CN104130320A - 香樟低温诱导CBF-like转录因子及其编码蛋白、克隆方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种香樟低温诱导CBF-like转录因子(包括CcCBFa基因和CcCBFb基因)及其编码的氨基酸序列,CcCBFa基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示;CcCBFb基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。利用香樟CcCBFa和CcCBFb基因构建植物表达载体,通过遗传转化可获得抗逆性改良,特别是抗寒性改良的转基因新种质。本发明的内容对了解CBF基因在植物抗冷和其他逆境因子中的作用,对园林树木抗逆分子辅助育种具有非常重要的意义。
Description
技术领域
本发明属于分子生物学及园林植物育种技术领域,具体涉及一种香樟低温诱导CBF-like转录因子及其编码蛋白、克隆方法和应用。
背景技术
樟树又名香樟、乌樟,樟科樟属Cinnamomum camphora L.;其树冠广展,浓荫遍地,气势雄伟,是优良的行道树及庭荫树;香樟在我国的分布大体以长江以北为界,南至两广及西南,以江西,浙江、福建等东南沿海省份为多,因而在栽培范围上受到低温的限制。近年来,为丰富北方园林的树种组合,改善冬季园林植物景观,香樟被引种栽植到黄河流域的一些省分。然而北方漫长而寒冷冬季往往导致香樟生长受损,严重时甚至树体死亡,造成巨大的经济损失。因此,防治冻害就成为这一优良树种在北方城市顺利推广及应用的一个亟待解决的问题,解决这一问题的主要方法可采取加强栽培管理和选育抗寒新品种,而后者是根本途径,但目前没有相关报道。
发明内容
本发明的目的是提供香樟低温诱导CBF-like转录因子,具体涉及2个香樟抗逆相关的低温诱导CBF-like转录因子a(GenBank登录号为KJ958932)和b(GenBank登录号为KJ958933)(Cinnnamomumcamphora CBF-like transcription factor,CcCBFa and CcCBFb)基因核苷酸序列及其编码的氨基酸序列。为进一步研究香樟CBF-like基因的功能,以及CBF基因改良作物抗逆性,特别是改良抗寒性的应用奠定良好的基础。
本发明的另一目的是提供一种香樟低温诱导CBF-like转录因子的编码蛋白。
本发明的另一目的是提供一种香樟低温诱导CBF-like转录因子的克隆方法。
本发明的另一目的是提供一种上述的香樟低温诱导CBF-like转录因子在创建改良抗逆性植物基因工程株系中的应用。
本发明所采用的第一技术方案是,一种香樟低温诱导CBF-like转录因子,包括香樟低温诱导CBF-like转录因子a(CcCBFa基因)和香樟低温诱导CBF-like转录因子b(CcCBFb基因),所述香樟低温诱导CBF-like转录因子a的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示;所述香樟低温诱导CBF-like转录因子b的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。
本发明所采用的第二技术方案是,一种香樟低温诱导CBF-like转录因子编码蛋白,包括香樟低温诱导CBF-like转录因子a编码蛋白和香樟低温诱导CBF-like转录因子b编码蛋白,所述香樟低温诱导CBF-like转录因子a编码蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.3所示,所述香樟低温诱导CBF-like转录因子b编码蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示。
本发明所采用的第三技术方案是,一种香樟低温诱导CBF-like转录因子的克隆方法,具体按照以下步骤实施:
步骤1、香樟总RNA的提取;采用EASY spin Plus植物RNA快速提取试剂盒提取香樟总RNA,所提RNA加入30-50ul DEPC处理水,充分溶解后于-80℃保存;
步骤2、反转录PCR;
步骤3、香樟CBF基因的3’/5’RACE克隆,并用1%琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物;
其中,香樟CBF基因的3’/5’RACE克隆的反应条件为:
UPM=UPL(10uM)2ul+UPS(10uM)10ul+ddH2O38ul
a).反应体系为50ul:
b).反应条件:
94℃预变性4min; 5个循环;30个循环;72℃总延伸10min。
分别取上述PCR产物1ul溶于49ul ddH2O中,充分溶解混匀,做巢式PCR的模板(Template)。
c).3’/5’RACE的巢式PCR扩增,反应体系为50ul:
d).巢式PCR反应条件:
94℃预变性4min;35个循环;72℃总延伸10min;
步骤4、PCR产物的胶回收,具体为:琼脂糖凝胶电泳结束后,紫外灯下切下目的条带,用琼脂糖凝胶纯化回收试剂盒进行回收;
步骤5、PCR产物的克隆,A-T克隆;
步骤5.1、回收的目的产物与TaKaRa公司生产的pMD19-TVector16℃连接过夜,反应体系如下:
步骤5.2、大肠杆菌感受态细胞的转化
将上述连接产物加于50ulTrans5α大肠杆菌感受态细胞中,轻轻混匀,冰浴30min,42℃热激90s,冰浴5min,缓慢加入400ul新鲜液体LB,37℃,180rpm50min,吸取100ul菌液涂于添加有Amp100mg/L的LB平板上,置于37℃恒温培养箱中,倒置过夜培养12-16h;
步骤6、阳性重组子的筛选及鉴定;随机挑取上述转化平板中的阳性菌以pMD19-T载体通用引物M13上、下游引物进行菌落PCR,将PCR扩增产物置于1.0%琼脂糖凝胶电泳检测,将检测正确的阳性菌接种于1ml添加有Amp100mg/L的液体LB中摇菌培养,送往上海生工生物工程有限公司测序,从而获得2个香樟CBF-like基因的全长cDNA(CcCBFa和CcCBFb)序列,其核苷酸序列分别为:SEQ IDNO.1和SEQ ID NO.2;
步骤7、对步骤6中的香樟低温诱导CBF-like转录因子a和香樟低温诱导CBF-like转录因子b使用DNAman分子软件分析,得香樟低温诱导CBF-like转录因子a编码蛋白序列和香樟低温诱导CBF-like转录因子b编码蛋白序列,其氨基酸序列分别为:SEQ ID NO.3和SEQ ID NO.4。
本发明的特点还在于,
用于扩增香樟CBF-like基因全长cDNA序列所用的引物:
CcCBF3’GSP1:TCGGCGTGGCTCTTGCCAAT,其核苷酸序列如:SEQ ID NO.5所示;
CcCBF3’GSP2:TCTGCTAGCGCCAAGGACAT,其核苷酸序列如:SEQ ID NO.6所示;
CcCBF5’GSP1:ATGTCCTTGGCGCTAGCAGA,其核苷酸序列如:SEQ ID NO.7所示;
CcCBF5’GSP2:ATTGGCAAGAGCCACGCCGA,其核苷酸序列如:SEQ ID NO.8所示。
本发明所采用的第四技术方案是,如上述的香樟低温诱导CBF-like转录因子在创建改良抗逆性植物基因工程株系中的应用。
本发明的有益效果是:本发明所获得的2个香樟CBF-like基因是利用同源克隆的方法获得香樟CBF基因的一段核心片段序列,结合RACE技术获得该基因的3’及5’核苷酸序列,进行拼接从而获得2个香樟CBF-like基因的全长cDNA(CcCBFa和CcCBFb)序列,本发明的内容对了解CBF基因在植物抗冷和其他逆境因子中的作用,对园林树木抗逆分子辅助育种具有非常重要的意义。本发明的重要应用前景在于:利用香樟CcCBFa和CcCBFb基因构建植物表达载体,通过遗传转化可获得抗逆性改良,特别是抗寒性改良的转基因新种质。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明,如无特别说明为常规方法。
本发明的思想是:很多植物在经历一段时间的非冰冻低温胁迫后,其对低温的耐性会得到提高,这一现象称为冷驯化(Coldacclimation,CA)。冷驯化是植物长期进化的结果,当外界温度下降时,植物感受低温信号,引起许多基因表达的变化。在植物冷驯化过程中,CBF/DREB1(CRT/DRE binding factor)是一种调控植物冷驯化相关基因表达的转录因子,它能感受上游传递的低温信号,在低温诱导下迅速合成,并与位于抗寒相关基因启动子上游的相应的顺式作用元件CRT/DRE(C-repeat/dehydration responsive element)结合,促进下游抗逆基因的转录,进而合成糖类、脯氨酸和膜稳定蛋白等物质,提高植物的耐寒性。CBF/DREB1转录因子能够在转录水平上能够调控多个抗逆基因,这一发现为用基因工程手段提高植物耐寒性提供了一条新途径。
CBF途径在植物抵抗低温等逆境胁迫中具有非常重要的作用,对于香樟这种冷敏感植物,了解CBF基因在其抗冷和其他逆境因子中的作用,对香樟抗逆分子辅助育种具有非常重要的意义。因此,对香樟CBF基因的克隆,以及它们对低温等逆境因子的响应研究,是深入研究这些基因功能并在分子育种工作中加以利用的基础。本发明香樟低温诱导CBF-like转录因子(Cinnnamomum camphora CBF-liketranscription factor,CcCBF)属于DREB1/CBF家族,所编码的蛋白属于一种和低温诱导相关的CBF转录因子。到目前为止,还未见从香樟中克隆到CBF基因的相关报道,对该基因的功能还不清楚。本研究首次获得了2个香樟CBF-like基因核苷酸序列及其编码的氨基酸序列。在本发明的基础上,构建香樟CBF-like基因的植物表达载体,将其转入烟草和香樟中,可以对香樟CBF-like基因的功能进行分析,有助于进一步揭示该基因在植物抗寒过程中的功能,从而进行作物品种改良。
实施例1
1.植物CBF基因进化分析:
所得香樟CcCBFa基因cDNA序列总长909bp,经DNAman分子软件分析,该序列含有完整开放阅读框,ORF为714bp,起始密码子(ATG)位于转录起始位点后72bp,终止密码子(TAG)后还有一段124bp的非编码序列,并带有真核生物典型的polyA尾巴;该基因编码237个氨基酸,分子量为26.2kD,等电点PI为5.01(ht tp://web.expasy.org/compute_pi/)。香樟CcCBFb基因cDNA序列总长941bp,经DNAman分子软件分析,该序列含有完整开放阅读框,ORF为729bp,起始密码子(ATG)位于转录起始位点后67bp,终止密码子(TAG)后还有一段146bp的非编码序列,同样带有真核生物典型的polyA尾巴,该基因编码242个氨基酸,分子量为26.5kD,等电点PI为5.11(http://web.expasy.org/compute_pi/)。将所得香樟CcCBFa和CcCBFb所编码的核苷酸序列氨基酸序列在NCBI网站(http://www.ncbi.nlm.nih.gov),进行“protein blast”分析,结果表明所得香樟CBF-like基因与杨树CBF序列最为相似,蛋白质结构中含有AP2结构域,属于AP2超家族中的DREB1/CBF家族。
经NCBI网站对香樟2个基因进行序列比对分析,香樟CcCBFa和CcCBFb基因具有很高的核苷酸序列同源性,其同源性为83%(nucleotide blast);2个基因的氨基酸序列同样具有较高的同源性,CcCBFa基因编码237个氨基酸,香樟CcCBFb基因编码242个氨基酸,2种蛋白有有88%的氨基酸相同,相似性达91%(protein blast)。
2.香樟总RNA的提取:
香樟总RNA的提取采用EASY spin Plus植物RNA快速提取试剂盒(北京艾德莱公司)说明书进行操作,涉及RNA的实验用枪头和离心管均为RNase Free(Axygen公司)。
所提RNA加入30-50ul DEPC处理水,充分溶解后于-80℃保存。
3.RT-PCR(反转录PCR):
参照SMARTer RACE cDNA Amplification Kit(Clontech公司)使用说明书,进行反转录,分别合成5’-RACE-Ready cDNA和3’-RACE-Ready cDNA;实验所用反转录酶为SMART ScribeTM ReverseTranscriptase(Clontech公司),所用引物由生工生物工程(上海)股份有限公司合成。
RACE通用引物:UPL、UPS、NUP由SMARTer RACE cDNAAmplification Kit提供(Clontech公司)。
香樟CBF-like基因的全长cDNA序列,是用简并引物首先获得香樟CBF-like基因核心片段,根据核心片段设计了下列基因特异引物Cc3’GSP1、Cc3’GSP2、Cc5’GSP1、Cc5’GSP2,利用3’/5’RACE(Rapid Amplification of CDNA Ends)技术获得:
用于扩增香樟CBF-like基因全长cDNA序列所用的引物:
CcCBF3’GSP1:TCGGCGTGGCTCTTGCCAAT,其核苷酸序列如:SEQ ID NO.5所示;
CcCBF3’GSP2:TCTGCTAGCGCCAAGGACAT,其核苷酸序列如:SEQ ID NO.6所示;
CcCBF5’GSP1:ATGTCCTTGGCGCTAGCAGA,其核苷酸序列如:SEQ ID NO.7所示;
CcCBF5’GSP2:ATTGGCAAGAGCCACGCCGA,其核苷酸序列如:SEQ ID NO.8所示。
4.香樟CBF基因的3’/5’RACE克隆
UPM=UPL(10uM)2ul+UPS(10uM)10ul+ddH2O38ul
a).反应体系为50ul:
b).反应条件:
94℃预变性4min; 5个循环;30个循环;72℃总延伸10min。
分别取上述PCR产物1ul溶于49ul ddH2O中,充分溶解混匀,做巢式PCR的模板(Template)。
c).3’/5’RACE的巢式PCR扩增,反应体系为50ul:
d).巢式PCR反应条件:
94℃预变性4min;35个循环;72℃总延伸10min。
5.用1%琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物,DL2000为TaKaRa公司生产。
6.PCR产物的胶回收
琼脂糖凝胶电泳结束后,紫外灯下切下目的条带,所用琼脂糖凝胶纯化回收试剂盒为北京艾德莱公司生产。
7.PCR产物的克隆,A-T克隆
(1)连接反应
回收的目的产物与TaKaRa公司生产的pMD19-T Vector16℃连接过夜,反应体系如下:
(2)大肠杆菌感受态细胞的转化
将上述连接产物加于50ul Trans5α大肠杆菌感受态细胞(北京全式金公司)中,轻轻混匀,冰浴30min,42℃热激90s,冰浴5min,缓慢加入400ul新鲜液体LB,37℃,180rpm50min,吸取100ul菌液涂于添加有Amp100mg/L的LB平板上,置于37℃恒温培养箱中,倒置过夜培养12-16h。
(3)阳性重组子的筛选及鉴定
随机挑取上述转化平板中的阳性菌以pMD19-T载体通用引物M13上、下游引物进行菌落PCR,将PCR扩增产物置于1.0%琼脂糖凝胶电泳检测,将检测正确的阳性菌接种于1ml添加有Amp100mg/L的液体LB中摇菌培养,送往上海生工生物工程有限公司测序。生工生物工程(上海)股份有限公司
8.测序结果经拼接获得香樟CBF基因的全长cDNA序列分析:
将测序结果进行拼接,从而获得2个香樟CBF-like基因的全长cDNA(CcCBFa和CcCBFb)序列,所得香樟CcCBFa基因cDNA序列总长909bp,经DNAman分子软件分析,该序列含有完整开放阅读框,ORF为714bp,起始密码子(ATG)位于转录起始位点后72bp,终止密码子(TAG)后还有一段124bp的非编码序列,并带有真核生物典型的polyA尾巴;该基因编码237个氨基酸,分子量为26.2kD,等电点PI为5.01(http://web.expasy.org/compute_pi/)。香樟CcCBFb基因cDNA序列总长941bp,经DNAman分子软件分析,该序列含有完整开放阅读框,ORF为729bp,起始密码子(ATG)位于转录起始位点后67bp,终止密码子(TAG)后还有一段146bp的非编码序列,同样带有真核生物典型的polyA尾巴,该基因编码242个氨基酸,分子量为26.5kD,等电点PI为5.11(http://web.expasy.org/compute_pi/)。将所得香樟CcCBFa和CcCBFb所编码的核苷酸序列氨基酸序列在NCBI网站(http://www.ncbi.nlm.nih.gov),进行“protein blast”分析,结果表明所得香樟CBF-like基因与杨树CBF序列最为相似,蛋白质结构中含有AP2结构域,属于AP2超家族中的DREB1/CBF家族。
Claims (5)
1.一种香樟低温诱导CBF-like转录因子,其特征在于,包括香樟低温诱导CBF-like转录因子a(CcCBFa基因)和香樟低温诱导CBF-like转录因子b(CcCBFb基因),所述香樟低温诱导CBF-like转录因子a的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示;所述香樟低温诱导CBF-like转录因子b的核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。
2.一种香樟低温诱导CBF-like转录因子的编码蛋白,其特征在于,包括香樟低温诱导CBF-like转录因子a编码蛋白和香樟低温诱导CBF-like转录因子b编码蛋白,所述香樟低温诱导CBF-like转录因子a编码蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.3所示,所述香樟低温诱导CBF-like转录因子b编码蛋白的氨基酸序列如SEQ ID NO.4所示。
3.一种香樟低温诱导CBF-like转录因子的克隆方法,其特征在于,具体按照以下步骤实施:
步骤1、香樟总RNA的提取;采用EASY spin Plus植物RNA快速提取试剂盒提取香樟总RNA,所提RNA加入30-50ul DEPC处理水,充分溶解后于-80℃保存;
步骤2、反转录PCR;
步骤3、香樟CBF基因的3’/5’RACE克隆,并用1%琼脂糖凝胶电泳检测PCR产物;
其中,香樟CBF基因的3’/5’RACE克隆的反应条件为:
UPM=UPL(10uM)2ul+UPS(10uM)10ul+ddH2O38ul
a).反应体系为50ul:
b).反应条件:
94℃预变性4min; 5个循环;30个循环;72℃总延伸10min;
分别取上述PCR产物1ul溶于49ulddH2O中,充分溶解混匀,做巢式PCR的模板(Template);
c).3’/5’RACE的巢式PCR扩增,反应体系为50ul:
d).巢式PCR反应条件:
94℃预变性4min;35个循环;72℃总延伸10min;
步骤4、PCR产物的胶回收,具体为:琼脂糖凝胶电泳结束后,紫外灯下切下目的条带,用琼脂糖凝胶纯化回收试剂盒进行回收;
步骤5、PCR产物的克隆,A-T克隆;
步骤5.1、回收的目的产物与TaKaRa公司生产的pMD19-TVector16℃连接过夜,反应体系如下:
步骤5.2、大肠杆菌感受态细胞的转化
将上述连接产物加于50ul Trans5α大肠杆菌感受态细胞中,轻轻混匀,冰浴30min,42℃热激90s,冰浴5min,缓慢加入400ul新鲜液体LB,37℃,180rpm50min,吸取100ul菌液涂于添加有Amp100mg/L的LB平板上,置于37℃恒温培养箱中,倒置过夜培养12-16h;
步骤6、阳性重组子的筛选及鉴定;随机挑取上述转化平板中的阳性菌以pMD19-T载体通用引物M13上、下游引物进行菌落PCR,将PCR扩增产物置于1.0%琼脂糖凝胶电泳检测,将检测正确的阳性菌接种于1ml添加有Amp100mg/L的液体LB中摇菌培养,送往生工生物工程(上海)股份有限公司测序,将测序结果进行拼接,从而获得2个香樟CBF-like基因的全长cDNA(CcCBFa和CcCBFb)序列,其核苷酸序列分别为:SEQ ID NO.1和SEQ ID NO.2;
步骤7、对步骤6中的香樟低温诱导CBF-like转录因子a和香樟低温诱导CBF-like转录因子b使用DNAman分子软件分析,得香樟低温诱导CBF-like转录因子a编码蛋白序列和香樟低温诱导CBF-like转录因子b编码蛋白序列,其氨基酸序列分别为:SEQ ID NO.3和SEQ IDNO.4。
4.根据权利要求2所述的香樟低温诱导CBF-like转录因子的克隆方法,其特征在于,通过RACE技术采用于下述的引物,获得所述基因的3’及5’核苷酸序列,拼接后获得2个香樟CBF-like基因的全长cDNA序列:
CcCBF3’GSP1:TCGGCGTGGCTCTTGCCAAT,其核苷酸序列如:SEQ ID NO.5所示;
CcCBF3’GSP2:TCTGCTAGCGCCAAGGACAT,其核苷酸序列如:SEQ ID NO.6所示;
CcCBF5’GSP1:ATGTCCTTGGCGCTAGCAGA,其核苷酸序列如:SEQ ID NO.7所示;
CcCBF5’GSP2:ATTGGCAAGAGCCACGCCGA,其核苷酸序列如:SEQ ID NO.8所示;。
5.一种如权利要求1所述的香樟低温诱导CBF-like转录因子在创建改良抗逆性植物基因工程株系中的应用。
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