CN1789422A - Pnzip启动子的序列及其克隆与应用 - Google Patents

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CN1789422A
CN1789422A CN 200510104302 CN200510104302A CN1789422A CN 1789422 A CN1789422 A CN 1789422A CN 200510104302 CN200510104302 CN 200510104302 CN 200510104302 A CN200510104302 A CN 200510104302A CN 1789422 A CN1789422 A CN 1789422A
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CN
China
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pnzip
promoter
promotor
gus activity
plant
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Pending
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CN 200510104302
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English (en)
Inventor
郑成超
杨予涛
杨国栋
吴长艾
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Shandong Agricultural University
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Shandong Agricultural University
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Abstract

本发明涉及裂叶牵牛PNZIP启动子的序列和应用,属于分子生物学和生物技术领域。从短日照植物裂叶牵牛的叶片中提取基因组DNA,利用接头聚合酶链式反应技术得到1558bp的DNA序列。将该序列的1~1420bp定向替换表达载体pBI121中的35S启动子,得到的表达载体PBI-PNZIP,将PBI-PNZIP和pBI121分别转化烟草和水稻。转基因烟草的GUS活性分析表明PNZIP启动子在叶片中的活性比35S启动子高9倍,而在烟草的花和根部则检测不到GUS活性。在转基因水稻中,PNZIP启动子在水稻叶片中的活性比35S启动子高6倍,而在水稻的花和根部则检测不到GUS活性。因此,该启动子是一个重要的光合组织特异表达启动子,可以作为一种高效特异启动子用于植物基因工程的产业化开发,具有重要的经济效益和社会效益。

Description

PNZIP启动子的序列及其克隆与应用
(一)技术领域
本发明涉及短日照植物裂叶牵牛PNZIP启动子的序列和应用,属于分子生物学和生物
技术领域。
(二)背景技术
组成型启动子如CaMV(花椰菜花叶病毒)35S启动子和Ubiquitin(泛素)启动子,在转基因植物的研究中得到了大量运用。由于组成型启动子不能从时间和空间上有效地调控目的基因的表达,在作物的遗传改良中存在一定的缺陷。如利用组成型启动子表达病毒衣壳蛋白,就可能会引起病毒衣壳转移,从而导致植物病毒新株系的产生。因此,寻找专一性启动子,使外源基因特异地表达已成为植物基因工程的关键环节。
组织特异启动子作为一类专一性启动子,能指导外源基因在植物发育过程中某一特定时空表达,它不仅能使目的基因的表达产物在一定空间积累,增加区域表达量,而且也避免了植物营养的浪费。因此,组织特异启动子如种子、果实等特异表达启动子,已成为转基因研究中最有发展前景的外源基因的启动元件。
叶片是植物的光合器官,也是主要的营养器官,许多情况下,人们只希望某些重要功能基因在叶片中特异表达。PNZIP是我们从短日照植物裂叶牵牛中分离出来的一个基因,编码一种含有亮氨酸拉链的蛋白质,原位杂交发现该基因在叶肉中效表达,而在非光合组织中不表达。处于生产实践和理论研究的迫切需要,本发明人分离了PNZIP启动子,研究发现PNZIP启动子是一个光合组织特异高效表达启动子,可作为一种高效特异启动子用于我国植物基因工程的产业化开发和利用。
(三)发明内容
本发明人首次从裂叶牵牛基因组中分离出PNZIP启动子,该启动子的序列如下:
序列表
(1)SEQ ID的信息
(a)序列特征
*长度:1558碱基对
*类型:核酸
*链型:双链
*拓扑结构:线性
(b)分子类型:基因组DNA
(c)假设:否
(d)反义:否
(e)最初来源:裂叶牵牛
(f)序列描述:SEQ IN
   1 acatggggat gaggcagggt atgagtgctt tgcttttttt ttttggttaa aattttttcc
  61 tccaggttga gatcctctct cagattcgaa ttgagtaatt gctatgcatt atacctacac
 121 tcagcctttc gatgagttgt ctcgggggtt ttgcagtttg atacatggat tgatggagta
 181 ttaagatgtt tgtttatgga gataaaagtg ttgagcattc atatttgttg gatttggctc
 241 attagtaatg tgaaggagag gacacaactt tgttgaaaat acaacattgt tatatatggc
 301 accaaacaat ttctagtata gggataacct tagtcaagtt aattaggttg ttgatttaat
 361 aactataagg aatgatcaat tgacctttat ggtttgagcc gagaaatact cttgaagata
 421 caagatcaac tacagaaaat tacttgtgtc aggcaaaata actcttgaaa tattattcta
 481 ttattgtacc cccaattatt tcattataaa tcccattaat tctcattatt ttatcagtat
 541 tctaccatca aacttgactc tccattattt caccataaat agccattgtc caccctcaaa
 601 tagtcattaa tataatctac catgaatgtc ttgccatgaa tactatgtcc tctaccacta
 661 taaaaagact ctacaaccaa caagggagga gaccaagctc tatagctcta cttcaagcta
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 781 tcctagcttg agtgcaacaa cgtacatgca tctccacact tcaaaacata gtgaaattca
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将该启动子的1~1420bp替换表达载体pBI121中的CaMV 35S启动子,利用农杆菌侵染法转化烟草和水稻。GUS(β-葡糖苷酸酶)活性定量检测表明:(1)PNZIP启动子在叶片中的活性比CaMV 35S启动子高9倍,而在烟草的根部则检测不到GUS活性。(2)在转基因水稻中,PNZIP启动子在水稻叶片中的活性比35S启动子高6倍,而在水稻的花和根部则检测不到GUS活性。因此,PNZIP启动子是一个高效特异表达启动子,可以作为一种高效特异启动子用于我国植物基因工程的产业化开发,具有非常重要的经济效益和社会效益。
(四)附图说明
图1是含有PNZIP启动子转基因烟草根、茎、叶和花的GUS活性测定结果柱状图。
横坐标表示植株的部位,纵坐标表示GUS活性。
图2是含有PNZIP启动子转基因烟草叶片的GUS活性与含有35S启动子转基因烟草叶片的GUS活性测定结果柱状图。
图3是含有PNZIP启动子转基因水稻根、茎、叶和花的GUS活性测定结果柱状图。
图4是含有PNZIP启动子转基因水稻叶片的GUS活性与含有35S启动子转基因烟草叶片的GUS活性测定结果柱状图。
横坐标表示植株的部位,纵坐标表示GUS活性。
横坐标表示植株的类群,纵坐标GUS活性。
(五)具体发明实施方式
实施例1:PNZIP启动子的克隆方法
1.基因组DNA的提取:采用经典的CTAB法提取裂叶牵牛的基因组DNA。
2.裂叶牵牛的基因组DNA的充分酶解:取5微升基因组DNA(1μg/μl),加入10×H反应缓冲液4μl,ddH2O 28μl,SalI内切酶3μl(1000u/μl),37℃过夜酶解。
3.酶解产物的纯化:将酶切产物加入560μl的TE,让后加入600μl等体积的苯酚/氯仿,混匀,12000rpm离心10分钟。将500μl上清转移到另一个新的1.5毫升的离心管中,加入500μl的氯仿,混匀,12000rpm离心10分钟。小心吸取400μl上清并将其转移到新的1.5毫升的离心管中,加入40μl的3M的NaAc,800μl的无水乙醇,混匀,-20℃静置1个小时。12000rpm离心10分钟,弃上清,并用70%的酒精洗沉淀两次,室温干燥沉淀,并将沉淀溶解与10μl ddH2O中。
4.酶解产物与相应接头的连接:在新的离心管中加入5.5微升的酶切纯化的DNA溶液,2.5微升的Hind III接头,1微升的10×的T4DNA连接酶buffer,1微升的T4DNA连接酶,混匀,16℃连接过夜。反应结束后,用无水乙醇沉淀回收DNA,将沉淀溶解于30微升的无菌ddH2O中。
5.利用接头聚合酶链式反应(PCR)扩增PNZIP启动子:
取2微升连接产物作为模板,以引物A1(5′-CTGCGACGTGGTGGCCCTCGACAT-3′)和AP1(5′-GTACATATTGTCGTTAGAACGCGT-3′)为引物,进行常规聚合酶链式反应(PCR)。将得到的PCR产物稀释30倍,分别取2μl作为模板,以引物A2(5′-GGTGGCGCTCGACATTCTCAC-3′)和AP2(5′-CGTTAGAACGCGTAATACGACTC-3′)为引物,进行第二次PCR扩增。具体的试剂和条件如下:
试剂与条件如下:
第一次PCR所需试剂和条件为:
10×反应缓冲液                5μl
25mM MgCl2                   4μl
10mM脱氧核苷酸混合物(dNTP)    1μl
A1(10μM)                     2μl
AP1(10μM)                    2μl
模板                          2μl
Taq DNA聚合酶                 0.5μl
总体积                        50μl
PCR反应条件为:94℃5分钟,然后进入下列循环:94℃2分钟,55℃1分钟72℃2分钟,共30个循环,最后72℃延伸5分钟。
第二次PCR所需试剂和条件为:
10×反应缓冲液                5μl
25mM MgCl2                   4μl
10mM脱氧核苷酸混合物(dNTP)    1μl
A2(10μM)                     2μl
AP2(10μM)                    2μl
模板                          1μl
Taq DNA聚合酶                 0.5μl
总体积                        50μl
PCR反应条件为:94℃5分钟,然后进入下列循环:94℃2分钟,58℃1分钟72℃2分钟,共30个循环,最后72℃延伸5分钟。
6.片段的克隆:取2μl二次PCR产物与pGEM-T easy载体进行连接,操作步骤按Promega公司产品pGEM-T easy Vector system说明书进行。然后连接产物转化大肠杆菌DH5α菌株,在表面涂有5-溴-4-氯-3-吲哚-(-D-半乳糖苷)和X-gal的含氨苄青霉素(100微克/毫升)的LB平板上生长过夜。挑取白色菌落,在LB液体培养基中培养过夜。
7.质粒DNA的提取:碱法提取质粒DNA。
8.序列测定:本工作在上海生工生物工程技术服务有限公司进行。
实施例2:PNZIP启动子的序列,序列如下:
(1)SEQ ID NO的信息
(a)序列特征
*长度:1558碱基对
*类型:核酸
*链型:双链
*拓扑结构:线性
(b)分子类型:基因组DNA
(c)假设:否
(d)反义:否
(e)最初来源:裂叶牵牛
(f)序列描述:SEQ IN NO
   1 acatggggat gaggcagggt atgagtgctt tgcttttttt ttttggttaa aattttttcc
  61 tccaggttga gatcctctct cagattcgaa ttgagtaatt gctatgcatt atacctacac
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实施例3:表达载体的构建
1.根据上述序列,设计构建植物表达载体的引物:
正向引物:5′-AAGCTTACATGGGGATGAGGCAGGGT-3′(带有Hind III酶切位点)
反向引物:5′-GGATCCGGGTAGAGTGTACTGT-3′(带有BamHI酶切位点)
以含有PNZIP启动子的质粒DNA为模板,进行聚合酶链式反应。
2.取2μl PCR与pGEM-Teasy载体进行连接,操作步骤按Promega公司产品pGEM-Teasy载体说明书进行。然后转化大肠杆菌DH5α菌株,在表面涂5-溴-4-氯-3-吲哚-β-D-半乳糖苷和X-gal的含氨苄青霉素(100微克/毫升)的LB平板上生长过夜。挑取白色菌落,在LB液体培养基中培养过夜。碱法提取质粒DNA,进行序列测定。
3.用Hind III和BamHI两个限制性内切酶将启动子从pGEM-Teasy载体上切下,与相同酶酶切的pBI121连接。连接产物转化DH5α细胞,然后在含卡那青霉素的LB固体平板上培养,对菌落进行PCR鉴定和质粒DNA的酶切分析,将阳性克隆命名为PBI-PNZIP。
4.将构建好的表达载体PBI-PNZIP转化农杆菌EHA105。
实施例4:含有PNZIP启动子转基因烟草的再生
1.种植组培苗无菌烟草。
2.挑取鉴定好的农杆菌单菌落于含50毫克/升卡那霉素的LB液体培养基中,28℃振荡培养。
3.3000rpm离心5分钟,农杆菌沉淀用MS液体培养基悬浮。
4.将烟草叶片切成小块,放入上述悬浮液浸泡10分钟。
5.侵染后的叶片切块置于分化培养基(1×MS盐,3%蔗糖,pH5.8,4.5g/L卡拉胶,)上共培养2天,
6.然后转入选择培养基(1×MS盐,,3%蔗糖,pH5.8,4.5g/L卡拉胶,卡那霉素100毫克/升,卡那霉素100mg/L,头孢青霉素250毫克/升)筛选,得到抗性芽。
7.切去抗性芽,然后将芽转移到生根培养基(1×MS盐,,3%蔗糖,pH5.8,4.5g/L卡拉胶,卡那霉素50毫克/升,卡那霉素100mg/L,头孢青霉素250毫克/升),直至长出小植株。
实施例5:含有PNZIP启动子转基因水稻的再生
1.去壳的成熟种子用10%的次氯酸钠消毒十分钟,然后用无菌水冲洗5次。
2.将水稻种子置于N6D2的培养基中诱导愈伤组织,20天后将成熟盾片处长出的愈伤组织继代于N6D2的培养基中。
3.在农杆菌侵染前将愈伤组织转移到新鲜的N6D2的培养基中培养4天。
4.挑取鉴定好的农杆菌单菌落于含50毫克/升卡那霉素的LB液体培养基中,28℃振荡培养。
5.3000rpm离心5分钟,农杆菌沉淀用N6D2的液体培养基悬浮。
6.将预培养的愈伤组织用农杆菌侵染20分钟。
7.用无菌滤纸洗去多余的农杆菌液,让后置于N6D2培养基中,26℃,黑暗,共培养3天。
8.将共培养后的愈伤用含有250mg/L的头孢霉素的N6D2液体培养基中,洗涤8次,再用无菌水洗干。
9.将愈伤组织转移到N6D2CH固体筛选培养基中,26℃,暗培养,每2周换一次培养基。
10.将反复筛选获得的抗性组织转移到N6D2CH+S高渗培养基中,26℃,暗培养2周。
11.将抗性组织转移到MSR分化培养基中,26℃,暗培养1周,再转为26℃,光16小时/暗8小时培养。
12.将再生的芽转到新鲜的MS培养基中,直至长出小植株。
实施例6:PNZIP启动子的活性检测
1.分别称取各类转基因植株叶片、根、茎和花各100mg,加入500μL提取缓冲液(50mmol/L磷酸钠pH7.0,10mmol EDTA,0.1%Triton X-100,10mmol/L的β-巯基乙醇)在研钵中研成匀浆。
2.4000×g离心10分钟,收集上清液。
3.在1ml预热的反应缓冲液中(提取液中加入1mmol/L MUG)加入20μL上清,混匀,于37℃下反应15分钟后取出100μL加入到900μL反应终止液中终止反应。
4.用日立-850型荧光分光光度计测定各样品Ex365/Em455值。
5.取上清20μL,用水定容至4ml,加入1ml考马斯亮蓝溶液,测定595nm光吸收值。
6.用4-甲基伞形酮(4-MU)的皮摩尔数与蛋白质含量及时间的比值(4-MU pmolMU/mg蛋白/min)表示GUS活性。
序列表
<110>山东农业大学
<120>PNZIP启动子的序列及其克隆与应用
<140>
<141>
<160>1
<170>patent In 3.1
<210>1
<211>2485
<212>genomic DNA
<213>Ipomoea nil
<221>1-1558
<400>1
   1 acatggggat gaggcagggt atgagtgctt tgcttttttt ttttggttaa aattttttcc
  61 tccaggttga gatcctctct cagattcgaa ttgagtaatt gctatgcatt atacctacac
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 541 tctaccatca aacttgactc tccattattt caccataaat agccattgtc caccctcaaa
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 661 taaaaagact ctacaaccaa caagggagga gaccaagctc tatagctcta cttcaagcta
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 781 tcctagcttg agtgcaacaa cgtacatgca tctccacact tcaaaacata gtgaaattca
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1081 cagctttgga ttggtaaaga atctgcaact ccagattcta cccaagttaa agatactata
1141 ctactactga atattgtcac tgtgcaatgc tataaagatt tttattatat tgtgaagaag
1201 attaagtata gattgtgtac caataacatt gtgaaacgta ccatgaacaa catcagccac
1261 aaaatacaca aaatgaccat gtaatcaagc tggcctgtca cagtatgcca cgtgtcagac
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1381 atatatcctc tccagcaccc atagcttcac agtacactct acccagaaaa aaaaatggca
1441 gcagaaatgg cattggtaag gcccatatcg aagttcggcg ccaccgccaa atcgaattcc
1501 cgcggccgcc actccgcggc tgagcggcag gcggaaactg gcacccttaa gcgtgaga

Claims (2)

1.一个克隆的裂叶牵牛PNZIP启动子基因,其特征在于具有下述所示的核甘酸序列:
   1 acatggggat gaggcagggt atgagtgctt tgcttttttt ttttggttaa aattttttcc
  61 tccaggttga gatcctctct cagattcgaa ttgagtaatt gctatgcatt atacctacac
 121 tcagcctttc gatgagttgt ctcgggggtt ttgcagtttg atacatggat tgatggagta
 181 ttaagatgtt tgtttatgga gataaaagtg ttgagcattc atatttgttg gatttggctc
 241 attagtaatg tgaaggagag gacacaactt tgttgaaaat acaacattgt tatatatggc
 301 accaaacaat ttctagtata gggataacct tagtcaagtt aattaggttg ttgatttaat
 361 aactataagg aatgatcaat tgacctttat ggtttgagcc gagaaatact cttgaagata
 421 caagatcaac tacagaaaat tacttgtgtc aggcaaaata actcttgaaa tattattcta
 481 ttattgtacc cccaattatt tcattataaa tcccattaat tctcattatt ttatcagtat
 541 tctaccatca aacttgactc tccattattt caccataaat agccattgtc caccctcaaa
 601 tagtcattaa tataatctac catgaatgtc ttgccatgaa tactatgtcc tctaccacta
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2.根据权利要求1所述的一个克隆的裂叶牵牛PNZIP启动子基因,其特征在于作为一个高效特异启动子转入烟草和水稻,表现出显著的转基因效果,可以用于我国植物基因工程的产业化开发。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN102206641A (zh) * 2010-04-23 2011-10-05 深圳华大基因科技有限公司 一种启动子SiUbi1、其制备方法及用途
CN102206640A (zh) * 2010-04-23 2011-10-05 深圳华大基因科技有限公司 一种启动子SbUbi2、其制备方法及用途

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