本發(fā)明屬于基因工程，具體涉及一種提高植物富集鎘和耐鎘性能的基因組合、多基因表達(dá)盒與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、鎘(cd)是一種毒性極強(qiáng)的重金屬污染物，位于土壤無機(jī)污染物首位。鎘主要在有色金屬的加工冶煉過程中產(chǎn)生，在水源、土壤、食物等環(huán)境介質(zhì)中廣泛存在。cd因具有強(qiáng)流動(dòng)性和溶解性，易被植物體吸收，不僅影響植物正常生理代謝并降低作物品質(zhì)，還能通過食物鏈的傳遞和富集對(duì)人體骨骼、肺部、腎臟和中樞神經(jīng)系統(tǒng)造成危害，甚至威脅生命。

2、目前對(duì)于土壤重金屬污染的修復(fù)技術(shù)主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)以及生物修復(fù)。對(duì)比傳統(tǒng)的物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)，運(yùn)用生物修復(fù)技術(shù)對(duì)重金屬污染的土壤進(jìn)行修復(fù)，生成的產(chǎn)物不會(huì)破壞植物的生長環(huán)境，同時(shí)生物修復(fù)技術(shù)還具有成本低、效率高、不會(huì)產(chǎn)生二次污染、操作簡(jiǎn)單和適用范圍廣等特點(diǎn)。因此近年來生物修復(fù)技術(shù)成為了研究熱點(diǎn)。

3、植物對(duì)重金屬的解毒作用包括酸化、區(qū)域化、鰲合、清除自由基和轉(zhuǎn)運(yùn)等。其中，利用富含半胱氨酸殘基的金屬結(jié)合蛋白——金屬硫蛋白(mt)，能夠結(jié)合胞質(zhì)中游離的cd，從而緩解cd對(duì)細(xì)胞器的破壞及代謝調(diào)節(jié)的影響。此外，有報(bào)道表明，多聚磷酸鹽激酶ppk可提高植物對(duì)金屬離子的富集作用，降低環(huán)境中的金屬離子濃度。但是，目前尚未見到將這兩種基因共同作用于植物富集和耐鎘方面的報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種提高植物耐鎘性能的基因組合、多基因表達(dá)盒與應(yīng)用，在植物中串聯(lián)表達(dá)該基因組合，不僅提高了植物對(duì)根際附近鎘的吸收能力，而且避免了由于過量吸收鎘離子對(duì)植物造成的毒害，從而提高了植物對(duì)鎘的耐受性，使工程植物具有更理想的鎘污染土壤修復(fù)效果。

2、本發(fā)明提供了一種提高植物富集鎘和耐鎘性能的基因組合，包括ppks基因，mt1es基因、mt2s基因、mt3s基因和mt4s基因，所述ppks基因的核苷酸序列如seq?id?no.1所示，所述mt1es基因的核苷酸序列如seq?id?no.2所示，所述mt2s基因的核苷酸序列如seq?idno.3所示，所述mt3s基因的核苷酸序列如seq?id?no.4所示，所述mt4s基因的核苷酸序列如seq?id?no.5所示。

3、本發(fā)明中，所述基因組合中所述ppks基因，mt1es基因、mt2s基因、mt3s基因和mt4s基因按順序依次連接得到所述基因組合。

4、本發(fā)明還提供一種提高植物富集鎘和耐鎘性能的多基因表達(dá)盒，所述多基因表達(dá)盒為上述的ppks基因與35s啟動(dòng)子和nos終止子融合成的ppks基因表達(dá)盒、上述的mt1es基因與35s啟動(dòng)子和nos終止子融合成的mt1es基因表達(dá)盒、上述的mt2s基因與35s啟動(dòng)子和nos終止子融合成的mt2s基因表達(dá)盒、上述的mt3s基因與35s啟動(dòng)子和nos終止子融合成的mt3s基因表達(dá)盒、上述的mt4s基因與35s啟動(dòng)子和nos終止子融合成的mt4s基因表達(dá)盒進(jìn)行串聯(lián)得到的多基因表達(dá)盒。

5、本發(fā)明中，所述35s啟動(dòng)子來源于花椰菜花葉病毒；所述nos終止子來源于根農(nóng)桿菌。

6、本發(fā)明中，所述多基因表達(dá)盒的序列如seq?id?no.6所示。

7、本發(fā)明還提供一種包含上述基因組合或上述多基因表達(dá)盒的重組植物轉(zhuǎn)化載體。

8、本發(fā)明中，所述重組植物轉(zhuǎn)化載體的骨架載體為pcambia1301載體。

9、本發(fā)明中，所述重組植物轉(zhuǎn)化載體通過將所述多基因表達(dá)盒插入pcambia1301載體的ecor?i和hindⅲ酶切位點(diǎn)間得到。

10、本發(fā)明還提供了一種根據(jù)上述基因組合、上述多基因表達(dá)盒或上述重組植物轉(zhuǎn)化載體的應(yīng)用，所述應(yīng)用包括以下至少一種：

11、s1、在制備富集鎘和/或耐鎘植物中的應(yīng)用；

12、s2、在修復(fù)鎘污染土壤中的應(yīng)用。

13、本發(fā)明中，所述植物為單子葉植物。

14、相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下有益效果：

15、本發(fā)明提供了一種提高植物耐鎘性能的基因組合，將ppks基因，mt1es基因、mt2s基因、mt3s基因和mt4s基因結(jié)合，在植物基因組中串聯(lián)表達(dá)。根據(jù)目標(biāo)植物的密碼子偏好性進(jìn)行密碼子優(yōu)化后分別構(gòu)建基因表達(dá)盒，并將五個(gè)基因表達(dá)盒串聯(lián)入植物轉(zhuǎn)化載體中，得到重組植物轉(zhuǎn)化載體。將重組植物轉(zhuǎn)化載體轉(zhuǎn)化至目標(biāo)植物，獲得可在目標(biāo)植物中高效表達(dá)外源基因的工程植物。本發(fā)明構(gòu)建的轉(zhuǎn)入含有ppks基因，mt1es基因、mt2s基因、mt3s基因和mt4s基因組合的工程植物對(duì)鎘的富集能力和耐受性更好，使工程植物具有更理想的鎘污染土壤修復(fù)效果。

技術(shù)特征：

1.一種提高植物富集鎘和耐鎘性能的基因組合，其特征在于，所述基因組合包括ppks基因，mt1es基因、mt2s基因、mt3s基因和mt4s基因，所述ppks基因的核苷酸序列如seq?idno.1所示，所述mt1es基因的核苷酸序列如seq?id?no.2所示，所述mt2s基因的核苷酸序列如seq?id?no.3所示，所述mt3s基因的核苷酸序列如seq?id?no.4所示，所述mt4s基因的核苷酸序列如seq?id?no.5所示。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基因組合，其特征在于，ppks基因，mt1es基因、mt2s基因、mt3s基因和mt4s基因按順序依次連接得到所述基因組合。

3.一種提高植物富集鎘和耐鎘性能的多基因表達(dá)盒，其特征在于，所述多基因表達(dá)盒為將權(quán)利要求1所述的ppks基因與35s啟動(dòng)子和nos終止子融合成的ppks基因表達(dá)盒、權(quán)利要求1所述的mt1es基因與35s啟動(dòng)子和nos終止子融合成的mt1es基因表達(dá)盒、權(quán)利要求1所述的mt2s基因與35s啟動(dòng)子和nos終止子融合成的mt2s基因表達(dá)盒、權(quán)利要求1所述的mt3s基因與35s啟動(dòng)子和nos終止子融合成的mt3s基因表達(dá)盒、權(quán)利要求1所述的mt4s基因與35s啟動(dòng)子和nos終止子融合成的mt4s基因表達(dá)盒進(jìn)行串聯(lián)得到的多基因表達(dá)盒。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述多基因表達(dá)盒，其特征在于，所述35s啟動(dòng)子來源于花椰菜花葉病毒；所述nos終止子來源于根農(nóng)桿菌。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述多基因表達(dá)盒，其特征在于，所述多基因表達(dá)盒的完整序列如seq?id?no.6所示。

6.一種包含權(quán)利要求1或2所述基因組合或權(quán)利要求3～5任一項(xiàng)所述多基因表達(dá)盒的重組植物轉(zhuǎn)化載體。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述重組植物轉(zhuǎn)化載體，其特征在于，所述重組植物轉(zhuǎn)化載體的骨架載體為pcambia1301載體。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述重組植物轉(zhuǎn)化載體，其特征在于，所述重組植物轉(zhuǎn)化載體通過將所述多基因表達(dá)盒插入pcambia1301載體的ecor?i和hindⅲ酶切位點(diǎn)間得到。

9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述基因組合、權(quán)利要求3～5任一項(xiàng)所述多基因表達(dá)盒或權(quán)利要求6～8任一項(xiàng)所述重組植物轉(zhuǎn)化載體的應(yīng)用，其特征在于，所述應(yīng)用包括以下至少一種：

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述應(yīng)用，其特征在于，所述植物為單子葉植物。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種提高植物富集鎘和耐鎘性能的基因組合、多基因表達(dá)盒，涉及生物基因工程技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明將PPKS基因，MT1ES基因、MT2S基因、MT3S基因和MT4S基因結(jié)合，根據(jù)目標(biāo)植物的密碼子偏好性進(jìn)行密碼子優(yōu)化后分別構(gòu)建基因表達(dá)盒，將五個(gè)基因表達(dá)盒串聯(lián)入植物轉(zhuǎn)化載體中，得到重組植物轉(zhuǎn)化載體。利用所述重組植物轉(zhuǎn)化載體轉(zhuǎn)化至目標(biāo)植物，獲得可在目標(biāo)植物中高效表達(dá)外源基因的工程植物。本發(fā)明通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果，證實(shí)PPKS基因，MT1ES基因、MT2S基因、MT3S基因和MT4S基因的轉(zhuǎn)入提高了植株對(duì)鎘的富集能力和耐受性，使工程植物具有更理想的鎘污染土壤修復(fù)效果。

技術(shù)研發(fā)人員：許晶,杜謙,張文慧,姚泉洪,彭日荷,田永生,王波,高建杰,李振軍,韓紅娟,付曉燕,王麗娟,鄧永東,王宇,錢岑
受保護(hù)的技術(shù)使用者：上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10