提高植物富集镉和耐镉性能的基因组合、多基因表达盒与应用

本发明属于基因工程，具体涉及一种提高植物富集镉和耐镉性能的基因组合、多基因表达盒与应用。

背景技术：

1、镉(cd)是一种毒性极强的重金属污染物，位于土壤无机污染物首位。镉主要在有色金属的加工冶炼过程中产生，在水源、土壤、食物等环境介质中广泛存在。cd因具有强流动性和溶解性，易被植物体吸收，不仅影响植物正常生理代谢并降低作物品质，还能通过食物链的传递和富集对人体骨骼、肺部、肾脏和中枢神经系统造成危害，甚至威胁生命。

2、目前对于土壤重金属污染的修复技术主要有物理修复、化学修复以及生物修复。对比传统的物理、化学修复技术，运用生物修复技术对重金属污染的土壤进行修复，生成的产物不会破坏植物的生长环境，同时生物修复技术还具有成本低、效率高、不会产生二次污染、操作简单和适用范围广等特点。因此近年来生物修复技术成为了研究热点。

3、植物对重金属的解毒作用包括酸化、区域化、鳌合、清除自由基和转运等。其中，利用富含半胱氨酸残基的金属结合蛋白——金属硫蛋白(mt)，能够结合胞质中游离的cd，从而缓解cd对细胞器的破坏及代谢调节的影响。此外，有报道表明，多聚磷酸盐激酶ppk可提高植物对金属离子的富集作用，降低环境中的金属离子浓度。但是，目前尚未见到将这两种基因共同作用于植物富集和耐镉方面的报道。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种提高植物耐镉性能的基因组合、多基因表达盒与应用，在植物中串联表达该基因组合，不仅提高了植物对根际附近镉的吸收能力，而且避免了由于过量吸收镉离子对植物造成的毒害，从而提高了植物对镉的耐受性，使工程植物具有更理想的镉污染土壤修复效果。

2、本发明提供了一种提高植物富集镉和耐镉性能的基因组合，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、本发明中，所述基因组合中所述ppks基因，mt1es基因、mt2s基因、mt3s基因和mt4s基因按顺序依次连接得到所述基因组合。

4、本发明还提供一种提高植物富集镉和耐镉性能的多基因表达盒，所述多基因表达盒为上述的ppks基因与35s启动子和nos终止子融合成的ppks基因表达盒、上述的mt1es基因与35s启动子和nos终止子融合成的mt1es基因表达盒、上述的mt2s基因与35s启动子和nos终止子融合成的mt2s基因表达盒、上述的mt3s基因与35s启动子和nos终止子融合成的mt3s基因表达盒、上述的mt4s基因与35s启动子和nos终止子融合成的mt4s基因表达盒进行串联得到的多基因表达盒。

5、本发明中，所述35s启动子来源于花椰菜花叶病毒；所述nos终止子来源于根农杆菌。

6、本发明中，所述多基因表达盒的序列如seq id no.6所示。

7、本发明还提供一种包含上述基因组合或上述多基因表达盒的重组植物转化载体。

8、本发明中，所述重组植物转化载体的骨架载体为pcambia1301载体。

9、本发明中，所述重组植物转化载体通过将所述多基因表达盒插入pcambia1301载体的ecor i和hindⅲ酶切位点间得到。

10、本发明还提供了一种根据上述基因组合、上述多基因表达盒或上述重组植物转化载体的应用，所述应用包括以下至少一种：

11、s1、在制备富集镉和/或耐镉植物中的应用；

12、s2、在修复镉污染土壤中的应用。

13、本发明中，所述植物为单子叶植物。

14、相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：

15、本发明提供了一种提高植物耐镉性能的基因组合，将ppks基因，mt1es基因、mt2s基因、mt3s基因和mt4s基因结合，在植物基因组中串联表达。根据目标植物的密码子偏好性进行密码子优化后分别构建基因表达盒，并将五个基因表达盒串联入植物转化载体中，得到重组植物转化载体。将重组植物转化载体转化至目标植物，获得可在目标植物中高效表达外源基因的工程植物。本发明构建的转入含有ppks基因，mt1es基因、mt2s基因、mt3s基因和mt4s基因组合的工程植物对镉的富集能力和耐受性更好，使工程植物具有更理想的镉污染土壤修复效果。

1.一种提高植物富集镉和耐镉性能的基因组合，其特征在于，所述基因组合包括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.根据权利要求1所述的基因组合，其特征在于，ppks基因，mt1es基因、mt2s基因、mt3s基因和mt4s基因按顺序依次连接得到所述基因组合。

3.一种提高植物富集镉和耐镉性能的多基因表达盒，其特征在于，所述多基因表达盒为将权利要求1所述的ppks基因与35s启动子和nos终止子融合成的ppks基因表达盒、权利要求1所述的mt1es基因与35s启动子和nos终止子融合成的mt1es基因表达盒、权利要求1所述的mt2s基因与35s启动子和nos终止子融合成的mt2s基因表达盒、权利要求1所述的mt3s基因与35s启动子和nos终止子融合成的mt3s基因表达盒、权利要求1所述的mt4s基因与35s启动子和nos终止子融合成的mt4s基因表达盒进行串联得到的多基因表达盒。

4.根据权利要求3所述多基因表达盒，其特征在于，所述35s启动子来源于花椰菜花叶病毒；所述nos终止子来源于根农杆菌。

5.根据权利要求3或4所述多基因表达盒，其特征在于，所述多基因表达盒的完整序列如seq id no.6所示。

6.一种包含权利要求1或2所述基因组合或权利要求3～5任一项所述多基因表达盒的重组植物转化载体。

7.根据权利要求6所述重组植物转化载体，其特征在于，所述重组植物转化载体的骨架载体为pcambia1301载体。

8.根据权利要求7所述重组植物转化载体，其特征在于，所述重组植物转化载体通过将所述多基因表达盒插入pcambia1301载体的ecor i和hindⅲ酶切位点间得到。

9.根据权利要求1或2所述基因组合、权利要求3～5任一项所述多基因表达盒或权利要求6～8任一项所述重组植物转化载体的应用，其特征在于，所述应用包括以下至少一种：

10.根据权利要求9所述应用，其特征在于，所述植物为单子叶植物。