CN110117606A - 一种马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的重组载体和表达方法 - Google Patents

一种马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的重组载体和表达方法 Download PDF

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    • C12N15/70—Vectors or expression systems specially adapted for E. coli

Abstract

本发明公开了一种马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的重组载体，本发明还公开一种马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的表达方法。本发明构建了马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的原核表达载体，并且针对蛋白表达条件进行一系列的优化，最终得到Me10可溶性蛋白，其结果为进一步研究蛋白晶体结构和生物学特性奠定基础，为设计针对Mp1为靶标的农药研制提供思路，进而为防治马铃薯蚜虫提供依据。

Description

一种马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的重组载体和表达方法
技术领域
本发明涉及一种马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的重组载体和表达方法，属于生物技术领域。
背景技术
马铃薯是一种重要的经济作物，随着马铃薯生产的快速增长，对马铃薯病害的防治就愈显得重要。在马铃薯病害中，马铃薯有些病毒性病害是其中的一个重要部分。病毒病造成马铃薯品种严重退化，根据调查研究表明，有些病毒病可以造成30％～50％的减产，而蚜虫在马铃薯田间传播往往是多种病毒复合传播，造成的损失更为严重，可达80％。所以对蚜虫的防治应该是病毒防治的重要环节。
虫媒病害的发生与否和流行的严重程度，依赖于病毒-昆虫-植物三者互作关系。在植物与植食性昆虫防御与反防御的博弈中，当植物感受到植食性昆虫的信号时，能迅速激活植食性昆虫分子模式相关的免疫信号转导，继而调控众多抗性相关基因的转录表达，介导防御物质的合成，从而提高植物对昆虫侵害的抵御能力。为了应对植物的抗性免疫，植食性昆虫在取食过程中可以分泌特异性的唾液效应子来抑制植物的免疫激活，从而抑制植物防御基因的表达和抗性物质的合成，进而保证昆虫在寄主植物上正常的取食、生长与繁衍。近年来，不断的有昆虫效应蛋白基因被克隆的报道，如烟粉虱、根结线虫、禾谷类作物孢囊线虫等中的效应蛋白基因也已先后被分离克隆。
基因的原核表达是研究基因功能的常用技术之一。蛋白原核表达时常常存在大肠杆菌中由于稀有密码子造成表达限制，形成包涵体；毒性较强的蛋白表达时会抑制蛋白的表达，造成表达产量过低；另外一个容易忽视的问题是大肠杆菌内还原性过高会导致二硫键不能正确形成，导致表达产物不溶。针对上述难题，通常的做法是将包涵体用尿素溶解后在变性的情况下进行纯化，然后复性。但此方法步骤繁琐，成功率低。目前马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因已被发现，但如何将其以可溶性形式表达出来尚是本领域的难题。本发明通过选用不同的细菌菌株、采用不同的诱导温度以及诱导剂IPTG的浓度来筛选Me10蛋白可溶性表达的条件，为基因功能学、蛋白质晶体等研究打下基础。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种马铃薯蚜虫效应蛋白Me10 基因的重组载体和表达方法。
本发明的技术方案是：一种马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的重组载体，所述重组载体的制备方法如下：提取马铃RNA，并反转录出cDNA；以cDNA为模板扩增Me10基因；将Me10扩增产物经BamHI和XhoI双酶切后，通过DNA 连接酶插入到经同样双酶切的pET-28a表达载体中，得到重组质粒 pET-28a-Me10。
优选地，以cDNA为模板，利用以下引物扩增Me10基因，引物序列如下：
上游引物：Me10-F：GCGAATTCATGCAATCAATACAACCATTAATA下划线为BamHI酶切位点；
下游引物：Me10-R：CGCTCGAGTTATGCTCCAACGACTGTTGGT下划线为XhoI酶切位点；
上下游引物分别如SEQ ID NO.3、4所示。
本发明还提供一种表达马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的方法，包括以下步骤：
(1)用权利要求1或2所述的重组载体转化大肠杆菌细胞，得到表达Me10 的重组原核表达菌株；
(2)将重组原核表达菌株接种到卡那霉素液体培养基或卡那霉素+氯霉素液体培养基中，过夜培养活化菌株；
(3)将活化的重组原核表达菌株再转接到卡那霉素液体培养基或卡那霉素+ 氯霉素液体培养基中，震荡培养后加入IPTG诱导重组Me10的表达；
(4)诱导完成后，回收并纯化所表达的Me10重组蛋白。
优选地，步骤(3)中在震荡培养至OD600＝0.5时，加入终浓度为0.8mM的 IPTG，在25℃诱导培养。
优选地，所述卡那霉素液体培养基中卡那霉素为50ug/mL。
优选地，所述卡那霉素+氯霉素液体培养基中卡那霉素为50ug/mL，氯霉素为50ug/mL。
本发明的有益效果是：本发明为得到Me10可溶性蛋白，构建了马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的原核表达载体，并且针对蛋白表达条件进行一系列的优化，发现当诱导温度为25℃时，其表达量最佳；随着IPTG浓度的增加，蛋白表达量逐渐增加，最佳诱导浓度为0.8mM；在25℃，IPTG浓度为0.8时，表达量为最佳。经SDS-PAGE电泳检测，得到分子量约为16kDa的目的条带，为Me10蛋白预期大小，最终得到Me10可溶性蛋白。同时，本发明用蛋白纯化系统对其进行纯化，其结果为进一步研究蛋白晶体结构和生物学特性奠定基础，为设计针对 Mp1为靶标的农药研制提供思路，进而为防治马铃薯蚜虫提供依据。
附图说明
图1为pET-28a载体图谱；
图2为酶切结果示意图，1为酶切的质粒DNA，2为BamHI和XhoI内切酶切结果，M为DNA Marker；
图3为Me10蛋白通过AKTA蛋白纯化系统纯化和脱盐得到的蛋白峰图；
图4为Me10蛋白纯化后的电泳结果图；
图5为SDS-PAGE电泳测试最佳表达菌株的结果图；
图6为SDS-PAGE电泳测试最佳IPTG诱导浓度的结果图；
图7为SDS-PAGE电泳测试最佳诱导温度的结果图；
图8为western blot检测图。
具体实施方式
下面结合附图及具体的实施例对发明进行进一步介绍：
实施例1：马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因重组载体的构建与鉴定
1、提取马铃RNA，并反转录出cDNA
取马铃薯蚜虫组织，利用RNA提取试剂盒(天根生化科技(北京)有限公司) 提取苗期总RNA，用反转录试剂盒(Promega)反转录得cDNA。
2、以cDNA为模板扩增Me10基因；
设计引物，以cDNA为模板对Me10基因进行扩增，Me10基因的核苷酸序列如SEQ IDNO.1所示，由Me10基因编码的蛋白质的氨基酸序列如SEQ ID NO.2所示。
引物如下：
上游引物：Me10-F：GCGAATTCATGCAATCAATACAACCATTAATA下划线为BamHI酶切位点；
下游引物：Me10-R：CGCTCGAGTTATGCTCCAACGACTGTTGGT下划线为XhoI酶切位点；
上下游引物分别如SEQ ID NO.3、4所示。
用于载体构建的基因扩增所用的PCR扩增体系如下：5×buffer 10μL， FastPfuFly DNA Polymerase 1μL(全式金)，2.5mmol dNTPs 4μL，cDNA模板0.5 μL，10μmol上下游引物各1μL，ddH2O 32.5μL。
以下为PCR扩增条件：95℃2min，35个循环(95℃20s，58℃20s，72℃ 30s-1min，72℃5min。
3、构建Me10基因重组载体
PCR产物经纯化后，连接到pET-28a载体。采用1％琼脂糖对PCR产物进行检测。PCR产物参考南京诺唯赞生物科技有限公司琼脂糖凝胶回收试剂盒说明书进行回收。回收后的产物经BamHI和XhoI双酶切后通过DNA连接酶插入到经同样双酶切的pET-28a表达载体中(表达载体图谱如图1所示)，16℃连接 16小时，构建pET-28a-Me10重组质粒。
将重组质粒转化到大肠杆菌菌株DH5a，在50ug/mL卡那霉素固体平板上于 37℃培养，挑选单菌落经酶切鉴定正确后(酶切结果如图2所示)，再通过北京擎科生物科技有限公司测序验证其序列正确性。测序结果表明，所获得的Me10基因编码区序列与预计相符，说明重组质粒构建成功并将其命名为pET-28a-Me10，即重组载体。
实施例2：Me10蛋白的诱导表达
1、获得Me10的重组原核表达菌株
挑选实施例1中测序成功的单克隆接种到50ug/mL卡那霉素液体培养基中， 37℃、200rpm过夜培养，按照南京诺唯赞生物科技有限公司质粒小量提取试剂盒将pET-28a-Me10重组表达载体提取出来，取重组表达载体转化大肠杆菌 BL21(DE3)、Rosetta(DE3)、BL21(DE3)pLysS菌株，检测Me10蛋白的表达。
2、过夜培养活化菌株
过夜培养活化上述的重组原核表达菌株。例如，将BL21(DE3)菌株转接到50ug/mL卡那霉素液体培养基中，将Rosetta(DE3)、BL21(DE3)pLysS菌株转接到50ug/mL卡那霉素+50ug/mL氯霉素液体培养基中，37℃、200rpm过夜培养活化菌株。
3、诱导表达
将活化的重组原核表达菌株转接到含相应抗生素的液体培养基中，例如，将活化的BL21(DE3)菌株转接到50ug/mL卡那霉素液体培养基中，将 Rosetta(DE3)、BL21(DE3)pLysS菌株转接到50ug/mL卡那霉素+50ug/mL氯霉素液体培养基中，37℃震荡培养至OD600＝0.5时，加入终浓度为0.8mM的IPTG，在25℃诱导培养10小时，获得Me10的重组蛋白。
4、Me10重组蛋白的纯化
诱导完成后，回收并纯化所表达的Me10重组蛋白，采用AKTA蛋白纯化系统进行纯化和脱盐，优选地，采用AKTA purifier10快速蛋白纯化系统进行蛋白纯化，步骤如下：
由于pET28a在终止子前具有6个His编码序列，所以pET28a-Me10重组表达载体获取的蛋白可以利用Ni-NTA进行亲和层析纯化。亲和层析是以蛋白质或生物大分子和结合在介质上配基间的特异亲和力为基础，因为His-tags所用层析凝胶的基质上连接了一个NTA[(nitrilotriacetic acid)氮基三乙酸]，可以与Ni离子结合，而Ni离子与融合蛋白的6×His氨基酸之间产生吸引力，从而将带有His-tags 组氨酸标签的融合蛋白与其它蛋白区分开来，组氨酸残基的五元咪唑环是蛋白与 Ni离子作用的关键，因此当我们用高浓度的咪唑(Imidazole)溶液洗脱的时侯 (如400mM)，咪唑便于蛋白质His-tags的咪唑环竞争结合，最终将融合蛋白从凝胶上洗脱下来。
具体操作：取出-80℃保存的菌体，加入Lysis buffer重悬，重悬后的菌液于冰浴中进行超声波破碎，其功率为350W，占空比50％，每个循环30s，总时间35min。破碎后的匀浆，4℃，1,2000rpm离心30min。用蠕动泵将上清液吸附到Ni-NTA吸附柱上，5mL/min，重复一次，保留20μL通过吸附柱的样品进行蛋白胶电泳；将Ni-NTA吸附柱连接到快速蛋白纯化系统上，进行洗脱；根据 UV吸收曲线收集蛋白，并取样进行蛋白胶电泳检测。
图3为AKTA蛋白纯化系统纯化蛋白峰图。Me10蛋白通过AKTA蛋白纯化系统纯化得到的蛋白峰图。
图4为Me10蛋白纯化后的电泳图。其为在25℃，IPTG浓度0.8mM时表达纯化Me10蛋白结果。1为经过Ni柱亲和后纯化后的流出液；2经过Ni柱亲和后纯化后的蛋白；3空载体对照，M为蛋白marker；箭头所指示为Me10蛋白。图4显示，此条件下Me10蛋白多出现在了上清液中，为可溶性表达，通过AKTA 蛋白纯化系统纯化后得到的Me10蛋白纯度达到要求，可用于后续实验。
实施例3：Me10蛋白诱导表达条件的验证
1、获得Me10的重组表达菌株
挑选实施例1中测序成功的单克隆接种到50ug/mL卡那霉素液体培养基中， 37℃、200rpm过夜培养，按照南京诺唯赞生物科技有限公司质粒小量提取试剂盒将pET-28a-Me10重组表达载体提取出来，取重组表达载体分别转化大肠杆菌 BL21(DE3)、Rosetta(DE3)、BL21(DE3)pLysS菌株，涂布于含50ug/mL卡那霉素平板(Rosetta(DE3)菌株需补加50ug/mL氯霉素)上于37℃进行过夜培养，挑取单菌落接种到含相应抗生素的液体培养基中，37℃、200rpm过夜培养，在菌液中加入灭菌50％甘油，混匀后冻存于-80℃冰箱，得到表达Me10的原核表达菌株。
2、Me10基因诱导表达菌株的确定
分别接种上述的重组原核表达菌株BL21(DE3)、Rosetta(DE3)、 BL21(DE3)pLysS，到50ug/mL卡那霉素((Rosetta(DE3)需补加50ug/mL氯霉素))液体培养基中，37℃、200rpm过夜培养活化菌株。将活化的重组原核表达菌株转接到50ug/mL卡那霉素(Rosetta(DE3)需补加50ug/mL氯霉素)液体培养基中，37℃震荡培养至OD600＝0.5时，加入终浓度为1mM的IPTG，在16℃诱导培养13小时(取pET-28a菌作阴性对照)。诱导完成后4℃，1,2000rpm离心2min，收集菌体，细菌沉淀与阴性对照用2mL预冷PBS buffer(用前加入1 mM PMSF)悬浮，用超声破碎仪进行细胞破碎，每次10sec，共10次，每次间隔30sec；1,2000rpm离心10min，取上清，SDS-PAGE电泳检测，测试表达菌株，结果如图5所示，BL21(DE3)、Rosetta(DE3)、BL21(DE3)pLysS都能较好表达Me10蛋白。
3、Me10基因诱导表达最佳IPTG浓度的确定
接种上述的重组原核表达菌株BL21(DE3)到50ug/mL卡那霉素液体培养基中，37℃、200rpm过夜培养活化菌株。将活化的重组原核表达菌株转接到50 ug/mL卡那霉素液体培养基中，37℃震荡培养至OD600＝0.5时，分别加入终浓度为0、0.6、0.8、1.0mM的IPTG，在25℃诱导培养8小时(取未诱导的菌作阴性对照)。诱导完成后4℃，1,2000rpm离心2min，收集菌体，细菌沉淀与阴性对照用2mL预冷PBS buffer(用前加入1mM PMSF)悬浮，用超声破碎仪进行细胞破碎，每次10sec，共10次，每次间隔30sec；1,2000rpm离心10min，取上清，SDS-PAGE电泳检测，测试最佳IPTG诱导浓度，结果见图6，Me10 诱导表达最佳IPTG浓度为0.8mM。
4、Me10基因诱导表达最佳温度的确定
接种上述的重组原核表达菌株BL21(DE3)到50ug/mL卡那霉素液体培养基中，37℃、200rpm过夜培养活化菌株。将活化的重组原核表达菌株转接到50ug/mL 卡那霉素液体培养基中，37℃震荡培养至OD600＝0.5时，加入终浓度为0.8mM 的IPTG，分别在16、20、25、30、和37℃诱导培养8-16小时(取pET-28a菌作阴性对照)。诱导完成后4℃，1,2000rpm rpm离心2min，收集菌体，细菌沉淀与阴性对照用2mL预冷PBS buffer(用前加入1mM PMSF)悬浮，用超声破碎仪进行细胞破碎，每次10sec，共10次，每次间隔30sec；1,2000rpm离心10min，取上清，SDS-PAGE电泳检测，测试最佳诱导温度，结果如图7所示，最佳诱导温度是25℃。
实施例4：Me10重组蛋白的western blot检测
(一)提取经过纯化后的Me10蛋白：
1.培养含有pET-28a-Me10质粒的大肠杆菌表达菌株，IPTG诱导表达；
2.加入蛋白裂解液(50mM Tris pH 8.0，120mM NaCl，1mM DTT，0.5％ NP-40，用前加入1mM PMSF，1mM DTT)，用超声波破碎细胞后，离心收集上清，冰上放置20min；
3.15,000g，4℃离心5min，弃沉淀；
4.取200μL上清加入5×Loading Buffer，震荡混匀，剩余样品-80℃冻存；
5.沸水煮5min，冰浴，12,000rpm离心5min，吸取上清15μL进行蛋白电泳，剩余样品-20℃冻存；
6.制备SDS-PAGE胶，先用90V进行电泳20min，待样品进入分离胶时，用150V电压进行电泳，至溴酚蓝跑出分离胶时停止电泳。
(二)转膜
用裁纸刀裁出比胶稍大一些的PVDF膜(对于PVDF膜，先用甲醇浸泡30 秒，再在ddH2O中浸泡3-5min，然后放入转膜buffer中)将胶板夹放入转移电泳槽。倒入转膜缓冲液，4℃，100V 90min。
(三)封闭
转膜完成后，取出PVDF膜，放于用5％脱脂奶粉的PBST溶液中，摇床上封闭2h。
(四)一抗孵育
弃去封闭液，加入Anti His抗体(1:5000)，摇床孵育12h。
(五)二抗孵育
倒掉一抗，用1×PBST洗涤PVDF膜3次，每次5min；加入对应的二抗(羊抗小鼠)，摇床孵育1h。
(六)ECL曝光
弃二抗，用1×PBST洗涤PVDF膜3次，每次5min；在PVDF膜上加入HRP化学发光底物液，在天能5200化学发光检测仪上检测蛋白表达信号(如图8所示)，从结果可以看出成功表达出Me10蛋白。
核苷酸系列表：
SEQUENCE LISTING
序列表
<120> 一种马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的重组载体和表达方法
<160> 4
<210>1
<211>387
<212>DNA
<213>马铃薯蚜虫效应蛋白Me10
<400>1
ATGCAATCAA TACAACCATT AATAGACCAA GATTACATGA AAGTAAAAGC CGCATTGTAT 60
GACTTGGGAG AAGTTGGAAT GAACTTGATG GACGATTCGC AGACATTGAA CGATATGCAA 120
AGAGAATATT TTGCTGGAAA AGTCGATTAT TCTGCTGTGG AAAGAGCAAG GAATGAACTT 180
AACAAGACCA AAAATAAGTT GTTCCTAAAA CTTATAAAAT ATATTTGGGC AACAAATGAA 240
TTTGAGCCTA CAATCAATTA TCAAACCGCA GATCCCCACA AACTTTACAA AACCATGGAC 300
GACTTGGAAA ATTACAAAGA TAGCATAGAT GATATGCATG CCGATCTTCT TAACGCAATG 360
TCCCAACCAA CAGTCGTTGG AGCATAA 387
<210>2
<211>127
<212>PRT
<213>马铃薯蚜虫效应蛋白Me10
<400>2
QSIQPLIDQD YMKVKAALYD LGEVGMNLMD DSQTLNDMQR EYFAGKVDYS AVERARNELN 60
KTKNKLFLKL IKYIWATNEF EPTINYQTAD PHKLYKTMDD LENYKDSIDD MHADLLNAMS 120
QPTVVGA 127
<210>3
<211>32
<212>DNA
<213>人工序列
<400>3
GCGAATTCAT GCAATCAATA CAACCATTAA TA 32
<210>4
<211>30
<212>DNA
<213>人工序列
<400>4
CGCTCGAGTT ATGCTCCAAC GACTGTTGGT 30

Claims (6)

1.一种马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的重组载体，其特征在于，所述重组载体的制备方法如下：提取马铃RNA，并反转录出cDNA；以cDNA为模板扩增Me10基因；将Me10扩增产物经BamHI和XhoI双酶切后，通过DNA连接酶插入到经同样双酶切的pET-28a表达载体中，得到重组质粒pET-28a-Me10。
2.根据权利要求2所述的重组载体，其特征在于，以cDNA为模板，利用以下引物扩增Me10基因，引物序列如下：
上游引物：Me10-F：GCGAATTCATGCAATCAATACAACCATTAATA下划线为BamHI酶切位点；
下游引物：Me10-R：CGCTCGAGTTATGCTCCAACGACTGTTGGT下划线为XhoI酶切位点；
上下游引物分别如SEQ ID NO.3、4所示。
3.一种表达马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)用权利要求1或2所述的重组载体转化大肠杆菌细胞，得到表达Me10的重组原核表达菌株；
(2)将重组原核表达菌株接种到卡那霉素液体培养基或卡那霉素+氯霉素液体培养基中，过夜培养活化菌株；
(3)将活化的重组原核表达菌株再转接到卡那霉素液体培养基或卡那霉素+氯霉素液体培养基中，震荡培养后加入IPTG诱导重组Me10的表达；
(4)诱导完成后，回收并纯化所表达的Me10重组蛋白。
4.根据权利要求3所述的表达马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的方法，其特征在于，步骤(3)中在震荡培养至OD600＝0.5时，加入终浓度为0.8mM的IPTG，在25℃诱导培养。
5.根据权利要求3所述的表达马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的方法，其特征在于，所述卡那霉素液体培养基中卡那霉素为50ug/mL。
6.根据权利要求3所述的表达马铃薯蚜虫效应蛋白Me10基因的方法，其特征在于，所述卡那霉素+氯霉素液体培养基中卡那霉素为50ug/mL，氯霉素为50ug/mL。
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