CN105349553B - 一种花色调节基因VwMYB29及其应用 - Google Patents
一种花色调节基因VwMYB29及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种花色调节基因VwMYB29,该花色调节基因VwMYB29的核苷酸序列如SEQ ID NO:1中所示;它的氨基酸序列如SEQ ID NO:2中所示。还公开了该花色调节基因VwMYB29在调节植物尤其是三色堇和月季花色中的应用。该花色调节基因VwMYB29能与植物表达载体pBI221重组,制成重组植物表达载体pBI221‑VwMYB29,该重组植物表达载体pBI221‑VwMYB29经基因枪法转化三色堇和月季后,能促使三色堇花瓣无色细胞出现颜色,月季花瓣浅色细胞出现深红色斑点。因此,该VwMYB29基因能用于调节植物尤其是三色堇和月季的花色。
Description
技术领域
本发明属于基因工程领域,具体涉及一种花色调节基因VwMYB29及其应用。
背景技术
MYB(Myoblastoma)是一类最早于1941年从动物成肌细胞瘤中分离出来的转录调控基因(Graf,1992)。而第一个从植物中分离得到的MYB基因是玉米的C1基因((Paz-Areset al.,1987)。随后又从多种植物中分离得到了功能各异的MYB基因(Waites et al.,1998;Miyake et al.,2003;Chen et al.,2006)。
Cone等(1986)从玉米(Zea mays)中克隆的第一个调节花色素合成的单一型MYB基因—C1基因,它主要特异性的调节糊粉层花色素的生物合成,而P1基因则负责玉米其他部位的花色素的合成。Kobayashi等(2002)以巨峰葡萄(Vitis labruscana)为材料,从中克隆出了VlMYBA基因,并利用粒子轰击基因瞬时表达技术将该类基因导入葡萄体细胞胚,从中诱导出红紫色斑点的产生,最后得出结论VlMYBA cDNA的导入诱导了UFGT基因的表达,从而产生色斑。谢吉容等(2008)利用SSH以及RACE-PCR方法,从月季红花突变体(Rose hybrida‘Yesterday Love’)中克隆出了含有1个MYB结构域的RhMYB基因。通过RT-PCR技术证明RhMYB基因与月季花色素合成酶基因CHS在红花上存在正相关关系,但其在以野生型为对照的试验中表达量很低,这说明RhMYB蛋白对月季红花突变体花青素合成存在正调控。Gao等(2011)利用从苹果(Malus×domestica)中克隆的MdMYB6基因,将其导入拟南芥,再通过Real-time PCR技术分析花色素生物合成途径中各基因的表达量,得出转基因拟南芥中CHS、FLS、CHI、UFGT、DFR等表达量都少于野生型拟南芥,从而得出MYB转录因子MdMYB6抑制了相关结构基因的表达,使得花色素合成途径中花青素的积累受阻。Zhang等(2009)将单一重复结构域的MYB基因AtCPC转入烟草,获得了全部或者部分抑制色素表达的类型,在部分抑制的类型里出现了中肋有色素的花斑类型,而这些转基因植株的NtDFR、NtANS和Nt3GT基因都受到了较强的抑制。Nakatsuka等(2012)从日本龙胆(Gentiana triflora)中得到了GtMYBP3和GtMYBP4基因,通过瞬时表达发现GtMYBP3和GtMYBP4基因能够加强类黄酮生物合成早期FNS II和F3’H基因启动子的活性,而且GtMYBP3还能强化CHS基因启动子的活性,再将GtMYBP3和GtMYBP4基因转化到烟草花瓣中,结果导致了烟草花瓣中花青素量降低,出现了白化的花瓣。Aharoni等(2001)将草莓中的FaMYB1转入烟草,结果发现FaMYB1基因的过表达降低了类黄酮生物合成途径中酶的活性,从而减少了花青素和黄酮醇的积累,使得花瓣着色受到影响。邵文婷(2013)利用同源克隆方法得到茄子中SmMYB基因,对其进行荧光半定量分析,结果发现SmMYB基因在紫茄果皮中的表达量显著高于紫茄其他组织及白茄各组织,再对紫茄进行遮光处理,发现果皮中花青素含量与SmMYB和SmDFR基因表达水平呈正相关,由此得出SmMYB基因正向调控茄子花青素合成的结论。温超(2012)利用基因枪法介导的瞬时表达技术,将αMYB导入到中国水仙的花瓣和副冠中,成功诱导出了红色的斑点,从而证明了外源转录因子αMYB对水仙的花色素苷代谢途径产生了影响,并诱导了结构基因的表达,使花瓣发生了颜色的变化。
综上所述,MYB转录因子通过与花色素生物合成途径中的结构基因发生特异性结合,从而在转录水平上激活或抑制结构基因的表达,控制花色素的生物合成,最终影响植物花色的形成。
但目前还未有人从三色堇中克隆得到的花色调节基因,并用于调节三色堇和月季花色方面的研究。
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种花色调节基因VwMYB29及其编码的蛋白质和含有该基因的重组植物表达载体。
本发明的第二个目的是提供上述花色调节基因VwMYB29在调节三色堇和月季花色中的应用。
本发明的第一个目的是通过以下技术方案来实现的:一种花色调节基因VwMYB29,该花色调节基因VwMYB29的核苷酸序列如SEQ ID NO:1中所示。
一种由上述花色调节基因VwMYB29编码的蛋白质,所述的蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO:3中所示。
本发明以三色堇花瓣为原料,提取其总RNA,再将mRNA逆转录成cDNA第一链,以该cDNA第一链为模板,根据VwMYB29的同源基因设计引物,利用RT-PCR和RECE的方法扩增拼接获得全长cDNA序列,该全长cDNA序列的长度是900bp,其核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示,SEQ ID NO.2中下划线部分为其开放阅读框,开放阅读框长度为600bp,将此开放阅读框命名为花色调节基因VwMYB29,其核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示,由该花色调节基因VwMYB29编码的蛋白的氨基酸序列具有199个氨基酸残基,其序列如SEQ ID NO.3中所示,将该蛋白命名为VwMYB29蛋白,其中5'端非编码区120bp,3’端非编码区180bp,并包括一个11bp的poly(A)尾巴。
经数据库比对显示,MYB29有2个重复结构域(15~62,68~111),为典型的R2R3-MYB转录因子。
一种含有上述VwMYB29基因的重组植物表达载体。
优选的,所述的重组植物表达载体中的植物表达载体为pBI221。
本发明的第二个目的是通过以下技术方案来实现的:上述VwMYB29基因在调节植物花色中的应用。
优选的,所述的植物为三色堇或月季。
本发明将VwMYB29基因与载体pBI 221正向相连后得到重组质粒pBI 221-MYB29(重组植物表达载体),将该重组质粒经基因枪法转化三色堇和月季后,能促使三色堇花瓣无色细胞出现颜色,月季花瓣浅色细胞出现深红色斑点。因此,该VwMYB29基因能用于调节三色堇和月季的花色。
本发明的有益效果是:本发明中的花色调节基因VwMYB29基因具有诱导三色堇无色花瓣细胞产生颜色、月季花瓣浅色细胞出现深红色色斑的作用,显示该基因具有改变花色的作用,将来可用于三色堇、月季花色育种,培育出具备更深颜色的新品种。
附图说明
图1为实施例2中的重组质粒pBI 221-MYB29图谱;
图2是实施例2中的重组质粒pBI 221-MYB29的双酶切电泳图,其中M:DL2000Marker,1:pBI 221-MYB29,2:MYB29;
图3为实施例3中的经基因枪轰击后的三色堇和月季花的显微镜图,其中A图为三色堇,B图为月季,方框代表导入基因后花色出现的变化,说明该基因可改变花色。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明,但不以任何形式限制本发明。
实施例1 VwMYB29基因的获取
1、三色堇花瓣总RNA提取
三色堇花瓣总RNA的提取方法采用李琴等(2013)的改良Trizol法,获得的总RNA利用1.2%的琼脂糖电泳进行检测。
2、三色堇花瓣MYB基因的克隆
2.1三色堇MYB基因cDNA全长克隆引物设计
利用Primer Premier 5.0引物设计软件设计3'RACE、5'RACE、全长扩增引物(表1)。
表1三色堇MYB基因3'RACE、5'RACE、全长扩增引物
引物名称 | 引物序列(5’-3’) |
MYB29-3’RACE-Outer | CAAAGTTCTGAAATGAGCCACG |
MYB29-3’RACE-Inner | GACCGCAAACGCATACCTCC |
MYB29-5’RACE-Outer | GCTTCTGCGTGTTTGATGTGC |
MYB29-5’RACE-Inner | GTCCTCCAATAGTTCTTTATCTCAT |
2.2三色堇MYB基因的全长克隆
(1)MYB基因cDNA 3’末端快速扩增
以三色堇总RNA为模版,根据3'-Full RACE Core Set with PrimeScriptTMRTase(TaKaRa)的使用说明书合成3'RACE的cDNA第一链,然后按照以下反应体系和反应条件对MYB29基因的3'末端进行套式PCR。
外聚合酶链反应Outer PCR
以逆转录获得的3'RACE cDNA第一链为模版,按表2配制反应液。
表2三色堇MYB基因3'末端Outer PCR反应体系
成份 | 体积(μL) |
3'RACE cDNA | 2 |
1×cDNA Dilution BufferⅡ | 8 |
MYB29-3'RACE-Outer Primer(10μM) | 2 |
3'RACE Outer Primer(10μM) | 2 |
10×LA PCR BufferⅡ(Mg2+Free) | 4 |
Mgcl2(25mM) | 3 |
TaKaRa LA Taq(5U/μL) | 0.25 |
ddH2O | 28.75 |
Total Volume | 50 |
反应条件:
内聚合酶链反应Inner PCR
以第一次Outer PCR的反应产物为模版,按表3配制反应液。
表3三色堇MYB基因3'末端Inner PCR反应体系
成份 | 体积(μL) |
Outer PCR产物 | 1 |
dNTP Mixture(2.5μM) | 8 |
MYB29-3'RACE-Inner Primer(10μM) | 2 |
3'RACE Inner Primer(10μM) | 2 |
10×LA PCR BufferⅡ(Mg2+Free) | 5 |
Mgcl2(25mM) | 5 |
TaKaRa LA Taq(5U/μL) | 0.5 |
ddH2O | 26.5 |
Total Volume | 50 |
反应条件:
(2)MYB基因cDNA 5’末端快速扩增
以三色堇总RNA为模版,根据5'-Full RACE Kit with TAP(TaKaRa)的使用说明书合成5'RACE的cDNA第一链,然后按照如下体系(表6)对MYB8和MYB29进行5'末端的快速扩增。
外聚合酶链反应Outer PCR
以逆转录获得的5'RACE cDNA第一链为模版,按表4配制反应液。
表4三色堇MYB基因5'末端Outer PCR反应体系
成份 | 体积(μL) |
5'RACE cDNA | 2 |
1×cDNA Dilution BufferⅡ | 8 |
MYB29-5'RACE-Outer Primer(10μLM) | 2 |
5'RACE Outer Primer(10μLM) | 2 |
10×LA PCR BufferⅡ(Mg2+Free) | 4 |
Mgcl2(25mM) | 3 |
TaKaRa LA Taq(5U/μL) | 0.25 |
ddH2O | 28.75 |
Total Volume | 50 |
反应条件:
内聚合酶链反应Inner PCR
以第一次Outer PCR的反应产物为模版,按表5配制反应液。
表5三色堇MYB基因5'末端Inner PCR反应体系
成份 | 体积(μL) |
Outer PCR产物 | 1 |
dNTP Mixture(2.5μM) | 8 |
10×LA PCR BufferⅡ(Mg2+Free) | 5 |
Mgcl2(25mM) | 5 |
TaKaRa LA Taq(5U/μL) | 0.5 |
MYB29-5'RACE-Inner Primer(10μM) | 2 |
5'RACE Inner Primer(10μM) | 2 |
ddH2O | 26.5 |
Total Volume | 50 |
反应条件:
(3)MYB基因全长扩增
在获得MYB基因完整3'末端和5'末端序列后,利用DNAMAN等软件进行序列拼接,从而得到全长序列,再根据获得的序列设计全长引物,按以下步骤进行全长扩增。
表6 MYB基因全长扩增反应体系
成份 | 体积(μL) |
cDNA | 1 |
2×Taq PCR MasterMix | 25 |
10uM Forward Primer | 1 |
10uM Reverse Primer | 1 |
ddH2O | 22 |
Total volume | 50 |
反应条件:
2.4PCR产物目的片段回收
参照快捷型琼脂糖DNA回收试剂盒Ⅱ型(BioTeke)回收凝胶中的目的基因。
2.5PCR产物目的片段TA克隆
利用回收纯化的目的基因,用pMD18-T Vector进行TA克隆。
(1)用0.2mL离心管在冰上配制连接液,如表7;
表7连接反应体系
成份 | 体积(μL) |
pMD18-T Vector(pMD18-T载体) | 0.5 |
DNA | 4.5 |
Solution(溶液) | 5 |
Total volume(总体积) | 10 |
(2)16℃连接4小时;
(3)将连接液加入至100μL的DH5α感受态细胞中,并在冰上放置半小时;
(4)42℃水浴45秒后放置冰上1分钟;
(5)加入890μLSOC培养基,37℃震荡培养1小时;
(6)轻微离心后,弃上清,在含X-gal,IP TG和AMP的LB培养基上,加入100μL菌液,涂匀后37℃培养16小时。
2.5PCR产物目的片段测序
待培养基上长出适量白点时即可进行菌落PCR检测。
(1)使用灭菌牙签挑选白色菌落于400~500μLLB液体培养基(含100μg/mL Amp)中,37℃震荡培养10-12小时,直至管底部出现沉淀为止;
(2)利用M13载体通用引物进行菌落PCR检测,反应体系见表8;
表8菌落PCR反应体系
成份 | 体积(μL) |
菌液 | 1 |
2×Taq PCR MasterMix | 5 |
10uM Forward Primer(10uM上游引物) | 1 |
10uM Reverse Primer(10uM下游引物) | 1 |
ddH2O | 2 |
Total volume(总体积) | 10 |
PCR扩增反应条件如下:
(3)PCR产物进行电泳检测,并将结果为阳性的菌液送往上海英潍捷基贸易有限
公司测序。
3、三色堇MYB基因生物信息学分析
在获得MYB基因序列后,利用NCBI中Blast在线分析软件进行两两序列比对,进而验证该序列是否为目的序列;通过ORF Finder在线软件分析基因的开放阅读框;
结果表明,MYB29基因cDNA全长为900bp,如SEQ ID NO:2中所示,SEQ ID NO:2中下划线部分为其开放阅读框,开放阅读框长度为600bp,如SEQ ID NO:1中所示,编码199个氨基酸,SEQ ID NO:3中所示,其中5'端非编码区120bp,3’端非编码区180bp,并包括一个11bp的poly(A)尾巴。
将三色堇MYB29的核苷酸序列进行Blast比对发现,该基因与其他植物的MYB基因一致性在76%以上,其中与大豆(Glycine max)、烟草(Nicotiana tabacum)和矮牵牛(Petunia×hybrida)等的一致性分别为83%、82%和82%。
经数据库比对显示,MYB29有2个重复结构域(15~62,68~111),为典型的R2R3-MYB转录因子;将三色堇MYB29氨基酸序列与其他植物MYB基因的氨基酸序列进行两序列比对,结果发现三色堇MYB29与其他植物的MYB氨基酸一致性在65%~73%之间,其中与可可的一致性最高,达73%。
实施例2重组质粒pBI 221-MYB29的构建
1、重组植物表达载体pBI 221-MYB29的构建
(1)PCR扩增
首先,根据MYB29开放阅读框两端序列设计引物,并在MYB29的上、下游引物分别加入Xba I(TCTAGA)、BamH I(GGATCC)酶切位点(表9)。
表9 MYB29酶切引物
引物名称 | 引物序列(5’-3’) |
MYB29-Xba-F | AAATCTAGAATGGACAAAAGACCGTGCATC |
MYB29-BamH-R | ATCGGATCCTTAATCACCGTTAAATTGCATG |
其次,使用高保真的Taq聚合酶进行PCR扩增,反应体系和反应条件如下表10。
表10 PCR扩增反应体系和反应条件
成份 | 体积(μL) |
10×Buffer(10×缓冲液) | 2.5 |
2.5mM dNTP | 2.0 |
10μM Forward Primer(10uM上游引物) | 0.5 |
10μM Reverse Primer(10uM下游引物) | 0.5 |
Start Taq(Taq酶) | 0.2 |
cDNA | 0.5 |
ddH2O | 18.8 |
Total volume(总体积) | 25 |
反应条件为94℃5min;94℃30s,57℃~60℃1min,72℃45s,35个循环;72℃10min。
(2)目的基因的回收、TA克隆和测序
同实施例1中的2.4~2.5。
(3)质粒提取
将含有目的基因的菌液和表达载体pBI221在LB液体培养基中于37℃振荡培养12~16小时,然后参照E.Z.N.A.Plasmid Mini KitⅡ(OMEGA)说明书进行质粒的提取,获得质粒后用1.2%的琼脂糖凝胶进行电泳检测其完整性。
(4)酶切反应
由于选用的限制性内切酶所使用缓冲液和酶切温度的不同,本实验采用单酶切反应,通过两次酶切将目的片段切开。
首先,进行第一次酶切反应,反应体系如下表11:
表11 MYB29和载体pBI221第一次酶切反应体系
成份 | 体积(μL) |
质粒DNA(MYB29或pBI 221) | 8(约为1μg) |
10×Buffer(10×缓冲液) | 10 |
BamH I | 1 |
ddH2O | 81 |
Total | 100 |
30℃酶切过夜,取5μL样品电泳检测其是否酶切完全。将酶切完全的样品进行过柱回收。
其次,进行第二次酶切。反应体系如下表12:
表12 MYB29和载体pBI221第二次酶切反应体系
37℃酶切过夜,取5μL样品电泳检测其是否完全酶切。
最后,将完全酶切的产物进行电泳,并将目的基因的小片段和载体的大片段切胶回收。
(5)连接
将切胶回收的目的基因的小片段和载体的大片段通过T4DNA连接酶进行16℃连接过夜,再全部转化大肠杆菌,于LB固体培养基(Ampr)上培养过夜。连接体系如下表13:
表13 MYB29和pBI221连接反应体系
成份 | 体积(μL) |
MYB29 | 3-4(0.3pmol) |
pBI 221 | 1-5(0.03pmol) |
10×T4DNA Ligase Buffer | 1 |
T4Ligase | 0.5 |
Total | 10 |
(6)检测
挑选白色菌于LB培养基中37℃震荡培养过夜,利用表达载体特异性引物进行菌液PCR,挑选阳性菌液再扩大培养,提取重组质粒,双酶切再次检测,双酶切产物中获得了MYB29(600bp)、pBI 221(4530bp)的片段,由此可得知重组质粒构建成功(图2中所示)。重组质粒pBI 221-MYB29图谱如图1中所示。
实施例3 VwMYB29基因在调节三色堇和月季花色中的应用
基因枪法介导MYB基因的瞬时表达
1、植物材料的预培养
将三色堇花瓣非色斑区域切下,经75%酒精处理5秒后清水3次洗净,接于1/2MS+0.5%琼脂培养基中预培养5小时,粉红月季鲜插培养。
2、仪器部件的灭菌处理
基因枪的金属部件,如滤网、飞行膜座、钢膜压圈、钢膜底座等,可经121℃高压灭菌处理;其它塑料制品,如飞行膜、可破裂膜等,均在75%的酒精中消毒15分钟;超净工作台和工作室在喷洒了75%的酒精后紫外灭菌1小时。
3、制备微弹
(1)钨粉的清洗
称取60mg钨粉于1.5mL离心管中,加入1mL无水乙醇,用超声波清洗仪震荡至颗粒呈悬浮状,然后8000×g离心5秒,丢弃上清液。加1mL无水乙醇,漩涡振荡5分钟,静止1分钟后8000×g离心5秒,弃掉上清液。加入1mL蒸馏水,漩涡振荡1分钟后8000×g离心1分钟,弃掉上清(重复3次)。在沉淀的钨粉中加入50%甘油600μL,然后边振荡边分装,每管60μL。
(2)DNA微弹悬浮液的制作
取分装好的已清洗的钨粉,振荡使其成悬浮状,迅速加入10μL实施例2(6)中制备的重组质粒,振荡30秒,再边振荡边加入60μL CaCl2(2.5M),振荡30秒,加入24μL亚精胺(0.1M),漩涡振荡1分钟,冰上放置5分钟,8000×g离心5秒,弃上清。加入200μL 70%乙醇,吹打沉淀使之悬浮,3000rpm离心10秒,弃上清,加入200μL无水乙醇,此步不要破坏沉淀,静置1分钟后弃上清。加入60μL无水乙醇振荡,使其成为悬浮液。
5、涂膜
将飞行膜置于飞行膜座中,一边涡旋振荡微弹一边用移液器吸取上述制备好的10μL微弹悬浮液,并迅速涂布于飞行膜中心直径1cm位置处,涂抹均匀,待其干燥后即可使用。
6、基因枪轰击
本次粒子轰击采用的轰击参数为:压力为8MPa,距离为95mm,真空度为-0.08MPa。
(1)开启氮气阀门以及真空泵、基因枪电源开关;
(2)将不锈钢垫圈置于钢膜底座上,用钢膜压圈压于其上,飞行膜置于飞行膜座上,涂膜;
(3)调节好轰击距离与压力;
(4)将植物材料置于样品室中,并将其对准基因枪出口,关闭并密封好样品室;
(5)打开真空泵开关,开始降压,当压力降至-0.08Mpa时,关闭真空泵开关,停止降压;
(6)打开高压触发按钮,开始充氮气,当听到轰击声后松开按钮;
(7)按下真空释放按钮,使真空度恢复为初始状态;
(8)取出样品,丢弃飞行膜和可破裂膜,粒子轰击结束。
7、结果
将完成转化的三色堇花瓣转移至MS培养基中,月季插入水中,于长日照(16h/8h)、25℃条件下培养2天,然后在荧光显微镜下观察转化情况,并拍照记录。
将培养两天后的材料在显微镜下进行观察,结果如图3中所示,结果发现在三色堇无色斑区出现了类似色斑的斑块(A图)。这说明外源基因已经成功进入了三色堇花瓣中,并成功表达。未打进花瓣的钨粉或打进花瓣但未表达的钨粉就没有类似的色斑,而是表现为钨粉本身的颜色,呈现为黑点。而被转化的月季花瓣则出现了明显的红色斑点(B图)。因此,该基因可用用来调节三色堇、月季的花色。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种花色调节基因VwMYB29,其特征是:该花色调节基因VwMYB29的核苷酸序列如SEQID NO:1中所示。
2.一种由权利要求1所述的花色调节基因VwMYB29编码的蛋白质,其特征是:所述蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO:3中所示。
3.一种含有权利要求1所述的花色调节基因VwMYB29的重组植物表达载体。
4.根据权利要求3所述的重组植物表达载体,其特征是:所述的重组植物表达载体中的植物表达载体为pBI221。
5.权利要求1所述的花色调节基因VwMYB29在调节植物花色中的应用,其中所述的植物为三色堇和月季。
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