RU2237717C2 - Recombinant plasmid pgbp450f for preparing transgenic plants and method for preparing transgenic tobacco plants with enhanced productivity and resistance to fungal phytopathogens - Google Patents

Recombinant plasmid pgbp450f for preparing transgenic plants and method for preparing transgenic tobacco plants with enhanced productivity and resistance to fungal phytopathogens Download PDF

Info

Publication number
RU2237717C2
RU2237717C2 RU2002134424/13A RU2002134424A RU2237717C2 RU 2237717 C2 RU2237717 C2 RU 2237717C2 RU 2002134424/13 A RU2002134424/13 A RU 2002134424/13A RU 2002134424 A RU2002134424 A RU 2002134424A RU 2237717 C2 RU2237717 C2 RU 2237717C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gene
plants
resistance
plasmid
pgbp450f
Prior art date
Application number
RU2002134424/13A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002134424A (en
Inventor
Николай Александрович Картель (BY)
Николай Александрович Картель
Г.В. Шпаковский (RU)
Г.В. Шпаковский
Светлана Григорьевна Спивак (BY)
Светлана Григорьевна Спивак
Галина Геннадьевна Бричкова (BY)
Галина Геннадьевна Бричкова
Дмитрий Георгиевич Ярмолинский (BY)
Дмитрий Георгиевич Ярмолинский
Ирина Николаевна Бердичевец (BY)
Ирина Николаевна Бердичевец
Тать на Владимировна Манешина (BY)
Татьяна Владимировна Манешина
Original Assignee
Институт биоорганической химии им.академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН
Институт генетики и цитологии Национальной Академии Наук Беларуси
Институт биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт биоорганической химии им.академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН, Институт генетики и цитологии Национальной Академии Наук Беларуси, Институт биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси filed Critical Институт биоорганической химии им.академиков М.М.Шемякина и Ю.А.Овчинникова РАН
Priority to RU2002134424/13A priority Critical patent/RU2237717C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2237717C2 publication Critical patent/RU2237717C2/en
Publication of RU2002134424A publication Critical patent/RU2002134424A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: genetic engineering, molecular biology, agriculture.
SUBSTANCE: invention relates, in particular, to preparing tobacco transgenic plants. Method involves construction of plasmid pGBP450f comprising complementary DNA of gene CYP 11A1 of size 1754 nucleotide pairs encoding protein-precursor of cytochrome P450scc being this DNA is a component of Eco RI-fragment of size 2535 nucleotide pairs flanked with sequences of promoter 35S and terminator of cauliflower mosaic virus, and also gene for phosphinothricin acetyltransferase (gene bar) determining the resistance to phosphinothricin that is under control of nos-promoter, gene determining the resistance to kanamycin, site for onset of replication (ori) from plasmid of broad range of hosts of pSa. Tobacco transgenic plants are obtained by co-culturing protoplasts with plasmid pGBP450f linearized by hydrolysis with site-specific endonuclease restriction Bsp 120I by unique site 5'-GGGCCC. Invention provides enhancing the yield and resistance of plants to phytopathogens and to enhance the yield of agricultural production.
EFFECT: improved preparing method, valuable properties of plasmid.
2 cl, 4 dwg, 2 tbl, 6 ex

Description

Изобретение относится к области генной инженерии, конкретно к созданию плазмиды pGBP450f, а также к способу получения трансгенных растений, несущих цитохромы Р450 животных.The invention relates to the field of genetic engineering, specifically to the creation of plasmid pGBP450f, as well as to a method for producing transgenic plants bearing cytochrome P450 animals.

В растениях обнаружено и изучено около 150 цитохромов, относящихся к классу цитохромов Р450. Данные белки вовлечены во многие процессы первичного и вторичного метаболизма, включая биосинтез лигнинов, терпеноидов, стеринов, жирных кислот, гормонов, пигментов, фитоалексинов и т.д. Растительные цитохромы Р450 участвуют как в регуляции процессов роста и развития, так и в индукции защитной реакции растений [CRC Crit. Rev. Biochem., 1986, Т.19, С.247-305]. Например, цитохром CYP90 является ключевым ферментом биосинтеза брассиностероидов (биологически активных стероидов растений) в арабидопсисе [Cell, 1996, V.65, Р.171-182]. Интрон-экзонная структура и последовательность консервативных и функционально-важных доменов CYP90 имеет высокую степень гомологии с таковыми Р450-монооксигеназ млекопитающих, включая стероидные гидроксилазы, одной из которых является цитохром P450scc (P450XIA1) [DNA, 1993, V.12, Р.1-51]. Дефект (мутация) гена cpd, кодирующего CYP90, приводит к нарушению роста гипокотиля у растений арабидопсиса. Это может быть обусловлено отсутствием С23-гидроксилированных производных брассинолида катастерона, экдизонподобного растительного стероидного гормона [Annu. Rev. Plant Physiol.&Plant. Mol. Biol., 1988, V.39, P.2352-2371].About 150 cytochromes belonging to the class of cytochromes P450 were discovered and studied in plants. These proteins are involved in many processes of primary and secondary metabolism, including the biosynthesis of lignins, terpenoids, sterols, fatty acids, hormones, pigments, phytoalexins, etc. Plant cytochromes P450 are involved in both the regulation of growth and development, as well as in the induction of a plant defense response [CRC Crit. Rev. Biochem., 1986, Vol. 19, C.247-305]. For example, cytochrome CYP90 is a key enzyme in the biosynthesis of brassinosteroids (biologically active plant steroids) in Arabidopsis [Cell, 1996, V.65, P.171-182]. The intron-exon structure and sequence of conserved and functionally important domains of CYP90 has a high degree of homology with those of mammalian P450 monooxygenases, including steroid hydroxylases, one of which is cytochrome P450 scc (P450XIA1) [DNA, 1993, V.12, P.1 -51]. A defect (mutation) in the cpd gene encoding CYP90 leads to a disruption in the growth of hypocotyl in Arabidopsis plants. This may be due to the lack of C23-hydroxylated derivatives of brassinolide catasterone, an ecdysone-like plant steroid hormone [Annu. Rev. Plant Physiol. & Plant. Mol. Biol., 1988, V.39, P.2352-2371].

В последнее время для создания трансгенных растений, характеризующихся интенсивным ростом, развитием и повышенной устойчивостью к фитопатогенам используются природные растительные гены, контролирующие уровень таких гормонов роста, как, например, индолил-3-уксусная кислота [Science, 1994, V.265, Р.1699-1701], гены, кодирующие растительные липооксигеназы [The Plant Cell, 2001, V.13, N.3], а также гены других ферментов, катализирующих синтез важных регуляторных молекул.Recently, natural plant genes that control the level of such growth hormones as, for example, indolyl-3-acetic acid have been used to create transgenic plants characterized by intensive growth, development, and increased resistance to phytopathogens [Science, 1994, V.265, P. 1699-1701], genes encoding plant lipoxygenases [The Plant Cell, 2001, V.13, N.3], as well as genes of other enzymes that catalyze the synthesis of important regulatory molecules.

Известны наиболее близкие к заявленным рекомбинантная плазмида pK22rs, содержащая ген пептидного антибиотика из Raphanus sativus, и способ получения трансгенных растений, включающий трансформацию генома растений указанной плазмидой (Пат. РФ №2176669, МКИ С 12 N 15/29, опубл. 10.12.2001). Однако использование трансгенных растений, содержащих ген антибиотика, не может считаться абсолютно безвредным для человека.Known closest to the claimed recombinant plasmid pK22rs containing the peptide antibiotic gene from Raphanus sativus, and a method for producing transgenic plants, comprising transforming the plant genome with the indicated plasmid (Pat. RF No. 2176669, MKI C 12 N 15/29, publ. 10.12.2001) . However, the use of transgenic plants containing the antibiotic gene cannot be considered completely harmless to humans.

Изобретение решает задачу создания рекомбинантной плазмидной ДНК pGBP450f, содержащей кДНК гена CYP11A1 из коры надпочечников быка, а также разработку способа получения трансгенных растений, экспрессирующих кДНК гена CYP11A1 животных, с повышенной продуктивностью и устойчивостью к грибным фитопатогенам, безвредных для человека.The invention solves the problem of creating recombinant plasmid DNA pGBP450f containing cDNA of the CYP11A1 gene from bovine adrenal cortex, as well as the development of a method for producing transgenic plants expressing cDNA of the animal CYP11A1 gene, with increased productivity and resistance to fungal plant pathogens that are harmless to humans.

Поставленная задача решается за счет того, что рекомбинантная плазмидная ДНК pGBP450f содержит в составе EcoRI-фрагмента длиной 2535 п.о. окаймленную последовательностями 35S промотора и терминатора вируса мозаики цветной капусты комплементарную ДНК гена CYP11A1 длиной 1754 п.о., кодирующий белок-предшественник цитохрома P450scc (P450XIA1) из коры надпочечников быка с лидерным N-концевым экстрапептидом из 39 а.о. и суммарной молекулярной массой 60,3 кДа, и состоит из находящегося под контролем nos-промотора гена фосфинотрицин-ацетилтрансферазы (ген bar), обуславливающего устойчивость к фосфинотрицину; полилинкера; гена устойчивости к канамицину; участка начала репликации (ori) из плазмиды широкого круга хозяев рSа; последовательностей RB и LB, а также за счет того, что в способе получения трансгенных растений путем кокультивации их протопластов с рекомбинантной плазмидной ДНК кокультивацию проводят с использованием рекомбинтной плазмидной ДНК pGBP450f, линеаризованной путем гидролиза эндонуклеазой рестрикции Bsp120I по уникальному сайту 5'-GGGCCC.The problem is solved due to the fact that the recombinant plasmid DNA pGBP450f contains 2535 bp of EcoRI fragment. framed by the sequences of the 35S promoter and terminator of the cauliflower mosaic virus, the complementary DNA of the 1754 bp CYP11A1 gene encoding the cytochrome P450 scc precursor protein (P450XIA1) from bovine adrenal cortex with a leader N-terminal extrapeptide of 39 a.a. and a total molecular weight of 60.3 kDa, and consists of the phosphinotricin acetyltransferase gene (the bar gene) controlled by the nos promoter, which causes resistance to phosphinotricin; polylinker; kanamycin resistance gene; the site of the beginning of replication (ori) from the plasmid of a wide range of pSa hosts; the RB and LB sequences, as well as due to the fact that in the method for producing transgenic plants by cocultivation of their protoplasts with recombinant plasmid DNA, cocultivation is carried out using recombinant plasmid DNA pGBP450f linearized by hydrolysis of the Bsp120I restriction endonuclease at the unique 5CC-GG site.

Известно, что в коре надпочечников быка экспрессируется белок P450XIA1, который катализирует начальную лимитирующую стадию стероидогенеза - отщепление боковой цепи холестерина и превращение его в прегненолон [Ann. Rev. Biochem., 1987, V.56, Р.945-993].It is known that the protein P450XIA1 is expressed in the cortex of the bull’s adrenal cortex, which catalyzes the initial limiting stage of steroidogenesis — cleavage of the side chain of cholesterol and its transformation into pregnenolone [Ann. Rev. Biochem., 1987, V.56, P.945-993].

Для осуществления заявленного изобретения из коры надпочечников быка вначале выделяют суммарную РНК, а затем из нее - фракцию мРНК. Используя полученный препарат мРНК в качестве матрицы, с помощью обратной транскрипции на ней синтезируют двухцепочечные кДНК, которые далее используют для создания кДНК клонотеки. При помощи гибридизации с радиоактивно меченным зондом, сконструированным на основе известной аминокислотной последовательности цитохрома P450XIA1, отбирают клоны, несущие последовательность гена CYP11A1 из коры надпочечников быка. Фрагмент, представляющий собой полноразмерную кДНК незрелого P450XIA1 и содержащий собственный инициирующий кодон, клонируют в векторе pDH51 под контролем 35S промотора. Из полученного промежуточного вектора с помощью эндонуклеаз рестрикции вырезают кассету, содержащую 35S промотор, кДНК гена цитохрома P450XIA1 (P450scc) и терминатор. Данную кассету встраивают в вектор pGreen0229. Отбирают векторы, содержащие кассету в ориентации “голова к хвосту” (pGBP450f) и “хвост к хвосту” (pGBP450b) по отношению к гену bar под контролем nos промотора, который присутствует в векторе pGreen0229 изначально. Для трансформации растений табака методом кокультивации протопластов используют ДНК векторов, линеаризованную с помощью эндонуклеаз рестрикции. Отбор трансформантов проводят на селективных средах. Наличие встроенных генов определяют методами полимеразной цепной реакции (ПЦР) и гибридизации по Саузерну. Устойчивость растений к фитопатогенам определяют стандартными методиками.To implement the claimed invention, total RNA is first isolated from the bark of the adrenal cortex, and then the mRNA fraction is isolated from it. Using the obtained mRNA preparation as a template, double-stranded cDNAs are synthesized using reverse transcription on it, which are then used to create clonotheque cDNAs. By hybridization with a radiolabeled probe constructed on the basis of the known amino acid sequence of cytochrome P450XIA1, clones carrying the CYP11A1 gene sequence from bovine adrenal cortex are selected. The fragment, which is a full-sized cDNA of immature P450XIA1 and containing its own initiation codon, is cloned in the pDH51 vector under the control of the 35S promoter. Using the restriction endonucleases, a cassette containing the 35S promoter, cDNA of the cytochrome P450XIA1 gene (P450scc) and terminator is cut from the obtained intermediate vector. This cassette is embedded in the vector pGreen0229. Vectors containing a head-to-tail cassette (pGBP450f) and tail-to-tail (pGBP450b) with respect to the bar gene under the control of the nos promoter, which was present in the pGreen0229 vector initially, were selected. For the transformation of tobacco plants by the method of protoplast cocultivation, DNA vectors linearized by restriction endonucleases are used. The selection of transformants is carried out on selective media. The presence of embedded genes is determined by polymerase chain reaction (PCR) and Southern hybridization. Plant resistance to phytopathogens is determined by standard methods.

Последовательность выделенной нами кДНК гена CYP11A1 из коры надпочечников быка (1754 п.о.), использованной в дальнейшем для создания рекомбинантной плазмиды для ее экспрессии в растениях, приведена на фиг. 1.The sequence of the CYP11A1 gene cDNA isolated from bovine adrenal cortex (1754 bp), which was subsequently used to create a recombinant plasmid for its expression in plants, is shown in FIG. 1.

Использование плазмиды pGBP450f, описанной в данном изобретении, позволяет достаточно простым путем вводить кДНК гена CYP11A1 из коры надпочечников быка в геном растений для создания линий и сортов растений с более интенсивным ростом и с повышенной устойчивостью к фитопатогенам, чем исходная нетрансформированная форма.The use of the plasmid pGBP450f described in this invention allows a fairly simple way to introduce CYP11A1 gene cDNA from bovine adrenal cortex into the plant genome to create plant lines and varieties with more intensive growth and increased resistance to phytopathogens than the original non-transformed form.

Изобретение иллюстрируют следующие примеры.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1. Клонирование полноразмерной кДНК гена CYP11A1 из коры надпочечников быка.Example 1. Cloning of a full-sized cDNA of the CYP11A1 gene from bovine adrenal cortex.

Тотальную клеточную РНК выделяют из коры надпочечников быка гуанидинтиоцианатным методом [Biochemistry. 1979. V.18. Р.5294-5299]. 20 г ткани замораживают в жидком азоте и растирают до порошкообразного состояния, проводят экстракцию 40 мл лизирующего буфера следующего состава: 50 мМ трис-гидрохлорид, рН 7,6, 25 мМ ЭДТА (этилендиаминотетрауксусная кислота), 0,07 мМ 2-меркаптоэтанол, 2% N-лаурилсаркозил. Полученный лизат трижды экстрагируют смесью фенол/хлороформ/изоамиловый спирт (200:200:4) до исчезновения интерфазы. Фазы разделяют центрифугированием 5 мин 5000 об/мин. Из водной фазы РНК осаждают 3 М ацетатом натрия (рН 6,05) в течение ночи в ледяной бане. Полученный осадок собирают центрифугированием, растворяют в ТЕ-буфере (0,05 мМ трис-гидрохлорид, рН 7,5, 0,01 мМ ЭДТА) и осаждают этанолом в присутствии 0,3 М хлористого натрия.Total cellular RNA is isolated from bovine adrenal cortex by the guanidine thiocyanate method [Biochemistry. 1979.V.18. P.5294-5299]. 20 g of tissue is frozen in liquid nitrogen and triturated to a powder state, 40 ml of lysis buffer is extracted with the following composition: 50 mM Tris-hydrochloride, pH 7.6, 25 mM EDTA (ethylenediaminetetraacetic acid), 0.07 mM 2-mercaptoethanol, 2 % N-laurylsarcosyl. The resulting lysate was extracted three times with phenol / chloroform / isoamyl alcohol (200: 200: 4) until the interphase disappeared. The phases are separated by centrifugation for 5 minutes 5000 rpm. From the aqueous phase, RNA was precipitated with 3 M sodium acetate (pH 6.05) overnight in an ice bath. The resulting precipitate was collected by centrifugation, dissolved in TE buffer (0.05 mm Tris hydrochloride, pH 7.5, 0.01 mm EDTA) and precipitated with ethanol in the presence of 0.3 M sodium chloride.

Качество полученного препарата РНК исследуют методом гель-электрофореза в агарозном геле в присутствии формальдегида. Пробы растворяют в 20 мкл денатурирующего буфера следующего состава: 3 мкл 36% формальдегида, 7 мкл формамида концентрированного и 8 мкл буфера для электрофореза (фосфоацетатный буфер). РНК прогревают в течение 5 мин при 65°С и вносят в лунки 0,8% агарозного геля, приготовленного на электродном буфере, содержащем 1.1 М формальдегид. Гель окрашивают бромистым этидием (0,5 мкг/мл) и фотографируют в ультрафиолете.The quality of the obtained RNA preparation is investigated by agarose gel electrophoresis in the presence of formaldehyde. Samples are dissolved in 20 μl of denaturing buffer of the following composition: 3 μl of 36% formaldehyde, 7 μl of concentrated formamide and 8 μl of electrophoresis buffer (phosphoacetate buffer). RNA is heated for 5 min at 65 ° C and introduced into the wells of 0.8% agarose gel prepared on an electrode buffer containing 1.1 M formaldehyde. The gel is stained with ethidium bromide (0.5 μg / ml) and photographed in ultraviolet light.

Препарат поли(А)+-PHK получают хроматографией на олиго(dТ)-целлюлозе [PNAS. 1972. V.69. Р.1408-1412]. Спиртовой осадок РНК растворяют в 10 мл 0,01 М трис-гидрохлорида (рН 7,5), содержащем 0,5 М хлорид калия и наносят на колонку с олиго((dТ)-целлюлозой. Колонку промывают 10 объемами раствора 0,5 М хлорида калия. РНК элюируют раствором 0,01 М трис-гидрохлорида, рН 7,5.The preparation of poly (A) + -PHK is obtained by chromatography on oligo (dT) -cellulose [PNAS. 1972. V.69. P.1408-1412]. The RNA alcohol precipitate is dissolved in 10 ml of 0.01 M tris hydrochloride (pH 7.5) containing 0.5 M potassium chloride and applied to a column of oligo ((dT) cellulose. The column is washed with 10 volumes of a 0.5 M solution potassium chloride RNA is eluted with a solution of 0.01 M Tris hydrochloride, pH 7.5.

На выделенной поли(А)+-PHK синтезируют двухцепочечную кДНК; далее ее встраивают с помощью соответствущего полилинкера в ДНК плазмидного вектора pUC 13 по EcoRI-сайту. Отобранные на селективной среде белые колонии (рекомбинантные клоны) анализируют методом гибридизации на фильтрах с 32Р-меченным олигонуклеотидным зондом, комплементарным как экстрапептиду, так и началу зрелого фермента P450XIA1. Радиоактивную метку вводят в зонд методом ник-трансляции, который включает две ферментативные реакции: введение в ДНК с помощью ДНКазы I случайно распределенных однонитевых разрывов (ников) с дальнейшим их расширением и одновременной достройкой с помощью ДНК-полимеразы I E. coli. Комплементарный олигонуклеотид инкубируют в смеси следующего состава: 0,05 М трис-гидрохлорида (рН 7,5), 5 мМ хлорида магния, 10 мМ 2-меркаптоэтанол, 50 мкг/мл бычьего сывороточного альбумина, ДНК (примерно 0,1 мкг), все дезоксинуклеозидтрифосфаты (dATP, dGTP, dTTP, dCTP), в присутствии ДНКазы I и ДНК-полимеразы I E. coli (+15°С, 30 мин). Меченый зонд выделяют из реакционной смеси на колонке с сефадексом G-50.Double-stranded cDNA is synthesized on the isolated poly (A) + -PHK; it is then inserted using the appropriate polylinker into the DNA of plasmid vector pUC 13 at the EcoRI site. Selected on a selective medium white colonies (recombinant clones) are analyzed by hybridization on filters with a 32 P-labeled oligonucleotide probe, complementary to both the extrapeptide and the start of the mature P450XIA1 enzyme. The radioactive label is introduced into the probe by nick translation, which includes two enzymatic reactions: introduction of randomly distributed single-strand breaks (nicks) into DNA using DNAse I, with their further expansion and simultaneous completion with E. coli DNA polymerase I. A complementary oligonucleotide is incubated in a mixture of the following composition: 0.05 M Tris hydrochloride (pH 7.5), 5 mM magnesium chloride, 10 mM 2-mercaptoethanol, 50 μg / ml bovine serum albumin, DNA (approximately 0.1 μg), all deoxynucleoside triphosphates (dATP, dGTP, dTTP, dCTP), in the presence of DNase I and E. coli DNA polymerase I (+ 15 ° C, 30 min). A labeled probe was isolated from the reaction mixture on a Sephadex G-50 column.

Соответствие клонированной последовательности кДНК гена CYP11A1 подтверждают посредством частичного секвенирования и рестрикционного анализа, а также гибридизацией с геномной ДНК быка по Саузерну (J. Mol. Biol. 1975. V.98. Р.503-517). Полученная кДНК кодирует белок-предшественник P450XIA1, состоящий из 520 аминокислотных остатков (а.о.), на NН2-конце которого содержится экстрапетид (39 а.о.), обусловливающий способность белка проникать через митоходриальную мембрану, где он подвергается процессингу и приобретает каталитическую активность. Плазмида, несущая кДНК гена белка P450XIA1, названа pUC13-P450XIAl.Correspondence of the cloned cDNA sequence of the CYP11A1 gene is confirmed by partial sequencing and restriction analysis, as well as hybridization with the bovine genomic DNA according to Southern (J. Mol. Biol. 1975. V.98. P.503-517). The resulting cDNA encodes a precursor protein P450XIA1, consisting of 520 amino acid residues (a.a.), at the NH 2 end of which contains an extrapetid (39 a.a.), which determines the ability of the protein to penetrate the mitochondrial membrane, where it is processed and acquires catalytic activity. The plasmid carrying the cDNA of the P450XIA1 protein gene is named pUC13-P450XIAl.

PvuII-PvuII фрагмент кДНК CYP11A1 из pUC13-P450XIAl переклонируют по РvuII-сайту в плазмидный вектор pDSl. Плазмиды pUC13-P450XIAl и pDSl обрабатывают эндонуклеазой рестрикции PvuII в условиях, рекомендованных фирмой-производителем ("Сибэнзим", Новосибирск) при четырехкратном избытке фермента. Реакцию проводят в объеме 25-50 мкл 2 ч при 37°С. Инкубационную смесь далее экстрагируют смесью фенол/хлороформ (1:1) рН 8,0, ДНК осаждают двумя объемами этилового спирта в присутствии 0,1 М хлорида натрия в ледяной бане и собирают центрифугированием в течение 10 мин при 5000 об/мин. Осадок растворяют в однократном трис-боратном буфере, фрагменты рестрикции разделяют при помощи агарозного гель-электрофореза в этом же буфере [Молекулярное клонирование. - М.: Мир, 1984. С.240-242].The PvuII-PvuII fragment of CYP11A1 cDNA from pUC13-P450XIAl is cloned at the PvuII site into the plasmid vector pDSl. Plasmids pUC13-P450XIAl and pDSl are treated with PvuII restriction endonuclease under the conditions recommended by the manufacturer (Sibenzyme, Novosibirsk) with a four-fold excess of the enzyme. The reaction is carried out in a volume of 25-50 μl for 2 hours at 37 ° C. The incubation mixture was further extracted with phenol / chloroform (1: 1) pH 8.0, the DNA was precipitated with two volumes of ethyl alcohol in the presence of 0.1 M sodium chloride in an ice bath and collected by centrifugation for 10 min at 5000 rpm. The precipitate is dissolved in a single Tris-borate buffer, restriction fragments are separated by agarose gel electrophoresis in the same buffer [Molecular Cloning. - M .: Mir, 1984. S.240-242].

Разделенные фрагменты ДНК выделяют из геля посредством электроэлюции. Электрофоретические зоны, содержащие нужные фрагменты, вырезают из геля, помещают в диализные мешки и подвергают электроэлюции в однократном трис-боратном буфере при напряжении 80V в течение 1 ч. Элюат экстрагируют смесью фенол/хлороформ (1:1) и очищают на микроколонке с сефадексом G-50 в ТЕ-буфере, осаждают этиловым спиртом и проверяют гель-электрофорезом в агарозе. Лигирование проводят при стандартных условиях: 12 ч при +15°С при пятикратном избытке вставки по отношению к векторному фрагменту [Молекулярное клонирование. - М.: Мир, 1984. С.240-242]. Полученной лигазной смесью трансформируют клетки Е. coli JM109. Трансформацию проводят с применением CaCl2 [Молекулярное клонирование. - М.: Мир, 1984. С.240-242]. Из устойчивых к ампициллину рекомбинантных клонов выделяют плазмидную ДНК по методу Бирнбойма и Долли [Nucleic Acids Res. 1979. V.7, Р.1513-1517]. Трансформированные клетки Е. coli JM109 выращивают в жидкой среде YT с ампициллином (100 мкг/мл), содержащей 5 г NaCl (о.с.ч.), 8 г триптона ("Difco", США), 5 г дрожжевого экстракта ("Difco", США) в течение ночи при 37°С. Клетки (10 мл культуры) осаждают центрифугированием 3000 об/мин 20 мин, ресуспендируют в 200 мкл буфера следующего состава: 25 мМ трис-гидрохлорида рН 8,0, 50 мМ глюкозы, 20 мМ ЭДТА, 2 мг/мл лизоцима ("Sigma", США), затем добавляют 200 мкл раствора 0,2 N NaOH с 1% SDS, инкубируют до полного просветления суспензии в ледяной бане. Добавляют 150 мкл 3 М ацетата натрия рН 4,8, перемешивают и удаляют осадок центрифугированием (20 мин, 3000 об/мин). ДНК из супернатанта осаждают двумя объемами этилового спирта, осадок растворяют в 0,3 М ацетате натрия (рН 6,0) и осаждают двумя объемами этилового спирта. Осадок, собранный центрифугированием, растворяют в ТЕ-буфере. Физическое картирование полученной рекомбинантной ДНК проводят с помощью эндонуклеаз рестрикции PvuII, КрnI, BamHI, SphI.Separated DNA fragments are isolated from the gel by electroelution. Electrophoretic zones containing the desired fragments are cut out of the gel, placed in dialysis bags and subjected to electroelution in a single Tris-borate buffer at a voltage of 80 V for 1 h. The eluate is extracted with a phenol / chloroform mixture (1: 1) and purified on a micro column with Sephadex G -50 in TE buffer, precipitated with ethyl alcohol and checked by agarose gel electrophoresis. Ligation is carried out under standard conditions: 12 hours at + 15 ° C with a five-fold excess of the insert relative to the vector fragment [Molecular cloning. - M .: Mir, 1984. S.240-242]. The obtained ligase mixture transform cells of E. coli JM109. The transformation is carried out using CaCl 2 [Molecular cloning. - M .: Mir, 1984. S.240-242]. Plasmid DNA was isolated from ampicillin-resistant recombinant clones by the method of Birnboim and Dolly [Nucleic Acids Res. 1979. V.7, P.1513-1517]. Transformed E. coli JM109 cells were grown in YT liquid medium with ampicillin (100 μg / ml) containing 5 g of NaCl (rh), 8 g of tryptone (Difco, USA), 5 g of yeast extract (" Difco ", USA) overnight at 37 ° C. Cells (10 ml of culture) are pelleted by centrifugation at 3000 rpm for 20 minutes, resuspended in 200 μl of the following composition: 25 mM Tris hydrochloride pH 8.0, 50 mM glucose, 20 mM EDTA, 2 mg / ml lysozyme (Sigma , USA), then 200 μl of a solution of 0.2 N NaOH with 1% SDS are added, incubated until the suspension is completely clarified in an ice bath. Add 150 μl of 3 M sodium acetate pH 4.8, mix and remove the precipitate by centrifugation (20 min, 3000 rpm). DNA from the supernatant is precipitated with two volumes of ethyl alcohol, the precipitate is dissolved in 0.3 M sodium acetate (pH 6.0) and precipitated with two volumes of ethyl alcohol. The precipitate collected by centrifugation was dissolved in TE buffer. Physical mapping of the resulting recombinant DNA is carried out using restriction endonucleases PvuII, KpnI, BamHI, SphI.

Пример 2. Получение плазмидной ДНК (плазмиды) pGBP450f.Example 2. Obtaining plasmid DNA (plasmid) pGBP450f.

Удобным вектором для молекулярно-генетических манипуляций является плазмида pDH51. Она является производной плазмиды pUC18 и содержит в своем составе промотор и терминатор вируса мозаики цветной капусты [NAR. 1986. V.14. Р.5857-5868]. Между промотором и терминатором находятся сайты узнавания некоторых широко используемых рестриктаз (SmaI, ВаmHI, XbaI, SalI, PstI, SphI). Удобным является также и то, что экспрессирующую кассету можно вырезать из вектора с помощью сразу нескольких рестриктаз (EcoRI, NcoI, SstI, HindIII). Вектор является многокопийным и несет ген устойчивости к ампициллину. A convenient vector for molecular genetic manipulation is the plasmid pDH51. It is a derivative of plasmid pUC18 and contains the promoter and terminator of the cauliflower mosaic virus [NAR. 1986. V.14. P.5857-5868]. Between the promoter and the terminator there are recognition sites for some commonly used restriction enzymes (SmaI, BamHI, XbaI, SalI, PstI, SphI). It is also convenient that the expression cassette can be cut from the vector using several restriction enzymes (EcoRI, NcoI, SstI, HindIII). The vector is multi-copy and carries the ampicillin resistance gene.

Полученная конструкция pDHP450scc является удобной при создании векторов, предназначенных для переноса гена CYP11A1 в геном растений, т.к. в ее последовательности удобно расположены сайты узнавания эндонуклеаз рестрикции, что позволяет легко вырезать кассету с геном CYP11A1 для переклонирования в других плазмидах.The resulting pDHP450scc construct is convenient for creating vectors designed to transfer the CYP11A1 gene to the plant genome, because in its sequence, restriction endonuclease recognition sites are conveniently located, which makes it easy to cut out the CYP11A1 gene cassette for cloning in other plasmids.

Для создания вектора pDHP450scc ДНК плазмиды pDH51 гидролизуют эндонуклеазой рестриции SmaI при 30°С в буфере, содержащем 33 мМ трис-ацетат (рН 7,9 при 37°С), 10 мМ ацетат магния, 66 мМ ацетат калия, 0,1 мг/мл бычьего сывороточного альбумина. Затем после тепловой инактивации рестриктазы ДНК вектора дефосфорилируют инкубацией с 1 единицей щелочной фосфатазы при 37°С. Продукты реакций разделяют в 1% агарозном геле, содержащем 0,5 мкг/мл бромистого этидия. Фрагмент геля, содержащий линеаризованный вектор, вырезают с помощью скальпеля, затем из него с использованием процедуры замораживания-оттаивания выделяют ДНК. После очистки путем экстракции смесью фенол-хлороформ ДНК вектора лигируют с PvuII-фрагментом, содержащим полноразмерную кДНК гена цитохрома P450scc быка. Реакцию лигирования проводят в течение ночи при 16°С с помощью ДНК лигазы фага Т4. Лигированную ДНК используют для трансформации штамма DH5α (генотип thi-1; hsdR17; gyrA96; recA1; endAl; glnV44; relAl; phi80dlacZdelM15; phoA8; lambda-) no стандартной методике с использованием хлорида кальция (см. пример 1). Трансформированные клетки отбирают на агаризованной среде LB, содержащей 100 мкг/мл ампициллина. Для проверки наличия плазмиды отдельные колонии отсевают в пробирку с 4 мл LB с ампициллином. Плазмидную ДНК выделяют, как было описано выше. Полученные препараты анализируют с помощью эндонуклеаз рестрикции. Отбирают плазмиду, содержащую вставку последовательности, которая кодирует цитохром P450scc быка. Проверяют правильность ориентации вставки с помощью рестрикции.To create the pDHP450scc vector, plasmid pDH51 DNA is hydrolyzed with a SmaI restriction endonuclease at 30 ° C in a buffer containing 33 mM Tris acetate (pH 7.9 at 37 ° C), 10 mM magnesium acetate, 66 mM potassium acetate, 0.1 mg / ml of bovine serum albumin. Then, after thermal inactivation of the restriction enzyme, the DNA of the vector is dephosphorylated by incubation with 1 unit of alkaline phosphatase at 37 ° C. The reaction products are separated on a 1% agarose gel containing 0.5 μg / ml ethidium bromide. A gel fragment containing a linearized vector is excised with a scalpel, then DNA is isolated from it using the freeze-thaw procedure. After purification by extraction with a phenol-chloroform mixture, the DNA of the vector is ligated with the PvuII fragment containing the full-length cDNA of the bovine cytochrome P450scc gene. The ligation reaction is carried out overnight at 16 ° C using T4 phage ligase DNA. The ligated DNA is used to transform strain DH5α (genotype thi-1; hsdR17; gyrA96; recA1; endAl; glnV44; relAl; phi80dlacZdelM15; phoA8; lambda-) using the standard method using calcium chloride (see example 1). Transformed cells were selected on LB agar medium containing 100 μg / ml ampicillin. To check for the presence of the plasmid, individual colonies are plated in a tube with 4 ml LB with ampicillin. Plasmid DNA is isolated as described above. The resulting preparations are analyzed using restriction endonucleases. A plasmid containing an insert of a sequence that encodes bovine cytochrome P450scc is selected. Check the insert orientation using restriction.

При конструировании вектора для переноса последовательности кДНК гена цитохрома P450scc быка в растения была использована плазмида pGreen0229, которая представляет собой удобный вектор для трансформации растений [Plant Molecular Biology. 2000. V.42. Р.819-832]. Она содержит под контролем nos-промотора ген фосфинотрицин-ацетил-трансферазы (ген bar), который обуславливает устойчивость к фосфинотрицину. В векторе также имеется удобный для клонирования полилинкер, ген устойчивости к канамицину для отбора в бактериях, участок начала репликации (ori) из плазмиды широкого круга хозяев pSa, что позволяет поддерживать плазмиду не только в Escherichia coli, но и в Agrobacterium tumefaciens. Ген bar и полилинкер фланкированы участками RB и LB, необходимыми для агробактериальной трансформации.When constructing a vector for transfer of the bovine cytochrome P450scc gene cDNA sequence into plants, plasmid pGreen0229 was used, which is a convenient vector for plant transformation [Plant Molecular Biology. 2000. V. 42. P.819-832]. It contains, under the control of the nos promoter, the phosphinotricin acetyl transferase gene (bar gene), which causes resistance to phosphinotricin. The vector also contains a polylinker convenient for cloning, a kanamycin resistance gene for selection in bacteria, a site of replication onset (ori) from the plasmid of a wide range of pSa hosts, which allows the plasmid to be maintained not only in Escherichia coli, but also in Agrobacterium tumefaciens. The bar gene and polylinker are flanked by the RB and LB sites necessary for agrobacterial transformation.

Плазмиды pGreen0229 и pDHP450scc гидролизуют эндонуклеазой рестрикции ЕсоRI при 37°С в буфере, содержащем 10 мМ трис-НСl (рН 8,5), 10 мМ хлорид магния, 100 мМ хлорид калия, 0,1 мг/мл бычьего сывороточного альбумина. После тепловой инактивации рестриктазы ДНК вектора pGreen0229 дефосфорилируют с помощью 1 единицы щелочной фосфатазы в той же реакционной смеси. Очистку фрагментов в агарозном геле, лигирование и трансформацию проводят так же, как было описано выше. Отбор трансформантов проводят на агаризованной среде LB, содержащей 50 мкг/мл канамицина. После выделения плазмидной ДНК по методу щелочного лизиса ее анализируют с помощью эндонуклеаз рестрикции. Отбирают клоны, содержащие плазмиды со вставками в ориентации “голова к хвосту” (pGBP450f) и “хвост к хвосту” (pGBP450b) по отношению к гену bar под контролем nos-промотора [Молекулярное клонирование. М.: Мир, 1984]. Схема полученной конструкции представлена на фиг. 2.Plasmids pGreen0229 and pDHP450scc are hydrolyzed with an EcoRI restriction endonuclease at 37 ° C in a buffer containing 10 mM Tris-Hcl (pH 8.5), 10 mM magnesium chloride, 100 mM potassium chloride, 0.1 mg / ml bovine serum albumin. After thermal inactivation of the restriction enzyme, the DNA of the vector pGreen0229 is dephosphorylated with 1 unit of alkaline phosphatase in the same reaction mixture. Purification of fragments on an agarose gel, ligation and transformation are carried out in the same way as described above. Transformants were selected on LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin. After isolation of plasmid DNA by alkaline lysis, it is analyzed using restriction endonucleases. Clones containing plasmids with inserts in the “head to tail” (pGBP450f) and “tail to tail” (pGBP450b) orientations with respect to the bar gene under the control of the nos promoter are selected [Molecular Cloning. M .: Mir, 1984]. A diagram of the resulting structure is shown in FIG. 2.

Пример 3. Трансформация растений с использованием плазмидной ДНК pGBP450f и анализ включения кДНК гена CYP11A1 в геном трансформированных растений и ее экспрессии в них.Example 3. Transformation of plants using plasmid DNA pGBP450f and analysis of the inclusion of cDNA of the CYP11A1 gene in the genome of transformed plants and its expression in them.

Подготовку ДНК плазмид pGreen0229 (пустой вектор) и pGBP450f (содержит нужный ген) для трансформации проводят следующим образом. ДНК выделяют из штамма Е. coli DH5α [pGBP450f] по методике, указанной в примере 1, в пересчете на больший объем. Для трансформации выделенную и очищенную плазмиду вначале линеаризуют с помощью соответствующей эндонуклеазы рестрикции. Вектор pGBP450f, который содержит последовательность гена CYP11A1 под контролем 35S промотора вируса мозаики цветной капусты линеаризуют путем гидролиза эндонуклеазой рестрикции Вsp 120I при 37°С в буфере, содержащем 10 мМ трис-НСl (рН 7,5 при 37°С), 10 мМ хлорид магния, 0,1 мг/мл бычьего сывороточного альбумина. Для плазмиды pGreen0229 используют гидролиз рестриктазой HindIII при 37°С в буфере, содержащем 10 мМ трис-НСl (рН 8,5 при 37°С), 10 мМ хлорид магния, 100 мМ хлорид калия, 0,1 мг/мл бычьего сывороточного альбумина. Обработанные плазмиды (2-3 мкл) разделяют в 0,8% агарозном геле для подтверждения полноты рестрикции. ДНК плазмид осаждают этанолом, промывают 75% этанолом и высушивают в стерильном потоке воздуха. Плазмиду растворяют в стерильной дистиллированной воде, концентрацию доводят до 1 мкг/мкл.DNA preparation of plasmids pGreen0229 (empty vector) and pGBP450f (contains the desired gene) for transformation is carried out as follows. DNA is isolated from E. coli strain DH5α [pGBP450f] according to the procedure described in example 1, in terms of a larger volume. For transformation, the isolated and purified plasmid is first linearized using the appropriate restriction endonuclease. The pGBP450f vector, which contains the CYP11A1 gene sequence under the control of the 35S promoter of the cauliflower mosaic virus, is linearized by hydrolysis with restriction endonuclease Bsp 120I at 37 ° C in a buffer containing 10 mM Tris-Hcl (pH 7.5 at 37 ° C), 10 mM chloride magnesium, 0.1 mg / ml bovine serum albumin. For plasmid pGreen0229, HindIII restriction enzyme hydrolysis was used at 37 ° C in a buffer containing 10 mM Tris-Hcl (pH 8.5 at 37 ° C), 10 mM magnesium chloride, 100 mM potassium chloride, 0.1 mg / ml bovine serum albumin . Treated plasmids (2-3 μl) were separated on a 0.8% agarose gel to confirm complete restriction. Plasmid DNA was precipitated with ethanol, washed with 75% ethanol and dried in a sterile air stream. The plasmid is dissolved in sterile distilled water, the concentration is adjusted to 1 μg / μl.

Получение трансгенных растений проводят на растениях табака. Могут быть использованы и другие двудольные и однодольные растения.Obtaining transgenic plants is carried out on tobacco plants. Other dicotyledonous and monocotyledonous plants can be used.

Для трансформации используют асептическую культуру линии табака Nicotiana tabacum cv. petit Havana SRI. Табак культивируют при 24/18°С, 16/8-часовом фотопериоде, освещенности порядка 2000-3000 лк.For transformation, an aseptic culture of the Nicotiana tabacum cv tobacco line is used. petit Havana SRI. Tobacco is cultivated at 24/18 ° C, a 16/8-hour photoperiod, illumination of the order of 2000-3000 lux.

Для трансформации используют листья 6-8-недельных растений табака, выросших в стерильных условиях. Листья нарезают в растворе фермента и оставляют для выделения протопластов на 16-18 ч при температуре 24°С в темноте. Выделение протопластов осуществляют в ферментативном растворе следующего состава: 0,4 М среда К3 (макросоли К3, микросоли В5, хелатирующий агент, витамины К3, ксилоза, сахароза, 2,4 D, НУК, БАП (рН 5,8), агароза “Sea plag”), целлюлаза R-10, мацерозим R-10, рН 5,6.For transformation use the leaves of 6-8-week-old tobacco plants grown under sterile conditions. The leaves are cut in an enzyme solution and left to isolate protoplasts for 16-18 hours at a temperature of 24 ° C in the dark. Isolation of protoplasts is carried out in an enzymatic solution of the following composition: 0.4 M K3 medium (K3 macro salts, B5 micro salts, chelating agent, vitamins K3, xylose, sucrose, 2.4 D, NAA, BAP (pH 5.8), Sea agarose plag ”), cellulase R-10, macerozyme R-10, pH 5.6.

На следующий день смесь фермента с протопластами фильтруют через металлическую сеточку диаметром 100 мкм. Остатки тканей дополнительно промывают средой К4 (макросоли К3, микросоли В5, хелатирующий агент, витамины К3, ксилоза, сахароза, 2,4 D, НУК, БАП, рН 5,8) для полного выделения оставшихся протопластов. На протопласты наслаивают среду W5 (NaCl, СаСl2, КСl, глюкоза, рН 5,8) и центрифугируют 10 мин при 80g. Хорошие протопласты собирают из интерфазы и дважды отмывают от фермента в среде W5, центрифугируя по 5 мин при 70g. Проводят подсчет общего количества протопластов в W5-среде. Для этого 100 мкл протопластов растворяют в 900 мкл среды W5, отбирают 10 мкл суспензии и подсчитывают жизнеспособные протопласты в гематоцитометре.The next day, the mixture of the enzyme with protoplasts is filtered through a metal mesh with a diameter of 100 μm. The remaining tissue is additionally washed with K4 medium (K3 macro salts, B5 micro salts, chelating agent, vitamins K3, xylose, sucrose, 2.4 D, NAA, BAP, pH 5.8) to completely isolate the remaining protoplasts. W5 medium (NaCl, CaCl 2 , KCl, glucose, pH 5.8) is layered on protoplasts and centrifuged for 10 min at 80g. Good protoplasts are collected from interphase and washed twice from the enzyme in W5 medium, centrifuged for 5 min at 70g. The total number of protoplasts in the W5 medium is counted. To do this, 100 μl of protoplasts are dissolved in 900 μl of W5 medium, 10 μl of a suspension are taken and viable protoplasts are counted in a hematocytometer.

Протопласты инкубируют в термостате 30 мин при 24°С, центрифугируют в течение 5 мин при 70g, полностью удалив при этом среду W5, и ресуспендируют в среде МММ (манитол, MgCl2, MES, рН 5,6.) для получения 1000000 протопластов в 0,7 мл раствора. К протопластам (~1 млн. на вариант) добавляют линеаризованную плазмиду (10 мкг), тимусную ДНК-носитель (40 мкг) и полиэтиленгликоль (0,7 мл). Через 15-20 мин проводят отмывку в среде W5. После центрифугирования при 70g в течение 5 мин удаляют надосадочную жидкость, и протопласты ресуспендируют в 0,5 мл среды К3. Протопласты запаивают в среду К3, содержащую 0,6% агарозы (Sea Plaque). Культивирование запаянных протопластов проводят при 24°С в течение 1 суток в темноте, затем при 24/18°С, 16/8-часовом фотопериоде, освещенности порядка 500 лк (рассеянный свет) в течение 5 суток. Колонии из трансформированных протопластов прорастают через 5-6 недель при 24/18°С, 16/8-часовом фотопериоде, освещенности порядка 500 лк в среде A-med (макросоли A-med, микросоли В5, витамины КЗ, НУК, БАП, сахароза, манитол, рН 5,6) с селективным агентом фосфинотрицином (РРТ) 20 мкг/мл. Культивирование колоний для каллусообразования и регенерации проводят при 24/18°С, 16/8-часовом фотопериоде и освещенности порядка 2000-3000 лк.Protoplasts are incubated in an incubator for 30 min at 24 ° C, centrifuged for 5 min at 70 g, completely removing W5 medium, and resuspended in MMM medium (mannitol, MgCl 2 , MES, pH 5.6.) To obtain 1,000,000 protoplasts in 0.7 ml of solution. A linearized plasmid (10 μg), a thymic DNA carrier (40 μg) and polyethylene glycol (0.7 ml) are added to protoplasts (~ 1 million per variant). After 15-20 minutes, washing is carried out in W5 medium. After centrifugation at 70g for 5 min, the supernatant was removed and the protoplasts resuspended in 0.5 ml of K3 medium. Protoplasts are sealed in K3 medium containing 0.6% agarose (Sea Plaque). Cultivation of sealed protoplasts is carried out at 24 ° C for 1 day in the dark, then at 24/18 ° C, a 16/8-hour photoperiod, illumination of about 500 lux (scattered light) for 5 days. Colonies from transformed protoplasts germinate after 5-6 weeks at 24/18 ° C, a 16/8 hour photoperiod, illumination of about 500 lux in A-med medium (A-med macrosalts, B5 microsalt, KZ vitamins, NAA, BAP, sucrose , mannitol, pH 5.6) with a selective agent phosphinotricin (PPT) of 20 μg / ml. Cultivation of colonies for callus formation and regeneration is carried out at 24/18 ° C, a 16/8 hour photoperiod and illumination of the order of 2000-3000 lux.

Спустя 5-6 недель, когда колонии достигают размера 2-3 мм в диаметре, их переносят на среду MS-morpho (макросоли MS, микросоли В5, хелатирующие агенты, CaCl2, БАП, НУК, рН 5,6) с 0,6% агаром для каллусообразования и регенерации растений. Эффективность трансформации конструкциями pGBP450f и pGreen0229 - 32 независимых растения на 1000000 протопластов. Проростки размером 3-4 см пересаживают на среду T-med для укоренения. Укоренившиеся растения высаживают в почву для дальнейшего молекулярно-генетического, морфологического и патофизиологического анализов.After 5-6 weeks, when the colonies reach a size of 2-3 mm in diameter, they are transferred to MS-morpho medium (MS macro salts, B5 micro salts, chelating agents, CaCl 2 , BAP, NAA, pH 5.6) with 0.6 % agar for callus formation and plant regeneration. The transformation efficiency of the pGBP450f and pGreen0229 constructs is 32 independent plants per 1,000,000 protoplasts. Seedlings 3-4 cm in size are transplanted onto a T-med medium for rooting. Rooted plants are planted in the soil for further molecular genetic, morphological and pathophysiological analyzes.

Первичный отбор растений проводят по результатам теста на устойчивость к фосфинотрицину. Растения, укоренившиеся в почве, обрабатывают гербицидом фосфинотрицином в концентрации 40 и 80 мг/л для проверки наличия экспрессии гена bar.The primary selection of plants is carried out according to the results of a test for resistance to phosphinotricin. Plants rooted in the soil are treated with the phosphinotricin 40 and 80 mg / L herbicide to check for bar gene expression.

Выделение ДНК из отобранных растений проводят следующим образом. Растительные ткани, замороженные или свежие, растирают в ступке с жидким азотом. Гомогенат заливают буфером S (100 mM tris HCl рН 8,5, 100 mM NaCl, 50 mМ EDTA рН 8,0, 2% SDS) в соотношении 1:2. После размораживания добавляют протеиназу К (10 мг/мл) прямо в ступку - 50-100 мкг на 1 мл смеси, инкубируют при 65°С 1,5-2 ч. После этого добавляют равный объем смеси фенол-хлороформ (1:1), перемешивают и центрифугируют при 4,5 тыс. оборотов в течение 20-30 мин. Снимают верхнюю фазу и переносят в новую пробирку, добавляют равный объем хлороформа, встряхивают, центрифугируют 20-30 мин при 4,5 тыс. оборотов. Верхний слой переносят в маленькие стаканчики на 50 мл, добавляют изопропанол в соотношении 0,6-0,9 V от образца. С помощью палочки накручивают ДНК до полного ее извлечения. Палочки с намотанной на них ДНК промывают 75% спиртом и сушат около 40 мин. Высушенную ДНК растворяют в 300 мкл стерильного ТЕ-буфера (10 mM Tris HC1, 1 mM EDTA, pH 8,0).Isolation of DNA from selected plants is carried out as follows. Plant tissue, frozen or fresh, is ground in a mortar with liquid nitrogen. The homogenate is poured with S buffer (100 mM tris HCl pH 8.5, 100 mM NaCl, 50 mM EDTA pH 8.0, 2% SDS) in a 1: 2 ratio. After thawing, proteinase K (10 mg / ml) is added directly to the mortar - 50-100 μg per 1 ml of the mixture, incubated at 65 ° C for 1.5-2 hours. After that, an equal volume of phenol-chloroform mixture (1: 1) is added. , mix and centrifuged at 4.5 thousand revolutions for 20-30 minutes Remove the upper phase and transfer to a new tube, add an equal volume of chloroform, shake, centrifuged for 20-30 minutes at 4.5 thousand revolutions. The upper layer is transferred into small 50 ml glasses, isopropanol is added in a ratio of 0.6-0.9 V from the sample. Using a stick, they wind the DNA until it is completely extracted. The sticks with the DNA wound on them are washed with 75% alcohol and dried for about 40 minutes. The dried DNA was dissolved in 300 μl of sterile TE buffer (10 mM Tris HC1, 1 mM EDTA, pH 8.0).

После растворения ДНК обрабатывают РНКазой в течение 45-60 мин при 37°С. Затем проводят стандартную очистку фенол-хлороформом. ДНК осаждают этанолом, промывают 80% этанолом. После того как ДНК будет высушена, ее растворяют в ТЕ-буфере. Концентрацию ДНК определяют с помощью агарозного мини-гель-электрофореза и с помощью спектрометрии.After dissolution, the DNA is treated with RNase for 45-60 minutes at 37 ° C. Then carry out a standard purification with phenol-chloroform. DNA precipitated with ethanol, washed with 80% ethanol. After the DNA is dried, it is dissolved in TE buffer. DNA concentration is determined using agarose mini-gel electrophoresis and spectrometry.

Пример 4. Фенотипический анализ трансгенных растений.Example 4. Phenotypic analysis of transgenic plants.

Анализ изменений в фенотипе bar-трансгенных клонов табака и трансгенных растений, содержащих одновременно ген bar и кДНК гена CYP11A1, проводят путем оценки и сравнения с контрольными растениями таких морфологических параметров, как скорость укоренения, высота растений, время начала цветения, продуктивность растений. Фенотипический анализ проводили независимыми наблюдателями в начале, середине и конце вегетационного периода. Результаты приведены в таблице 1; на фиг. 3 представлена фотография контрольных и трансгенных растений табака в полевых условиях. Цифрами обозначены: 1-контрольное растение табака (высота 15 см), 2-трансгенное растение табака, содержащее кДНК гена CYP11A1 (высота 72 см).Analysis of changes in the phenotype of bar-transgenic tobacco clones and transgenic plants containing both the bar gene and the cDNA of the CYP11A1 gene is carried out by assessing and comparing morphological parameters such as rooting rate, plant height, flowering start time, and plant productivity with control plants. Phenotypic analysis was performed by independent observers at the beginning, middle and end of the growing season. The results are shown in table 1; in FIG. Figure 3 shows a photograph of control and transgenic tobacco plants in the field. The numbers denote: 1-control tobacco plant (height 15 cm), 2-transgenic tobacco plant containing cDNA of the CYP11A1 gene (height 72 cm).

Figure 00000001
Figure 00000001

Трансгенные растения, содержащие кДНК гена CYP11A1, характеризуются более быстрыми процессами укоренения, более ранними сроками цветения и образования плодов (эти процессы происходят на 2 недели раньше по сравнению с контрольными растениями), более высокой продуктивностью (превосходит параметры контрольных растений в 3 раза), большей площадью листовой пластинки (больше по сравнению с контролем в 2-3 раза).Transgenic plants containing cDNA of the CYP11A1 gene are characterized by faster rooting processes, earlier flowering and fruit formation (these processes occur 2 weeks earlier compared to control plants), higher productivity (3 times higher than the parameters of control plants), more the area of the leaf blade (2-3 times more than the control).

Пример 5. Биотесты на белковых экстрактах из трансгенных растений, несущих кДНК гена CYP11A1 из коры надпочечников быка.Example 5. Biotests on protein extracts from transgenic plants carrying cDNA of the CYP11A1 gene from bovine adrenal cortex.

На устойчивость к неспецифическим патогенам пасленовых - грибку Botrytis cynerea - растения проверяют методом подсчета количества проросших спор в капле сока из листьев. Биотесты проводят следующим образом. В лунки микрокюветы наносят по 20 мкл суспензии спор Botrytis cynerea (105 спор/мл), 20 мкл неочищенных белковых экстрактов из контрольных (нетрансформированных и трансформированных пустым вектором) и трансгенных растений, содержащих исследуемый ген. Микрокюветы инкубируют в течение 24 часов при 24°С, после чего под микроскопом проводят подсчет количества проросших спор. Полученные результаты приведены в таблице 2.Plants are tested for resistance to non-specific nightshade pathogens - Botrytis cynerea fungus - by counting the number of spore germinated in a drop of juice from leaves. Biotests are carried out as follows. 20 μl of Botrytis cynerea spore suspension (10 5 spores / ml), 20 μl of crude protein extracts from control (non-transformed and transformed by an empty vector) and transgenic plants containing the studied gene are applied to the wells of the microcuvette. Microcuvettes are incubated for 24 hours at 24 ° C, after which the number of germinated spores is counted under a microscope. The results are shown in table 2.

Средние арифметические значения количества проросших спор для контрольных трансгенных (с пустым вектором) и нетрансгенных линий табаков варьируют от 80 до 96%. Для трансгенных табаков, содержащих кДНК гена CYP11A1, количество проросших спор варьирует от 7 до 21%. Эти результаты свидетельствуют о подавлении роста патогенных грибов экстрактами белка, выделенного из трансгенных растений, содержащих исследуемый ген.The arithmetic average of the number of sprouted spores for the control transgenic (with an empty vector) and non-transgenic tobacco lines vary from 80 to 96%. For transgenic tobaccos containing cDNA of the CYP11A1 gene, the number of germinated spores varies from 7 to 21%. These results indicate a suppression of the growth of pathogenic fungi with protein extracts isolated from transgenic plants containing the studied gene.

Figure 00000002
Figure 00000002

Пример 6. Биотесты на устойчивость трансгенных растений, содержащих кДНК гена CYP11A1, к грибным фитопатогенам.Example 6. Biotests for the resistance of transgenic plants containing cDNA of the CYP11A1 gene to fungal phytopathogens.

Опыты проводят на изолированных листьях трансгенных табаков, содержащих кДНК гена CYP11A1. В качестве тест-культуры используют фитопатогенные грибы вида Botrytis cynerea, вызывающие пятнистость и раннюю гниль. В провоцирующих условиях листья среднего возраста и одного размера помещают в чашки Петри на фильтровальную бумагу, увлажненную водой. По 10 мкл суспензии спор возбудителя, содержащей 2000 спор/мл, наносят в 6 точек на лист, после чего чашки с листьями герметично закрывают для создания повышенной влажности и выдерживают в климокамере при температуре 24°С и 16 часовом световом дне. В качестве контроля используют листья нетрансформированных растений и растений, содержащих пустой вектор. Результаты биотеста на устойчивость к Botrytis cynerea, оцененные по количеству и размеру некротических пятен на 10 сутки после заражения, представлены на фиг. 4.The experiments are carried out on isolated leaves of transgenic tobacco containing cDNA of the CYP11A1 gene. As a test culture, phytopathogenic fungi of the species Botrytis cynerea, causing spotting and early rot, are used. Under provoking conditions, leaves of middle age and one size are placed in Petri dishes on filter paper moistened with water. 10 μl of a spore suspension of the pathogen containing 2000 spores / ml is applied at 6 points per leaf, after which the cups with leaves are hermetically sealed to create high humidity and kept in a climatic chamber at a temperature of 24 ° C and 16 hours of light day. As a control, the leaves of non-transformed plants and plants containing an empty vector are used. The results of a Botrytis cynerea resistance test, evaluated by the number and size of necrotic spots 10 days after infection, are shown in FIG. 4.

Цифрами обозначены: 1 - контрольное нетрансгенное растение (поражение 7 баллов); 2 - контрольное трансгенное растение с пустым вектором (поражение 7 баллов); 3-5 - независимые линии трансгенных растений, содержащих кДНК гена CYP11A1 (3 - поражение 1 балл; 4 - поражение 0 баллов; 5 - поражение 2 балла); а - поражение листа.The numbers denote: 1 - control non-transgenic plant (defeat 7 points); 2 - control transgenic plant with an empty vector (defeat 7 points); 3-5 - independent lines of transgenic plants containing cDNA of the CYP11A1 gene (3 - damage 1 point; 4 - damage 0 points; 5 - damage 2 points); and - damage to the leaf.

У устойчивых трансгенных линий табака, содержащих кДНК гена CYP11A1, средняя площадь пораженных на листьях участков на 10-е сутки была в 12 раз меньше, чем у контрольных растений, или же области некроза на листьях вообще отсутствовали.In resistant transgenic tobacco lines containing CYP11A1 gene cDNA, the average area of leaf lesions on the 10th day was 12 times smaller than in control plants, or there were no areas of necrosis on the leaves.

Claims (2)

1. Рекомбинантная плазмидная ДНК pGBP450f для получения трансгенных растений с повышенной продуктивностью и устойчивостью к грибным фитопатогенам, содержащая в составе EcoRI-фрагмента длиной 2535 п.о. окаймленную последовательностями 35S промотора и терминатора вируса мозаики цветной капусты комплементарную ДНК гена CYP11A1 длиной 1754 п.о., кодирующего белок-предшественник цитохрома P450scc (P450XIA1) из коры надпочечников быка с лидерным N-концевым экстрапептидом из 39 а.о. и суммарной молекулярной массой 60,3 кДа, и состоящая из находящегося под контролем nos-промотора гена фосфинотрицин-ацетилтрансферазы (ген bar), обуславливающего устойчивость к фосфинотрицину; полилинкера; гена устойчивости к канамицину; участка начала репликации (ori) из плазмиды широкого круга хозяев pSa.1. Recombinant plasmid DNA pGBP450f to obtain transgenic plants with increased productivity and resistance to fungal plant pathogens, containing 2535 bp EcoRI fragment. framed by the sequences of the 35S promoter and terminator of the cauliflower mosaic virus, the complementary DNA of the 1754 bp CYP11A1 gene encoding the cytochrome P450scc precursor protein (P450XIA1) from bovine adrenal cortex with a leader N-terminal extrapeptide of 39 a.a. and a total molecular weight of 60.3 kDa, and consisting of the phosphinotricin acetyltransferase gene (the bar gene) controlled by the nos promoter, which causes resistance to phosphinotricin; polylinker; kanamycin resistance gene; the origin of replication (ori) from the plasmid of a wide range of pSa hosts. 2. Способ получения трансгенных растений табака путем кокультивации их протопластов с рекомбинантной плазмидной ДНК pGBP450f, линеаризованной путем гидролиза эндонуклеазой рестрикции Bsp 1201 по уникальному сайту 5'-GGGCCC.2. A method for producing transgenic tobacco plants by cocultivation of their protoplasts with recombinant plasmid DNA pGBP450f, linearized by hydrolysis of restriction endonuclease Bsp 1201 at the unique 5'-GGGCCC site.
RU2002134424/13A 2002-12-20 2002-12-20 Recombinant plasmid pgbp450f for preparing transgenic plants and method for preparing transgenic tobacco plants with enhanced productivity and resistance to fungal phytopathogens RU2237717C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002134424/13A RU2237717C2 (en) 2002-12-20 2002-12-20 Recombinant plasmid pgbp450f for preparing transgenic plants and method for preparing transgenic tobacco plants with enhanced productivity and resistance to fungal phytopathogens

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002134424/13A RU2237717C2 (en) 2002-12-20 2002-12-20 Recombinant plasmid pgbp450f for preparing transgenic plants and method for preparing transgenic tobacco plants with enhanced productivity and resistance to fungal phytopathogens

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2237717C2 true RU2237717C2 (en) 2004-10-10
RU2002134424A RU2002134424A (en) 2004-12-20

Family

ID=33537379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002134424/13A RU2237717C2 (en) 2002-12-20 2002-12-20 Recombinant plasmid pgbp450f for preparing transgenic plants and method for preparing transgenic tobacco plants with enhanced productivity and resistance to fungal phytopathogens

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2237717C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9663793B2 (en) 2012-04-20 2017-05-30 Monsanto Technology, Llc Plant regulatory elements and uses thereof
RU2813914C1 (en) * 2023-09-05 2024-02-19 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК" (ИЦиГ СО РАН) RECOMBINANT PLASMID L4440, PROVIDING SYNTHESIS OF DOUBLE-STRANDED RNA, COMPLEMENTARY TO FRAGMENT OF MATRIX RNA OF inf4 GENE PHYTOPHTHORA INFESTANS

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9663793B2 (en) 2012-04-20 2017-05-30 Monsanto Technology, Llc Plant regulatory elements and uses thereof
RU2639275C2 (en) * 2012-04-20 2017-12-20 Монсанто Текнолоджи Ллс Plant regulatory elements and their application
US10167481B2 (en) 2012-04-20 2019-01-01 Monsanto Technology Llc Plant regulatory elements and uses thereof
RU2813914C1 (en) * 2023-09-05 2024-02-19 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ "ФЕДЕРАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЦЕНТР ИНСТИТУТ ЦИТОЛОГИИ И ГЕНЕТИКИ СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК" (ИЦиГ СО РАН) RECOMBINANT PLASMID L4440, PROVIDING SYNTHESIS OF DOUBLE-STRANDED RNA, COMPLEMENTARY TO FRAGMENT OF MATRIX RNA OF inf4 GENE PHYTOPHTHORA INFESTANS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5689056A (en) HMG2 promoter expression system
JP3565562B2 (en) Gene promoter specific to root bark layer
US5633363A (en) Root preferential promoter
US5859325A (en) Chimeric plant genes based on upstream regulatory elements of helianthinin
US7109393B2 (en) Methods of gene silencing using inverted repeat sequences
EP0335528A2 (en) DNA promoter fragments from wheat
JPH10507913A (en) Promoter sequence from potato
JPH07500970A (en) Method for producing plants with reduced susceptibility to plant parasitic nematodes
MXPA02003098A (en) Seed preferred promoter from maize.
WO1999014348A1 (en) In planta transformation of plants
CA2116775A1 (en) Callus-specific promoters
JPH03112488A (en) Regulatory dna sequence
CA2037677C (en) Process for production of exogenous gene or its product in plant cells
JP5186076B2 (en) Engineering plant senescence using the myb gene promoter and cytokinin biosynthesis genes
RU2237717C2 (en) Recombinant plasmid pgbp450f for preparing transgenic plants and method for preparing transgenic tobacco plants with enhanced productivity and resistance to fungal phytopathogens
US8710297B2 (en) Glycosyltransferase promoter
US5139954A (en) DNA promoter fragments from wheat
CN113528538A (en) Cucumber CsSTK gene, protein, expression vector and application
US20040191912A1 (en) New constitutive plant promoter
JP4755838B2 (en) Acetolactate synthase gene promoter
JP4010356B2 (en) Plant virus-derived promoter
US7199235B2 (en) Plant promoters
JP2004135597A (en) Expression-inducing promoter and utilization thereof
JP6427329B2 (en) Wheat-derived promoter
Rooke Studies on position effects and gene tagging in transgenic plants

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20171221

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20181113

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20201221