甜高粱镉吸收相关转录因子基因SbWRKY72及其编码蛋白与应用
本发明涉及基因工程领域，具体的说，涉及一种在高粱中的镉吸收相关转录因子基因sbwrky72及其编码蛋白与应用。
背景技术：
1、随着近年来我国工业化进程的不断加快，重金属污染已经成为土壤污染中备受关注的公共问题之一。zhang等(2015)总结已发表的465篇涉及全国农业用地重金属污染率的文献发现，农用地的cd污染率最高，达7.75％。镉是危害植物和动物的最严重、毒性最大的重金属污染物之一。镉毒害对植物的生长发育有严重的抑制作用。过量的镉能够通过降低光合速率、引发氧化胁迫、干扰营养代谢等生理过程来抑制植物生长，甚至导致植物死亡。植物为缓解镉离子的毒害，形成一系列应对机制，主要包括细胞壁对镉的结合、螯合物对镉的解毒、液泡对镉的区隔化等策略。因此，了解植物对镉胁迫响应的分子机制对于提高植物对镉胁迫的调节或适应能力至关重要。
2、wrky转录因子参与植物的发育，也在植物适应非生物胁迫中发挥重要作用(li etal.,2011；rushton et al.,2010)。拟南芥中三个wrky蛋白wrky25、wrky26和wrky33在应激时具有冗余和积极的协同作用(li et al.,2011)。在白杨中，镉处理3天后，大部分wrky成员(20个基因中的14个)发生上调表达(zhao et al.,2015)。有报道玉米zmwrky4在cd胁迫下具有调节抗氧化酶的作用，玉米原生质体瞬时表达结果表明，镉诱导zmwrky4、超氧化物歧化酶(sod)和抗坏血酸过氧化物酶(apx)的表达和活性上调。zmwrky4可能正调控镉胁迫下玉米的抗氧化防御(hong et al.,2017)。
3、目前，国内外已有一些高粱(甜高粱)吸收重金属的研究报道。高粱被认为是一种能有效吸收重金属的作物(salman et al.,2015)。有研究报道在小麦、玉米和高粱三种粮食作物中，高粱对重金属铜和镉的耐受性最强(metwali et al.,2013)。
技术实现思路
1、本发明的目的在于，提供一种与镉吸收/耐受相关转录因子及其应用，从而为实现镉污染的生物治理提供可能，同时也为植物对镉耐受的研究提供了低镉耐受的模式植物。
2、为了实现上述目的，本发明提供一种镉吸收/耐受相关转录因子，所述镉吸收/耐受相关转录因子来源于高粱，命名为sbwrky72，为如下a1)、a2)或a3)：
3、a1)氨基酸序列是序列2的蛋白质；
4、a2)将序列表中序列2所示的氨基酸序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与植物镉吸收/耐受性能相关的蛋白质；
5、a3)在a1)或a2)的n端或/和c端连接标签得到的融合蛋白质。
6、本发明还提供了与所述镉吸附/耐受相关转录因子相关的生物材料，所述生物材料为下述b1)-b8)中的任一种：
7、b1)编码权利要求1所述镉吸附/耐受相关蛋白的核酸分子；
8、b2)含有b1)所述核酸分子的表达盒；
9、b3)含有b1)所述核酸分子的重组载体；
10、b4)含有b2)所述表达盒的重组载体；
11、b5)含有b1)所述核酸分子的重组微生物；
12、b6)含有b2)所述表达盒的重组微生物；
13、b7)含有b3)所述重组载体的重组微生物；
14、b8)含有b4)所述重组载体的重组微生物。
15、上述镉吸收相关转录因子在调控植物镉吸收/耐受性能中的应用也应在本发明的保护范围之内。
16、上述与所述镉吸附/耐受相关转录因子相关的生物材料在调控植物镉吸附/耐受性能中的应用也应在本发明的保护范围之内。
17、其中，b1)所述核酸分子为如下1)或2)或3)：
18、1)编码序列是序列表中序列2的cdna分子或dna分子；
19、2)与1)限定的核苷酸序列具有75％或75％以上同一性，且编码所述镉吸收/耐受相关转录因子的cdna分子或基因组dna分子；
20、3)在严格条件下与1)限定的核苷酸序列杂交，且编码所述镉吸收/耐受相关转录因子的cdna分子或基因组dna分子。
21、上述镉吸收相关转录因子、或上述生物材料在制备提高植物镉吸收能力的产品或培育高镉吸收能力植物中的应用也应在本发明的保护范围之内。
22、本发明提供一种培育高镉吸收能力植物的方法，包括向受体植物中导入权利要求1所述镉吸收相关转录因子的编码基因得到镉吸收能力高于所述受体植物的高镉吸收能力转基因植物。
23、上述镉吸收相关转录因子的编码基因为b1)所述核酸分子。
24、本发明还提供一种治理镉污染的方法，包括在镉污染区域培养所述的高镉吸收能力转基因植物，降低镉污染区域中的镉含量。
25、上述培育高镉吸收能力植物的方法在降低环境中镉污染中的应用也应在本发明的保护范围之内。
26、本发明还提供一种镉耐受能力低的植物的方法，包括向受体植物中导入所述镉吸收相关转录因子的编码基因得到镉耐受能力低于所述受体植物的镉耐受能力低的植物的步骤。
27、上述植物为单子叶植物或双子叶植物。
28、上述植物为高粱或者拟南芥。
29、本发明的有益效果在于：发现一种能够提高植物镉吸收/耐受能力的转录因子(蛋白)sbwrky72，进一步对sbwrky72蛋白进行研究，发现：sbwrky72是一个定位在细胞核的转录因子；sbwrky72对其下游靶基因是转录抑制作用；sbwrky72直接和特异性地与sbys1启动子区的w-box(ttgact/a)元件结合，抑制其表达。在镉胁迫下，sbwrky72基因在转录水平的表达量和蛋白含量都明显增加，而且sbwrky72基因在根中的表达量显著高于地上部分；转录因子sbwrky72可能通过抑制sbys1导致根部积累更多的镉离子，提高植物对镉离子的吸收能力。提高对镉离子的吸收能力的植物在环保领域中，尤其是治理镉污染中有着十分重要的作用。同时，sbwrky72能够显著降低植物对镉的耐受能力，为研究植物的镉耐受提供了植物模型。
技术特征：
1.镉吸收/耐受相关转录因子在调控植物镉吸收/耐受性能中的应用，所述镉吸收/耐受相关转录因子为如下a1)、a2)或a3)：
2.与权利要求1中所述镉吸收/耐受相关转录因子相关的生物材料在调控植物镉吸收/耐受性能中的应用；所述生物材料为下述b1)-b8)中的任一种：
3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：b1)所述核酸分子为如下1)或2)或3)：
4.权利要求1中所述镉吸收/耐受相关转录因子、或权利要求2或3中所述生物材料在制备提高植物镉吸收能力的产品或培育高镉吸收能力植物中的应用。
5.一种培育高镉吸收能力植物的方法，包括向受体植物中导入权利要求1中所述镉吸收相关转录因子的编码基因得到镉吸收能力高于所述受体植物的高镉吸收能力植物的步骤。
6.权利要求5所述的培育高镉吸收能力植物的方法在降低环境中镉污染中的应用。
7.一种治理镉污染的方法，包括在镉污染区域培养权利要求5所述培育高镉吸收能力植物的方法培育的植物，降低镉污染区域中的镉含量。
8.权利要求1中所述镉吸收/耐受相关转录因子、或权利要求2或3中所述生物材料在制备降低植物镉耐受能力的产品或培育镉耐受能力低植物中的应用。
9.一种镉耐受能力低的植物的方法，包括向受体植物中导入权利要求1中所述镉吸收相关转录因子的编码基因得到镉耐受能力低于所述受体植物的镉耐受能力低的植物的步骤。
10.权利要求1中所述的镉吸收/耐受相关转录因子或者权利要求2中所述的相关生物材料。
技术总结
本发明涉及分子生物学和基因工程领域，具体涉及甜高粱转录因子SbWRKY72在负调控甜高粱幼苗期耐镉中的新应用，公开了甜高粱镉吸收相关转录因子基因SbWRKY72及其编码蛋白与应用，所述镉吸收相关转录因子来源于高粱，命名为SbWRKY72，为氨基酸序列是序列2的蛋白质。本发明发现SbWRKY72能使植物根部积累更多的镉离子，提高植物对镉离子的吸收能力。提高对镉离子的吸收能力的植物在环保领域中，尤其是治理镉污染中有着十分重要的作用。同时，实验表明SbWRKY72能够直接结合并抑制SbYS1基因的表达，从而负调控甜高粱耐镉性，为研究植物的镉耐受提供了植物模型。
技术研发人员：李银心,郭子兢,贾伟涛,吕素莲
受保护的技术使用者：中国科学院植物研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23