一种降低水稻籽粒砷积累的基因及其应用

本发明涉及植物基因工程，具体涉及一种降低水稻籽粒砷积累的基因及其应用。

背景技术：

1、稻米砷超标已成为我国和全球粮食安全的重大隐患。砷是强毒性“ⅰ”类致癌物，可引发皮肤、消化道、神经及循环系统疾病。水稻作为全球约40亿人口的主粮，对砷的吸收效率极高，极易受污染。随着工业化推进，我国耕地砷污染持续加剧，点位超标率从2014年的2.7%升至2019年的6.19%，预计2040年污染稻田将达18.3%。高污染区稻米砷含量超标可达35倍以上，且气候变暖与co2浓度上升协同加剧该问题。因此，降低稻米砷积累已成为当前水稻科学亟待解决的关键问题。

2、稻田土壤中同时存在无机砷（as(v)和as(iii)）和有机砷。由于as(iii)和as(v)的理化性质分别与硅酸和磷酸相近，水稻在吸收必需元素硅和磷的同时，也会摄入各类砷化合物。稻米中的砷主要以as(iii)、as(v)和dmas(v)形式存在，这决定了砷通过主食大米进入人体的主要路径。

3、目前水稻中已鉴定出30余个参与砷吸收、转运、代谢、解毒和封存的基因，如lsi1/2、ospt4、oshacs、ospcs1和osabcc1等，形成了较为完整的营养器官降砷网络。然而，现有机制均局限于根部和茎叶等营养器官，通过减少向籽粒的砷输送来降低积累，是否存在直接发生在籽粒中的降砷机制尚未明确。更重要的是，虽然已定位上百个籽粒砷含量qtls并发现数十个候选基因，但均未经功能验证，缺乏可直接用于分子育种的低砷优异等位基因。水稻籽粒砷含量具有中等遗传力，基因型/环境互作效应占比低，培育低砷品种是解决砷污染的根本途径。

4、基于上述目的，本发明提供一种降低水稻籽粒砷积累的基因及其应用。

技术实现思路

1、本发明的第一目的在于提供一种降低植物籽粒砷积累的osmate3基因。

2、本发明的第二目的在于提供osmate3基因在降低植物籽粒砷积累中的应用。

3、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

4、一种降低植物籽粒砷积累的osmate3基因，所述osmate3基因为at单倍型，所述at单倍型的核苷酸序列第707位碱基为腺嘌呤且第1925位碱基为胸腺嘧啶。

5、进一步地，所述at单倍型的核苷酸序列如seq id no.1所示。

6、进一步地，所述seq id no.1序列去除内含子后所编码蛋白的氨基酸序列如seqid no.2所示。

7、以上所述的osmate3基因在降低植物籽粒砷积累中的应用。

8、进一步地，通过将所述at单倍型导入受体植物，获得降低籽粒砷积累的植物。

9、进一步地，所述植物为水稻。

10、进一步地，所述导入是通过杂交和回交进行。

11、与现有技术相比，本发明的有益效果主要在于：

12、（1）本发明首次通过对gwas候选基因osmate3进行了功能验证，证明其为水稻籽粒降砷通路中的关键基因。crispr/cas9突变体分析表明，osmate3功能缺失导致籽粒砷含量显著升高；亚细胞定位证实其编码蛋白定位于细胞膜，属于跨膜转运蛋白；这突破了现有技术中降砷机制仅局限于营养器官的认知，首次明确水稻籽粒中存在由osmate3介导的降砷调控通路，为理解籽粒砷积累的分子机理提供了新的方向。

13、（2）本发明发掘了osmate3的一个天然低砷优异等位基因at单倍型（编码区第707位为a且第1925位为t），该单倍型与籽粒低砷积累显著关联，在热带粳稻和芳香稻中优势分布，但在当前主栽的温带粳稻和籼稻中极为稀缺，具有广阔的育种应用前景。

1.一种降低植物籽粒砷积累的osmate3基因，其特征在于，所述osmate3基因为at单倍型，所述at单倍型的核苷酸序列第707位碱基为腺嘌呤且第1925位碱基为胸腺嘧啶。

2.根据权利要求1所述的osmate3基因，其特征在于，所述at单倍型的核苷酸序列如seqid no.1所示。

3.根据权利要求2所述的osmate3基因，其特征在于，所述seq id no.1序列去除内含子后所编码蛋白的氨基酸序列如seq id no.2所示。

4.如权利要求1所述的osmate3基因在降低植物籽粒砷积累中的应用。

5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，通过将所述at单倍型导入受体植物，获得降低籽粒砷积累的植物。

6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述植物为水稻。

7.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述导入是通过杂交和回交进行。