水稻OsABCF3基因的突变体序列及其在调控稻米镉积累方面的方法和应用

本公开涉及水稻基因工程，具体地，涉及水稻osabcf3基因的突变体序列、突变体序列编码的蛋白、一种载体、一种转化体、一种降低水稻植株中镉积累的方法及其应用。

背景技术：

1、镉（cd）是一种剧毒重金属，已对全球土壤环境构成严重威胁，而我国农业土壤的镉污染问题尤为严峻。在受镉污染的土壤中，植物生长明显受阻，常表现为生长迟缓、叶片失绿和根尖褐化等受害症状。由于镉易被植物吸收并在可食用部位积累，因此它很容易通过食物链进入人体，对人类的肾脏和骨骼等器官造成严重伤害。为了防止重金属镉进一步污染食物链，我们必须采取有效的应对策略。一种可行的策略是利用基因育种技术，积极寻找并培育出低镉积累的作物新品种。同时，我们也可以考虑利用某些具有高积累能力的植物进行生物修复，以降低土壤中的镉含量。然而，要实现这些目标，我们必须先深入了解植物对镉的吸收、转运和积累机制。

2、镉并非植物生长所必需的元素，镉的吸收和转运主要依赖于其他转运蛋白和离子通道。其中，abc转运蛋白是一类在生物体内广泛存在且功能多样的蛋白质，它们分布在质膜、液泡膜、叶绿体等多种细胞器上，能够转运激素、金属离子和代谢产物等多种底物。通过调节这些底物的转运和平衡，abc转运蛋白对植物激素运输、毒物隔离以及次生代谢产物分泌等生理过程产生着深远影响。因此，研究与镉转运相关的abc蛋白功能，对于改良作物以减少镉积累具有至关重要的意义。以拟南芥为例，atabcc1、atabcc2和atabcc3等转运蛋白能够将pc-cd复合物隔离到液泡中，从而降低根细胞中的镉浓度，并减少镉向植物枝条的转运。此外，在镉胁迫下，atabcc6的表达水平会显著上调，这可能是植物为应对镉胁迫而做出的自然反应。同时，atpdr8和atatm3的过表达也被证实能够减少植物体内的镉积累，并增强植物对镉的抗性。这些研究成果充分表明，在拟南芥中，abc转运蛋白在植物应对镉胁迫时发挥着举足轻重的作用。

3、稻米是人类被迫摄取镉的主要途径之一，稻米中镉含量超标的问题已经引起了广泛关注。尽管水稻基因组中包含多达128种abc转运蛋白，但目前关于它们具体功能的研究还相对较少。因此，我们需要进一步深入探索这些分子机制，并努力挖掘与镉转运相关的水稻abc转运蛋白家族基因。这将有助于我们更全面地了解植物对镉的响应机制，并为开发低镉水稻品种以及制定针对镉污染土壤的植物修复策略提供重要的科学依据。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中稻米中镉超标的问题，本公开的目的是筛选能够使稻米中镉降低的基因和方法，以及培育镉吸收含量降低的水稻品种。

2、为了实现上述目的，本公开第一方面水稻osabcf3基因的突变体序列，所述突变体序列由水稻osabcf3基因的核苷酸序列经过突变得到；所述突变包括在水稻osabcf3基因上进行一个或多个核苷酸的取代、缺失和/或添加；

3、其中，所述水稻osabcf1基因具有如（ⅰ）或（ⅱ）所述的核苷酸序列：

4、（ⅰ）如seq id no：1所示的核苷酸序列；

5、（ⅱ）在非突变位点位置与seq id no：1所示的核苷酸序列具有80%以上的同源性，且编码相同功能的蛋白质的核苷酸序列。

6、可选地，所述突变体序列选自以下序列中的至少一种：

7、（1）使水稻osabcf3基因的靶位点ⅰ的序列的第5位到第9位的片段actcg缺失得到的如seq id no：6所示的核苷酸序列；

8、（2）使水稻osabcf3基因的靶位点ⅰ的序列的第2位到第23位的片段ctgactcgtacgtcgtcaccat缺失得到的如seq id no：7所示的核苷酸序列；

9、其中，所述靶位点ⅰ的核苷酸序列如seq id no：3所示。

10、本公开第二方面提供第一方面所述的突变体序列编码的蛋白，所述蛋白的氨基酸序列如seq id no：8和/或seq id no：9所示。

11、本公开第三方面一种载体，所述载体是crispr/cas9编辑载体，所述载体插入有靶位点ⅰ，并产生如第一方面所述的突变体序列；

12、其中，所述靶位点ⅰ的核苷酸序列如seq id no：3所示。

13、本公开第四方面一种转化体，所述转化体的宿主为基因工程菌；所述转化体中导入有靶位点ⅰ，或者，所述转化体中导入有第三方面所述的载体；

14、其中，所述靶位点ⅰ的核苷酸序列如seq id no：3所示。

15、本公开第五方面一种降低稻米中镉含量的方法，该方法包括：通过对水稻osabcf3基因进行基因编辑使水稻osabcf3基因的核苷酸序列发生突变，并使osabcf3基因编码的蛋白改变；

16、其中，所述突变包括在水稻osabcf3基因上进行一个或多个核苷酸的取代、缺失和/或添加。

17、可选地，所述基因编辑的方法包括：

18、s1、根据水稻osabcf3基因的靶位点ⅰ的设计crispr/cas9编辑载体；

19、s2、将crispr/cas9编辑载体通过农杆菌侵染进水稻植株，在水稻植株体内并随机在靶位点ⅰ的位置进行突变，然后根据设计的引物进行检测，筛选获得功能缺陷型突变的t0代阳性植株；

20、s3、将所述t0代阳性植株自交，筛选获得t1代纯合突变体植株，得到镉含量降低的水稻植株；

21、其中，所述靶位点ⅰ的核苷酸序列如seq id no：3所示；

22、所述引物的序列如seq id no：4和seq id no：5所示。

23、可选地，在步骤s1中，所述突变包括以下中的一种：

24、（a）使水稻osabcf3基因的靶位点ⅰ的序列的第5位到第9位的片段actcg缺失；

25、（b）使水稻osabcf3基因的靶位点ⅰ的序列的第2位到第23位的片段ctgactcgtacgtcgtcaccat缺失。

26、本公开第六方面提供水稻osabcf3基因和/或水稻osabcf3基因编码的蛋白在调控水稻中镉积累和/或培育镉吸收含量降低的水稻品种方面的应用。

27、本公开第七方面提供第一方面所述的水稻osabcf3基因的突变体序列、第二方面所述的蛋白、第三方面所述的载体或第四方面所述的转化体调控水稻中镉积累和/或培育镉吸收含量降低的水稻品种方面的应用。

28、通过上述技术方案，本公开通过针对水稻osabcf3基因的核苷酸序列进行基因突变使该基因的功能丧失，进而使降低水稻中镉的积累；为培育镉吸收含量降低的水稻品种提供了基因资源和技术支持，为培育低镉品种和生产安全粮食提供了新方法和思路。本公开能够有效改善稻米中镉含量超标的问题，对解决粮食安全问题具有重要意义。也为进步一深入研究水稻中镉吸收、转运和积累的分子机制提供了技术支持。

29、本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

技术特征：

1.水稻osabcf3基因的突变体序列，其特征在于，所述突变体序列由水稻osabcf3基因的核苷酸序列经过突变得到；所述突变包括在水稻osabcf3基因上进行一个或多个核苷酸的取代、缺失和/或添加；

2.根据权利要求1所述的突变体序列，其中，所述突变体序列选自以下序列中的至少一种：

3.权利要求1或2所述的突变体序列编码的蛋白，其特征在于，所述蛋白的氨基酸序列如seq id no：8和/或seq id no：9所示。

4.一种载体，其特征在于，所述载体是crispr/cas9编辑载体，所述载体插入有靶位点ⅰ，并产生如权利要求1或2所述的突变体序列；

5.一种转化体，其特征在于，所述转化体的宿主为基因工程菌；所述转化体中导入有靶位点ⅰ，或者，所述转化体中导入有权利要求4所述的载体；

6.一种降低稻米中镉含量的方法，其特征在于，该方法包括：通过对水稻osabcf3基因进行基因编辑使水稻osabcf3基因的核苷酸序列发生突变，并使osabcf3基因编码的蛋白改变；

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述基因编辑的方法包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其中，在步骤s1中，所述突变包括以下中的一种：

9.水稻osabcf3基因和/或水稻osabcf3基因编码的蛋白在调控水稻中镉积累和/或培育镉吸收含量降低的水稻品种方面的应用。

10.权利要求1或2所述的水稻osabcf3基因的突变体序列、权利要求3所述的蛋白、权利要求4所述的载体或权利要求5所述的转化体在调控水稻中镉积累和/或培育镉吸收含量降低的水稻品种方面的应用。

技术总结本公开涉及水稻OsABCF3基因的突变体序列及其在调控稻米镉积累方面的方法和应用。具体地，涉及水稻OsABCF3基因的突变体序列、突变体序列编码的蛋白、一种载体、一种转化体、一种降低水稻植株中镉积累的方法及其应用。本公开通过针对水稻OsABCF3基因的核苷酸序列进行基因突变使该基因的功能丧失，进而使降低水稻中镉的积累；为培育镉吸收含量降低的水稻品种提供了基因资源和技术支持，为培育低镉品种和生产安全粮食提供了新方法和思路。本公开能够有效改善稻米中镉含量超标的问题，对解决粮食安全问题具有重要意义。也为进步一深入研究水稻中镉吸收、转运和积累的分子机制提供了技术支持。技术研发人员：谭龙涛,陈彩艳受保护的技术使用者：中国科学院亚热带农业生态研究所技术研发日：技术公布日：2024/11/4