发明内容
本发明的一个方面涉及一种启动子,所述启动子含有选自以下任意一组并具有启动子功能的核苷酸序列:
a、Seq ID NO:1所示的核苷酸序列;
b、与Seq ID NO:1互补的核苷酸序列;
c、在高等严紧条件下能够与上述a或b的核苷酸序列杂交的核苷酸序列;
d、对上述a或b所示核苷酸序列进行一个或多个碱基的取代、缺失、添加修饰的核苷酸序列;
e、与上述a或b所示核苷酸序列具有至少90%同一性的核苷酸序列。
所述SEQ ID NO:1的序列如下:
GGAACGAAGAGGAGTCGACGGCGACCGCCCAGCCAACGCCGGCCGCCGCCGCGAGCGGTCGCCGGTTTTTGCGAGACCTGACAGGCGGTGACGTGGACGTTTTCCAAACCCCCCGGGTACACAGATGACGACCAGCTTAAGAGCAGGTACAATACTAGGCTATAAGCCAGCGGTAAACATATTTTAAGAAGATAAATAAAGAGAGATAAGAACAGCGGGCTACAGATTTATAGCCAGCTGTAGCACGAATTTCAAGACGCAGTGTATATGGCAGGTGGGACCATATATTAATAGTGTAGTATGTAACTATTGTATAAATAAGCTATTAAATTGACTATAAATTAATTAAAGCTAGTAGTCAGCTATACTATTGAACTTGCTCTATGAATAAGCTGGCAGAAGAATCTGGAAGCTAGTGGGTTTGTGTGGCTGGGGTATATTCGCTCCCGTGGCATTCCCGATATTATCGCCGCCGCTGCGTGGTGGGCCCCCGGCGGCGCCACGGGATGCTCGTAGCTGCGAGATCTGCGGATCATCCGTGGTCACCATTCCTGTTGTCTCTCTCTCTCTCTTTTTTTTCACGTGGATGGACGATTGGGAATTGGGATTGGTATTGCAACCGGGTGTTTTTTTTTCACCTTTGCTGTGTTTAGTTCAGCACAAAGTTTAGATTTTGGATAAAATTGGAGATGATGTGACTGAAAAGTTGTGTGTGTATGACATATTGATGTGATGGAAAAATACTGAAGTTTGGATCCAAACTTTGGATCTAAACACAGCCCTTGTCTTGTTGCCACCGGAAGTCCGGAATGTTGGCAATAACACATGAGGCCCTTCCGGAATGTTGGCAATAACACATGAGACCTCGTCGTTTGGCATATTCATATGCTTATCAGCCAAAATTTGAATTTTCAACGTTAAATTTGGAGCTGATTTTGGGGTTTTTTCATCGAAGTTTATTTTCAGCCTTTGCTTTTAGATCGCTAAGAACACATATATAAAAGTTTTATTCACAAAATGATTTTCGTTTGCAAATATGCATTTGGCATATTTAAAAAAATATGCCAAACGATGAGGCTGATGATAAACAATCTACTTGCATTGTAAGAATGTTTGTAACCTTTTTCGTTATACTCCCTCTGTCCCTAAATATTTGACGTCGTTGACATTTTTAAACATATTTAACCGTTCGTCTTATTTAAAATTTTTTGTGAAATATGTAAAACAAATATATTTAACAATGAATCAAATGATAGAAAAATAATTAATAATTATTTAAATTTTTTGAATAAGACGAACAGTTAAACATGTTTAAAAAAATCAACGACGTTAAATATTTAGAGAAGGAGGGAGTATTTAAAAAGTTTACAGACTATTTTGACAACCGATGTAGATGAATACTTCCTCGGTTTAGGAATTGGGATTTTATTTATAAGTTATACAAAGTAAATATAAAATGGACGGTGCATATTGATTGAGGTAGAATATTAGTACTACTGTTTCTTCTTTTTGGAATATACTGCAAAACAACACTAATGTAATGTTCGGACAAAACTTAAACGTCATTATGAATATTATTAGCTCTTAATAATCGGCAATAGCCAATAGGTCAGAGACAAACACCCATCAGAGGATCCGGATTCGATCAGGTGAGTGCCGGACAAACAGTATGCGGCGCCATCGCCCGTCGCCGCCGCCGGCTACTTTCTGTTAGAGCACGGGCCTGTTTAGTTCAAGAAAAAAAAATTATTTTTGAATGTCACATTGGACGTTTAACTAGATATCGAAATAGATTTTTGGACACGAATAAAAAAACTAATTTCATAACTCGTCTGGAAACAGCGAGACGAATCATTTGAGCCTAATTAATCCGTCGTTAGTATACGTAGGTTAATGTAGCACTTATGGCTAATCATGAACTAATTAGACTCAAAAGATTCGTCTCGTGATTTCCTCCCTAACTGTGCAATTAGTTTTTGTTTTTATCTATATTTAATGTTTCATGTATGTGTCCAAAGATTCGATGTAATGTTTTTAGGAAAAAAATCTGTGAACTAAACAGGGCCCAAGTTTAGCCAACTACTAACTCCAAATCACATATAGTCAACTTAATAGTTAATTCATACAATAGTTACATACTACACTATTAATACCTGATCCCACCTGTCATACATACACTGTCTCTTGAAGTCCATGCTACAGCTGGCTACAAATCTTTAGCTCGCTGCTCTTCTCTTTCTTATTTTATTTTCTTAAAATATGTTACCAAACGACGACACGTAGCCAGAAACACCTCGACACGAACACCCCCATGTCACACCACACCACAACACGATCAGTTCAACTTTTTTTTTCTCTTTTTTCAAAATTTCACATCCTTTTCCATCAATTTTTCTTTACCCCGCATTATTGCAGAAGCAAGAAGGAGCAAATATGCCCTTTTCTATTTCTTTCACCTCCCCTGATTCTTTCTTGGGCGACAAACCACAACCTGCCACGTACTCTACTCTACCCGCCGCGCGTCACTAGCTAATGACACGTGGGCCTCGCCCATGCCCGGGCCCACACGTCAGCGGGACACCTCACCTGCCTGCCCCTGCGCTGCGCCGGCTGCGCCTTCTGGAGAAAAGGTAAAGAAAGACAGGTCACCCACGCACCTCGCGCTTAATTTATTTGTTTCCATTTTTATTTTTAATTTTTTTTCCTCACGCTTTCTCGGTTCCATTTGGCTTTATTAATAATTAATTAGACTTTTTCCTCTTGGCTTTATAAAAGAGAGCGCTTAAACCCTCTCCACCTCTCCATATCCGGCTTCCAGACGCTTCTCTCCTCCTCTAATCTCAAGTCTCTGTCTCGTCGTCCTCGCATCTCCACTCGCC(SEQ ID NO:1)。
在本发明中,将SEQ ID NO:1所示的启动子序列称为启动子BgIosP515,或简称为P515启动子。
带有该启动子和β-葡萄糖苷酸酶(β-glucuronidase,GUS)基因的水稻愈伤组织经GUS染色后,所述水稻愈伤组织变为蓝色。带有该启动子和GUS基因的水稻和烟草小苗经GUS染色后,水稻和烟草的根、叶均呈现蓝色。
典型地,“杂交条件”根据测量杂交时所用条件的“严紧性”程度来分类。严紧性程度可以以例如核酸结合复合物或探针的解链温度(Tm)为依据。例如,“最大严紧性”典型地发生在约Tm-5℃(低于探针Tm 5℃);“高等严紧性”发生在Tm以下约5-10℃;“中等严紧性”发生在探针Tm以下约10-20℃;“低严紧性”发生在Tm以下约20-25℃。作为替代,或者进一步地,杂交条件可以以杂交的盐或离子强度条件和/或一或多次的严紧性洗涤为依据。例如,6×SSC=极低严紧性;3×SSC=低至中等严紧性;1×SSC=中等严紧性;0.5×SSC=高等严紧性。从功能上说,可以采用最大严紧性条件确定与杂交探针严紧同一或近严紧同一的核酸序列;而采用高等严紧性条件确定与该探针有约80%或更多序列同一性的核酸序列。
对于要求高选择性的应用,典型地期望采用相对严紧的条件来形成杂交体,例如,选择相对低的盐和/或高温度条件。Sambrook等(Sambrook,J.等(1989)分子克隆,实验室手册,Cold Spring HarborPress,Plainview,N.Y.)提供了包括中等严紧性和高等严紧性在内的杂交条件。
为便于说明,用于检测本发明的多核苷酸与其它多核苷酸杂交的合适的中度严紧条件包括:用5×SSC、0.5%SDS、1.0mM EDTA(pH8.0)溶液预洗;在50-65℃下在5×SSC中杂交过夜;随后用含0.1%SDS的2×、0.5×和0.2×SSC在65℃下各洗涤两次20分钟。本领域技术人员应当理解,能容易地操作杂交严紧性,如改变杂交溶液的含盐量和/或杂交温度。例如,在另一个实施方案中,合适的高度严紧杂交条件包括上述条件,不同之处在于杂交温度升高到例如60-65℃或65-70℃。
在本发明中,所述在高等严紧条件下与SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列杂交的核苷酸序列,其具有与SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列相同或相似的启动子活性。
在本发明中,所述对SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列进行一个或多个碱基的取代、缺失、添加修饰的核苷酸序列,是指分别或同时在所述核苷酸序列的5’端和/或3’端,和/或序列内部进行例如不超过2-45个,或者不超过2-30个,或者不超过3-20个,或者不超过4-15个,或者不超过5-10个,或者不超过6-8个的分别用逐个连续整数表示的碱基的取代、缺失、添加修饰。
在本发明中,所述对SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列进行如上述一个或多个碱基的取代、缺失、添加修饰的核苷酸序列具有与SEQ IDNO:1所示的核苷酸序列相同或相似的启动子活性。
通过一种多核苷酸进行说明,其所具有的核苷酸序列例如与SEQID NO:1的参考核苷酸序列至少具95%的“同一性”是指:在SEQ IDNO:1的参考核苷酸序列之每100个核苷酸中,该多核苷酸的核苷酸序列除了含有多达5个核苷酸的不同外,该多核苷酸之核苷酸序列与参考序列相同。换句话说,为了获得核苷酸序列与参考核苷酸序列至少95%相同的多核苷酸,参考序列中多达5%的核苷酸可被删除或被另一核苷酸替代;或可将一些核苷酸插入参考序列中,其中插入的核苷酸可多达参考序列之总核苷酸的5%;或在一些核苷酸中,存在删除、插入和替换的组合,其中所述核苷酸多达参考序列之总核苷酸的5%。参考序列的这些突变可发生在参考核苷酸序列的5’或3’末端位置,或在这些末端位置之间的任意地方,它们或单独散在于参考序列的核苷酸中,或以一个或多个邻近的组存在于参考序列中。
在本发明中,用于确定序列同一性和序列相似性百分数的算法是例如BLAST和BLAST 2.0算法,它们分别描述在Altschul等(1977)Nucl.Acid.Res.25:3389-3402和Altschul等(1990)J.Mol.Biol.215:403-410。采用例如文献中所述或者默认参数,BLAST和BLAST 2.0可以用于确定本发明的核苷酸序列同一性百分数。执行BLAST分析的软件可以通过国立生物技术信息中心为公众所获得。
在本发明中,所述与SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列具有至少90%的序列同一性的核苷酸序列包括与SEQ ID NO:1所公开序列基本同一的多核苷酸序列,例如当采用本文所述方法(例如采用标准参数的BLAST分析)时,与本发明多核苷酸序列相比含有至少90%序列同一性、优选至少91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%或99%或更高的序列同一性的那些序列。
在本发明中,所述与SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列具有至少90%的序列同一性的核苷酸序列具有与SEQ ID NO:1所示的核苷酸序列相同或相似的启动子活性。
在本发明中,所述的启动子来源于单子叶植物,具体地,所述单子叶植物为水稻,例如所述水稻为日本晴(Oryza sativaL.ssp.japonica cv.Nipponbare)。
本发明的另一方面涉及一种核酸构建体,其包含本发明所述的启动子,与启动子可操作连接的基因序列,其中所述启动子与所述基因序列来源相同或者不同。在本发明的一个实施方案中,所述基因为GUS基因。
本发明的另一方面涉及一种载体,其特征在于,所述载体含有本发明所述的核苷酸序列或核酸构建体,所述载体可以通过例如将上述核苷酸序列或核酸构建体插入克隆载体或表达载体而得到,或者可以通过人工合成得到。
在本发明的实施方案中,所述载体为本发明的启动子或启动子与GUS基因可操作连接的核酸构建体与pMD18-T或p8质粒经重组得到的重组载体pMD18-T+P515或p8+P515。
适于构建本发明所述重组载体的克隆载体包括但不限于,例如:pUC18、pUC19、pUC118、pUC119、pMD19-T、pMD20-T、pMD18-T SimpleVecter、pMD19-T Simple Vecter等。
适于构建本发明所述的表达载体包括但不限于,例如:pBI121、p13W4、pGEM等。
本发明的另一方面涉及一种含有本发明所述载体的重组细胞,所述重组细胞可以通过将含有本发明所述的载体转化至宿主细胞而得到。
适于构建本发明所述重组细胞的宿主细胞包括但不限于,例如:根癌农杆菌细胞LBA4404、EHA105、GV3101等。
在本发明的一个实施方案中,所述重组细胞为重组农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)EHA105-P515。
本发明的还一方面涉及一种植物愈伤组织或外植体,其特征在于,所述愈伤组织或外植体转化有本发明的核苷酸序列和/或核酸构建体和/或载体和/或感染有本发明的重组细胞。
外植体可以为植物的胚、胚乳、子叶、幼苗、茎尖、根、茎、叶等,在本发明的一个实施方案中,为烟草的叶。
在本发明的另一个实施方案中,所述愈伤组织为水稻愈伤组织。
本发明的还一方面涉及一种转基因植物,其特征在于,所述转基因植物转化有本发明的核苷酸序列和/或核酸构建体和/或载体和/或感染本发明的重组细胞。
本发明的还一方面涉及用于扩增本发明所述启动子的引物对,其特征在于:所述引物对的两条引物分别含有序列GGAACGAAGAGGAGTCGACG(SEQ ID NO:2)和GGCGAGTGGAGATGCGAGGA(SEQ ID NO:3);优选的,所述引物对的两条引物在5’端还分别连接有限制性酶切位点和/或保护碱基。在本发明的一个实施方案中,所述引物对的两条引物分别具有Seq ID NO:4和Seq ID NO:5所示的序列。
本发明的还一方面涉及制备SEQ ID NO:1所示的启动子的方法,包括以水稻日本晴基因组DNA为模板,使用一对扩增引物进行扩增,所述扩增引物根据SEQ ID N0:1在水稻日本晴gDNA中的序列分别针对首尾进行设计,例如为本发明所述的引物对。
本发明的还一方面涉及一种调控植物中目的基因表达的方法,所述方法包括将本发明的核苷酸序列和/或核酸构建体和/或载体转化入植物愈伤组织或外植体中的步骤,或用本发明的重组细胞感染植物愈伤组织或外植体的步骤。
在本发明的一个实施方案中,所述目的基因为GUS基因。
在本发明的一个实施方案中,将含有重组载体p8+P515的重组细胞EHA105-P515转化入水稻愈伤组织中,水稻愈伤组织分化为水稻苗,愈伤组织和水稻苗经GUS染色均证明GUS基因已表达。
在本发明的另一个实施方案中,将含有重组载体p8+P515的重组细胞EHA105-P515转化入烟草叶中,烟草叶经组织培养发育为烟草苗,烟草苗经GUS染色证明GUS基因已表达。
为实现上述调控目的基因表达的目的,本发明所述启动子可以以单拷贝和/或多拷贝的形式应用,也可以与现有技术中已知的启动子联用。
在本发明中,可采用植物基因转化技术将目的基因插入到植物基因组中,包括农杆菌介导转化、病毒介导的转化、显微注射、粒子轰击、基因枪转化和电穿孔等。本领域周知,农杆菌介导的基因转化常被用于单子叶植物和双子叶植物的基因转化,但其它转化技术也可用于本发明所述单子叶植物的基因转化。当然,适于本发明的转化单子叶植物的另一种方法是粒子轰击(显微金或钨粒子包覆转化的DNA)胚性愈伤组织或胚胎开发。另外,还可以采用的转化单子叶植物的方法是原生质体转化。基因转化后,采用通用的方法来筛选和再生整合有表达单元的植株。
本发明的还一方面涉及一种制备转基因植物的方法,包括在有效产生植物的条件下培养本发明的重组细胞或植物愈伤组织或植物外植体。
本发明的还一方面涉及本发明的核苷酸序列和/或核酸构建体和/或载体和/或重组细胞用于调控植物目的基因表达的用途,以及用于制备转基因植物或用于植物育种的用途。在本发明的一个实施方案中,目的基因为GUS基因。
本发明的还一方面涉及本发明的愈伤组织或外植体用于制备转基因植物或用于植物育种的用途。
在本发明中,所述植物优选是单子叶植物或双子叶植物;所述单子叶植物优选为稻属植物,例如水稻或旱稻,所述双子叶植物优选为烟草属植物,例如烟草或花烟草。
所述单子叶植物包括但不限于水稻、谷子、小麦、高粱、玉米,优选为水稻,所述水稻包括但不限于,中花9、中花10、中花11、台北309、丹江8号、云稻2号、汕优63、汕优608、丰优22,黔优88、II优416、II优107、II优128、II优718、准两优527、川农1号、杂0152、皖稻88、皖稻90、皖稻92、皖稻94、皖稻96、皖稻185、皖稻187、皖稻189、皖稻191、皖稻193、皖稻195、皖稻197、皖稻199、皖稻201、皖稻203、皖稻205、皖稻207,以及津原101(上述水稻品种均可购自安徽徽商农家福有限公司)。在本发明的一个实施方案中,所述水稻为日本晴。
所述双子叶植物包括但不限于烟草、大豆,马铃薯、蚕豆、萝卜、花生,优选为烟草,所述烟草包括但不限于K326、K346、K394、NC82、NC89、G140、G28、G80以及中烟90,在本发明的一个实施方案中,所述烟草为烟草NC89。
水稻或烟草是典型的基因工程模式植物,本发明选择水稻或烟草进行转基因研究,以证明本发明的启动子在单子叶植物或双子叶植物中的效果。实验结果表明,该启动子能在转基因水稻或烟草中起作用。
发明的有益效果
发明人通过生物信息学研究获得,并采用生物学实验验证了所述启动子P515的功能。启动子P515可以用于调控单子叶植物或双子叶植物目基因的表达,具体地,所述启动子能够在水稻和烟草中调控GUS基因表达。本发明为研究单子叶植物或双子叶植物基因表达提供了新的工具和选择。
关于生物材料保藏的说明
本发明涉及以下生物材料:
烟草NC89种子:2010年11月12日保藏于湖北省武汉市武昌珞珈山武汉大学保藏中心,即中国典型培养物保藏中心(CCTCC),保藏编号:CCTCC No:P201017。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述,但是本领域技术人员将会理解,下列实施例仅用于说明本发明,而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体条件者,按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者,均为可以通过市购获得的常规产品。其中N6D培养基、YM液体培养基、YM固体培养基、AAM培养基和N6-AS共培养基的配制方法参见发明申请“一种启动子BgIosP587、其制备方法及用途”,申请号:200910238992.0,公开号:CN 101838647。
实施例1:P515启动子片段的PCR扩增和pMD18-T+P515重组载
体的构建
PCR扩增
使用植物基因组DNA提取试剂盒(TIANGEN新型植物基因组DNA提取试剂盒,目录号:DP320-02)提取水稻日本晴(已在申请号为200910238992.0、发明名称为“一种启动子BgIosP587、其制备方法及用途”的发明申请中保藏,并于2010年9月22日公开,保藏编号为CCTCC P200910)的基因组DNA,根据该启动子在水稻日本晴gDNA中的序列,分别在首尾设计一对PCR特异性扩增引物(上游引物F1,加限制性酶切位点Pst1和保护碱基,下游引物R1,加限制性酶切位点EcoR1和保护碱基)。以上述提取的水稻日本晴的gDNA为模板,使用高保真Ex Taq(TaKaRa,DRR100B)聚合酶进行PCR扩增。如表1所示。
表1基因启动子扩增的PCR体系
PCR扩增程序为:94℃预变性5min,然后以94℃变性45s,55℃退火50s,72℃延伸90s,进行35个反应循环,最后72℃延伸7min。
其中,上游引物F1:CCGGAATTCGGAACGAAGAGGAGTCGACG(SEQ ID NO:4),其中下划线代表EcoR I酶切位点。
下游引物R1:ACCTGCAGGGCGAGTGGAGATGCGAGGA(SEQ ID NO:5),其中下划线代表Pst I酶切位点。
PCR扩增产物经1.0%琼脂糖凝胶电泳分离,得到大小为2880bp左右的条带,使用TIANGEN琼脂糖凝胶DNA回收试剂盒(目录号:DP209-03)进行纯化回收。
pMD18-T+P515重组载体的构建
将如上述得到的PCR扩增产物进行T/A克隆(pMD18-T质粒,TaKaRa,D103A),转化大肠杆菌,挑取阳性克隆测序(如SEQ ID NO:1所示),证明准确。
其中,T/A克隆的连接条件如下:
T/A连接体系: 10μl
pMD18-T 1μl
2×solution I 5μl
PCR扩增产物(回收插入片段)10ng~20ng,根据其浓度定
ddH2O 补齐至10μl
于16℃在节能型智能恒温槽(宁波新芝,SDC-6)中连接8h以上,得到pMD18-T+P515重组载体。将经过上述连接后的产物按照如下方法转化大肠杆菌:
从超低温冰箱中取出按照《分子克隆实验指南》(第三版,科学出版社)所示氯化钙法制备的感受态细胞100μl DH5α(中国科学院昆明动物研究所董杨提供;或者可从例如:上海生工购得),冰上融化后,加入10μl如上所得的连接产物,即pMD18-T+P515重组载体,轻轻搅匀,冰浴30min,42℃热激60s,冰浴5min,加入600μl 4℃预冷的SOC培养基(具体配方详见《分子克隆实验指南》,第三版,科学出版社),37℃220rpm复苏45min,8000rpm离心30s,去上清,留取150μl,用剩下的150μl上清重悬沉淀后的混合物,轻轻吹匀,玻璃珠涂布LB(卡那霉素)平板(具体配方详见《分子克隆实验指南》,第三版,科学出版社),37℃倒置培养16h~24h。获得含有pMD18-T+P515克隆载体的重组大肠杆菌,命名为DH5α-P515。深圳华大基因科技有限公司对pMD18-T+P515克隆载体中的P515进行测序,测序结果如SEQ ID NO:1所示。
测序结果表明,获得的pMD18-T+P515克隆载体中P515启动子序列正确。
实施例2:载体-p8+P515重组载体的构建
按照TIANGEN普通质粒小提试剂盒(目录号:DP103-03)的操作手册,从实施例1构建的转化有启动子P515的大肠杆菌DH5α-P515中提取带有本发明P515启动子序列的克隆载体pMD18-T+P515;纯化后用相应的限制性内切酶Pst I(NEB,R0140T)和EcoR I(NEB,B0101S)进行酶切,回收相应的启动子插入片段,并分别与p8质粒用相同的限制性内切酶酶切后回收的载体大片段进行连接。
将所得连接产物p8+P515重组载体转化按照《分子克隆实验指南》(第三版,科学出版社)所示氯化钙法制备的感受态细胞DH5α,37℃倒置培养16~24h,待转化子长出菌落后,挑取单克隆进行PCR检测和酶切鉴定。
p8质粒构建
本发明中所使用的p8质粒是由pCAMBIA-1301质粒(中国科学院昆明动物研究所董杨提供;或者可从例如上海国瑞基因科技有限公司购得,该公司的pCAMBIA-1301质粒的原始来源是The CAMBIABios(biological open source)Licensee,Australia)按照如下方式改造并构建的,具体说明如下:
用Kpn I/Nco I(NEB)双酶切质粒pCAMBIA-1301(参见图1),回收大片段。根据所采用的限制性内切酶位点合成如下序列:GGTACCAAGCTTACTAGTCCTGCAGGTCTAGAGGATCCGTCGACCATGG(SEQ ID NO:6)(包含的酶切位点是Kpn I/Hind III/Spe I/Sbf I/Pst I/Xba I/BamH I/Sal I/Nco I),用Kpn I/Nco I双酶切后回收,与上述所回收的大片段连接后转化top10细胞(中国科学院昆明动物研究所董杨提供;或者可从例如:北京索莱宝科技有限公司购得)。用引物GCTTCCGGCTCGTATGTTGT(SEQ ID NO:7)/GAGTCGTCGGTTCTGTAAC(SEQID NO:8)筛选转化子,通过PCR检测方法,带有扩增片段为350bp的转化子即为含有需要构建的多克隆位点及GUS序列的p8质粒的转化子(参见图2)。
所述p8质粒中的多克隆位点和GUS序列的长度为2353碱基,如SEQ ID NO:9所示(参见图2):
GTTGGCAAGCTGCTCTAGCCAATACGCAAACCGCCTCTCCCCGCGCGTTGGCCGATTCATTAATGCAGCTGGCACGACAGGTTTCCCGACTGGAAAGCGGGCAGTGAGCGCAACGCAATTAATGTGAGTTAGCTCACTCATTAGGCACCCCAGGCTTTACACTTTAT
GTGGAATTGTGAGCGGATAACAATTTCACACAGGAAACAGCTATGACCATGATTAC
GAGCTC AAGCTT C G GGAT CC C (SEQ ID NO:9)
如上序列所示本发明中所构建的p8质粒,其多克隆位点中的EcoRI/Sac I/Kpn I/Hind III/Spe I/Sbf I/Pst I/Xba I/BamH I /Sal I/Nco I限制性酶切位点分别用加框和下划线表示,筛选转化子所用的引物GCTTCCGGCTCGTATGTTGT/GAGTCGTCGGTTCTGTAAC(即SEQ ID NO:7和8)用双下划线表示,GUS序列用斜体表示,其内含子序列分别用斜体加底纹示出。
重组载体p8+P515的构建
根据限制性内切酶EcoR I(NEB,B0101S)和Pst I(NEB,R0140T)操作说明,按照如下条件处理实施例1中所得到的克隆载体pMD18-T+P515,以及如上所述构建的p8质粒。
其中,克隆载体pMD18-T+P515及p8质粒的酶切条件如下:
酶切体系: 50μl
无菌水 34.8μl
10×buffer H 5μl
EcoR I 0.1μl(10U)
Pst I 0.1μl(10U)
克隆载体pMD18-T+P515或p8质粒 10μl(<1000ng)
使用TIANGEN琼脂糖凝胶DNA回收试剂盒(目录号:DP209-03)分别回收经酶切的p8质粒,以及启动子P515插入片段,根据T4连接酶(TaKaRa,D2011A)操作说明,按照如下条件进行连接:
连接体系: 10μl
10×T4 buffer 1μl
酶切后的p8质粒 1μl(20ng)
回收的启动子P515插入片段10~20ng,根据其浓度确定
无菌水 补齐至9.5μl
T4 ligase(TaKaRa,D2011A) 0.5μl
T4 buffer冰上融化,酶切后的p8质粒载体加入量约20ng,本发明中的P515片段加10ng。于16℃在节能型智能恒温槽(宁波新芝,SDC-6)中连接8h以上。
将100μl氯化钙法制得的感受态细胞DH5α从超低温冰箱取出,冰上融化后,加入10μl上面的连接产物,轻轻搅匀,冰浴30min,42℃热激60s,冰浴5min,加入600μl 4℃预冷的SOC,37度220rpm复苏45min,8000rpm离心30s,去上清,留取150μl,轻轻吹匀,玻璃珠涂布LB(kan),37℃倒置培养16~24h。得到重组载体p8+P515。
分别以F1(即SEQ ID NO:2)和R1(即SEQ ID NO:3)为引物对所得重组载体p8+P515进行PCR检测,以确证所得重组载体p8+P515中含有所需启动子P515。通过EcoR I/Pst I酶切筛选含有重组载体p8+P515转化子。
实施例3重组根癌农杆菌EHA105-P515细胞的制备
将如实施例2所述方法构建的p8+P515重组载体和作为对照的p8质粒分别转化按照《分子克隆实验指南》(第三版,科学出版社)中所述氯化钙方法制备的根癌农杆菌(Agrobacteriumtumefaciens)EHA105(已在申请号为200910238992.0、发明名称为“一种启动子BgIosP587、其制备方法及用途”的发明申请中保藏,并于2010年9月22日公开,保藏编号为CCTCC M 209315)的感受态细胞,具体方法如下:
将根癌农杆菌感受态细胞EHA105于超低温冰箱中取出,至于冰上解冻。融化后,分别加入5μl的p8+P515重组载体和p8质粒以及作为对照的p8空载体,轻轻混匀,冰浴10min,放入液氮中冷冻5min,37℃解冻5min,加入800μl常温的LB液体培养基,28℃160rpm复苏3h,8000rpm离心30s,吸去上清,留下200μl吹匀,涂布于加有kan-rif(卡那霉素-利福平)双抗的YM培养基平板上(50mg/lKan,10mg/l Rif)。28℃倒置培养2-3天。
以F1(即SEQ ID NO:2)和R1(即SEQ ID NO:3)为引物进行PCR检测和通过EcoR I/Pst I酶切筛选转化子。
PCR扩增出约2880bp左右条带和酶切出约2880bp左右条带的为重组载体p8+P515的重组根癌农杆菌。
本发明中,按照如上述方法得到的带有重组载体p8+P515的重组农杆菌,命名为重组根癌农杆菌EHA105-P515。
按照本发明所述方法,得到的带有p8质粒的对照重组农杆菌,命名为重组根癌农杆菌EHA105-p8。
实施例4:水稻愈伤组织的诱导和转化
按照如下步骤诱导水稻愈伤组织,并分别用重组根癌农杆菌EHA105-P515和重组根癌农杆菌EHA105-p8转化所述愈伤组织。
1)将水稻日本晴种子去壳,70%乙醇表面消毒30s,然后用有效氯1.5%的次氯酸钠消毒30min,期间剧烈摇动,消毒后用灭菌水清洗5次;将消毒后的种子置于N6D培养基上,用封口膜封口;29.5℃光照培养3~4周;
2)选取活跃生长的愈伤组织(黄白色,干燥,直径1~3mm),在新N6D培养基上29.5℃光照培养3天;
3)分别挑取如实施例3所构建的重组根癌农杆菌单菌落(重组根癌农杆菌EHA105-P515或重组根癌农杆菌EHA105-p8),于添加抗生素(50mg/l Kan,10mg/l Rif)的YM培养基上划线培养3天,培养温度28℃;分别刮取上述重组根癌农杆菌置于添加了30μl 100mM的AS(Acetosyringone,乙酰丁香酮)的30ml AAM培养基中,温和重悬所述重组根癌农杆菌细胞(重组根癌农杆菌EHA105-P515或重组根癌农杆菌EHA105-p8);
4)将继代培养的愈伤组织置于灭菌培养皿中;将如步骤3)制备的重组根癌农杆菌悬液倒入培养皿中,将愈伤组织浸入其中15min;
5)倒掉重组根癌农杆菌悬液,将愈伤组织用灭菌吸水纸吸掉多余的液体;于N6-AS共培养基上放一张灭菌滤纸,加1ml如上述含AS的AAM培养基,将愈伤组织转移至滤纸上;密封培养皿,28℃暗培养48~60h;
6)将受感染的愈伤组织置于50ml灭菌管中,用灭菌水摇动清洗,直至上清液变澄清;将愈伤组织浸泡于含500mg/l羧苄青霉素(Carb)的无菌水中以杀死重组根癌农杆菌;用灭菌吸水纸除去愈伤组织上多余的水分,然后将其转移至含1mg/l潮霉素B(HmB)和50mg/l Carb的N6-AS共培养基上;用封口膜密封培养皿,29.5℃光照培养3~4周。
实施例5:水稻愈伤组织中的GUS的表达
为检测经过实施例4所述转化的水稻愈伤组织中目的基因GUS的表达情况,按照Chen S Y等在Journal of Integrative Plant Biology,2008,50(6):742-751所述的方法,对分别用重组根癌农杆菌EHA105-P515或重组农杆菌EHA105-p8转化的水稻愈伤组织进行染色。
GUS染色液的配方(1ml):610μl 0.2M Na2HPO4溶液(pH=7.0);390μl 0.2M NaH2PO4溶液和10μl 0.1M X-gluc。
将分别用重组根癌农杆菌EHA105-P515或重组根癌农杆菌EHA105-p8转化的水稻愈伤组织浸泡在GUS染色液中,37℃保温至出现蓝色,拍照,结果如图3所示,经含有启动子的p8+P515重组载体的重组根癌农杆菌介导转化的水稻愈伤组织(图3右)经染色后呈现蓝色,经不含有启动子的p8质粒重组根癌农杆菌介导转化的水稻愈伤组织(作为对照,图3左)经GUS染色后颜色未发生变化。结果显示,本发明的P515启动子对GUS基因表达具有调控作用。
实施例6:转基因水稻苗中GUS的表达
将实施例4中得到的愈伤组织转移至含50mg/l潮霉素B(HmB)的MS-R分化培养基(具体配方见表2)分化苗;用封口膜密封培养皿,29.5℃光照培养3-4周;待幼苗长至3-4cm时转移到含50mg/l潮霉素B(HmB)的1/2MS生根培养基(具体配方参见表3)进行生根筛选。
转基因水稻苗的GUS染色过程同实施例5中愈伤组织的染色过程。结果如图4、图5所示,经含有启动子的p8+P515重组载体的重组根癌农杆菌介导转化的水稻苗的根(图4右)、叶(图5右)经染色后呈现蓝色,经不含有启动子的p8质粒重组根癌农杆菌介导转化的水稻苗的根、叶(作为对照,图4左、图5左)经GUS染色后颜色未发生变化。结果显示,本发明的P515启动子对GUS基因表达具有调控作用。
实施例7:转基因烟草小苗中GUS表达
1.烟草无菌苗获得
1)烟草种子浸泡:将烟草NC89种子装入1.5ml的离心管中(<50粒/管),加入1ml无菌水,用移液器吸打几次,更换无菌水后,在常温下浸泡24小时;
2)烟草种子消毒:用移液器吸出浸泡种子的水,加入1ml 75%的酒精浸泡30秒,用移液器吸出酒精;加入1ml 10%H2O2浸泡10分钟后,用移液器吸出H2O2;
3)洗涤:用无菌水清洗五次,每次加入1ml无菌水摇动1min;
4)接种:无菌滤纸吸干种子表面的水分,再用吸头或无菌牙签接种于MS固体培养基(参见表7)上萌发,每皿约10粒,置于28℃光照培养室(16h光/8h暗)培养一周,光照强度为2000lx(本发明所有的光照培养材料均在此光照强度下培养);
5)转接:待长出幼苗后,转入新鲜MS固体培养基,每瓶(Φ6cm,H 9cm,30ml培养基/瓶)3株烟草小苗,28℃光照培养室(16h光/8h暗)培养约5周,获得烟草无菌苗。
2.烟草无菌苗的继代和扩繁
1)剪去烟草无菌苗的叶片和根,将茎杆剪成带有腋芽的茎段(2cm-3cm),然后将其形态学下端垂直插入到新鲜MS固体培养基(腋芽不能插入培养基里);
2)每瓶接种一个带有腋芽的茎段外植体,置于28℃光照培养室培养约5周,作为待转化材料使用。
3.侵染前菌液的制备
1)挑取含潮霉素抗性目的质粒的农杆菌菌株EHA105-P515或对照EHA105-p8单菌落,接种到10ml YM(含Kan 50mg/L,Rif 30mg/L)液体培养基,28℃,250rpm振荡过夜,待菌液混浊,还未出现沉淀时,将此菌液置4℃保存;
2)取保存于4℃的菌液20μl,接种于10ml YM(含Kan 50mg/L,Rif 30mg/L)液体培养基于50ml离心管中28℃,250rpm振荡过夜,待菌液混浊,还未出现沉淀时,停止培养;
3)取上述菌液3ml加入到50mlYM(不含抗生素)液体培养基于三角瓶中28℃,250rpm摇床震荡培养约2h,OD600=0.5左右时,作为侵染菌液使用。
4.侵染
1)从培养5周的烟草无菌苗上剪取较大的叶片,保存在一个装有YM(不含抗生素)液体培养基的培养皿中;
2)用直径6mm的打孔机将烟草叶片打成叶圆盘,保存在另一个装有YM(不含抗生素)液体培养基的培养皿中;
3)将烟草叶圆盘转移到装有侵染菌液的培养皿中;
4)轻轻摇动培养皿,确保农杆菌接触到叶盘边缘,浸泡10min;
5)将已侵染的烟草叶盘从农杆菌悬浮液中转移至干燥的无菌滤纸上,吸干菌液直至烟草叶盘不滴菌液为止;
6)将烟草叶盘接种到RMOP固体培养基(参见表4)上,叶面朝上,每皿约10块;
7)倒置培养皿,28℃暗培养3天。
5.筛选
1)将步骤4的叶圆盘转移到RMOP-TCH(10mg/L Hyg)培养基(参见表5)上,每皿10块,叶面朝上,28℃光照培养2周;
2)每2周继代一次,大约4周出现丛生芽。
6.生根
1)当再生芽长至约1-2cm时,切下芽接种到MST-TCH(10mg/L Hyg)培养基(参见表6),每瓶1株烟草苗;
2)28℃光照培养室培养2周;
除去幼苗基部的小叶子,转移到新鲜的MST-TCH培养基,每瓶1株烟草苗,培养2周。之后分别取叶片和根进行GUS染色实验,GUS染色液的配方和方法同水稻(参见实施例5)。
GUS染色液的配方(1ml):610μl 0.2M Na2HPO4溶液(pH=7.0);390μl 0.2M NaH2PO4溶液和10μl 0.1M X-gluc。
将转基因和对照(没有转入目的基因的空载体)的叶片和根分别浸泡在GUS染色液中,37℃保温至出现蓝色,拍照记录(参见图6、图7)。
本发明实施例中所使用的相关培养基配方说明如下:
以下有关培养基中所称的“常规灭菌”是指如下条件的灭菌:121℃下蒸气灭菌20分钟。
表2MS-R分化培养基
调PH值至5.8,常规方式灭菌。
MS macro(20X):硝酸铵33.0g,硝酸钾38.0g,磷酸二氢钾3.4g,硫酸镁7.4g,氯化钙8.8g逐一溶解,然后室温下用蒸馏水定容至1L,4℃保存。
MS micro(1000X):硫酸锰16.90g,硫酸锌8.60g,硼酸6.20g,碘化钾0.83g,钼酸钠0.25g,硫酸铜0.025g,氯化钴0.025g,上述试剂在室温下溶解并用蒸馏水定容至1L,4℃保存。
MS维生素贮存液(1000X):维生素B1 0.010g,维生素B6 0.050g,烟酸0.050g,甘氨酸0.200g,加蒸馏水定容至100ml,过滤除菌,4℃保存不超过1周。
铁盐(Fe2EDTA)贮存液(100X):将3.73g乙二铵四乙酸二钠(Na2EDTA·2H2O)和2.78g FeSO4.7H2O分别溶解,混合并用。用蒸馏水定容至1000ml,70℃温浴2h,冷却后4℃保存不超过1个月。
表3 1/2 MS生根培养基
调PH值至5.8。
MS macro(20X)见表2。
MS micro(1000X)MS维生素贮存液(1000X)见表2。
铁盐(Fe2EDTA)贮存液(100X):见表2。
表4 RMOP培养基
pH 5.8,121℃下灭菌20分钟。
Myo-inositol(500x):5g肌醇溶解于H2O后,定容至100ml,4℃保存。
表5 RMOP-TCH培养基
pH为5.8。
表6 MST-TCH培养基
pH 5.8
表7 MS固体培养基
pH 5.8,121℃下灭菌20分钟
尽管本发明的具体实施方式已经得到详细的描述,本领域技术人员将会理解。根据已经公开的所有教导,可以对那些细节进行各种修改和替换,这些改变均在本发明的保护范围之内。本发明的全部范围由所附权利要求及其任何等同物给出。