CN102453719B

CN102453719B - 一种植物双向启动子bigdb1

Info

Publication number: CN102453719B
Application number: CN 201010521554
Authority: CN
Inventors: 谢旗; 夏然
Original assignee: Institute of Genetics and Developmental Biology of CAS
Current assignee: Institute of Genetics and Developmental Biology of CAS
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: CN102453719A

Abstract

本发明公开了一种植物双向启动子BIGDB1。该启动子的核苷酸序列是序列表中序列1所示的核苷酸序列。实验证明，将本发明的BIGDB1插入载体pMOA34-G/L中的GUS和LUC之间后，BIGDB1能双向启动GUS和LUC，说明BIGDB1在拟南芥以及烟草中均具有双向启动功能。

Description

一种植物双向启动子BIGDB1

技术领域

本发明涉及一种植物双向启动子BIGDB1的克隆与应用。

背景技术

通过导入外源基因使植物获得新的性状并能稳定遗传是植物基因工程的最终目的。花椰菜病毒CaMV 35S启动子作为稳定、高效的外源启动子，一直被人们广泛的使用。然而在转基因过程中由于重复序列的出现会引起基因沉默现象，尤其是进行多个基因导入时，这种现象会更严重，从而严重影响了转基因植株的获得和后代的稳定性。而在进行两个或两个以上基因导入时，通常需要这些基因的表达量、表达时间和位置的同一性，进而确保转入基因行使正常的功能，使用35S启动子很难达到这样的要求。这些都是植物基因工程中亟待解决的问题。

对于转基因引起的基因沉默现象人们已经有了比较深入的认识，引起转基因沉默有多种因素，其中最主要的就是重复序列的产生，尤其是多个基因导入时，更人为的造成了多个35S启动子插入的情况，对此至今尚无有效的解决方法。随着基因组学的发展，多种生物基因组测序已完成，经过生物信息学分析人们发现了双向启动子的存在，这为我们利用植物自身的双向启动子进行转基因操作，从而避免多基因插入引起的基因沉默现象提供了可能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种DNA片段，来源于拟南芥。

本发明提供的DNA片段的核苷酸序列是如下1)或2)或3)：

1)序列表中序列1所示的核苷酸序列；

2)在高严谨条件下与所述1)的核苷酸序列杂交且具有启动子活性的核苷酸序列；

3)与所述1)的核苷酸序列具有65％以上的同源性且具有启动子活性的核苷酸序列。

序列表中的序列1由890个脱氧核糖核苷酸组成，是拟南芥基因At1g21110和At1g20100的基因间序列。

上述高严谨条件是指，将杂交膜置于预杂交液(0.25mol/L磷酸钠缓冲液，pH7.2，7％SDS)中，65℃预杂交30min；弃预杂交液，加入杂交液(0.25mol/L磷酸钠缓冲液，pH7.2，7％SDS，同位素标记的核苷酸片段)，65℃杂交12hr；弃杂交液，加入洗膜液I(20mmol/L磷酸钠缓冲液，pH7.2，5％SDS)，65℃洗膜2次，每次30min；加入洗膜液II(20mmol/L磷酸钠缓冲液，pH7.2，1％SDS)，65℃洗膜30min。

本发明的DNA片段(启动子活性片段)还包括与来自序列表中序列1的片段的核苷酸序列互补的核苷酸序列。这里使用的术语“互补的”系指遵循碱基配对原则产生的之意。

本领域普通技术人员可以很容易地采用已知的方法，例如定向进化和点突变的方法，对本发明的调控片段的核苷酸序列进行突变。那些经过人工修饰的，具有与本发明分离得到的调控片段的核苷酸序列70％或者更高同源性的核苷酸，只要保持了表达靶基因的启动子活性，均是衍生于本发明的核苷酸序列并且等同于本发明的序列。

这里使用的术语“同源性”指与天然核酸序列的序列相似性。“同源性”包括与本发明的调控片段的核苷酸序列具有优选地75％或更高，更优选地85％或更高，甚至更优选地90％或更高，以及最优选地95％或更高同一性的核苷酸序列。同源性可以用肉眼或计算机软件进行评价。使用计算机软件，两个或多个序列之间的同源性可以用百分比(％)表示，其可以用来评价相关序列之间的同源性。

含有上述的DNA片段的重组载体也属于本发明的保护范围之内。

上述重组载体是上述的DNA片段插入载体pMOA34-G/L的多克隆位点制成的重组载体；

上述载体pMOA34-G/L具体可以是将GUS基因和LUC基因分别插入pMOA34载体的多克隆位点得到的载体。

含有上述的DNA片段的转基因细胞系也属于本发明的保护范围之内。

含有上述的DNA片段的重组菌也属于本发明的保护范围之内。

上述的DNA片段在作为启动子中的应用也属于本发明的保护范围之内。

进一步讲，上述启动子是双向启动子。

上述应用具体可以是上述的DNA片段在驱动目的基因在植物体内表达中的应用。

上述植物为双子叶植物或单子叶植物，如拟南芥或烟草。

实验证明，将本发明的BIGDB1插入载体pMOA34-G/L中的GUS和LUC之间后，BIGDB1能双向启动GUS和LUC，说明BIGDB1在拟南芥以及烟草中均具有双向启动功能。

附图说明

图1为pMOA34-G/L-BIGDB1植物双元载体图谱。

图2为转基因拟南芥GUS染色结果，A是叶片，B是早期幼苗，C是幼苗，D是花，E是花序，F是果荚。

图3为转基因拟南芥LUC分析结果，A，B，C是三株不同的转基因植物。

图4为转基因烟草GUS染色结果。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

下述实施例中，如无特殊说明，均为常规方法。

实施例1、启动子的获得及其检测

一、启动子的获得

根据生物信息学分析的结果，拟南芥基因组中存在一些潜在的双向启动子序列。以拟南芥基因组DNA为模板，利用正向引物(BIGDB1-F：5’-GAGCTCTAGAGCGGCCGCCGCTGAATCGGTGATCGTCGG-3’)和反向引物(BIGDB1-R：5’-ACGCGTCGACATACACAGGCGGTGGGGATG-3’)扩增，扩增产物进行琼脂糖电泳分离，回收并连接到pEASY-T1(全式金公司)克隆载体上，转化大肠杆菌XL1-BLUE(AgilentTechnologies-Stratagene Products)中，经测序后确定克隆载体正确，扩增产物(命名为BIGDB1)的核苷酸序列如序列表中序列1所示。

二、重组表达载体的构建

1、带标记基因的中间载体(pMOA34-G/L)的构建

以pCambia1300-221(CAMBIA公司)载体为模版，利用引物GUS-F：5′-ACGCGTCG ACATGTTACG TCCTGTAGAAACCCCAAC-3′和GUS-R：5′-CAGCCGACCGGTTCATTGTTTGCCTCC CTGCTGC-3′扩增出1812bp的GUS基因，经测序后，通过SalI和AgeI双酶切连接到pMOA34载体上(记载该材料的文献是Barrell，P.J.and Conner，A.J.(2006)Minimal T-DNA vectors suitable for agricultural deployment of transgenicplants，公众可从中科院遗传与发育生物学研究所获得)，构建成pMOA34-G中间载体。

将pGL3-Enhancer Vector(Promaga公司)经Xbal I(补平)和XhoI双酶切后的产物LUC基因与中间载体pMOA34-G经SpeI(补平)和XhoI双酶切后的载体进行连接，获得携带两个标记基因GUS和LUC的表达载体pMOA34-G/L。

2、表达载体pMOA34-G/L-BIGDB1的构建

用SalI和NotI双酶切步骤一验证正确的克隆载体和步骤二的步骤1得到的植物表达载体pMOA34-G/L，回收后经T4DNA连接酶连接得到pMOA34-G/L-BIGDB1植物表达载体(图1)。

3、表达载体pMOA34-G/L-BIGDB1(反向)的构建

为了尽快验证烟草中双向启动子的功能，我们将pMOA34-G/L-BIGDB1中BIGDB1序列调转方向，构建成pMOA34-G/L-BIGDB1(反向)载体。

以步骤一中带有BIGDB1基因正确序列的克隆载体为模板，利用引物BIGDB1-F2：5′-GAGCG TCGACCGCTGAATCGGTGATCGTCGG-3′和BIGDB1-R2：5′-ACGCGC GGCCGCA TACACAGGCGGTGGGGATG-3′，获得BIGDB1反向片段，测序后将该片段用SalI和NotI双酶切连接到步骤二的步骤1得到的植物表达载体pMOA34-G/L，得到pMOA34-G/L-BIGDB1(反向)植物表达载体。

三、转化植物并培养

1、导入农杆菌

通过电击转化的方法将步骤二中的pMOA34-G/L-BIGDB1阳性克隆导入农杆菌EHA105中，挑取重组农杆菌单克隆菌落转入3-4ml LB培养液中(含100μg/ml壮观霉素和50μg/ml利福平)，28℃摇菌过夜。培养得到的菌液转接于500ml LB(含100μg/ml壮观霉素和50μg/ml利福平)，28℃摇菌过夜。当菌液OD600值为1.0，收集菌液入离心管，4000rpm、20min，收集菌体。用新鲜配制的如下溶液重悬菌体：溶剂为水，溶质是壬基酚聚氧乙烯醚(NP-40)和蔗糖，其中，壬基酚聚氧乙烯醚(NP-40)(Fluka 74385)的浓度为0.05％和蔗糖的质量百分浓度为5％。

2、转化拟南芥

选取抽苔期的野生型col-0生态型拟南芥(美国俄亥俄州立大学的生物资源中心(ABRC))健壮植株，通过真空渗透法将步骤1得到的农杆菌导入拟南芥花中，用塑料膜覆盖1天，保持湿润。然后将处理过的拟南芥植株放于22～25℃的光照条件下使其正常生长。收获种子，干燥条件下保存待用。

3、转化烟草

将步骤二中的植物表达载体pMOA34-G/L-BIGDB1和pMOA34-G/L-BIGDB1(反向)通过根癌农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)菌株EHA105的介导转入烟草Nicotianatabacum生态型(记载该材料的文献是Riechers，D.E.，and Timko，M.P.1999.Structure and expression of the gene family encoding putrescineN-methyltransferase in Nicotiana tabacum：new clues to the evolutionary originof cultivated tobacco.Plant Mol.Biol.41：387-401.公众可从中国科学院遗传与发育生物学研究所获得)叶片愈伤组织，在愈伤组织分化出的芽长至3-5cm时，切下芽，取一小部分用于下面步骤四的步骤2的染色分析，剩下的芽移入附加20mg/L潮霉素的生根培养基(MS+20mg/L潮霉素)，26±1℃光照培养生根；幼苗长至约8-10cm高，培养瓶开盖炼苗1-2天，洗去根部植物凝胶，种植于田间，常规管理，成熟收种。

四、基因表达检测

1、转基因拟南芥中GUS、LUC的表达分析

选取步骤三中10个不同株系的转基因拟南芥种子，于1/2MS培养基上萌发并生长，分别取子叶期幼苗、两片真叶期幼苗、成熟真叶、花序、花以及果荚等不同生长时期及不同部位的组织进行GUS染色分析，GUS染色方法参见Jefferson RA，KavanaghTA，Bevan MW(1987)GUS fusions：b-glucuronidase as a sensitive and veratilegene fusion maker in higher plants.EMBO J 6：3901-7，分析结果如图2，转基因植株中GUS基因得到表达。

选取GUS基因有表达的5个不同株系的转基因拟南芥，于1/2MS培养基上萌发并生长，取生长2周幼苗进行LUC发光分析，分析结果如图3，转基因植株中LUC基因得到表达。

2、转基因烟草中GUS的表达分析

选取分别转化了pMOA34-G/L-BIGDB1和pMOA34-G/L-BIGDB1(反向)载体的烟草愈伤组织分化的芽各5棵进行GUS染色分析，GUS染色方法参见Jefferson RA，Kavanagh TA，Bevan MW(1987)GUS fusions：b-glucuronidase as a sensitive andveratile gene fusion maker in higher plants.EMBO J 6：3901-7，分析结果如图4，A为转化了pMOA34-G/L-BIGDB1的转基因幼苗，B为转化了pMOA34-G/L-BIGDB1(反向)的转基因幼苗，结果显示转基因植株中GUS基因均得到表达。

Claims

1.一种DNA片段，其核苷酸序列是序列表中序列1所示的核苷酸序列。

2.含有权利要求1所述的DNA片段的重组载体。

3.如权利要求2所述的重组载体，其特征在于：所述重组载体是权利要求1所述的DNA片段插入载体pMOA34-G/L的多克隆位点制成的重组载体；

所述载体pMOA34-G/L是将GUS基因和LUC基因分别插入pMOA34载体的多克隆位点得到的载体。

4.含有权利要求1所述的DNA片段的转基因细胞系。

5.含有权利要求1所述的DNA片段的重组菌。

6.权利要求1所述的DNA片段在作为启动子中的应用。

7.如权利要求6所述的应用，其特征在于：所述启动子是双向启动子。

8.如权利要求6或7所述的应用，其特征在于：所述应用是权利要求1所述的DNA片段在驱动目的基因在植物体内表达中的应用；

所述植物为拟南芥或烟草。