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含抗草甘膦 CP4-EPSPS 基因和耐逆 Trihelix 类转录因子GmGT-2 A基因的植物

2023-08-20 来源:步旅网
浙江农业学报Acta Agriculturae Zheifangensis,2015,27(2):133—140 http://www.zjnyxb.cn 李雁杰,朱丹华,冯小锋,等.含抗草甘膦CP4一肼 s基因和耐逆Trihelix类转录因子GmGT-2A基因的植物表达载体构 建及转化验证[J].浙江农业学报,2015,27(2):133—140. DOI:10.3969/j.issn.1004—1524.2015.02.01 含抗草甘膦CP4.剧 S基因和耐逆Trihelix类转录因子 GmGT-2A基因的植物表达载体构建及转化验证 李雁杰 ,朱丹华 ,冯小锋 ,高 莎 ,杨清华 ,董德坤 (’浙江省农业科学院作物与核技术利用研究所,浙江杭州310021;2浙江师范大学化学与生命科学学院,浙江金华321004; 长江大 学园艺园林学院,湖北荆州434023) 摘要:高效易用的植物表达载体在基因功能相关研究中起着重要的作用。以植物表达载体pBA002为基础 载体,使用抗草甘膦CP4一EPs尸.s基因替换原载体的Bar筛选标记基因,获得新的植物表达载体pESO02。将 大豆耐逆相关Trihelix类转录因子GmGT-2A连接到pESO02,构建了同时含耐逆相关基因和抗除草剂标记基 因的植物表达载体pES002.GmGT-2A。利用农杆菌介导的花序浸润法转化拟南芥,并对转基因植株进行抗草 甘膦和耐盐性鉴定。结果表明,转基因植株在抗草甘膦和耐盐性上均显著强于对照,表明该载体可以用于转 基因相关的基因功能研究。 关键词:CP4一EP5P5;GmGT-2A;草甘膦;转录因子;表达载体 中图分类号:Q 78 文献标志码:A 文章编号:1004—1524(2015)02-0133-08 Construction and functional verification of a plant expression vector containing both herbi- cide resistant gene CP4.EPsPs and stress tolerance related transcription factor GmGT-2A LI Yan-jie ' ,ZHU Dan—hua’,FENG Xiao—feng ,GAO Sha ,YANG Qing—hua ,DONG De—kun , ( Institute of Crop and Nuclear Technology Utilization,Zheifang Academy of Agricultural Sciences,Hangzhou 310021,China; College of Chemistry and Life Sciences,Zhejiang Normal University,Jinhua 321004,China; Col— lege ofHorticulture and Garden,Yangtze University,Jingzhou 434023,China) Abstract:An efifcient and easy—to—use plant expression vector plays an important role in the research of gene fune- tions.In this study,the glyphosate resistant gene CP4一EPSPS was cloned to replace the original selective marker Bar gene of plant expression vector pBA002.The new plant expression vector was named as pES002.A Trihelix tran— scription factor GmGT-2A was subsequently ligated into pES002 to form a new plant expression vector,namely pES002一GmGT-2A.This vector was transformed into Arabidopsis by floral dipping method to verify the functions of both CP4一EPSPS and GmGT-2A genes.Results showed that the transgenic lines greatly improved the tolerance to both glyphosate and high salinity stress,indicating that both the new selective marker gene and the target gene worked wel1.Thus,this vector was successfully constructed and could be further used in transgenic related research. Key words:CP4一E尸SPJs;GmGT-2A;glyphosate;transcription factor;expression vector 收稿日期:2014-02.27 基金项目:转基因生物新品种培育重大专项(2012ZX08009004,2013ZX08004002) 作者简介:李雁杰(1988一),女,山西大同人,在读硕士研究生,研究方向为大豆分子育种。E-mail:liyanjie0352@gmail.corn 通讯作者,董德坤,E-mail:dongdekun@sohu.com 浙江农业学报第27卷第2期 现代生物技术和基因工程的迅速发展,为通 过转基因技术研究未知基因功能或改造生物体 个别性状创造了良好的条件。转基因技术在植 物抗逆、抗病以及品质相关基因的功能验证及进 一步应用中起到了尤为重要的作用。而高效易 用的遗传转化表达载体则是植物转基因研究中 的一个重要环节。 在植物转基因过程中,选择经济适合的筛选 标记显得至关重要。目前大约有50多种标记基 因被用于转基因植物研究和评价,如卡那霉素、 潮霉素等抗生素类标记基因…,草丁膦、草甘膦 基因等除草剂抗性基因 J,磷酸甘露糖异构酶基 因等糖类代谢标记基因 ,甜菜碱醛脱氢酶基因 BADH J、耐锂基因GmCAX1_5 等等。由于标记 基因各自的特性,不同种类的标记基因往往存在 诸如生物安全性、操作复杂、遗传稳定性、不够经 济适用等问题。相比之下,抗草甘膦本身就是一 个优异的目标性状。抗草甘膦作物占全球转基 因作物种植面积的一半以上。因而选用抗草甘 膦基因作为筛选标记基因进行遗传转化,既可以 得到具有双重性状(抗草甘膦和转入目标基因性 状)的转基因材料,同时又具有后期筛选操作简 单经济等优点,是植物遗传转化的一个相对理想 的筛选标记。 干旱、高盐、冻害等非生物胁迫因素是造成 农作物损失的重要原因,在这些不利因素的作用 下,植物体已经进化出一套抵御外界不利环境的 复杂调控体系 J。在逆境胁迫信号传递途径中, 转录因子通过跟真核基因启动子区域的顺式作 用元件发生作用,调节下游干旱、高盐、低温等逆 境胁迫基因的表达,进而改变植物细胞和外部形 态特征,减少不利环境给植物带来的伤害 J。 目前,已有许多关于过表达转录因子基因提高植 物抗逆性的报道 。 Trihelix家族转录因子是新近发现的一类转 录因子,根据不同的结构,被分为GT-1,GT-2, G ,SH4和SIP1 5个亚家族,在植物响应盐胁 迫、干旱胁迫和冷胁迫等非生物胁迫过程中具有 重要的功能¨ ” 。Trihelix家族转录因子在拟南 芥(Arabidopsis thaliana)、水稻(Oryza satire)、大 豆(Glycine max Merr.)、烟草(Nicotiana tabacum L)等作物中均有存在l181。GmGT-2A是从大豆 中克隆得到的Trihelix转录因子,属于GT-2亚家 族。研究表明,它在大豆幼苗受到不同盐、冷、干 旱等胁迫时表达量升高,在拟南芥中过量表达可 提高植物对冷胁迫、干旱胁迫、盐胁迫等的耐 受性 。 本研究以植物表达载体pBAO02为基础载 体,构建了以抗草甘膦CP4一EPSPS基因为筛选标 记基因,同时含有耐逆相关Trihelix转录因子 GmGT-2A的植物表达载体pES002一GmGT-2A;而 后转化拟南芥,对筛选标记基因和耐逆目标性状 基因的功能进行了验证。 1 材料与方法 1.1 材料 植物表达载体pBA002由中国科学院遗传与 发育生物学研究所陈受宜研究员惠赠;含有Tri helix转录因子基因的植物表达载体pCam. bia3300一GmGT-2A由杭州国家大豆改良分中心保 存;大肠杆菌菌株DH5c ̄购自TransGen Biotech 公司;GoTaq Green Mix、T4一DNA连接酶购自Pro. mega公司;核酸分子量标准购自Fermentas公司; 限制性核酸内切酶购自NEW ENGLAND BioLabs 公司;高保真PCR酶KOD.Plus、克隆载体Target Clone 一Plus购自TOYOBO公司;质粒提取试剂 盒、DNA凝胶回收试剂盒购自Axygen公司。克 隆与检测引物等由上海生工生物工程股份有限 公司合成。氨苄青霉素及壮观霉素购自Sigma公 司,其他试剂均为分析纯。 1.2方法 1.2.1 CP4一EPSPS与GmGT-2A基因的高保真 螬 根据CP4一EPSPS(GenBank:AY596948.1)及 GmGT-2A(GenBank:EF221753.1)序列设计扩增 引物,并根据相关限制性内切酶位点及植物表达 载体pBA002的多克隆位点信息,在CP4一EPSPS 上下游引物的5 端分别引入 f ii的酶切位点, 上游引物CP4一EPSPS—F:5 一GCG AGA TCT ATG C3W CAC GGT GCA AGC A--5,下游引物CP4一 EPSPs—R:5 r—GCC AGA TCT TCA AGC AGC Cn AGT GTC GG-3 (下划线部分为船f II酶切位 点),预期产物大小为1 368 bp。在GmGT-2A上 李雁杰,等.含抗草甘膦CP4一EPSPS基因和耐逆Trihelix类转录因子GmGT-2A基因的植物表达载 体构建及转化验证 ・135。 下游引物的5 端分别引入Xba I和Sac I的酶切 菌双蒸水至5O IxL,37℃温育4 h。酶切产物经 1%琼脂糖凝胶电泳,紫外拍照后用Axygen凝胶 回收试剂盒对CP4一EPSPS(片段大小约1.4 kb) 与pBA002载体大片段(片段大小约10 kb)进行 割胶回收。 位点,上游引物Xba I—GmGT-2A—F:5 一GGC! AGA ATG CTG GAA ATC TCA ACT TCA CAG G.3 (下划线部分为Xba I酶切位点),下游引物 GmGT-2A.Sac I.R:5 .GGC GAG CTC rrA ACT CAT AAT TGC AAT GGA AGG A.3 (下划线为 目的片段的连接:将回收后的CP4一EPSPS与 Sac I酶切位点),预期产物大小1 503 bp。 利用CTAB法 提取进口转基因商品大豆 pBA002大片段进行连接:反应体系含T4 DNA Ligase 2 U,摩尔比约1:3的pBA002大片段与目 的基因组DNA,然后通过高保真PCR扩增CP4- EPSPS基因。同时利用高保真酶从pCam— bia3300.GmGT-2A质粒中扩增Trihelix类转录因 子基因GmGT-2A。 高保真PCR扩增的反应体系如下:终浓度 0.3 Ixmol・L 的上下游引物,1×PCR Buffer for KOD.Plus,0.2 mmol・L~dNTPs,1.5 mmol・L一 MgSO4,1 U KOD-Plus,pCambia 3300一GmGT-2A质 粒约50 ng或进口转基因大豆基因组DNA约100 ng,然后补充双蒸水至总体积为50 。PCR反 应参数为:94℃预变性2 min;94℃变性10 S,58% 退火30 S,68℃延伸90 s,共35个循环;68℃延伸 10 min;PCR产物4 ̄C保存。取8 IxL PCR产物进 行1%琼脂糖凝胶电泳分离,观察电泳结果并 拍照。 1.2.2 高保真PCR产物的TA克隆与验证测序 PCR产物两端加A反应:根据Target CloneTM-Plus试剂盒说明书,9 IxL PCR产物与1 L 10×A-attachment充分混合,60℃反应30 rain。 加A反应产物的克隆:加A反应产物1 IxL, 2×Ligation Buffer 5 p.L,pTA2 Vector 50 ng(1 L),T4 DNA Ligase 1 L,灭菌蒸馏水补充至10 L,置于室温(20℃)反应30 rain,构建重组质粒 pTA2一GmGT-2A及pTA2.CP4一EPSPS 将上述连接产物分别转化大肠杆菌DH5a, 并进行菌落PCR检测。PCR检测阳性的菌落转 入含有50 mg・L 氨苄青霉素的LB液体培养基 中,37℃,200 r・rain 培养过夜,并将菌液送上海 桑尼生物科技有限公司进行测序鉴定。 1.2.3 重组质粒pES002的构建与验证 pBA002与pTA2-CP4一EPSPS的双酶切:取2 支200 IxL的Eppendorf管,分别加入2 g的 pTA2一CP4一EPsPs和pBA002质粒,5 10 X NEBuffer 4,0.5 IxL 100×BSA,2 txL Bgl 1I,加灭 的基因CP4一E尸5Ps,终浓度1 X的Ligation Buffer, 22qC连接1 h构建重组质粒,并命名该载体为 pES002。重组质粒经冻融法转化大肠杆 菌DH5a。 pES002的菌落PCR检测:CP4一肼)5P5基因 的上下游检测引物分别为:GCG AGA TCT ATG CTT CAC GGT GCA AGC A/GCC AGA TCT TCA AGC AGC CTY AGT GTC GG,目标产物大小为 1 368 bp;其构建特异性PCR检测上游引物位于 载体CP4一EPSPS上,下游引物位于载体pES002 上,序列分别为:GCC AGA TCT TCA AGC AGC CTT AGT GTC GG/TCA TAT TAA CTT CGG TCA 1TrA GAG GC,目标产物大小为1 787 bp。 挑取菌落PCR检测阳性,构建特异性检测连 接方向正确的克隆于含有50 mg・L 壮观霉素的 LB培养基中,37 ̄(2,200 r・min 培养过夜,并使 用Axygen质粒提取试剂盒提取质粒。 1.2.4 重组质粒pES002一GmGT-2A的构建与 验证 pES002与pTA2一GmGT-2A质粒的双酶切:2 支200 IxL的Eppendorf管中分别加入pTA2- GmGT-2A质粒与上一步构建好并测序验证过的 新质粒pES002各2 g,5 10×NE Buffer 4, 0.5 IxL 100×BSA,1 v,L Sac I—HF,1 tzL Xba I, 加灭菌双蒸水至50 L,37qC温育8 h。酶切产物 经1%琼脂糖凝胶电泳,紫外拍照后用Axygen凝 胶回收试剂盒对目的基因GmGT-2A与pES002大 片段进行割胶回收。 将回收后的目的基因GmGT-2A与pES002大 片段进行连接:反应体系含T4 DNA Ligase 2 U, 摩尔比约1:3的pES002大片段与目的基因 GmGT-2A,终浓度1×的Ligation Buffer,22℃连接 1 h构建重组质粒pES002一GmGT-2A,重组质粒经 冻融法转化大肠杆菌DH5ot。 浙江农业学报第27卷第2期 高效遗传转化,同时目的基因和筛选标记基因正 常表达;转基因植株抗除草剂和耐盐性显著提 高。研究结果一方面肯定了载体的可用性,另一 方面进一步验证了过量表达GmGT-2A基因可以 提高植物的耐逆性。由于转基因后代筛选过程 中只要喷施除草剂即可,极大减少了操作的繁琐 性,因而该载体具有简单易用的特性,可以进一 步用于转基因相关的科学研究。 参考文献: [1]Miki B,Mchugh S.selectab1e marker genes in transgenie plants: applications,ahematives and biosafety[J].Journal of Bio- technology,2004,107(3):193—232. 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