一种与水稻镉转运相关的OsMTP7基因及其在培育低镉水稻中的应用

本发明涉及基因工程，尤其涉及一种与水稻镉转运相关的osmtp7基因及其在培育低镉水稻中的应用。

背景技术：

1、镉(cadmium，cd)是一种毒性很强的重金属，是动植物的非必需元素，即使在低浓度下(nm级别)也能对植物产生毒害作用，表现为生长受阻、根尖变黑、黄萎、死亡等症状。而且，cd通过食物链进入人体积累可严重危害人体健康，如引发肾脏疾病、骨质矿化，增加患癌等风险，其中最广为人知的病症是上世纪发生在日本的“痛痛病”。

2、水稻是我国最重要的粮食作物，主要通过cd转运蛋白吸收、转运、分配和积累cd，其加工得到的大米在为人体供给必要的营养成分和微量元素的同时，也成为重金属进入人体的重要渠道。研究表明，我国人体吸收的cd中约有56％来源于稻米，其中南方地区高达65％。因此，深入解析水稻运输和积累cd的分子机理，可为培育低cd水稻提供重要的理论基础和改良途径。

3、目前，水稻运输cd的部分机制已经清楚。osnramp5和osnramp1是水稻吸收cd的重要蛋白，而oscd1、oszip5和oszip9也参与水稻吸收cd的过程。oshma3将cd运输进入根细胞的液泡，进而控制cd的长距离运输过程。之后，部分cd主要通过水稻中锌(zinc，zn)或钙(calcium，ca)的转运蛋白进行地上部的运输和分配。oshma2和oszip7将cd和zn运输进入根的维管束鞘细胞，并在节中参与cd和zn分配到韧皮部，osccx2在节中参与将cd和ca转运进入薄壁细胞桥进行分配，oslct1在节中参与将cd和ca运输进入韧皮部进行分配。但水稻运输cd的分子机制尚未完全清楚。

4、因此，挖掘新的cd转运蛋白基因，对于揭示水稻运输cd的未知分子机制，加强该基因的解析与操纵，对培育新的低cd水稻有广阔的应用前景。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种与水稻镉转运相关的osmtp7基因及其在培育低镉水稻中的应用，为水稻运输镉的分子机制和低镉水稻的培育提供理论基础。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种与水稻镉转运相关的osmtp7基因，所述osmtp7基因的核苷酸序列如seq id no.1所示。

4、seq id no.1：atgcgccgcccattcgccgccgccgcggccctccgcctccgcctcctctcctcgtctagctcctcctcctcatcctcctcctccctcccccgcctcccctcctcgccctaccctctccaccacctcctcctcctctcccgccgcagcggcgaccaccacgaccacgaccacccgtcgccccctcctcccttctcgccccgcccgctcctcgcctcgggggtcctagggctaagccggtggcgggcgcgggcgcgggccctccccccggccccgtcgccgccgcgcggccccgtcgccgacgcgcctcccgtacggctcaccctctcccgcagttattctcttcgtgtcgccaaggcgaagaagaaggcgcactttgacgatgagcacagccatcgagcggttaacacagcactgtggtgtaattttcttgtcttttcgttgaagtttggtgtatggctttcaacatctagtcatgttatgctagctgagctagtgcactcagttgcagacttcgctaaccaggctcttcttgcatatggcttgagcagctcaagacgtgctccagatgctctacacccctatggttattcaaaagaaagatttgtatggtccttgatatctgcagttggaatattttgtttgggttcaggtgctaccattgtgcatggagttcaaaacttatggaattcgcaaccccctgagaacatccactatgctgcattagtgattggtgggtccttcctaattgaaggtgcttcactgctggttgctataaaggctgttaggaagggtgcagcagcagaaggaatgagtatcagggactacatctggcgtggtcatgatccaacttcagttgctgtcatgactgaagatggtgctgctgttacaggtcttgcaattgctggagcatctttggtggctgttcaaaccacaggcaatgctatgtatgatccaattggctccatcattgttggcaacttactgggaatggttgctatttttctaatccagagaaacaggcatgctttaattggaagggctattgatgatcatgacatgcagcgtgttcttgagtttctgaaggctgatccggttgtagatgctctttatgattgcaaaagtgaggtgattggaccaggattctttagattcaaagctgaaattgatttcaatggagtagtcctggtgcagaattatttggaaaggactggacgtggagaatgggcaaaacagttccgggaggcttcattgtccaaggatgatacggagttaataagggtcatgtctaactacggtgaggatgtagtcgaagctcttgggtatgaagtggatcggctggagtcagagatccaaaagattgtgcctgggattaaacatgttgacattgaagcacacaacccagaagggctttcactttag

5、本发明提供了一种所述osmtp7基因编码的与水稻镉转运相关的osmtp7蛋白，所述osmtp7蛋白的氨基酸序列如seq id no.2所示。

6、seq id no.2：mrrpfaaaaalrlrllsssssssssssslprlpsspyplhhllllsrrsgdhhdhdhpsppppfsprpllasgvlglsrwrararalppapspprgpvadappvrltlsrsyslrvakakkkahfddehshravntalwcnflvfslkfgvwlstsshvmlaelvhsvadfanqallayglsssrrapdalhpygyskerfvwslisavgifclgsgativhgvqnlwnsqppenihyaalviggsfliegasllvaikavrkgaaaegmsirdyiwrghdptsvavmtedgaavtglaiagaslvavqttgnamydpigsiivgnllgmvaifliqrnrhaligraiddhdmqrvleflkadpvvdalydcksevigpgffrfkaeidfngvvlvqnylertgrgewakqfreaslskddtelirvmsnygedvvealgyevdrleseiqkivpgikhvdieahnpeglsl

7、本发明提供了一种与水稻镉转运相关的表达载体，所述表达载体包含所述的osmtp7基因。

8、本发明还提供了一种所述的osmtp7基因或所述的osmtp7蛋白或所述的表达载体在培育低镉水稻中的应用。

9、本发明进一步提供了一种培育低镉水稻的方法，包括如下步骤：

10、(1)利用基因编辑器敲除所述表达载体上的osmtp7基因，得到重组载体；

11、(2)将步骤(1)得到的重组载体转入农杆菌；

12、(3)用步骤(2)得到的农杆菌转化水稻愈伤组织，获得突变体植株。

13、优选的，步骤(1)所述基因编辑器为crispr/cas9基因编辑器。

14、优选的，步骤(1)所述敲除时将sgrna1和sgrna2序列分别导入至线性化的表达载体。

15、优选的，所述sgrna1的核苷酸序列如seq id no.3所示，所述sgrna2的核苷酸序列如seq id no.4所示。

16、seq id no.3：gcgtcggcgacggggccgcgcgg

17、seq id no.4：gcttagccctaggacccccgagg

18、优选的，所述农杆菌为eha101菌株。

19、优选的，所述水稻愈伤组织为水稻日本晴愈伤组织。

20、与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

21、(1)本发明首次克隆和分析了水稻osmtp7基因，公布了该基因的编码区和启动子核苷酸序列，为阐明水稻调控cd运输的未知分子机制提供了新的视角。

22、(2)本发明首次通过基因编辑手段证实了osmtp7是一个cd转运蛋白，通过crispr/cas9技术敲除水稻osmtp7基因，得到了两种纯合突变体株系，突变体株系在苗期(约6周)对cd吸收能力显著降低，可在野生型(日本晴)基础上分别降低了20％和23％；其中一个突变体木质部汁液cd浓度显著降低，在野生型基础上降低了50％；两种纯合突变体株系的cd浓度显著降低，苗期营养器官可在野生型基础上降低22％，成熟期秸秆可在野生型基础上降低70％，成熟期糙米可在野生型基础上降低46％。利用该基因的调控作用可以有效地减少水稻吸收、转运和积累cd，降低植株和稻米的cd含量，在低cd水稻遗传育种领域将有广阔的应用前景。