CN110684779A - 一种烟草烟碱合成调控基因NtERF91的克隆和应用 - Google Patents

一种烟草烟碱合成调控基因NtERF91的克隆和应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了烟草烟碱合成调控基因NtERF91及其克隆方法与应用，烟碱合成调控基因NtERF91核苷酸序列如SEQ ID：No.1所示，编码的氨基酸序列如SEQ ID：No.2所示。本发明还公开了烟碱合成调控基因NtERF91的克隆方法，具体步骤包括：A、确定NtERF91基因序列；B、提取烟草RNA，反转录得到第一链cDNA；C、根据NtERF91基因序列设计合成特异性引物，以cDNA作为模板，进行PCR扩增；D、回收和纯化PCR产物；E、构建了含NtERF91基因的过表达载体。将过表达载体通过农杆菌介导的转化在烟草中过表达，制备转基因植株。获得的转基因植株烟碱含量比对照提高了60％以上。说明烟草NtERF91基因在培育高烟碱含量的烟草方面具有较大的应用前景。

Description

一种烟草烟碱合成调控基因NtERF91的克隆和应用
技术领域
本发明属于遗传工程技术领域，具体涉及一种烟草烟碱合成调控基因NtERF91的克隆方法与应用。
背景技术
烟草(Nicotiana tabacum)是重要的经济作物，是茄科一年生草本植物。烟碱是栽培烟草重要的特征化合物，占烟草总生物碱的95％左右。
ERF(Ethylene Response Factor)类型的转录因子基因是普通烟草中调控烟碱合成重要调控因子。烟草中调控烟碱合成的NIC2遗传位点已被发现是由至少7个ERF基因组成，如NtERF189，NtERF179等。今年来，随着基因组和测序技术的发展，ERF类转录因子对烟碱合成调控的分子机理也逐渐清晰。根据相关报道，烟草ERF转录因子家族中IX亚族中的ERF(NIC2位点)转录因子可以通过直接结合烟碱合成途径中关键代谢限速酶基因(如NtPMT、NtQPT)的启动子中的GCC-box来转录激活该基因的表达，进而增强烟碱的合成与积累。
国际上一些知名烟草公司和相关烟草研究机构正在开展利用生物技术手段提高烟草烟碱含量进行研究，用来积极应对新型烟草制品原料的需求，从而提高烟草品质，也为降低电子烟等产品的烟碱原料生产成本。目前，我国也亟需深入研究合成调控机理，为培育高烟碱低焦油烟草品种提供理论基础。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种烟草烟碱合成调控基因NtERF91；第二目的在于提供所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91的克隆方法；第三目的在于提供所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91的应用。
本发明的第一目的是这样实现的，所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91的核苷酸序列如序列表SEQ ID NO：1所示。
本发明的第二目的是这样实现的，包括以下步骤：
A、确定NtERF91基因序列；
通过分析茉莉素处理烟草根部组织的转录组数据，获得受茉莉素正向调控ERF家族基因1个，序列比对发现该基因为NtERF91。根据该基因序列设计基因克隆引物：
正向引物NtERF91-BamH I：GGATCCATGTTAACTAGTGTCAATACCACGT；
反向引物NtERF91-Xho I：CTCGAGTCAATTTTCAGCCAATTTTCTCTTC；
B、提取烟草根组织RNA，反转录得到第一链cDNA；
C、以反转录得到的第一链cDNA作为模板，利用NtERF91基因克隆引物进行PCR扩增，回收和纯化PCR产物；
D、纯化产物与载体连接，连接体系与过程如下：4μL纯化产物、1μL saltsolution、1μL
Figure BDA0002242561000000031
-BluntⅡ-TOPO(Invitrogen)混匀，25℃，水浴30min；将连接好的载体通过热激转化大肠杆菌DH5α，加液体培养基振荡培养后涂布至含100mg/L卡那霉素的LB平板上过夜培养，挑取菌落进行菌液培养，质粒提取和PCR检测。筛选阳性克隆，对阳性克隆进行测序。
本发明的第三目的是这样实现的，所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91在获得烟碱含量显著提高的转基因植株中的应用；即所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91用于提高烟草烟叶的烟碱含量。
本发明从烟草中得到一个烟草烟碱合成调控基因NtERF91，具体步骤为：通过分析茉莉素处理烟草根部组织的转录组数据，获得受茉莉素正向调控ERF家族基因1个，序列比对发现该基因为NtERF91。根据该基因序列信息设计基因特异引物进行PCR反应，得到目的产物；对目的产物测序，得到NtERF91基因序列；利用农杆菌介导的遗传转化方法获得NtERF91基因的过表达(OE)株系，对NtERF91进行功能鉴定，结果表明NtERF91基因具有显著提高烟草叶片中烟碱的积累量，获得的转基因植株烟碱含量比对照提高了60％以上。说明烟草NtERF91基因在培育高烟碱含量的烟草方面具有较大的应用前景。
附图说明
图1为NtERF91基因PCR扩增产物琼脂糖凝胶电泳图，NtERF91大小为435bp，M为DL2000DNA Marker；
图2为菌落PCR检测重组过表达载体pK2GW7-NtERF91的农杆菌转化效果，M为DL2000DNA Marker，1和2为PCR产物；
图3为T0代NtERF91基因转基因植株基因表达及烟碱合成途径基因表达水平分析；NtERF91-OE-2，NtERF91-OE-4，NtERF91-OE-5为转基因株系，EV为转空载体对照，A为NtPMT，B为NtQPT，C为NtAO，D为NtMPO，E为NtA622，F为NtQS，G为NtODC，H为NtADC；
图4为T0代NtERF91基因转基因植株烟叶烟碱含量分析；NtERF91-OE-2，NtERF91-OE-4，NtERF91-OE-5为转基因株系，A为上部叶，B为中部叶，C为下部叶，Ⅰ为EV为转空载体对照，Ⅱ为NtERF91-OE-2转基因株系，Ⅲ为NtERF91-OE-4转基因株系，Ⅳ为NtERF91-OE-5转基因株系，“*”表示该植株假木贼碱含量与空载对照EV在0.05水平上差异显著。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明作进一步的说明，但不以任何方式对本发明加以限制，基于本发明教导所作的任何变换或替换，均属于本发明的保护范围。
本发明所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91的核苷酸序列如序列表SEQ ID NO：1所示。
所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91编码的氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。
本发明所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91的克隆方法，其特征在于包括以下步骤：
A、确定NtERF91基因序列；
通过分析茉莉素处理后烟草根部组织转录组数据，获得受茉莉素正向调控ERF家族基因1个，序列比对发现该基因为NtERF91。根据该基因序列设计基因克隆引物：
正向引物NtERF91-BamH I：GGATCCATGTTAACTAGTGTCAATACCACGT；
反向引物NtERF91-Xho I：5’-CTCGAGTCAATTTTCAGCCAATTTTCTCTTC；
B、提取烟草根组织RNA，反转录得到第一链cDNA；
C、以反转录得到的第一链cDNA作为模板，利用NtERF91基因克隆引物进行PCR扩增，回收和纯化PCR产物；
D、纯化产物与载体连接，通过试剂盒反应与TOPO载体连接，连接体系与过程如下：4μL纯化产物、1μL salt solution、1μL
Figure BDA0002242561000000051
-BluntⅡ-TOPO混匀，25℃，水浴30min；将连接好的载体通过热激转化大肠杆菌，加液体培养基振荡培养后涂布至含100mg/L卡那霉素的LB平板上过夜培养，挑取菌落进行培养，取2mL菌液提取质粒，进行质粒PCR检测。筛选阳性克隆，对阳性克隆进行测序。
C步骤中PCR扩增的反应体系是选用Phusion高保真扩增酶反应体系，体系总体积50μL，包括：200ng cDNA，5×Phusion HF反应缓冲液10μL，10mM dNTP 1μL，2U的High-Fidelity DNA Polymerase，10μM的正反向引物各1μL，补水至50μL。
C步骤中PCR扩增的反应条件是在
Figure BDA0002242561000000063
pro扩增仪上进行，反应程序为：98℃，30秒；98℃，7秒，58℃，30秒，72℃，30秒，35个循环；72℃延伸7分钟；
本发明所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91的应用为所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91在用于获得烟叶烟碱含量显著提高的转基因植株中的应用。
所述获得烟叶烟碱含量显著提高转基因植株的方法包括以下步骤：
A、构建过表达载体
(1)以烟草品种Coker176根部组织的cDNA为模板，利用基因特异引物进行扩增，得到大小约为0.5kb的基因片段，纯化回收；
(2)将回收的NtERF91基因片段进行TOPO克隆，连接到
Figure BDA0002242561000000061
-BluntⅡ-TOPO(3.5kb)载体后转化大肠杆菌DH5α感受态细胞，提取质粒进行PCR检测，挑选扩增产物大小约为0.5kb的质粒提取DNA，构建的载体命名为pTOPO-NtERF91；
(3)由于基因正反游引物分别带有BamH I、Xho I的识别位点，因此选择这两个酶对质粒DNA样品进行双酶切检测，酶切结果产生两条片段，大小分别为3.5kb和0.5kb左右，说明目的片段已插入TOPO载体；
2、植物过表达载体的构建
a、入门克隆pENTRTM2B-NtERF91的构建
(1)BamH I/Xho I酶切pTOPO-NtNtERF91和pENTRTM2B得到目的基因片段NtERF91和载体pENTRTM2B线性化片段，胶回收后进行连接、转化感受态细胞DH5α；
(2)挑取转化DH5α后的克隆，提取质粒DNA，BamH I/Xho I酶切，酶切结果为3.8kb的载体片段和0.5kb左右的片段为正确的克隆，正确的克隆命名为pENTRTM2B-NtERF91；
b、通过LR反应得到植物表达载体
(1)入门克隆pENTRTMNtERF91和表达载体pK2GW7 LR反应后转化大肠杆菌DH5α感受态细胞，得到植物表达载体pK2GW7-NtERF91。利用BamH I/Xho I酶切鉴定pK2GW7-NtNtERF91，正确的克隆可以切出两条片段大约0.5kb和11kb。
上述LR反应体系：构建成功的入门载体pENTRTMNtERF91(50-150ng)1-7μL，0.5μLDestination Vector，TE Buffer至总体积8μL；混匀，冰浴2min，轻弹2次；加入2μL LRCloneaseTMⅡenzyme Mix，轻弹，混匀，离心，25℃水浴1h；然后加入1μL Proteinase K轻弹，混匀，37℃水浴10min；
B、烟草的遗传转化：
(1)表达载体转化农杆菌
从-80℃冰箱中取出农杆菌感受态细胞，放置冰上溶解后加入重组表达载体pK2GW7-NtERF91 4μL；液氮速冻1分钟，转入37℃水浴5分钟，再冰浴2分钟，向混合物中加入1mL LB液体培养基，28℃、220rpm培养3～4小时；培养物涂布于含有壮观霉素100mg/L和利福平25mg/L的LB固体培养基上，28℃倒置培养2～3天，可见含有目的载体的农杆菌克隆；
(2)烟草转化
a、挑取含有目标载体的农杆菌克隆，在含有壮观霉素和利福平的LB平板上划线，28℃培养2～3天；刮取划线菌斑接菌于含有壮观霉素和利福平的MS培养基中，28℃，220rpm振荡培养，菌液浓度达到OD＝0.5～0.8时6,000rpm离心5分钟富集菌体，弃上清，再用20mL液体MS培养基重悬菌体，得到含目标载体的农杆菌悬浮菌液；
b、将烟草叶片置于500mL广口瓶中，加入适量75％乙醇，漂洗1min；弃乙醇，加入0.1％的HgCl2溶液，置摇床上室温振荡15～30分钟；弃HgCl2溶液，用无菌水冲洗6遍；
c、将烟草叶片取出，用无菌吸水纸吸去表面液体，使用剪刀将无菌叶片切成约1cm×1cm的小片，将切成小片的烟草叶片放入含目标载体的无菌MS液体培养基悬浮菌液中，静置15～20min；取出烟草叶片，使用无菌滤纸吸去多余菌液，于含有6-BA(0.02mg/L)、NAA(2mg/L)的MS培养基中25℃暗培养两天；随后，把烟草叶片转入分化培养基中，切口接触培养基，于温室条件下分化培养；分化培养基为含有6-BA(0.5mg/L)、NAA(0.1mg/L)、卡那霉素(100mg/L)、头孢霉素(500mg/L)的MS培养基，每2～3周继代培养1次，切口处逐渐长出愈伤组织，最终分化出芽；
d、将长至3～5cm的芽切下，转入MS培养基诱导生根，取出生根后的转基因植株用自来水洗净培养基，移植于灭菌的营养土中；
e、转基因植株经NPTII基因特异引物(NPTII-F:TCGGCTATGACTGGGCACAACAGA，NPTII-R:AAGAAGGCGATAGAAGGCGATGCG)PCR验证扩增，鉴定转基因阳性植株。
所述的0.1％的HgCl2溶液配制方法为称取升汞0.1克，用少许酒精溶解，再加水定容至100mL。
下面以具体实施例对本发明做进一步说明：
实施例1——NtERF91基因的分离克隆，包括以下几个步骤：
1、确定NtERF91基因序列：
通过分析茉莉素处理后烟草根部组织的转录组数据，获得受茉莉素正向调控ERF家族基因1个，序列比对发现该基因为NtERF91。根据该基因序列设计基因克隆引物进行PCR反应，得到目的产物；正向引物NtERF91-BamH I：GGATCCATGTTAACTAGTGTCAATACCACGT；
反向引物NtERF91-Xho I：CTCGAGTCAATTTTCAGCCAATTTTCTCTTC；为了构建过表达载体，在上述引物中引物酶切位点(下划线所示)BamH I和Xho I；
2、使用Trizol试剂盒(Invitrogen)提取烟草品种Coker176根部RNA，按试剂盒提供的说明书进行操作。
3、以反转录得到的第一链cDNA作为模板，用引物NtERF91-BamH I F/NtERF91-XhoI R对进行PCR扩增，选用Phusion高保真扩增酶反应体系，体系总体积50μL，包括：200ngcDNA，5×Phusion HF反应缓冲液10μL，10mM dNTP 1μL，2U的
Figure BDA0002242561000000101
High-FidelityDNA Polymerase，10μM的正反向引物各1μL，补水至50μL。PCR反应在 pro扩增仪上进行，反应程序为：98℃，30秒；98℃，7秒，58℃，30秒，72℃，30秒，35个循环；72℃延伸7分钟；回收和纯化PCR产物，产物经1％(1g/100mL电泳缓冲液)琼脂糖凝胶电泳分离，扩增结果产生一条单一PCR条带，见图1。；
4、纯化产物与载体连接：连接体系与过程如下：4μL纯化产物、1μL saltsolution、1μL -BluntⅡ-TOPO(Invitrogen)混匀，25℃，水浴30min；将连接好的载体通过热激转化大肠杆菌DH5α，加液体培养基振荡培养后涂布至含100mg/L卡那霉素的LB平板上过夜培养，挑取菌落进行菌液培养，质粒提取和PCR检测，见图2。筛选阳性克隆，对阳性克隆进行测序。
步骤4中所述的培养基配方及制备方法是称取胰蛋白胨8～12g，酵母提取物5g，NaCl 10g溶解于1L蒸馏水中，121℃灭菌25min得到。
实施例2
过表达载体构建
1、克隆的NtERF91连接TOPO载体
(1)以烟草品种Coker176根部组织的cDNA为模板，利用NtERF91基因特异引物进行扩增，得到大小约为0.5kb的基因片段，纯化回收；
(2)将回收的NtERF91基因片段进行TOPO克隆，连接到
Figure BDA0002242561000000111
-BluntⅡ-TOPO(3.5kb)载体后转化大肠杆菌DH5α感受态细胞，提取质粒进行PCR检测，挑选扩增产物大小约为0.5kb的质粒提取DNA，构建的载体命名为pTOPO-NtERF91；
(3)由于基因正反游引物分别带有BamH I、Xho I的识别位点，因此选择这两个酶对质粒DNA样品进行双酶切检测，酶切结果产生两条片段，大小分别为3.5kb和0.5kb左右，说明目的片段已插入TOPO载体；
2、植物过表达载体的构建
a、入门克隆pENTRTM2B-NtERF91的构建
(1)BamH I/Xho I酶切pTOPO-NtERF91和pENTRTM2B得到目的基因片段NtERF91和载体pENTRTM2B线性化片段，胶回收后进行连接、转化感受态细胞DH5α；
(2)挑取转化DH5α后的克隆，提取质粒DNA，BamH I/Xho I酶切，酶切结果为3.8kb的载体片段和0.5kb左右的片段为正确的克隆，正确的克隆命名为pENTRTM2B-NtERF91；
b、通过LR反应得到植物表达载体
(1)入门克隆pENTRTMNtERF91和表达载体pK2GW7 LR反应后转化大肠杆菌DH5α感受态细胞，得到植物表达载体pK2GW7-NtERF91。利用BamH I/Xho I酶切鉴定pK2GW7-NtERF91，正确的克隆可以切出两条片段大约0.5kb和11kb。
上述LR反应体系：构建成功的入门载体pENTRTMNtERF91(50-150ng)1-7μL，0.5μLDestination Vector，TE Buffer至总体积8μL；混匀，冰浴2min，轻弹2次；加入2μL LRCloneaseTMⅡenzyme Mix，轻弹，混匀，离心，25℃水浴1h；然后加入1μL Proteinase K轻弹，混匀，37℃水浴10min。
实施例3
烟草的遗传转化
(1)表达载体转化农杆菌
从-80℃冰箱中取出农杆菌感受态细胞，放置冰上溶解后加入重组表达载体pK2GW7-NtERF91 4μL；液氮速冻1分钟，转入37℃水浴5分钟，再冰浴2分钟，向混合物中加入1mL LB液体培养基，28℃、220rpm培养3～4小时；培养物涂布于含有壮观霉素100mg/L和利福平25mg/L的LB固体培养基上，28℃倒置培养2～3天，可见含有目的载体的农杆菌克隆；
(2)烟草转化
a、挑取含有目标载体的农杆菌克隆，在含有壮观霉素和利福平的LB平板上划线，28℃培养2～3天；刮取划线菌斑接菌于含有壮观霉素和利福平的MS培养基中，28℃，220rpm振荡培养，菌液浓度达到OD＝0.5～0.8时6,000rpm离心5分钟富集菌体，弃上清，再用20mL液体MS培养基重悬菌体，得到含目标载体的农杆菌悬浮菌液；
b、将烟草叶片置于500mL广口瓶中，加入适量75％乙醇，漂洗1min；弃乙醇，加入0.1％的HgCl2溶液，置摇床上室温振荡15～30分钟；弃HgCl2溶液，用无菌水冲洗6遍；
c、将烟草叶片取出，用无菌吸水纸吸去表面液体，使用剪刀将无菌叶片切成约1cm×1cm的小片，将切成小片的烟草叶片放入含目标载体的无菌MS液体培养基悬浮菌液中，静置15～20min；取出烟草叶片，使用无菌滤纸吸去多余菌液，于含有6-BA(0.02mg/L)、NAA(2mg/L)的MS培养基中25℃暗培养两天；随后，把烟草叶片转入分化培养基中，切口接触培养基，于温室条件下分化培养；分化培养基为含有6-BA(0.5mg/L)、NAA(0.1mg/L)、卡那霉素(100mg/L)、头孢霉素(500mg/L)的MS培养基，每2～3周继代培养1次，切口处逐渐长出愈伤组织，最终分化出芽；
d、将长至3～5cm的芽切下，转入MS培养基诱导生根，取出生根后的转基因植株用自来水洗净培养基，移植于灭菌的营养土中；
e、转基因植株经NPTII基因特异引物(NPTII-F:TCGGCTATGACTGGGCACAACAGA，NPTII-R:AAGAAGGCGATAGAAGGCGATGCG)PCR验证扩增，鉴定转基因阳性植株。
实施例4
转基因植株分析
T0代转基因株系提取总RNA，利用TaKaRa公司PrimeScriptTM RT reagent Kit反转录试剂盒合成cDNA作为模板进行实时荧光定量PCR分析，获得过表达(EV)株系进行表型分析(图3)。T0代转基因株系实验结果表明，NtERF91基因过表达株系与对照相比烟叶烟碱含量提高60％(图4)，表明NtERF91基因正向调控烟草烟碱的合成。
SEQUENCE LISTING
<110> 云南省烟草农业科学研究院
<120> 一种烟草烟碱合成调控基因NtERF91的克隆和应用
<130> 20191019
<160> 2
<170> PatentIn version 3.5
<210> 1
<211> 435
<212> DNA
<213> Nicotiana tabacum
<400> 1
atgttaacta gtgtcaatac cacgtggcaa cgagtcgata atttggagta caaggaggaa 60
acaaagaaga accatgtggt ggcgcgtggt gtgcacgcac ctcaggattg gaaccggtac 120
aggggtgtta ggcggaggcc gtggggtaaa tttgcggcgg agataagaaa cccggatagg 180
aaaggcgccc ggctttggct gggaacttac gagacacccg aagatgcagc attggcttat 240
gaccaagccg catataagat ccgtggctct aaggctcggc tcaacttccc tcacttaatc 300
ggctcgaaca tatccgagcc ggttagagtg gctccgagac ggcgttgcct atcgccggag 360
atttcatcat ctattttttc gtcgtcattt gttgaaaata tacctctaaa gaagagaaaa 420
ttggctgaaa attga 435
<210> 2
<211> 146
<212> PRT
<213> Nicotiana tabacum
<400> 2
Met Glu Thr Leu Thr Ser Val Asn Thr Thr Trp Gln Arg Val Asp Asn
1 5 10 15
Leu Glu Tyr Lys Glu Glu Thr Lys Lys Asn His Val Val Ala Arg Gly
20 25 30
Val His Ala Pro Gln Asp Trp Asn Arg Tyr Arg Gly Val Arg Arg Arg
35 40 45
Pro Trp Gly Lys Phe Ala Ala Glu Ile Arg Asn Pro Asp Arg Lys Gly
50 55 60
Ala Arg Leu Trp Leu Gly Thr Tyr Glu Thr Pro Glu Asp Ala Ala Leu
65 70 75 80
Ala Tyr Asp Gln Ala Ala Tyr Lys Ile Arg Gly Ser Lys Ala Arg Leu
85 90 95
Asn Phe Pro His Leu Ile Gly Ser Asn Ile Ser Glu Pro Val Arg Val
100 105 110
Ala Pro Arg Arg Arg Cys Leu Ser Pro Glu Ile Ser Ser Ser Ile Phe
115 120 125
Ser Ser Ser Phe Val Glu Asn Ile Pro Leu Lys Lys Arg Lys Leu Ala
130 135 140
Glu Asn
145

Claims (9)

1.一种烟草烟碱合成调控基因NtERF91，其特征在于所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91的核苷酸序列如序列表SEQ ID NO：1所示。
2.根据权利要求1所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91，其特征在于所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91编码的氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示。
3.一种权利要求1所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91的克隆方法，其特征在于包括以下步骤：
A、确定NtERF91基因序列；
根据茉莉酸处理烟草根部组织转录组分析获得NtERF91基因序列；利用此序列设计基因克隆引物：
正向引物NtERF91-BamH I：GGATCCATGTTAACTAGTGTCAATACCACGT；
反向引物NtERF91-XhoI：CTCGAGTCAATTTTCAGCCAATTTTCTCTTC；
B、提取烟草根组织RNA，反转录得到第一链cDNA；
C、根据NtERF91基因序列设计合成特异性引物，以反转录得到的第一链cDNA作为模板，进行PCR扩增，回收和纯化PCR产物；
D、纯化产物与载体连接，通过试剂盒反应与TOPO载体连接，连接体系与过程如下：4μL纯化产物、1μL salt solution、1μL -Blunt Ⅱ-TOPO混匀，25℃，水浴30min；将连好的载体通过热激转化进入大肠杆菌DH5α，加液体培养基振荡培养后涂布至含100mg/L卡那霉素的LB平板上过夜培养，挑取菌落进行菌液培养，质粒提取和PCR检测；筛选阳性克隆，对阳性克隆进行测序。
4.根据权利要求3所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91的克隆方法，其特征在于C步骤中PCR扩增的反应体系是选用Phusion高保真扩增酶反应体系，体系总体积50μL，包括：200ng cDNA，5×Phusion HF反应缓冲液10μL，10mM dNTP 1μL，2U的
Figure FDA0002242560990000021
High-Fidelity DNA Polymerase，10μM的正反向引物各1μL，补水至50μL。
5.根据权利要求3所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91的克隆方法，其特征在于C步骤中PCR扩增的反应条件是在
Figure FDA0002242560990000022
pro扩增仪上进行，反应程序为：98℃，30秒；98℃，7秒，58℃，30秒，72℃，30秒，35个循环；72℃延伸7分钟。
6.一种权利要求1或2所述的调控烟草叶片烟碱含量的基因NtERF91的过表达载体，其特征在于所述的调控烟草叶片烟碱含量的基因NtERF91的过表达载体为pK2GW7-NtERF91。
7.一种权利要求1所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91的应用，其特征在于所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91在用于获得烟碱含量显著提高的转基因植株中的应用。
8.根据权利要求7所述的烟草烟碱合成调控基因NtERF91的应用，其特征在于所述获得NtERF91转基因烟草的方法包括以下步骤：
A、过表达隆载体的构建：
1、克隆的NtERF91连接TOPO载体
(1)以烟草品种Coker176根部组织的cDNA为模板，利用NtERF91基因特异引物进行扩增，得到大小约为0.5kb的基因片段；纯化回收；
(2)将回收的NtERF91基因片段进行TOPO克隆，连接到
Figure FDA0002242560990000031
-BluntⅡ-TOPO(3.5kb)载体后转化大肠杆菌DH5α感受态细胞，提取质粒进行PCR检测，挑选扩增产物大小约为0.5kb的质粒提取DNA，构建的载体命名为pTOPO-NtERF91；
(3)由于基因上下游引物分别带有BamH I、Xho I的识别位点，因此选择这两个酶对检测正确的质粒样品进行双酶切检测，将目的基因片段胶回收；对pTOPO进行BamH I、Xho I双酶切检测，酶切结果产生两条片段，大小分别为3.5kb和0.5kb左右，说明目的片段已插入TOPO载体；
2、植物过表达载体的构建
a、入门克隆pENTRTM2B-NtERF91的构建
(1)BamH I/Xho I酶切pTOPO-NtERF91和pENTRTM2B得到目的基因片段NtERF91和载体pENTRTM2B线性化片段，胶回收后进行连接、转化感受态细胞DH5α；
(2)挑取转化DH5α后的克隆，提取质粒DNA，BamH I/Xho I酶切，酶切结果为3.8kb的载体片段和0.5kb左右的片段为正确的克隆，正确的克隆命名为pENTRTM2B-NtNtERF91；
b、通过LR反应得到植物表达载体
(1)入门克隆pENTRTMNtERF91和表达载体pK2GW7 LR反应后转化大肠杆菌DH5α感受态细胞，得到植物表达载体pK2GW7-NtERF91，利用BamH I/Xho I酶切鉴定pK2GW7-NtERF91，正确的克隆可以切出两条片段大约0.5kb和11kb；
上述LR反应体系：构建成功的入门载体pENTRTMNtERF91(50-150ng)1-7μL，0.5μLDestination Vector，TE Buffer至总体积8μL；混匀，冰浴2min，轻弹2次；加入2μL LRCloneaseTMⅡ enzyme Mix，轻弹，混匀，离心，25℃水浴1h；然后加入1μL Proteinase K轻弹，混匀，37℃水浴10min；
B、烟草的遗传转化：
(1)表达载体转化农杆菌
从-80℃冰箱中取出农杆菌感受态细胞，放置冰上溶解后加入重组表达载体pK2GW7-NtERF91 4μL；液氮速冻1分钟，转入37℃水浴5分钟，再冰浴2分钟，向混合物中加入1mL LB液体培养基，28℃、220rpm培养3～4小时；培养物涂布于含有壮观霉素100mg/L和利福平25mg/L的LB固体培养基上，28℃倒置培养2～3天，可见含有目的载体的农杆菌克隆；
(2)烟草转化
a、挑取含有目标载体的农杆菌克隆，在含有壮观霉素和利福平的LB平板上划线，28℃培养2～3天；刮取划线菌斑接菌于含有壮观霉素和利福平的MS培养基中，28℃，220rpm振荡培养，菌液浓度达到OD＝0.5～0.8时6,000rpm离心5分钟富集菌体，弃上清，再用20mL液体MS培养基重悬菌体，得到含目标载体的农杆菌悬浮菌液；
b、将烟草叶片置于500mL广口瓶中，加入适量75％乙醇，漂洗1min；弃乙醇，加入0.1％的HgCl2溶液，置摇床上室温振荡15～30分钟；弃HgCl2溶液，用无菌水冲洗6遍；
c、将烟草叶片取出，用无菌吸水纸吸去表面液体，使用剪刀将无菌叶片切成约1cm×1cm的小片，将切成小片的烟草叶片放入含目标载体的无菌MS液体培养基悬浮菌液中，静置15～20min；取出烟草叶片，使用无菌滤纸吸去多余菌液，于含有6-BA(0.02mg/L)、NAA(2mg/L)的MS培养基中25℃暗培养两天；随后，把烟草叶片转入分化培养基中，切口接触培养基，于温室条件下分化培养；分化培养基为含有6-BA(0.5mg/L)、NAA(0.1mg/L)、卡那霉素(100mg/L)、头孢霉素(500mg/L)的MS培养基，每2～3周继代培养1次，切口处逐渐长出愈伤组织，最终分化出芽；
d、将长至3～5cm的芽切下，转入MS培养基诱导生根，取出生根后的转基因植株用自来水洗净培养基，移植于灭菌的营养土中；
e、转基因植株经NPTII基因特异引物(NPTII-F:TCGGCTATGACTGGGCACAACAGA，NPTII-R:AAGAAGGCGATAGAAGGCGATGCG)PCR验证扩增，鉴定转基因阳性植株。
9.根据权利要求8所述的提高烟草叶片烟碱含量的基因NtERF91的应用，其特征在于所述的0.1％的HgCl2溶液配制方法为称取升汞0.1克，用少许酒精溶解，再加水定容至100mL。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110305884A (zh) * 2019-08-05 2019-10-08 云南省烟草农业科学研究院 一种提高烟草叶片茉莉酸含量的基因NtAOS1及其克隆方法与应用
CN110592103A (zh) * 2019-10-22 2019-12-20 云南省烟草农业科学研究院 一种烟草假木贼碱合成调控基因NtERF91的克隆和应用
CN110669772A (zh) * 2019-10-22 2020-01-10 云南省烟草农业科学研究院 一种烟草新烟碱合成调控基因NtERF91的克隆和应用
CN112143738A (zh) * 2020-09-30 2020-12-29 云南省烟草农业科学研究院 一种烟草受体蛋白基因及其克隆方法与应用
CN113151298A (zh) * 2021-04-12 2021-07-23 中国农业科学院烟草研究所(中国烟草总公司青州烟草研究所) 烟草转录因子NtMYB305及其在调控烟草烟碱生物合成中的应用
CN113999857A (zh) * 2021-11-22 2022-02-01 云南中烟工业有限责任公司 一种烟草烟碱合成调控相关的基因及其应用

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009035547A2 (en) * 2007-09-07 2009-03-19 University Of Virginia Patent Foundation Compositions and related methods for modulating alkaloid production by controlling pmt promoter activation mediated by transcriptional factors erf and myc
CN109295072A (zh) * 2018-10-17 2019-02-01 云南省烟草农业科学研究院 一种烟草烟碱合成调控基因NtERF115及其克隆方法与应用
WO2019140312A1 (en) * 2018-01-12 2019-07-18 Altria Client Services Llc Compositions and methods for producing tobacco plants and products having altered alkaloid levels
CN111118031A (zh) * 2020-02-17 2020-05-08 云南省烟草农业科学研究院 一种烟草生物碱合成负向调控基因NtARF6的克隆和应用
CN112143738A (zh) * 2020-09-30 2020-12-29 云南省烟草农业科学研究院 一种烟草受体蛋白基因及其克隆方法与应用
WO2021113337A1 (en) * 2019-12-03 2021-06-10 Altria Client Services Llc Compositions and methods for producing tobacco plants and products having altered alkaloid levels

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009035547A2 (en) * 2007-09-07 2009-03-19 University Of Virginia Patent Foundation Compositions and related methods for modulating alkaloid production by controlling pmt promoter activation mediated by transcriptional factors erf and myc
WO2019140312A1 (en) * 2018-01-12 2019-07-18 Altria Client Services Llc Compositions and methods for producing tobacco plants and products having altered alkaloid levels
CN109295072A (zh) * 2018-10-17 2019-02-01 云南省烟草农业科学研究院 一种烟草烟碱合成调控基因NtERF115及其克隆方法与应用
WO2021113337A1 (en) * 2019-12-03 2021-06-10 Altria Client Services Llc Compositions and methods for producing tobacco plants and products having altered alkaloid levels
CN111118031A (zh) * 2020-02-17 2020-05-08 云南省烟草农业科学研究院 一种烟草生物碱合成负向调控基因NtARF6的克隆和应用
CN112143738A (zh) * 2020-09-30 2020-12-29 云南省烟草农业科学研究院 一种烟草受体蛋白基因及其克隆方法与应用

Non-Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
SEARS, MT等: ""NtERF32:a non-NIC2 locus AP2/ERF transcription factor required in jasmonate-inducible nicotine biosynthesis in tobacco"", 《PLANT MOLECULAR BIOLOGY》 *
SHOJI,T.等: ""Nicotiana tabacum ERF91 mRNA for ethylene response factor 91, complete cds"", 《GENBANK DATABASE》 *
XUEYI SUI等: ""Ethylene response factor NtERF91 positively regulates alkaloid accumulations in tobacco (Nicotiana tabacum L.)"", 《BIOCHEMICAL AND BIOPHYSICAL RESEARCH COMMUNICATIONS》 *
卓维等: ""烟草乙烯转录因子ERF基因NtTOE3的克隆、载体构建及表达分析"", 《植物研究》 *
李文正等: ""ERF转录因子及其在烟草抗逆性改良中的应用"", 《生物技术通报》 *
李文正等: ""烟碱合成分子调控研究进展"", 《安徽农业科学》 *
白戈等: ""烟草(Nicotiana tabacum)生长素响应基因NtIAA27的克隆及功能分析"", 《分子植物育种》 *
童治军等: ""鉴别烟草属植物的特异PCR引物研究"", 《中国烟草学报》 *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110305884A (zh) * 2019-08-05 2019-10-08 云南省烟草农业科学研究院 一种提高烟草叶片茉莉酸含量的基因NtAOS1及其克隆方法与应用
CN110592103A (zh) * 2019-10-22 2019-12-20 云南省烟草农业科学研究院 一种烟草假木贼碱合成调控基因NtERF91的克隆和应用
CN110669772A (zh) * 2019-10-22 2020-01-10 云南省烟草农业科学研究院 一种烟草新烟碱合成调控基因NtERF91的克隆和应用
CN112143738A (zh) * 2020-09-30 2020-12-29 云南省烟草农业科学研究院 一种烟草受体蛋白基因及其克隆方法与应用
CN113151298A (zh) * 2021-04-12 2021-07-23 中国农业科学院烟草研究所(中国烟草总公司青州烟草研究所) 烟草转录因子NtMYB305及其在调控烟草烟碱生物合成中的应用
CN113999857A (zh) * 2021-11-22 2022-02-01 云南中烟工业有限责任公司 一种烟草烟碱合成调控相关的基因及其应用
CN113999857B (zh) * 2021-11-22 2024-02-02 云南中烟工业有限责任公司 一种烟草烟碱合成调控相关的基因及其应用

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