一种用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体及应用

本发明涉及基因工程，具体涉及一种用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体及应用。

背景技术：

1、镉(cadium，cd)是一种危害大且毒性强的重金属元素，镉污染广泛存在于我国淡水水体，过量的镉不仅会对水生生物造成损伤，还能通过食物链进入人体，引起智力缺陷和器官衰竭等疾病，其残留期高达10-30年。据统计，在全球范围内约有150多个镉污染地区，大约有500万人受到镉毒害的影响。因此，如何最大程度地修复镉污染水体，恢复水体生态环境，减轻镉污染对水环境及人类产生的危害，已成为目前国内外学者研究的重点。

2、目前有关镉对植物的毒害研究，大多集中于陆生植物的形态学、解剖学、抗氧化系统、光合系统、生物量和根系生态效应等方面，而有关水生植物对镉的解毒机制研究较为缺乏。此外，利用基因工程技术提高植物对重金属的耐受性和富集能力被认为是植物修复污染水体的一条切实可行的有效途径，通过基因工程技术改良植物生长特性、农艺品质等优良性状是获得“新品种”的重要趋势。目前，绝大多数的陆生植物都通过转基因得到了基因改良的植株，这在提高植物品质尤其是农作物的产量以及抗逆等方面发挥了巨大的作用，但水生植物在基因工程方面的研究却鲜有报道。因此，利用水生植物去除水体中的镉对保护水生生物尤为重要，但如何同时提高水生植物对镉的富集量和耐受性仍是一个亟待解决的问题。

技术实现思路

1、为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体及应用，该共表达载体能增强酵母菌株或植物的镉转运能力和耐受性，提升镉富集能力，为镉污染水体治理提供了良好的生物材料，在水域生态系统的镉污染治理中具有较大的应用价值，解决了目前缺少用于同时提高水生植物镉富集和耐受特性的的基因工程技术相关问题。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：提供一种用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体，包括载体基本骨架，载体基本骨架中插入有spgsh1、sppcs1和spnramp1基因。

3、上述spgsh1、sppcs1和spnramp1基因分别为phytozome中公布的spipo1g0032000、spipo17g0049400和spipo2g0094400基因片段序列。

4、进一步，载体基本骨架为载体质粒pesc-ura。该共表达载体的构建方法为：在pesc-ura基本骨架上的sali和xhoi位点分别通过同源重组引入终止子片段cycit和启动子片段gal1，在hindiii、noti和bamhi位点分别插入spgsh1、sppcs1和spnramp1基因。

5、进一步，载体基本骨架为载体质粒pcambi1302。该共表达载体的构建方法为：在pcambi1302基本骨架上的ecori、bamhi和hindiii/bglii位点引入35s强启动子(35s-35s)，在kpni和sali位点引入nos终止子，在xbai、spei/eco91i和saci位点分别插入spgsh1、sppcs1和spnramp1基因。

6、本发明还提供一种具有镉强转运能力和耐受性的酵母菌株，由用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体转化酵母菌株制得。

7、本发明还提供一种具有镉强转运能力和耐受性的水生植物，由用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体转化农杆菌后转化水生植物制得。

8、进一步，水生植物为紫萍。

9、本发明还提供了具有镉强转运能力和耐受性的水生植物在降低水体镉含量中的应用。

10、本发明具有以下有益效果：

11、1、谷胱甘肽(glutathione，gsh)-植物螯合肽(phytochelatins，pcs)途径是植物应对重金属胁迫的关键耐受和解毒途径。而γ-谷氨酰半胱氨酸连接酶(glutamate-cysteine ligase，gsh1)是谷胱甘肽合成过程中的关键酶，植物螯合肽一般是在重金属胁迫下，以谷胱甘肽为底物，在植物螯合肽合成酶(phytochelatin synthase，pcs)的催化下合成。pcs对重金属有极强的亲和力，常通过螯合重金属离子来减少损伤。自然抗性相关巨噬蛋白(nramp，natural resistance-associated macrophage protein)是一类膜整合蛋白，这类蛋白的金属离子结合位点高度保守，用同一金属结合位点结合fe、co、ni、cd、pb和mn，而cu、zn、ca等元素则用其他位点结合。本发明构建的共表达载体，能增强酵母菌株和水生植物spgsh1、sppcs1和spnramp1基因的表达量，同时提升谷胱甘肽、植物螯合肽和自然抗性相关巨噬蛋白的合成能力，从而增强镉转运能力和耐受性，其协同效果使得酵母菌株和植物在较高镉浓度胁迫条件下依然保持较好的生长状况，并将镉富集在生物体内。

12、2、本发明通过构建共表达载体后转化的水生植物，具有镉强转运能力和耐受性，可以将其应用于水域生态系统的镉污染治理中，通过水生植物对镉的富集能力，降低水体中的镉浓度。

技术特征：

1.一种用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体，其特征在于，包括载体基本骨架，所述载体基本骨架中插入有spgsh1、sppcs1和spnramp1基因。

2.如权利要求1所述的用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体，其特征在于，所述载体基本骨架为载体质粒pesc-ura。

3.如权利要求1所述的用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体，其特征在于，所述载体基本骨架为载体质粒pcambi1302。

4.一种具有镉强转运能力和耐受性的酵母菌株，其特征在于，由权利要求1或2所述的用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体转化酵母菌株制得。

5.一种具有镉强转运能力和耐受性的水生植物，其特征在于，由权利要求1或3所述的用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体转化农杆菌后转化水生植物制得。

6.如权利要求5所述的具有镉强转运能力和耐受性的水生植物，其特征在于，所述水生植物为紫萍。

7.权利要求5或6所述的具有镉强转运能力和耐受性的水生植物在降低水体镉含量中的应用。

技术总结
本发明公开了一种用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体及应用，涉及基因工程技术领域，该用于增强镉转运能力和耐受性的共表达载体包括载体基本骨架，载体基本骨架中插入SpGSH1、SpPCS1和SpNramp1基因。本发明还公开了具有镉强转运能力和耐受性的酵母菌株和水生植物，以及具有镉强转运能力和耐受性的水生植物在降低水体镉含量中的应用。该共表达载体能增强酵母菌株和水生植物镉转运能力和耐受性，提升镉富集能力，为镉污染水体治理提供了良好的生物材料，在水域生态系统的镉污染治理中具有较大的应用价值，解决了目前缺少用于同时提高水生植物镉富集和耐受特性的基因工程技术相关问题。

技术研发人员：陈艳,侯宏伟,赵旭耀,李高洁,杨晶晶,孙作亮,张理元,刘敏,王振业,龚慧华
受保护的技术使用者：内江师范学院
技术研发日：
技术公布日：2024/7/11