CN102559682B - 一种杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a及其应用 - Google Patents
一种杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a，其核苷酸序列如SEQNO1所示。本发明以南林895杨DNA为材料，参考杨树基因组序列信息，设计特异性引物，扩增出启动子ProWOX11a序列。采用通路克隆技术构建植物启动子表达载体pBGGUS-ProWOX11a，该启动子序列后接GUS报告基因，在启动子ProWOX11a的驱动下，报告基因GUS可在植物体根原基及根尖分生组织处特异表达。因此，应用本发明提供的启动子，可以在植物基因工程中，诱导相应目的基因在根原基和根尖分生组织中特异表达，具有很好的实用性。
Description
技术领域
本发明属于植物基因工程技术领域，具体涉及一种杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a及其应用。
背景技术
扦插作为林木无性繁殖的重要手段，不仅简单易行、效高价廉，而且能保持母株的优良性状、提早开花结实。20世纪70年代以来，随着无性系林业的兴起，林木扦插技术日益成熟，广泛应用。
在林业生长实践中，通常所说的扦插，一般指硬枝扦插或嫩枝扦插，其关键是不定根的形成：首先是薄壁细胞或维管束细胞脱分化形成特定细胞群，即分生点-根原始体，而后分生细胞逐渐向活跃状态转变并且开始分裂，新产生的细胞群逐渐形成锥状体并分化成木质部和韧皮部，继而与插穗的输导组织结合在一起，渐渐地根原基穿过皮层和表皮向外突出形成不定根(Haissig 1974a)。有些树种不定根原始体在发育早期未离体时就已经产生，即潜伏根原始体。扦插前它一直处于休眠状态，直至插穗离体后在适宜的环境条件下继续发育成根原基产生不定根。但也有一些树种是在扦插后才分化出根原始体，称为诱发根原始体。
林木扦插生根按其形成的时间、部位和机制可分为皮部生根型、愈伤生根型和混合生根型三大类。皮部生根型植物在插穗离体前或经过贮藏，激素处理后，插穗皮层、形成层等组织就有根原始体形成，扦插后，只是根原始体的继续生长发育。愈伤组织生根型是在插穗扦插后从下切口愈伤组织内的再生维管形成层处，或在切口处的原维管形成层产生愈伤组织的同时，也产生不定根原始体，进而形成不定根。混合生根类型是指既有皮部生根，又有愈伤组织生根；其过程是扦插后，先是皮部生根来吸收水分和养分以维持生命，待下切口愈伤组织生根后，皮部产生的不定根有的很快衰亡，有的退居次要，而由愈伤组织产生的不定根发育成植株的主要根系。
林木扦插生根是一个非常复杂的生物学过程，国内外学者对其机理进行了大量研究，但这些工作都局限于解剖学和生理学领域，对扦插生根分子机理的认识和了解比较缺乏。一方面在于林木分子遗传学起步较晚；再者，由于林木自身的一些生物学特性，在林木中精确定位与克隆未知基因一度被视为遗传学研究领域的难点。杨树全基因组测序完成，克隆和验证杨树生长发育相关基因成为可能。WOX基因家族在根尖干细胞维持、不定根根原基启动等过程中起着非常重要的作用。在杨树中克隆和鉴定不定根特异表达启动子，不仅可丰富植物根系分子生物学的理论基础，而且在植物无性繁殖和离体器官再生方面具有重要的应用价值。
植物基因工程中常用的启动子有3类：组成型启动子、诱导型启动子和组织特异性启动子。组织特异性启动子是指在这类启动子调控下，基因转录一般只发生在某些特定器官或组织中。这类启动子中一般同时存在几种控制组织特异性表达的元件，其表达特异性由这些元件的种类、数目及相对位置等共同决定。在杨树中尚未有克隆和鉴定不定根特异表达启动子的相关报道。
发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a。本发明的另一目的是提供一种杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a的应用。
技术方案：为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a，其氨基酸序列如SEQ NO1所示。
含有杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a的载体。所述载体在ProWOX11a启动子的3’端组装GUS报告基因。所述载体组装Bial基因表达盒，作为转基因植物的筛选标记，可以用除草剂进行转基因植株的筛选。所述载体组装LB和RB序列，促使组装于其间的ProWOX11a启动子表达框架和筛选标记基因Bial整合至植物受体细胞染色体中。
含有杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a的宿主细胞。
杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a在调控基因在植物体根原基及根尖分生组织特异表达中的应用。
本发明以南林895杨(Populus×euramericana cv.‘Nanlin895’)DNA为材料，设计特异性引物，扩增出启动子ProWOX11a序列。采用通路克隆技术构建植物启动子表达载体pBGGUS-ProWOX11a，该启动子序列后接GUS报告基因，在启动子ProWOX11a的驱动下，报告基因GUS可在植物体根原基及根尖分生组织处特异表达。
有益效果：本发明通过农杆菌介导将ProWOX11a启动子转入拟南芥，转ProWOX11a启动子载体的T2代拟南芥植株GUS染色结果显示，GUS基因在侧根原基及根尖分生组织均特异表达，因此，应用本发明提供的启动子，可以在植物基因工程中，诱导相应目的基因在根原基和根尖分生组织中特异表达。
附图说明
图1是植物表达载体pBGGUS的结构示意图；
图2和图5是野生型植株GUS染色图；
图3、图4和图6是转基因植株GUS染色图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。
以下实施例所使用的主要试剂盒和药品为：Plant Genomic DNA Kit(TIANGEN)，LR Clonase II enzyme Mix(Invitrogen)，pCRTM8/GW/TOPOTM vector(Invitrogen)，TaKaRa LA Taq(TaKaRa)，TaKaRa Taq(TaKaRa)，pMD-19T(TaKaRa)，H.Q.&Q.Gel Extraction kit II(安徽优晶生物工程有限公司)，所有引物合成及测序工作均由Invitrogen(上海)完成。其他未作出说明的均为常规要求。
实施例1提取南林895杨DNA
可采用常规方法提取南林895杨DNA，也可以采用TIANGEN公司的植物基因组DNA提取试剂盒(Plant Genomic DNA Kit)来提取南林895杨DNA，操作步骤稍有改进：
吸取1mL缓冲液GP1于2mL离心管中，65℃预热；同时，取南林895杨组培苗叶片100mg于液氮中充分研磨；分装65℃预热GP1缓冲液；将研磨精细的样品粉末迅速转移到预热的1mLGP1缓冲液中(加样前在预热的1mL缓冲液GP1中加入10μLβ-巯基乙醇)，剧烈颠倒混匀后65℃水浴20min；加入1mL氯仿，充分混匀，12000rmp离心5min后转移上层水相至新的离心管中；重复该步骤一次；向装有上层水相的离心管中加入1mL缓冲液GP2，充分混匀；将混合液转入吸附柱CB3中，12000rmp离心30sec，弃滤液；向吸附柱CB3中加入500μL去蛋白液GD，12000rmp离心30sec，弃滤液；向吸附柱CB3中加入700μL漂洗液PW，12000rmp离心30sec，弃滤液；向吸附柱CB3中加入500μL漂洗液PW，12000rmp离心30sec，弃滤液；将吸附柱CB3转入新的离心管，12000rmp离心2min，去除残余的漂洗液，室温静置气干吸附柱CB3；将吸附柱CB3转入新的离心管中，向吸附膜的中部加入50μL灭菌Milli-Q水，室温静置2min，12000离心30sec；将滤液重新转入吸附柱CB3中，室温静置2min，12000离心2min，滤液即为基因组DNA。
实施例2克隆ProWOX11a启动子
以南林895杨DNA(实施例1制备)为材料，参考杨树基因组序列信息(http://www.phytozome.net/)，设计特异性引物，扩增ProWOX11a启动子序列。其中，特异性引物包括：ProWOX11a正向引物：5’TGGACTCTTTCTCTCATCTCTGC 3’和ProWOX11a反向引物：5’TTCATCCTTTGGTGGGTTTAC 3’。高保真PCR反应体系如下：10×LA PCR Buffer(Mg2+free)5.0μL；2.5mM dNTP Mixture 8.0μL；25mM Mg2+5.0μL；LA Taq DNA Polymerase(5U/μL)0.5μL；ProWOX11a正向引物(10μM)2μL；ProWOX11a反向引物(10μM)2μL；模板(895杨DNA 1μg/μL)1μL；加无菌ddH2O补足50μL。反应程序：预变性94℃，3min；94℃，40s，55℃，30s，72℃，2min，35个循环；72℃，10min。对扩增产物测序，得ProWOX11a启动子1797bp的序列，如SEQ NO1所示。
实施例2ProWOX11a启动子表达载体构建
利用通路克隆技术构建ProWOX11a启动子的表达载体。使用特异PCR引物(同实施例1的特异性引物)，以南林895杨DNA为模板，进行PCR扩增。高保真PCR反应体系如下：10×LA PCR Buffer(Mg2+free)5.0μL；2.5mM dNTP Mixture 8.0μL；25mM Mg2+5.0μL；LA Taq DNA Polymerase(5U/μL)0.5μL；ProWOX11a正向引物(10μM)2μL；ProWOX11a反向引物(10μM)2μL；模板(895杨DNA 1μg/μL)1μL；加无菌ddH2O补足50μL。反应程序：预变性94℃，3min；94℃，40s，55℃，30s，72℃，2min，35个循环；72℃，10min。并定向克隆到入门载体，入门载体为pCRTM8/GW/TOPOTM vector(Invitrogen)。反应体系为：Fresh PCR product(purified)10-20ng；Salt solution 1μL；pCRT M8/GW/TOPOTM vector 1μL；加无菌ddH2O补足6μL。反应程序为：室温静置30min。
大肠杆菌转化：将新鲜制备或-70℃冻存的大肠杆菌TOP10感受态细胞在冰上融化；将6μL连接产物，加入到100μL感受态细胞中，并轻轻混匀，冰浴30min左右；42℃水浴中热击90sec，迅速置于冰上3-5min；加入800μLLB液体培养基，37℃，100rmp摇菌1h；4000rmp离心3min，吸掉上层800μL培养基，混匀剩余菌液；将菌液涂抹于含有spc的LB筛选培养板上，37℃倒置培养过夜。
阳性克隆筛选及测序分析：从筛选培养板上挑取阳性克隆进行PCR检测及测序验证，反应体系如表1所示。
表1PCR检测反应体系
| 10×PCR Buffer(Mg2+free) | 2.0μL |
| MgCl2(25mM) | 1.5μL |
| dNTP Mixture (each 2.5mM) | 1.3μL |
| ProWOX11a正向引物 | 1.0μL |
| ProWOX11a反向引物 | 1.0μL |
| 菌液 | 0.1μL |
| TaKaRa Taq | 1.0μL |
| Milli-Q Water | 12.1μL |
| Total volume | 20.0μL |
反应程序为：94℃，3min；94℃，30s，60℃，30s，72℃，1min，28个循环；72℃，7min。菌液PCR检测为阳性的克隆送英骏生物技术公司(上海)测序鉴定，正确。
带有ProWOX11a的入门载体与植物表达载体pBGGUS(Invitrogen)进行LR反应。反应体系为：linearized entry clone 100ng；purified destination vector(100ng/μL)1.5μL；LR Clonase II enzyme mix 2μL；加TE(pH 8.0)补足10μL；。反应条件：25℃1h。植物表达载体pBGGUS如图1所示。经LR反应后ProWOX11a启动子交换至植物表达载体pBGGUS中，通过PCR检测及测序验证，确认启动子载体构建成功，命名为pBGGUS-ProWOX11a，该载体在ProWOX11a启动子的3’端组装GUS报告基因，其编码的β-葡萄糖苷酸酶，能催化5-溴-4-氯-3吲哚葡萄糖苷酸(X-Gluc)形成不溶解的5，5’-二溴-4，4’-二氯深色的靛蓝色物质，使得具有GUS活性的部位呈现蓝色。在载体上组装Bial基因表达盒，作为转基因植物的筛选标记，可以用除草剂进行转基因植株的筛选。所述载体组装LB和RB序列，促使组装于其间的ProWOX11a启动子表达框架和筛选标记基因Bial整合至植物受体细胞染色体中。
实施例3ProWOX11a启动子组织特异表达分析
通过常规液氮冻融法将所构建的pBGGUS-ProWOX11a转入农杆菌菌株EHA105(Invitrogen)，通过农杆菌介导将ProWOX11a启动子转入拟南芥。转ProWOX11a启动子载体的T2代拟南芥植株GUS染色结果如图3、4和6，通过与图2和图5的野生型植株GUS染色图对比，显示，GUS基因在侧根原基及根尖分生组织均特异表达，因此，应用本发明提供的启动子，可以在植物基因工程中，诱导相应目的基因在根原基和根尖分生组织中特异表达。
SEQUENCE LISTING
<110> 南京林业大学
<120> 一种杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a及其应用
<130> 100
<160> 3
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 1797
<212> DNA
<213> Populus x euramericana cv. 'Nanlin895'
<400> 1
tggactcttt ctctcatctc tgcattaaac aattctctag actcaacttt ccatgcatgc 60
ctgcacatgc acttgccaaa gctggaaaac cctagccaac tttgcctgtc gacctttcac 120
attaccattt tgaccactcc tttgagagtt ttttcccatg caacctcgat ttttagttaa 180
tactaataaa gagaaagcga tatgggttca cacatcttct tcactgttca tatcaacaac 240
gaagaaggtg gatttttttt aaaaaaaatt acatcccttt ttcttttaat tatttttata 300
aattatttcg atttgttttt tataagatta tcataatttc aaacaaatat attaccattt 360
agtttgtgat aggtttatac tcaattttca aagagtttat tttttgttat tgtttaatta 420
aataaaaata gttttaaaaa taattcaacc caatgaattc tatcactagg attgcggatt 480
tgaccggtta agccgcaaaa ctccaatcga tccaattatc atcatctcaa tattaaaaaa 540
aaaagatcaa cttgaattta ttttaagtta aagtttgttt ttttaacgtt aattcatgtt 600
gccttgaacc ctcaagttaa ctgggtcccc tttgtcctta aaatcaactt agtcatatta 660
ggataacttc aacaaaattt aaagggtgtt tagagtttgg aattaactgt tttttaatgt 720
gtttttcatt aaaaaaatac atcaaaataa tattttttaa atttttaaaa aattattttt 780
gacactaaca cattaaaaac agatgaaaac ataaaaaaat taatttaaag ctataaaata 840
taaaaaaatt aattttttta aaacgctttt taaatacaaa cacaaataag ctcttaatat 900
taaaatttta aataaaaaat caggttaaaa gattttatag ttaaaccatt gagtaacact 960
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caagaatctt aaattaaagg tatgtttaga caaacaagtt tattcttaac tattggagta 1140
gaattcagaa ttataaatag tacatatatg aagggaaata tacacaatat agttaattaa 1200
gcaagtgggg agctttttct aggatttgaa tttttaccca tatttttaat cattgcatgt 1260
tggtggcaaa attgtcaatc aggatggtct atcaaatatt gataattgat caaactctaa 1320
cacatttact tgagctcttc actaattcat gtgttgtaat gtgatatatt gaacgaacga 1380
tgtaattaat caaataccct gcatctctct cggtaacaca cacttgctta atcaattaat 1440
tagttcataa tagcttctaa attcttgtta ctaacatgac tcaggagtaa tctttgacta 1500
gtgtttctgt gtgtgtgtat ttgaataaac taagcaggcc aggtgttggg aggttgactt 1560
gcaagagcaa gattaacata acaatttata aattaggcaa ggttgtaaat tcaatcaatg 1620
gagtgctgtc aaaccaagga tgattatgta aattctcaaa gtaataatcc tttcatccct 1680
atatatagct tcacctcgct aagcattcta ccttgtgttt atgcactttg ttttgctcct 1740
atattattag tttttttttt aagggaaaaa aaactagttt ttcttcattt cacagta 1797
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<211> 23
<212> DNA
<213> Artificial Sequence
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<223> ProWOX11a正向引物
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<212> DNA
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> ProWOX11a反向引物
<400> 3
ttcatccttt ggtgggttta c 21
Claims (6)
1.一种杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a，其核苷酸序列如SEQ NO：1所示。
2.含有权利要求1所述的杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a的载体。
3.根据权利要求2所述的载体，其特征在于：所述载体在ProWOX11a启动子的3’端组装GUS报告基因。
4.根据权利要求2所述的载体，其特征在于：所述载体组装Bial基因表达盒，作为转基因植物的筛选标记，可以用除草剂进行转基因植株的筛选。
5.根据权利要求2所述的载体，其特征在于：所述载体组装LB和RB序列，促使组装于其间的ProWOX11a启动子表达框架和筛选标记基因Bial整合至植物受体细胞染色体中。
6.权利要求1所述的杨树根原基特异表达启动子ProWOX11a在调控基因在拟南芥植株根原基及根尖分生组织特异表达中的应用。
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Application publication date: 20120711 Assignee: Beijing Huamei Wanxiang Technology Co., Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: 2018320000235 Denomination of invention: Specific expression promoter ProWOX11a of poplar root primordium and application thereof Granted publication date: 20130403 License type: Common License Record date: 20181024 Application publication date: 20120711 Assignee: Yangzhou little apple gardening Co., Ltd. Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: 2018320000233 Denomination of invention: Specific expression promoter ProWOX11a of poplar root primordium and application thereof Granted publication date: 20130403 License type: Common License Record date: 20181024 |
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Application publication date: 20120711 Assignee: Jiangsu Jing ancient environment construction Limited by Share Ltd Assignor: Nanjing Forestry University Contract record no.: 2018320000363 Denomination of invention: Specific expression promoter ProWOX11a of poplar root primordium and application thereof Granted publication date: 20130403 License type: Common License Record date: 20181129 |
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