具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的技术路线做进一步详细说明。
实施例1 棉花干旱诱导增强表达ghNAC1基因的克隆
1、棉花材料的处理
鄂杂棉11号F1代种子萌发15天后,进行干旱处理4小时后,冻存于-70℃冰箱保存。
2、棉花总RNA的提取
A.取0.1g棉花叶片液氮研磨后,加0.5ml植物RNA提取液(购自invitrogen),振荡至彻底混匀。
B.室温放置5分钟。
C.4℃ 12,000rpm离心1分钟,上清转入新的无RNase离心管。
D.加入0.1ml 5M NaCl,温和混匀。
E.加入0.3ml氯仿,上下颠倒混匀。
F.4℃ 12,000rpm离心10分钟,取上层水相转入新的无RNase离心管。
G.加与所得水相等体积的异丙醇,混匀,室温放置10分钟。
H.4℃ 12,000rpm离心10分钟。弃掉上清,注意不要倒出沉淀。加1ml 75%乙醇。
I.4℃ 5,000rpm离心3分钟。倒出液体,剩余的少量液体短暂离心,然后用枪头吸出,室温晾干2-3分钟。
J.加50μl无RNase水,反复吹打、混匀,充分溶解RNA。
3、RNA样品中DNA污染的去除
A.在RNase-free的Eppendorf管中依次加入16μl总RNA、2μl 10×Buffer、1μlRnaseOUT、1μl RNase-free DNaseI(2U/μl);
B.室温放置15min;
C.加入2μl25mM EDTA,65℃保温15min。
4、逆转录
A.在0.2mltube中,加入下列成分:
总RNA(0.1μg/μl)2.0μl
Oligo(dT12-18)(2μM)2.0μl
B.70℃水浴10分钟。立即放置在冰浴中;
C.加入下列成分:
2.0μl 10×RT buffer;
2.0μl 250μM dNTP mix;
2.0μl 100mM DTT;
9.8μl DEPC H2O;
0.2μl 200Uμ/l SuperScriptIII;
D.进行下列反应:42℃ 90分钟;70℃ 15分钟;-20℃保存。
5、简并引物的设计和棉花ghNAC1 EST的获得
依据Genebank上发布的已知NAC基因序列保守区设计简并引物:
NF80:5’-AYCCSACIGAYGAIGAGCT-3’
NR510:5’-TTGTAIAKYCGRCAYARMACCCA-3’
以棉花逆转录cDNA作为模板进行PCR扩增,PCR条件:94℃ 5min;94℃ 30s,52℃ 30s,72℃ 30s,35个循环;72℃ 5min。
PCR得到的片段克隆至pGEM T-easy载体上,测序获得NAC基因的表达序列标签(EST),其核苷酸序列如SEQ ID NO:4所示。
6、棉花ghNAC1片段的3’RACE
3’RACE System for Rapid Amplification of cDNA Ends试剂盒购invitrogen公司,实验步骤按试剂盒说明书操作。引物设计如下:
GSP1:5’-GAAAGTTGCGGGGCATCATT-3’
GSP2:5’-TATCACAACAGAAGGCCGTAAA-3’
将PCR片段克隆至pGEMT-easy上并测序,核苷酸序列如SEQ ID NO:5所示。
7、干旱诱导条件下ghNAC1基因表达的Northern检测
将鄂杂棉11F1代棉花苗提前一天进行水饱和,第二天早上,进行干旱诱导1小时,2小时,4小时,6小时,8小时后,并取未诱导的作对照,分别取叶片冻存-70℃,提取RNA,进行Northern检测,结果参见图1A和1B,图中1、2、3、4、5分别为干旱诱导2、4、6、8、10个小时。可见随干旱诱导时间的增加,此NAC家族基因表达水平也逐渐增强。
8、棉花ghNAC1片段的5’RACE
5’RACE System for Rapid Amplification of cDNA Ends试剂盒购invitrogen公司,实验步骤按试剂盒说明书操作。引物设计如下:
GSP1:GTTGTGAAGAACACGTTGATGATG
GSP2:GCTCTCTGCTTGAAACACTTGAC
GSP3:CAGTCCTAGAGACAGAAAATATCCG
将PCR片段克隆至pGEMT-easy上测序并和3’RACE结果进行序列拼接,获得序列如SEQ ID NO:6所示。
9、棉花ghNAC1片段的基因全长的获得和克隆
根据拼接序列重新设计引物,并以cDNA和基因组DNA作为模板,扩增得到cDNA和基因组DNA全长并克隆测序。并将获得的基因命名为ghNAC1。
扩增引物序列如下:
ghNAC5’:5’-GAAGATCTGGGTGAATCATGGGAGTGCC-3’
ghNAC3’:5’-CGGCTAGCCTGAAATTCCTTTCCTGGTCC-3’
PCR条件:94℃ 10min、94℃ 45s、56℃ 45s、72℃ 1min,5个循环;94℃ 45s、60℃ 45s、72℃ 1min,25个循环;72℃ 7min。电泳结果参见图2。
ghNAC1基因cDNA序列如SEQ ID NO:2所示。
ghNAC1基因gDNA序列如SEQ ID NO:1所示,其中192bp-289bp和558bp-638bp为内含子部分。
ghNAC1编码的蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO:3所示。
实施例2ghNAC1双元表达载体的构建
请参阅图3,将PCR扩增得到的ghNAC1基因cDNA(ghNAC-1)用T4连接酶连接至pGEM-TEasy上得到质粒pGEM-ghNAC-1,用BamH1和SacI同时双酶切pGEM-ghNAC-1和pBI121,分别获得ghNAC-1片段和线性pBI121载体,用T4DNA连接酶将ghNAC-1片段和线性pBI121载体连接,得到ghNAC1双元表达载体pBI121-ghNAC-1。
实施例3利用农杆菌介导的转化法获得转ghNAC1基因棉花
1、根癌农杆菌LBA4404感受态细胞的制备
1)挑取新鲜的LBA4404单菌落接种于含适量抗生素的LB液体培养基中,28℃培养至对数生长期;
2)4℃,8000rpm离心5分钟,收集菌体于小离心管中;
3)用600μl冰预冷的500mM CaCl2重悬洗涤细胞;
4)4℃,8000rpm离心5分钟,细胞沉淀中加入100μl冰预冷的500mM CaCl2,混匀后备用(24-48小时后使用效果最佳)。
2、根癌农杆菌LBA4404的转化
1)加入1μl植物表达载体质粒DNA至农杆菌感受态细胞中,轻轻混匀,于液氮中速冻5分钟,37℃温浴5分钟;
2)加入600μl LB液体培养基,28℃轻摇4-6小时,室温,6000rpm离心3分钟,富集菌体;
3)保留50-200μl菌液,混匀,均匀涂布于含适量抗生素的LB选择平板上,28℃倒置培养两天。
4)挑取新鲜菌落,进行PCR鉴定,筛选阳性克隆。
3、棉花的遗传转化及植株再生
采用农杆菌介导法转化冀棉14,获得转ghNAC1基因棉花。
1)接种农杆菌单菌落于含有适量抗生素的液体LB培养基中,28℃摇床暗培养至生长对数期。以菌液∶培养基1∶50~1∶100的比例用LB液体培养基稀释菌液,28℃摇床暗培养至OD600值0.8~1.0;
2)取暗培养3~4天的冀棉14无菌苗下胚轴,用解剖刀切成0.6~0.8cm的切段,用培养好的菌液浸泡10~15min,其间轻摇几次;
3)用无菌滤纸吸去多余菌液,于MS培养基上22~25℃共培养2天;
4)把材料转入棉花诱愈筛选培养基(MSB附加KT0.1、2,4-D0.1、Km100、Cef500,单位为mg/L)上,于25~30℃培养2~3个月,每20~30天继代一次;
5)待愈伤长至直径约2cm时,转入胚性愈伤诱导培养基(KNO3加倍、NH4NO3减半的MSB附加Km100、Cef 500,单位为mg/L)上,于25~30℃培养,直至长出大量胚性愈伤;
6)将诱导出的胚性愈伤转入液体培养基(KNO3加倍、NH4NO3减半的MSB附加Km 100mg/L)中,培养15~25天,至细小体胚出现;
7)悬浮培养物依次过30目、10目筛,留30目以下10目以上悬浮物,转接至体胚萌发培养基(KNO3加倍、NH4NO3减半的MSB附加KT0.1、Km100,单位为mg/L)上,培养至体胚萌发成苗。
8)待苗长至3~5片真叶,用劈接法嫁接至抗性强、生长旺的砧木上,确认成活后移栽大田。
4、转基因棉花植株的鉴定及检测
试剂盒法提取棉花总DNA
(1)取新鲜叶片0.1g。装入2ml离心管,液氮冷冻后研磨仪充分研磨;
(2)加入404μl PG1,65℃水浴后加入100μl PG2,冰浴5min;
(3)12000rpm离心4min,取上清,加入上清1.5倍体积的PG2,上柱;
(4)12000rpm离心1min,弃废液,加入500μl PG4(PG4与无水乙醇按1∶1.4配制,现配现用);
(5)12000rpm离心1min,弃废液,加入500μl PG5(PG5与无水乙醇按1∶4配制,现配现用);
(6)12000rpm离心30Sec,弃废液,加入500μl PG5(PG5与无水乙醇按1∶4配制,现配现用);
(7)12000rpm离心30Sec,弃废液;
(8)12000rpm离心2min,加入50~100μl TE洗脱液(65℃水浴预热),静置1min;
(9)12000rpm离心1min,-20℃冰箱中保存备用。转基因棉花的PCR鉴定
得到抗生素筛选阳性的转基因植株后,在生长初期,取转基因植株叶片,用试剂盒法提取植株总DNA进行PCR鉴定,以合成的ghNAC1基因特异性引物进行扩增;
扩增引物序列如下:
ghNAC5’:5’-GGGTGAATCATGGGAGTGCC-3’
ghNAC3’:5’-CCTGAAATTCCTTTCCTGGTCC-3’
PCR条件:94℃ 10min;94℃ 45s,56℃ 45s,72℃ 1min,5个循环;94℃ 45s,60℃ 45s,72℃ 1min,25个循环;72℃ 7min。
经PCR扩增,可以得到约1Kb的条带,说明ghNAC1基因已整合至棉花基因组,电泳结果如图4所示。
5、过表达ghNAC1转基因棉花的耐旱模拟实验及功能鉴定
未转基因棉花干旱模拟实验结果参见图5A-5C,其中图5A为水饱和后第二天结果,图5B为水饱和后干旱一周结果,图5C为水饱和后干旱两周结果。
转空载体棉花干旱模拟实验结果参见图6A-6C,其中图6A为水饱和后第二天结果,图6B为水饱和后干旱一周结果,图6C为水饱和后干旱两周结果。
转ghNAC1基因基因棉花干旱模拟实验结果参见图7A-7C,其中图7A为水饱和后第二天结果,图7B为水饱和后干旱一周结果,图7C为水饱和后干旱两周结果。
通过转ghNAC1基因和对照组的干旱耐受实验证明,干旱胁迫两周后,转空载体和未转基因棉花萎蔫程度明显高于转ghNAC1基因组,并且转基因组棉花生长状况依然良好,这说明我们克隆的棉花ghNAC1基因作为植物逆境胁迫下的转录因子,通过调节渗透反应基因的表达在干旱反应中起作用。
SEQUENCE LISTING
<110>创世纪转基因技术有限公司
<120>一种棉花NAC转录因子基因及其应用
<160>6
<170>PatentIn version 3.3
<210>1
<211>1284
<212>DNA
<213>棉花
<400>1
gggtgaatca tgggagtgcc ggaaactgat ccattggctc aattgagctt gccgccgggg 60
tttcggtttt atccaactga tgaagagctt ttagtgcaat atttatgcag gaaagttgca 120
gggcatcatt tttctctgca aatcattggc gaaatcgatt tatacaaatt taatccatgg 180
gatttaccga gtaagtttca ccgagtccaa agcaaagaat taactttgtt tttctttttt 240
tgttcatttc tttactaata ataaaaattt taaattgttt tttgacaggt aaagctttgt 300
ttggtgaaaa agaatggtat tttttcagtc ctagagacag aaaatatccg aacgggtcac 360
gacctaatag agttgccggg tccgggtact ggaaagctac cggaactgat aaaattatca 420
caacagaagg ccgtaaagtt ggtataaaaa aagctctggt tttttacgtc ggaaaagctc 480
ctaaaggaac taaaactaat tggattatgc atgaatatcg actcattgaa tcttctcgta 540
aaagtggtag ctccaaggta atctattttt tttaaaatta attattgaat aataattgtt 600
tgaactttga ataataatta cttttttttt tgttgtagtt ggatgattgg gttttatgtc 660
gaatatacaa gaagaattca agtggtcaaa aaccattgtc aagtgtttca agcagagagc 720
aaagcacgaa tgggtcatca tcatcgtgtt cttcacaact ggataacatg cttgactcat 780
tgcccgagtt ggacgatcgt ttctttgctt tgccgcgcat taactcgttc aaaacgcttc 840
aaaacgatgt gaaactgggg tttcaaaatc tgggtatagg gaatttggat tgggggagtc 900
ttggtgggct tagctcggtg cctgagctgg taccgagtgg acaaactcaa acacaaactc 960
aaactcagag tcaggggatt actagttatg gaaatagtaa cgtatatgtc agcacaatgc 1020
cgcctacact ttgtcagatg gacgtgtcga caaataagat tggtaactcg gtggaagagg 1080
aagtacagag tggactcaga actcagcgag ctgataactc ggggatagtt caacaaaatt 1140
cgaatgtgtt gaacagtcat aacttctcta actcgattga cccgtatggg tttcggtgcc 1200
cgactcaatc gggtggattt gggtttagac aataaaaaga aaaaattata tgtagaagga 1260
ccaggaaagg aatttcaggc tagc 1284
<210>2
<211>1099
<212>DNA
<213>棉花
<400>2
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tttcggtttt atccaactga tgaagagctt ttagtgcaat atttatgcag gaaagttgca 120
gggcatcatt tttctctgca aatcattggc gaaatcgatt tatacaaatt taatccatgg 180
gatttaccga gtaaagcttt gtttggtgaa aaagaatggt attttttcag tcctagagac 240
agaaaatatc cgaacgggtc acgacctaat agagttgccg ggtccgggta ctggaaagct 300
accggaactg ataaaattat cacaacagaa ggccgtaaag ttggtataaa aaaagctctg 360
gttttttacg tcggaaaagc tcctaaagga actaaaacta attggattat gcatgaatat 420
cgactcattg aatcttctcg taaaagtggt agctccaagt tggatgattg ggttttatgt 480
cgaatataca agaagaattc aagtggtcaa aaaccattgt caagtgtttc aagcagagag 540
caaagcacga atgggtcatc atcatcgtgt tcttcacaac tggataacat gcttgactca 600
ttgcccgagt tggacgatcg tttctttgct ttgccgcgca ttaactcgtt caaaacgctt 660
caaaacgatg tgaaactggg gtttcaaaat ctgggtatag ggaatttgga ttgggggagt 720
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<210>3
<211>348
<212>PRT
<213>棉花
<400>3
Met Gly Val Pro Glu Thr Asp Pro Leu Ala Gln Leu Ser Leu Pro Pro
1 5 10 15
Gly Phe Arg Phe Tyr Pro Thr Asp Glu Glu Leu Leu Val Gln Tyr Leu
20 25 30
Cys Arg Lys Val Ala Gly His His Phe Ser Leu Gln Ile Ile Gly Glu
35 40 45
Ile Asp Leu Tyr Lys Phe Asn Pro Trp Asp Leu Pro Ser Lys Ala Leu
50 55 60
Phe Gly Glu Lys Glu Trp Tyr Phe Phe Ser Pro Arg Asp Arg Lys Tyr
65 70 75 80
Pro Asn Gly Ser Arg Pro Asn Arg Val Ala Gly Ser Gly Tyr Trp Lys
85 90 95
Ala Thr Gly Thr Asp Lys Ile Ile Thr Thr Glu Gly Arg Lys Val Gly
100 105 110
Ile Lys Lys Ala Leu Val Phe Tyr Val Gly Lys Ala Pro Lys Gly Thr
115 120 125
Lys Thr Asn Trp Ile Met His Glu Tyr Arg Leu Ile Glu Ser Ser Arg
130 135 140
Lys Ser Gly Ser Ser Lys Leu Asp Asp Trp Val Leu Cys Arg Ile Tyr
145 150 155 160
Lys Lys Asn Ser Ser Gly Gln Lys Pro Leu Ser Ser Val Ser Ser Arg
165 170 175
Glu Gln Ser Thr Asn Gly Ser Ser Ser Ser Cys Ser Ser Gln Leu Asp
180 185 190
Asn Met Leu Asp Ser Leu Pro Glu Leu Asp Asp Arg Phe Phe Ala Leu
195 200 205
Pro Arg Ile Asn Ser Phe Lys Thr Leu Gln Asn Asp Val Lys Leu Gly
210 215 220
Phe Gln Asn Leu Gly Ile Gly Asn Leu Asp Trp Gly Ser Leu Gly Gly
225 230 235 240
Leu Ser Ser Val Pro Glu Leu Val Pro Ser Gly Gln Thr Gln Thr Gln
245 250 255
Thr Gln Thr Gln Ser Gln Gly Ile Thr Ser Tyr Gly Asn Ser Asn Val
260 265 270
Tyr Val Ser Thr Met Pro Pro Thr Leu Cys Gln Met Asp Val Ser Thr
275 280 285
Asn Lys Ile Gly Asn Ser Val Glu Glu Glu Val Gln Ser Gly Leu Arg
290 295 300
Thr Gln Arg Ala Asp Asn Ser Gly Ile Val Gln Gln Asn Ser Asn Val
305 310 315 320
Leu Asn Ser His Asn Phe Ser Asn Ser Ile Asp Pro Tyr Gly Phe Arg
325 330 335
Cys Pro Thr Gln Ser Gly Gly Phe Gly Phe Arg Gln
340 345
<210>4
<211>429
<212>DNA
<213>棉花
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gttcggatat tttctgtctc taggactgaa aaaataccat tctttttcac caaacaaagc 300
tttacttggt aaatcccatg gattaaattt gtataaatcg atttcgccaa tgatttgcag 360
agaaaaatga tgccccgcaa ctttcctgca taaatattgc actaaaagct cctcatccgt 420
cgggtaatc 429
<210>5
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<212>DNA
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<210>6
<211>1277
<212>DNA
<213>棉花
<400>6
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