水稻OsABCB7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osabcb7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（cadium，cd）是一种毒性极强的重金属元素。在早期的工业和农业发展过程中忽视了环境问题，导致土壤和水体受cd等重金属污染的面积逐步扩大，且通过土壤-作物-人体途径将重金属cd富集至人体，造成肾脏损伤、骨骼疾病、癌症等严重后果。其中，水稻稻米是人类cd摄入的主要来源之一。

2、尽管镉对植物而言并非必需营养元素，但由于其物理、化学等特性与植物必需元素锌（zn）、铁（fe）等相似，因此常常与zn、fe等竞争离子通道和载体蛋白，从而被运输至植物体内。近年来，研究人员通过定位和克隆挖掘了一些影响水稻镉积累的关键基因，如 oshma3、 osnramp1等。然而，大部分转运蛋白都只是兼性地转运cd，改造这些基因通常会导致水稻必需矿质元素离子稳态受到干扰，致使植物生长受阻、产量下降。因此，仍需进一步深入研究水稻中镉的吸收、转运和积累的分子机制，探索更多影响镉积累的相关基因。

3、近年来，研究发现植物中的abc（atp-binding cassette）转运蛋白家族在细胞内外物质的运输过程中发挥了重要作用。该转运蛋白家族在植物中具有多样性和复杂性，包括有如abca、abcb、abcc、abcg等不同的亚家族，通过atp水解能量驱动有机物、离子的跨膜运输，对植物的营养元素吸收、毒物排除等过程至关重要。在拟南芥中已发现多种abcb转运蛋白基因参与了cd的吸收和转运过程，如atabcc1、atabcc2、atabcb25、atabcg36等。研究人员还发现水稻中osabcg36可作为外排转运蛋白通过调节cd或cd偶联物从根细胞的外排，从而增强植株对cd的耐受。但目前在水稻中与cd转运相关的abc转运蛋白家族基因较少。因此，寻找能降低稻米镉含量的靶基因，可以为水稻低镉育种提供基因资源，具有重要的农业应用价值。

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osabcb7基因的突变体序列，所述突变体序列由水稻osabcb7基因的编码区的核苷酸序列经过突变得到；所述突变包括在水稻osabcb7基因的编码区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osabcb7基因的编码区具有如（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）在水稻osabcb7基因的靶位点ⅰ的序列的第3位和第4位碱基之间插入碱基a得到的如seq id no：5所示的核苷酸序列；

8、（2）在水稻osabcb7基因的靶位点ⅰ的序列的第3位和第4位碱基之间插入碱基t得到的如seq id no：6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：9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：7和/或seq id no：8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：9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：9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osabcb7基因进行基因编辑使水稻osabcb7基因的核苷酸序列发生突变，并使osabcb7基因编码的蛋白改变；

16、其中，所述突变包括在水稻osabcb7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osabcb7基因的靶位点ⅰ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，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：9所示；

22、所述引物的序列如seq id no：3和seq id no：4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）在水稻osabcb7基因的靶位点ⅰ的序列的第3位和第4位碱基之间插入碱基a；

25、（b）在水稻osabcb7基因的靶位点ⅰ的序列的第3位和第4位碱基之间插入碱基t。

26、本公开第六方面提供水稻osabcb7基因和/或水稻osabcb7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osabcb7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osabcb7基因的编码区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。也为进一步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osabcb7基因的突变体序列，其特征在于，所述突变体序列由水稻osabcb7基因的编码区的核苷酸序列经过突变得到；所述突变包括在水稻osabcb7基因的编码区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：7和/或seq id no：8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osabcb7基因进行基因编辑使水稻osabcb7基因的核苷酸序列发生突变，并使osabcb7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osabcb7基因和/或水稻osabcb7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osabcb7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OsABCB7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OsABCB7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OsABCB7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。也为进一步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：章鑫馨,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