调控水稻镉砷积累的突变基因OsABCC1及其应用

摘要

本发明公开了一种调控水稻镉砷积累的突变基因OsABCC1及其应用。调控水稻镉砷积累的突变基因OsABCC1，野生型OsABCC1基因的第十个外显子后第一个碱基发生可变剪切突变，即ATG下游第2261核苷酸处碱基由野生型的G突变为A，使对应的编码核苷酸序列中第1116‑1131个核苷酸缺失，导致突变体在第372‑382个氨基酸发生缺失和改变，并在第383个氨基酸处翻译提前终止，编码核苷酸序列如SEQ ID No.1所示，突变体hca1的水稻籽粒中镉砷含量均高于野生型水稻籽粒中的镉砷含量。所述的突变基因OsABCC1编码的氨基酸序列如SEQ ID No.2所示。所述的突变基因OsABCC1的应用，使水稻包含所述的突变基因OsABCC1；或使水稻包含所述的突变基因OsABCC1的编码氨基酸。本发明获得的突变体材料hca1的籽粒中镉和砷含量分别增加1倍和5倍左右。

说明书

技术领域

本发明属于作物遗传育种领域，具体涉及了一种调控水稻镉砷积累的突变基因

背景技术

镉（Cadmium，Cd）和砷（Arsenic，As）是影响我国农用地土壤环境质量的首要污染物，对动植物具有强烈毒害作用。水稻作为我国最主要的粮食作物，与小麦、玉米等旱粮作物相比，水稻对镉砷的吸收与富集能力更强，对水稻高食用量人群构成潜在健康风险。农田重金属污染治理有利于降低其植物有效性，阻控重金属向水稻籽粒转运，保障农业正常生产和稻米质量安全。其中，植物修复技术是一项新兴的高效治理农田污染的绿色可持续发展生物修复途径，该技术主要利用超累积植物（如遏蓝菜、伴矿景天和蜈蚣草等）对重金属元素的超富集能力去除环境中的污染物，达到污染物治理和生态修复目的。植物修复技术的关键是深入理解植物对重金属的吸收积累分子机制，寻找合适的有特殊富集能力的植物种或基因型，结合基因工程改造技术，提高植物修复效率。

植物分子遗传学在作物重金属积累相关基因的挖掘和分子遗传机理研究等方面的应用，为镉砷污染土壤的植物修复工作提供新思路。近年来，随着对水稻中重金属积累机制的研究不断加深，大量参与水稻镉和砷吸收、转运、代谢基因相继被发掘出来。Sasaki等人和Ishimaru等人分别采用反向和正向遗传学方法在水稻中克隆到

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种调控水稻镉砷积累的突变基因

一种调控水稻镉砷的突变基因

所述的突变基因

所述的突变基因

所述的应用，应用方式包括转基因、杂交、回交或无性繁殖中的一种或者多种。

一种表达盒或重组载体，含有所述的突变基因

本发明有益效果：

本发明获得的突变体材料

附图说明

图1是镉砷高积累突变体（

图2是2017-2019年，野生型（日本晴）和突变体（

图3是

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

本发明以粳稻（Oryza_japonica）日本晴为野生型种子（M

水稻镉砷高积累突变体

水稻镉砷高积累突变体

一、水稻镉砷高积累突变体获取过程：

将常规水稻野生型种子500g（此为M

次年，M

为验证该材料高镉砷表型的遗传稳定性，实验将获得的水稻镉砷高积累材料种子于次年浸种、催芽后播种，25d秧龄单本移栽18株于田块中，按常规肥水管理。成熟后单株收获，共收获18株。收获后的水稻籽粒脱壳后，用ICP-MS测定糙米中的镉和砷含量。结果表明，筛选出的18株突变体材料糙米中镉和砷含量范围分别为1.73-2.34mg/kg和0.97-1.08mg/kg，明显高于野生型中的镉（0.99mg/kg）和砷（0.19mg/kg）。

将其中的1个镉砷高积累株系进一步自交筛选，并在浙江富阳、常安2个镉砷污染稻田种植验证，获得了一个稻米镉砷高积累、能稳定遗传的突变株，命名为

二、镉砷高积累突变体

在普通稻田种植下，镉砷高积累突变体

连续三年在杭州富阳常安的稻田种植，结果均显示突变体

三、镉砷高积累突变体

将镉砷高积累突变体

进一步选择突变体

Genome Annotation Project Database（http://rice.plantbiology.msu.edu/）上对223kb区间进行基因预测，并分别使用野生型和突变体

序列表

<110> 中国水稻研究所

<120> 调控水稻镉砷积累的突变基因OsABCC1及其应用

<141> 2020-11-18

<160> 2

<170> SIPOSequenceListing 1.0

<210> 1

<211> 4871

<212> DNA

<213> 粳稻日本晴(Oryza japonica)

<400> 1

atgggttttg atccactgga atggtactgc cagccggtca atggcggggt gtggtcagat 60

gtagagaatg cttttggtgc atacacacca tgtggcactg aaaccttggt ggtgtgcatc 120

tcatactttg cactcttcgg tgtttgcttc tatcggatat ggaggacgac gagggactac 180

acggtgcagc gctacaaatt gcggtcgcca tactacaact atatgctcgg cctgcttgtg 240

gtgttgtgca tagctgaatc actgtatcgg atcgctactg gcacctccat aatgaacttg 300

gatggggaga ctagccttgc tccatttgag gttacctcat ctatcattga gattgctgct 360

tggtgttgta tgcttgtaat gattgcactt gagacaagaa tttacatcta tgagtttaga 420

tggtacatcc ggtttgtggt catttacatc ttggttgggg aagctgctat gttcaatctt 480

gtgctttcag taaggcagta ttatagttcg agttcaatat tttacttgta ctgcagtgag 540

ataatattca agctcttgtt tggaattctc atggtggttt atctgcctag cttggattcc 600

tatccgggtt atactccagt caggcatgag gcacttgttg ataatactga ttacgaacct 660

ctgcctggtg gggagcagat ttgccctgag aggcatgcta atatattttc caggatattc 720

ttttcatgga tgactcctct aatgcaacaa ggatttaaaa ggcccatcac cgataaggat 780

atttggaaat tagacagttg ggatgagact gaaacattgt acaaccggtt ccaaaaatgc 840

tggaacaatg agcttcaaaa accaaagcct tggctgttac gggctctgca tagcagcctt 900

ggtggaaggt tttggctagg aggatttttt aagattggca atgatgcttc tcagtttgtt 960

ggcccactca tattgaacct cttgttggag tctatgcaaa aaggtgatcc atcttggagc 1020

ggttacatct atgctttctc aatcttcgct ggagtgtcac tgggtgttct ttctgaagca 1080

cagtactttc agaatgtcat gcgaacgggt ttcagatcgc agctgttttc cgtaagtctt 1140

tgcgactaac taatgatagt cgaaagaagt ttgcctctgg gaggataacc aatttgattt 1200

caactgacgc agaatctctt cagcaagtgt gccagcaact tcacagtcta tggtctgctc 1260

ctttccgcat tgttattgcc atggtccttc tatacgcaca actaggccct gctgcattgg 1320

tcggtgcagc catgttggtt cttttgttcc caattcagac tgttatcata agcaaaatgc 1380

aaaaacttac caaggaaggg ttgcaaagga ctgacaggag aatcagtcta atgaatgaaa 1440

tattagctgc aatggatacg gtcaaatgtt atgcttggga gcaaagtttc cagtcaaaag 1500

tgcaggacat ccgtgatgat gaaatttcat ggttccgcag cgctcaattg cttgctgcgc 1560

tgaatagctt catcctaaac agtatccccg ttattgtcac tgtggtttca tttggtgtat 1620

actctctgct gggaggtgac ttgacaccag caaaggcgtt cacatcactt tcactgtttg 1680

ctgtcttaag atttccactt tttatgctgc caaatctgat aactcaggtg gttaattgta 1740

aagtgtcatt gaaacgtctg gaagatctcc tcttggctga agagagatta cttctgccca 1800

atccacctct tgatcctgag cttccagcaa tttctattaa gaatggatat ttttcatggg 1860

aatcgcaggc tgagagacca acattatcaa acgtcaatct ggatgtacct atgggcagtt 1920

tggttgcaat agtaggaagc actggggagg ggaagacttc tcttatttct gcaatgcttg 1980

gtgaaatacc accagtgtca ggatcgaata catcggtggt ccttcgtgga acagtggctt 2040

atgttcctca agtttcatgg atcttcaatg caactgtccg ggacaatata ttgtttgggt 2100

ctcccttcca acctccacgc tacgagaaag caatagatgt cacttcatta cggcatgacc 2160

ttgacttact cccaggtggt gacctaacag agattggaga aagaggagtt aacattagtg 2220

ggggacaaaa acagagagtc tcaatggcaa gagctgttta ttctgattca gatgtctaca 2280

tatttgatga tccactgagt gcattagatg cccatgttgg tcgacaggta tttgacaaat 2340

gtattaaaga agagctacag cacaaaacta gggttcttgt taccaatcag ctgcattttc 2400

taccatatgt ggataaaata ctggtagtcc atgatggtgt aattaaagaa gaaggtacct 2460

ttgatgaact tagcaactct ggggaactct ttaagaagct catggaaaat gctggaaaga 2520

tggaagaaca gatggaagag aaacaggacg aaagcaaaag acaggatgac ataaaacacc 2580

ctgaaaatgg gggcagtgta atagctgatg gtgatatgca gaagagtcag gacacttcta 2640

ataaaacaaa acaggggaaa tctgttctga ttaaacaaga agaaagggaa actggagtta 2700

taagtgcaaa ggtcctttca cgctacaaaa atgcattggg agggatctgg gtggtatctg 2760

ttctcttttt ttgctatgca ctcactgaag ttcttcgcat ttcaagtagc acatggttga 2820

gcgtttggac agatcaaggt tctacgaaaa tccatggccc tggttactac aatttaatct 2880

acggccttct ttcttttggg caggttctag tcactctaac gaattcttat tggctgatca 2940

catcaagtct tcgagcagcc aagaggttgc atgatgccat gctccggtct atattaagag 3000

ctcccatggt attttttcac accaatccac ttggacgaat catcaacaga ttttcaaagg 3060

atttgggtga cattgacagg aatgtagcca tctttgtgaa tatgtttatg gcacaaatat 3120

ctcagttgct ctcaacattt gttctcattg gcattgttag cactatgtct ctgtgggcta 3180

tcatgccact tctgatttta ttttatgcag cttacctcta ttaccagact acgtctcgtg 3240

aggtaaagcg cctggattcc attacaaggt ctcctgtgta tgctcaattt tcagaggcat 3300

tgaatggtct gtctacaatc cgtgcctaca aagcctatga tagaatggca aacatcaatg 3360

ggaaatcaat ggacaacaac atcagattca ctcttgtgaa catgagttca aacagatggc 3420

tagccatccg tctggaaaca ttgggtggca tcatgatatg gttcacagca acatttgctg 3480

tcatgcaaaa ccaacgagca gaaaatcaaa aggcttttgc ctccacaatg ggtcttcttc 3540

ttacttacac cctcaatatc accaatttgc tcacggctgt tcttcgtctt gctagtctgg 3600

ctgaaaacag tttaaatgct gttgagcggg taggaacata cattgagttg ccttctgagg 3660

ctcctcctgt cattgaggat agcaggccac ctcctggttg gccatcatct ggtgttgtca 3720

agtttgaaga cgtcgtgctt cggtaccgac cagaacttcc tcctgttctt catggcatat 3780

ctttcatcat taatggcagc gaaaaggtag gaatagttgg cagaacagga gctggtaaat 3840

ctagcatgct gaatgctctg ttccgtattg tggaactgga acgagggaga atattggttg 3900

atgattgtga cacttctaaa tttggaattt gggacctacg aaaagtacta ggaataatac 3960

cacaggcacc tgtcctattt tcaggttctg ttcgatttaa tctggatcct tttaatgagc 4020

acaatgatgc ggatctctgg gaagcgcttg aaagggctca tctaaaagat gtcataagga 4080

ggaatgctct gggactagat gctgaggtct ctgaggctgg tgaaaatttt agcgttggac 4140

agcggcagct actgagttta gctcgtgcat tgctgcggag ggcaaagata cttgttcttg 4200

atgaggcaac agcagctgtt gatgttcgaa cagatgctct tatacagaag acaatcaggg 4260

aagaattcaa gagttgtaca atgcttataa ttgctcaccg cctgaacact gttattgact 4320

gtgacaggtt gcttattcta agtgctggga aggttttgga gttcgactct cctgagaatc 4380

ttttgagcaa tgagcacagt gctttctcca agatggttca gagtacagga cctagcaatg 4440

cagagtacct gaagactctt gtatttgggg atggtgagga gaggttgcga aaggaagaaa 4500

gcaagatgca agatatccag aggaagtggg tagcatctaa ccgatgggct gttgctgcgc 4560

agtttgcgct tgccgctagc cttgcctctt cacacagtga ccttcttgca ctggaggctg 4620

ctgagggaaa caacatcctc aggaaaacaa aggatgcagt aatcactcta cagaatgtcc 4680

tcgaagggaa gcacaacacc gaaattgatg atacactcgc tcagtatgag gttccatctg 4740

ataggtggtg gtcatcgcta tacaaagtca tggaaggact tgccatgatg agccgattgg 4800

gtcgcaaccg tctacagcaa ccaagttata attttgaaaa caacagttct attgactggg 4860

accaaatgta g 4871

<210> 2

<211> 382

<212> PRT

<213> 粳稻日本晴(Oryza japonica)

<400> 2

Met Gly Phe Asp Pro Leu Glu Trp Tyr Cys Gln Pro Val Asn Gly Gly

1 5 10 15

Val Trp Ser Asp Val Glu Asn Ala Phe Gly Ala Tyr Thr Pro Cys Gly

20 25 30

Thr Glu Thr Leu Val Val Cys Ile Ser Tyr Phe Ala Leu Phe Gly Val

35 40 45

Cys Phe Tyr Arg Ile Trp Arg Thr Thr Arg Asp Tyr Thr Val Gln Arg

50 55 60

Tyr Lys Leu Arg Ser Pro Tyr Tyr Asn Tyr Met Leu Gly Leu Leu Val

65 70 75 80

Val Leu Cys Ile Ala Glu Ser Leu Tyr Arg Ile Ala Thr Gly Thr Ser

85 90 95

Ile Met Asn Leu Asp Gly Glu Thr Ser Leu Ala Pro Phe Glu Val Thr

100 105 110

Ser Ser Ile Ile Glu Ile Ala Ala Trp Cys Cys Met Leu Val Met Ile

115 120 125

Ala Leu Glu Thr Arg Ile Tyr Ile Tyr Glu Phe Arg Trp Tyr Ile Arg

130 135 140

Phe Val Val Ile Tyr Ile Leu Val Gly Glu Ala Ala Met Phe Asn Leu

145 150 155 160

Val Leu Ser Val Arg Gln Tyr Tyr Ser Ser Ser Ser Ile Phe Tyr Leu

165 170 175

Tyr Cys Ser Glu Ile Ile Phe Lys Leu Leu Phe Gly Ile Leu Met Val

180 185 190

Val Tyr Leu Pro Ser Leu Asp Ser Tyr Pro Gly Tyr Thr Pro Val Arg

195 200 205

His Glu Ala Leu Val Asp Asn Thr Asp Tyr Glu Pro Leu Pro Gly Gly

210 215 220

Glu Gln Ile Cys Pro Glu Arg His Ala Asn Ile Phe Ser Arg Ile Phe

225 230 235 240

Phe Ser Trp Met Thr Pro Leu Met Gln Gln Gly Phe Lys Arg Pro Ile

245 250 255

Thr Asp Lys Asp Ile Trp Lys Leu Asp Ser Trp Asp Glu Thr Glu Thr

260 265 270

Leu Tyr Asn Arg Phe Gln Lys Cys Trp Asn Asn Glu Leu Gln Lys Pro

275 280 285

Lys Pro Trp Leu Leu Arg Ala Leu His Ser Ser Leu Gly Gly Arg Phe

290 295 300

Trp Leu Gly Gly Phe Phe Lys Ile Gly Asn Asp Ala Ser Gln Phe Val

305 310 315 320

Gly Pro Leu Ile Leu Asn Leu Leu Leu Glu Ser Met Gln Lys Gly Asp

325 330 335

Pro Ser Trp Ser Gly Tyr Ile Tyr Ala Phe Ser Ile Phe Ala Gly Val

340 345 350

Ser Leu Gly Val Leu Ser Glu Ala Gln Tyr Phe Gln Asn Val Met Arg

355 360 365

Thr Gly Phe Arg Ser Gln Leu Phe Ser Val Ser Leu Cys Asp

370 375 380