镉强诱导启动子CdS2及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及生物技术和植物基因工程技术领域。具体而言，本发明涉及一种植物 镉强诱导表达启动子及其在水稻中的表达和应用，该启动子能够在水稻转基因调控体系中 在镉诱导条件下驱动目标基因在植株中表达，并且可以用于测定土壤中的镉含量。
【背景技术】
[0002] 随着现代工农业生产的飞速发展，工业"三废"、农业化肥用量、固体废弃物不断增 加，导致土壤中重金属含量急剧增加。重金属污染问题日趋严峻，已成为世界范围的主要问 题之一（邓湘雄等，2009)。镉（Cd)是毒性最强的重金属之一，与其它非必需元素相比，镉 (Cd)具有更强的从土壤向植物迀移的能力，极易被植物吸收并积累，超过一定限度严重影 响作物的产量和品质，进而严重威胁人类健康。
[0003] 作物生长在有毒重金属污染的土壤上，由于过量吸收与积累有毒重金属，生长发 育将受到严重抑制，在形态上主要表现为根、茎生长迟缓和叶片失绿、卷曲；生理生化方 面多表现为光合作用和蒸腾作用受到抑制，引起氧化胁迫和膜的损伤等（Clemens，2006 ; Tudoreanu, 2004)。对人类而言，镉对人体的健康危害主要是污染土壤中的镉可以通过食物 链进入人体造成严重的危害。镉主要贮存于肾和肝中，贮存量约为体内总镉量的50%。镉 被人体吸收后主要分布在肝与肾中，与低分子蛋白结合成金属蛋白，镉中毒主要表现为肾 脏功能的损害和肺部的损伤，导致肾皮质坏死、肾小管损害、肺气肿、肺水肿，还可以引起心 脏扩张和高血压，长期摄入镉将会导致骨质疏松、脆化、腰病和脊柱畸形等。
[0004] 因此，镉是土壤环境检测的重要项目之一，目前关于土壤污染的检测手段主要有 气相色谱法、高效液相色谱法和原子荧光光谱法等。其中，原子荧光光谱法的技术优势综合 了原子吸收和原子发射光谱的特点，是一种优秀的痕量分析技术。国家标准分析方法是原 子吸收法，该法虽然检出限较低，但由于土壤污染消解后，有众多的共存离子，对镉的测定 有一定的干扰，并且干扰作用最大的就是金属离子。
[0005] 目前，国内外已经高度重视土壤镉污染及其检测手段的问题，镉对土壤的污染对 全世界的农业环境造成了威胁（Pilon-Smits 2005 ;Chen等，2007)。相应的，在农业上急需 一种可以灵敏且稳定地检测土壤中镉浓度的方法来为我国环境检测提供重要参考。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种驱动外源基因在植株各部位表达的启动子、获得含有该 启动子序列的转化子以及该启动子的应用。其中，本文中所涉及的"植物"是指单子叶植物， 例如水稻、小麦、玉米、大麦、高粱或燕麦，优选为水稻。
[0007] 为了实现上述目的，一方面，本发明提供一种植物镉强诱导表达启动子，所述植物 镉强诱导表达启动子提取自植物DNA。
[0008] 优选地，所述启动子由序列表中SEQ ID N〇:l所示的DNA序列构成。序列表中SEQ ID No:l所示的DNA序列为来源于日本晴水稻（Oryza sativa L cv.Nipponbare)的水稻锦 强诱导表达启动子，本文中称为CdS2或启动子CdS2。
[0009] 另一方面，本发明提供一种植物镉强诱导表达启动子，其DNA序列与SEQ ID No: 1 所示的DNA序列有至少60%同源性；或者，所述植物镉强诱导表达启动子为在SEQ ID No: 1 所示的DNA序列中添加、取代、插入或缺失一个或一个以上核苷酸生成的突变体或衍生物； 或者所述植物镉强诱导表达启动子具有与SEQ ID No: 1所示的DNA序列杂交的产物。这些 植物镉强诱导表达启动子序列与SEQ ID No: 1所示的DNA序列具有相同功能，即驱动目标 基因在植物中表达。
[0010] 另一方面，本发明还提供一种包含上述植物镉强诱导表达启动子的表达盒。
[0011] 又一方面，本发明还提供一种重组表达载体，所述重组表达载体包含上述的植 物镉强诱导表达启动子，在所述重组表达载体中，所述植物镉强诱导表达启动子连接于 待表达的基因序列的上游；优选地，所述待表达的基因为Gus基因，所述重组表达载体为 pCAMBIA1391-Cd S2,该重组表达载体为将SEQ ID No:l所示的序列即CdS2或启动子CdS2 构建于PCAMBIA1391中得到的重组表达载体，本文中称为pCAMBIA1391-CdS2。
[0012] 另一方面，本发明提供一种转化子，所述转化子包含本发明提供的上述植物镉强 诱导表达启动子、上述表达盒或上述重组表达载体。其中，所述转化子优选为转基因细胞 系、愈伤组织或植株。
[0013] 再一方面，本发明提供上述植物镉强诱导表达启动子在培育转基因植物中的应 用。所述应用包括将本发明提供的上述植物镉强诱导表达启动子连接于载体的待表达的基 因序列上游（例如，将所述启动子序列置于目标基因之前），从而构建重组表达载体，将所 述重组表达载体转化到植物细胞、组织或器官中进行培育。
[0014] 并且优选地，所述应用可以用于改良植物生长特性，所述植物为单子叶植物，例如 水稻、小麦、玉米、大麦、高粱或燕麦，优选为水稻。
[0015] 优选地，本发明中所提供的启动子的DNA序列为（与序列表中SEQ ID No :1中相 同）：
【主权项】
1. 一种植物镉强诱导表达启动子，其特征在于，所述植物镉强诱导表达启动子分离自 水稻植株。
2. 根据权利要求1所述的植物镉强诱导表达启动子，其特征在于，所述植物镉强诱导 表达启动子的DNA序列与SEQIDNo: 1所示的DNA序列有至少60%同源性； 或者，所述植物镉强诱导表达启动子为在SEQIDNo: 1所示的DNA序列中添加、取代、 插入或缺失一个或一个以上核苷酸生成的突变体或衍生物； 或者，所述植物镉强诱导表达启动子具有与SEQIDNo: 1所示的DNA序列杂交的产物， SEQIDNo: 1所示的DNA序列为； CGTCTCACGGTTTTCAGGCAAGTTATGAAATTAGTTTTTTCATTCGTGTCCAAAAACTCCTTCCGACATCC GGTCAAACGTCCGATTTGACACCCAAAAATTTTCATTTCACAAACTAAACAAACCCTGAACAGTACAAATTCATGA ACATGTACAGTGCTCGAGGTCATCGTGGCTGGCATTGTGGTTGGACGGCGAGGAGCAGGAGGGGCTTCTGAAGGAGA CGAAGGAGAACCTGGCGCTTCTGGAGGCGCAGCTCCATGGGAAGAGGTTCTTTGCCGGTGACTCGGTCGGCTACCTC GACATTGTTGCCAGTGGACTGGCTCACTGGATCAGCGTGGTTGAGGAGGTGACCGGAGTGAGCTTGATGGGCGGCGC CGACGAGGATGACGAGTATCCTGCTCTACGCCGTTGGGCCAAGGAG