实施例二:stu-miR8045的制备
1、马铃薯材料处理
选取大小均匀完整的马铃薯栽培品种“紫花白”和“大西洋”的薯块,然后将整薯盆栽种植于标准温室进行培养;每个品种平行种植六盆,当植株长到20 厘米左右时,每个品种随机的选取3盆进行干旱处理,剩余的3盆按时浇水使其正常生长。当处理一月后。分别采集马铃薯干旱处理和对照植株新鲜的叶片,并立即在液态氮中速冻,被储存在−80℃冰箱。
2、样品总RNA提取与检测
(1)将采样的马铃薯叶片在液氮中快速研磨成粉末,在液氮尚未挥发之前将大约100mg的粉末立即转入预冷的DEPC处理过的1.5ml离心管中,快速加入1ml的Trizol溶液,涡旋震荡充分混匀后室温放置 5~10min,使核酸与核蛋白完全分离。
(2)4℃,12000 r•min-1离心10 min,小心的将上清液转移到另一个DEPC处理过的1.5 ml离心管中。
(3)加入200 μl的氯仿,涡旋振荡混匀,室温放置5min。
(4)4℃,12000 r • min-1离心10 min后,小心的将上层水相转移至另一个DEPC处理过的1.5ml离心管中,切记勿吸取中间有机相。
(5)分离后加入相同体积的异丙醇,充分混匀再于室温放置15 min。
(6)4℃,12000 r • min-1离心10 min,废弃上清,可得到RNA沉淀;
(7)按2 ml 75% 乙醇/ml Trizol的比例加入75%乙醇(DEPC水稀释),温柔的振荡离心管,洗涤沉淀(重复一次)。
(8)4℃,12000 r • min-1离心5 min,弃掉上清,切不可倒出沉淀。
(9)室温放置5~10 min自然干燥,注:RNA样品不要太过于干燥,否则很难再完全溶解。
(10)用40 μl无RNase的ddH2O溶解RNA沉淀,55~60 ℃水浴处理5~10 min。将溶解好的RNA分装于1.5 mL无Rnase的离心管中,置于-80℃超低温冰箱保存。
(11)RNA样品的检测:琼脂糖凝胶电泳分析RNA降解程度以及是否有污染;Nanodrop检测RNA的纯度(OD260/280比值);Qubit对RNA浓度进行精确定量 ;Agilent 2100精确检测RNA的完整性。
3、miRNA文库的构建及测序
提取的RNA经检测合格后,分别使用small RNA Sample Pre Kit构建smRNA文库,利用smRNA的3′及5′端的特殊结构(5′端完整的磷酸基团,3′端有羟基),使用RNA连接酶在纯化后的smRNA 3′端加上接头,添加反转录引物,防止多余3′接头与5′接头连接,减少接头自连产物;再加5′接头,添加反转录酶将上述smRNA反转录成 cDNA。随后用PCR扩增,然后扩增产物用PAGE胶电泳分离目标片段,切胶回收得到的为cDNA文库。以此 cDNA文库为模板在Illumina测序仪中进行PCR 扩增测序。miRNA分离、文库构建和高通量测序应用IlluminaHiSeq 2500测序仪完成。
4、测序数据分析和miRNA筛选
将测序获得50 nt左右的序列经去除低质量的reads、去除5′接头污染的reads、去除没有3′接头序列的reads以及含有polyA的reads,获得clean reads数据。将clean reads与genbank和Rfam数据库以及参考基因组进行比对,获得不同sRNA的注释信息。然后进行序列长度分布统计以及样品之间公共序列统计分析,miRNA主要集中在20-24 nt的范围。除注释的所有miRNA片段,选取剩下的未注释miRNA片段进行已知miRNA的鉴定和新miRNA的预测分析。
miRNA转录起始位点多位于基因间隔区、内含子以及编码序列的反向互补序列上,其前体具有标志性的发夹结构,成熟体的形成是由Dicer酶的剪切实现的。针对miRNA的生物特征,对于比对到参考基因组上的序列,利用miRDeep2软件进行已知及新的miRNA鉴定。由于不同物种在各个长度中miRNA所占百分比也有差异,故我们以长度为条件进行分类统计。
前体miRNA(pre-miRNAs)在Exportin-5帮助下转运到细胞核外,由细胞质Dicer酶进行处理,酶切后成为成熟的miRNAs,酶切位点的特异性使得miRNA成熟体序列首位碱基对于碱基U具有很强的偏向性,另外其他的位点也有一些统计,如:2~4号位一般缺少U,第10号位偏向于A(第10号位一般是miRNA对其靶基因发生剪切作用时的剪切位点)。
对于miRNA其前体序列能够形成发夹结构是其最具标志性特征之一。通过截取一定长度sRNA能够比对在基因组上的序列,利用miRDeep2软件对一定长度的序列其二级结构、分析Dicer酶切位点和计算自由能,如果能够满足miRNA的要求,则为马铃薯中候选的新miRNA。具体应符标准为:(1) 截取的一定长度的序列能够折叠成一个发夹结构的二级结构;(2) miRNA的成熟序列应在发夹结构的一条臂上;(3) miRNAs成熟序列与另一个臂上的miRNA*序列的错配应小于6个碱基;(4) miRNAs成熟序列和miRNA*序列不能形成环状结构或发生断裂;(5) 二级结构有较低的MFEs值和较高的MFEIs值,且A+U的含量应高与C+G的含量。
通过RNA合成技术,例如MALDI-TOF(matrix-assisted laser desorptionionization-time-offlight)合成,并通过HPLC对产物RNA进行纯度分析,即能得到所述stu-miR8045产品。
实施例三:stu-miR8045的应用
1、miRNA靶基因预测
利用stu-miR8045和马铃薯基因mRNA序列信息文件,通过TargetFinder软件进行靶基因预测。miRNA靶基因预测规则为:
(1) sRNA与靶基因间的错配不得超过4个(G-U配对认为0.5个错配) ;
(2) 在miRNA/靶基因复合体中,不得有超过2处发生相邻位点的错配 ;
(3) 在miRNA/靶基因复合体中,从miRNA的5′端起第2~12个位点不得有相邻位点都发生错配;
(4) miRNA/靶基因复合体的第10~11个位点不得发生错配 ;
(5) 在miRNA/靶基因复合体中,从miRNA的5′端起第1~12个位点不得有超过2.5个错配;
(6) miRNA/靶基因复合体的最低自由能(MFE)应不小于该miRNA与其最佳互补体结合时MFE的75% 。
2、采用RLM-5′RACE验证stu-miR8045的靶基因
(1)5′端接头的连接
RLM-5′RACE反应使用Invitrogen公司的GeneRaeer试剂盒进行。首先用T4 RNA连接酶将一段RNA接头序列(GCUGAUGGCGAUGAAUGAACACUGCGUUUGCUGGCUUUGAUG
AAA)直接连接在100ng的总RNA 5′末端,在冰上配制反应液,充分混匀,短暂离心,然后37℃孵化1小时,用于反转录合成cDNA。接头反应体系为:总RNA 2μL,5′RACE Adapter 1 μL,10×RNA Ligase buffer 1 μL,T4 RNA Ligase(2.5U/μL) 2 μL,Nuclease-free Wate 4μL。
(2)反转录合成cDNA第一链
取已连接5′端接头的反应液2μL进行反转录,反转录反应体系为:Ligated RNA 2 μL,dNTP Mix 4 μL,Random Decamers 2 μL,10X RT Buffer 2 μL,RNase Inhibitor 1 μL,M-MLV Reverse Transcriptase 1 μL,Nuclease-free Water To 20 μL。
充分混匀,短暂离心,然后42℃孵化1小时,获得的反转录产物用于巢式 PCR扩增反应。
(3)巢式PCR反应扩增
以上一步反转录的产物作为模版,利用靶基因特异的外部引物和接头的外部引物进行5′RACE巢式PCR的第一步反应,基因外部引物和接头的外部引物为:ACGAGCCATAGCAAGTGCTCC和CTCATCCATGTGGAGAGTTGTTGA (Pto-responsive gene 1protein (PGSC0003DMT400040461));
CAGACAACTCAACCAGGAGAATGC和AGAGAAGTCAGTCTGCTGTCCAGC(泛素结合酶(PGSC0003DMT400017858))。
反应液在冰上配制,反应体系为:RT reaction (from the previous step) 1 μL,10X PCR Buffer 5 μL,dNTP Mix 4 μL,5′ RACE gene-specific outer primer (10 μM) 2 μL,5′ RACE Outer Primer 2 μL,Nuclease-free Water To 50 μL,thermostableDNA polymerase (0.25 μL of 5U/μL) 1.25U
反应程序为:
预变性: 94 ℃ 3min;
扩增: 94 ℃ 30 s,60 ℃ 30 sec,72 ℃ 30 sec(35次循环);
延伸: 72℃ 7 min。
利用巢式PCR第一步反应的产物作为模板,以靶基因特异的内部引物和接头的内部引物进行巢式PCR的第二步反应,基因内部引物和接头的内部引物为
ACGAGCCATAGCAAGTGCTCC和CTCATCCATGTGGAGAGTTGTTGA (Pto-responsive gene 1protein (PGSC0003DMT400040461));
CAGACAACTCAACCAGGAGAATGC和AGAGAAGTCAGTCTGCTGTCCAGC(泛素结合酶(PGSC0003DMT400017858))。
反应体系为:Outer PCR (from the previous step) 2 μL,10X PCR Buffer 5 μL,dNTP Mix 4 μL,5′ RACE gene-specific innter primer (10 μM) 2 μL,5′ RACEinner Primer 2 μL,Nuclease-free Water To 50 μL,thermostable DNA polymerase(0.25 μL of 5 U/μL) 1.25U。反应程序与巢式PCR第一步反应相同。
(4)目的片段与T载体的连接
扩增产物用1%的琼脂糖凝胶电泳检测,检测结果如附图2所示,切下目的片段用天根生化公司的柱式DNA胶回收试剂盒回收,纯化回收的具体方法严格按照说明书操作。回收产物连接到pMD®18-T Vector,连接反应体系:pMD®18-T Vector 1μL,Solution I 4 μL,回收片段 4 μL,ddH2O 1 μL
(5)连接产物的转化及测序
将连接产物转化大肠杆菌DH5α感受态细胞,每个靶基因选取至10个阳性克隆采用Solexa高通量测序技术进行测序,测序的结果如附图3所示(箭头所指位置为miRNA降解靶基因的断裂位置)。
结合附图3和附图4的结果说明,stu-miR8045能够将靶基因泛素结合酶(PGSC0003DMT400017858) mRNA特异性断裂,从而使靶基因表达下调,进而能够研究靶基因功能。
3、干旱胁迫下stu-miR8045表达量的分析
分别将不同干旱处理阶段的RNA反转录合成cDNA。用SYBR® Premix Ex TaqII™荧光定量PCR(qRT-PCR)试剂盒检测靶基因在不同干旱处理阶段的表达情况,以延伸因子(ef1a)基因作为内参,反应体系如下:SYBR® Premix Ex TaqTM II(2×) 10 μL,qGUS-1(10 μM)0.8 μL,qGUS-2(10 μM)0.8 μL,ROX Reference Dye II(50×) 0.4 μL,RT反应液 1 μL,ddH2O 7 μL。
qRT-PCR反应条件为:
95℃预变性 10 min
95℃变性 15 sec
60℃ 1 min 40个循环
72℃ 30 sec
计算公式:应用公式RQ(相对表达量)=2–∆∆Ct计算在处理前后的相对表达量,∆∆Ct=(∆Ct处理样品-∆Ct ef1a)-(∆Ct对照样品-∆Ct ef1a)。引物序列为:CGCACUGAUAGUUGAGGUGUGUUU 和Uni-miR qPCR Primer(TaKaRa RR717)。
如附图4所示,在干旱胁迫处理后马铃薯的两个品种大西洋和紫花白的stu-miR8045基因均表现出显著上调,这表明stu-miR8045的表达受到干旱胁迫调控。因此,在马铃薯中过表达stu-miR8045基因,或者抑制stu-miR8045表达将会培育出具有高抗旱能力的马铃薯转基因品种。
以上所述仅是本申请的具体实施方式,仅作为本发明可实施的技术方案提出;应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本申请原理的前提下,还可以对实验步骤做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。
<110> 甘肃农业大学
<120> 马铃薯stu-mir8045及其应用
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<212> RNA
<213> 马铃薯(solanum tuberosum)
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<212> DNA
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