量的性能。

72、本发明第八方面提供了一种本发明第一方面所述的sal1突变蛋白或其编码基因的用途，用于培育积累有益元素的植物株系、或用于制备培育积累有益元素的植物株系的试剂或试剂盒。

73、在另一优选例中，所述植物株系还具有选自下组的一种或多种特征：

74、(a)降低植物中有毒重金属的含量；

75、(b)提高植物对钙和铝的敏感性；

76、(c)降低植物高度、提高分蘖数、降低小穗长度、和/或延迟开花时间。

77、本发明第九方面提供了一种有益元素积累的敏感位点，所述位点包括：

78、对应于(i)来源于水稻的野生型sal1多肽的第285位氨基酸；或(ii)来源于拟南芥的野生型sal1多肽的第285位氨基酸；或(iii)来源于高粱的野生型 sal1多肽的第284位氨基酸；或(iv)来源于小麦的野生型sal1多肽的第285 位氨基酸；或(v)来源于玉米的野生型sal1多肽的第285位氨基酸；或(vi)来源于油菜的野生型sal1多肽的第285位氨基酸；或(vii)来源于大豆的野生型 sal1多肽的第285位；或(viii)来源于马铃薯的野生型sal1多肽的第285 位；或(ix)来源于番茄的野生型sal1多肽的第285位；或(x)来源于大麦的野生型sal1多肽的第285位；或(xi)来源于藜麦的野生型sal1多肽的第285 位，或(xii)来源于烟草的野生型sal1多肽的第285位。

79、应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例) 中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。