RU2631929C2 - Method for obtaining of non-marked transgenic pinnated kalanchoe plants expressing cecropin p1 gene - Google Patents
Method for obtaining of non-marked transgenic pinnated kalanchoe plants expressing cecropin p1 gene Download PDFInfo
- Publication number
- RU2631929C2 RU2631929C2 RU2015154310A RU2015154310A RU2631929C2 RU 2631929 C2 RU2631929 C2 RU 2631929C2 RU 2015154310 A RU2015154310 A RU 2015154310A RU 2015154310 A RU2015154310 A RU 2015154310A RU 2631929 C2 RU2631929 C2 RU 2631929C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- plants
- cecropin
- gene
- kalanchoe
- agrobacteria
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
- Peptides Or Proteins (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области биотехнологии и генетической инженерии растений, в частности к способу получения безмаркерных растений Каланхоэ перистого, экспрессирующих ген антимикробного пептида цекропина Р1.The invention relates to the field of biotechnology and genetic engineering of plants, in particular to a method for producing marker-free plants of Kalanchoe pinnate, expressing the gene of the antimicrobial peptide cecropin P1.
В настоящее время методы генетической инженерии открывают возможности получения различных рекомбинантных белков. Для этого используются экспрессионные системы бактерий, дрожжей, млекопитающих и насекомых. Однако эти системы имеют недостатки. В клетках прокариот не происходит правильная укладка полипептидных цепей и не происходит их посттрансляционная модификация. В клетках дрожжей, насекомых и млекопитающих этих недостатков нет, но их использование очень дорого [Russel С, Clarke l. Recombinant proteins for genetic disease // Clinical Genet. 1999. V. 55. P. 389-394].Currently, genetic engineering methods open up the possibility of obtaining various recombinant proteins. For this, expression systems of bacteria, yeast, mammals and insects are used. However, these systems have disadvantages. In prokaryotic cells, the correct folding of polypeptide chains does not occur and their post-translational modification does not occur. In yeast, insect and mammalian cells, these drawbacks are not present, but their use is very expensive [Russel C, Clarke l. Recombinant proteins for genetic disease // Clinical Genet. 1999. V. 55. P. 389-394].
Растения по сравнению с этими системами имеют ряд преимуществ: в клетках высших растений происходит гликозилирование и правильный фолдинг целевых белков и их выращивание не требует дорогостоящего оборудования. Кроме того, растительные клетки, в отличие от животных, не содержат в своем составе патогенные для человека вирусы и прионы. Трансформация и регенерация растений происходит значительно проще, чем у клеток животных [Daniell Н., Streatfield S., Wycoff K. Medical molecular farming: productionof antibodies, biopharmaceuticals and edible vaccines in plants // Trends in Plant Sci. 2001. V. 6. P. 219-226]. За последние годы множество ценных белков эффективно экспрессировано в растениях. Это регуляторы роста, антитела, вакцины, биополимеры, промышленные ферменты, белки человеческой сыворотки и реагенты для молекулярной биологии [Cabanes-Macheteau М., Fttchette-Laine А.С., Loutelier-Bourhis С. et al., N-Glycosylation of a mouse IgG expressed in transgenic tobacco plants // Glycobiology. 1999. V. 9. P. 365-372]. Некоторые белки, синтезируемые трансгенными растениями, уже производятся зарубежными компаниями [Рукавцова Е.Б., Бурьянов Я.И., Шульга Н.Я., Быков В.А. // Вопросы биологической, медицинской и фармацевтической химии. 2006. №2. С. 3-12].Compared with these systems, plants have a number of advantages: in higher plant cells, glycosylation occurs and the target proteins are correctly folded and their growth does not require expensive equipment. In addition, plant cells, unlike animals, do not contain viruses and prions pathogenic for humans. Transformation and regeneration of plants is much simpler than in animal cells [Daniell N., Streatfield S., Wycoff K. Medical molecular farming: productionof antibodies, biopharmaceuticals and edible vaccines in plants // Trends in Plant Sci. 2001. V. 6. P. 219-226]. In recent years, many valuable proteins have been efficiently expressed in plants. These are growth regulators, antibodies, vaccines, biopolymers, industrial enzymes, human serum proteins and reagents for molecular biology [Cabanes-Macheteau M., Fttchette-Laine A.S., Loutelier-Bourhis C. et al., N-Glycosylation of a mouse IgG expressed in transgenic tobacco plants // Glycobiology. 1999. V. 9. P. 365-372]. Some proteins synthesized by transgenic plants are already produced by foreign companies [Rukavtsova EB, Buryanov Y.I., Shulga N.Ya., Bykov V.A. // Questions of biological, medical and pharmaceutical chemistry. 2006. No2. S. 3-12].
Следует отметить перспективность получения трансгенных растений, экспрессирующих антимикробные пептиды (АМП) [Захарченко Н.С., Рукавцова Е.Б., Гудков А.Т, Юхманова А.А., Школьная Л.А., Кадо К.И., Бурьянов Я.И. Экспрессия искусственного гена антимикробного пептида цекропина Р1 повышает устойчивость растений картофеля к фитофторозу и белой гнили // Доклады Академии наук. 2007. Т. 415, №1, С. 129-131]. Это связано с тем, что широкое применение антибиотиков в качестве лекарственных препаратов привело к накоплению устойчивых форм микроорганизмов.It should be noted the promise of obtaining transgenic plants expressing antimicrobial peptides (AMP) [Zakharchenko NS, Rukavtsova EB, Gudkov AT, Yukhmanova AA, Shkolnaya LA, Kado KI, Buryanov ME AND. The expression of the artificial gene of the antimicrobial peptide cecropin P1 increases the resistance of potato plants to late blight and white rot // Doklady Akademii Nauk. 2007. T. 415, No. 1, S. 129-131]. This is due to the fact that the widespread use of antibiotics as drugs has led to the accumulation of resistant forms of microorganisms.
Распространены случаи устойчивости целого ряда патогенов человека (Mycobacterium tuberculosis, Enterococcus faecalis, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Salmonella typhi, Streptococcus pneumoniae, Vibrio cholerae и пр.) практически к любому из применяемых препаратов [Walsh С. Molecular mechanisms that confer antibacterial drug resistance // Nature. 2000. V. 406. P. 775-781].Cases of resistance of a number of human pathogens (Mycobacterium tuberculosis, Enterococcus faecalis, Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Salmonella typhi, Streptococcus pneumoniae, Vibrio cholerae, etc.) to almost any of the drugs used [Walsh C. Molecular methods / Nature. 2000. V. 406. P. 775-781].
Поэтому АМП в настоящее время рассматривают как альтернативу классическим антибиотикам. Они обладают определенными преимуществами: широкий спектр действия, способность быстро убивать клетки-мишени, активность в отношении штаммов, резистентных к другим антибиотикам, а также относительная трудность в развитии устойчивости. Поскольку некоторые антимикробные пептиды обладают цитотоксическим эффектом (действуют на эукариотические клетки), наиболее эффективно они могут быть использованы при лечении заболеваний слизистых оболочек и наружных покровов - без введения в кровь пациента. На сегодняшний день такие пептиды активно используются для создания новых лекарственных препаратов, например, пептидный антибиотик рамопланин (Ramoplanin) - продукт нерибосомального синтеза в грибах рода Actinomycetes spp. В данный момент рамопланин находится на клинических испытаниях фазы III в качестве антибиотика против инфекций дыхательных путей, в первую очередь, стафилококков [Breukink Е., de Kruijff В., Lipid II as a target for antibiotics // Nat. Rev. 2006. Drug Discov. V. 5. P. 321-332].Therefore, AMP is currently being considered as an alternative to classic antibiotics. They have certain advantages: a wide spectrum of action, the ability to quickly kill target cells, activity against strains resistant to other antibiotics, as well as the relative difficulty in developing resistance. Since some antimicrobial peptides have a cytotoxic effect (act on eukaryotic cells), they can be most effectively used in the treatment of diseases of the mucous membranes and external integuments - without introducing the patient into the blood. To date, such peptides are actively used to create new drugs, for example, the peptide antibiotic Ramoplanin (Ramoplanin) - a product of non-ribosomal synthesis in fungi of the genus Actinomycetes spp. Currently, ramoplanin is in clinical trials of phase III as an antibiotic against respiratory tract infections, especially staphylococci [Breukink E., de Kruijff B., Lipid II as a target for antibiotics // Nat. Rev. 2006. Drug Discov. V. 5. P. 321-332].
Все это позволяет рассматривать АМП в качестве основы для создания эффективных лекарств, особенно на фоне снижения потенциала обычных антибиотиков.All this allows us to consider AMP as the basis for creating effective drugs, especially against the background of a decrease in the potential of conventional antibiotics.
АМП, выделенных из трансгенных растений на рынке, пока нет, но возможно, в ближайшие годы появятся, так как некоторые из них находятся на последних стадиях клинических испытаний.AMP isolated from transgenic plants on the market is not yet available, but it may appear in the coming years, as some of them are at the last stages of clinical trials.
Одним из перспективных антимикробных пептидов является цекропин Р1, это линейный α-спиральный пептид, не содержащий цистеина [Martemyanov K.A., Shirin A.S., Gudkov А.Т. Synthesis, cloning and expression of genes for antibacterial peptides: cecropin. magainin, and bombinin // Biotechnology letters. V. 18. №. 12. 1996. P. 1357-1362]. В отличие от цекропинов насекомых, он состоит из одной длинной положительно заряженной α-спирали, в образовании которой задействованы практически все аминокислотные остатки. Цекропин Р1 высокоактивен против патогенных грамотрицательных и грамположительных бактерий, грибов и некоторых опухолевых клеток [Pillai A., Ueno S., Zhang Н., Lee J.M., Kato Y. Cecropin P1 and novel nematode cecropins: a bacteria-inducible antimicrobial peptide family in the nematode Ascaris suum // Biochem. J. 2005. V. 390. P. 207-214.].One of the promising antimicrobial peptides is cecropin P1, a linear α-helical peptide that does not contain cysteine [Martemyanov K.A., Shirin A.S., Gudkov A.T. Synthesis, cloning and expression of genes for antibacterial peptides: cecropin. magainin, and bombinin // Biotechnology letters. V. 18. No. 12. 1996. P. 1357-1362]. Unlike insect cecropins, it consists of one long positively charged α-helix, in the formation of which almost all amino acid residues are involved. Cecropin P1 is highly active against pathogenic gram-negative and gram-positive bacteria, fungi, and certain tumor cells [Pillai A., Ueno S., Zhang N., Lee JM, Kato Y. Cecropin P1 and novel nematode cecropins: a bacteria-inducible antimicrobial peptide family in the nematode Ascaris suum // Biochem. J. 2005. V. 390. P. 207-214.].
Перенос гена цекропина P1 (CP1) в клетки лекарственного растения каланхоэ представляется актуальным для его фармацевтического и медицинского использования.The transfer of the cecropin P1 gene (CP1) into the cells of the medicinal plant Kalanchoe seems to be relevant for its pharmaceutical and medical use.
Для получения и отбора трансгенных растений обычно используют селективные маркерные гены устойчивости к антибиотикам (канамицину, гигромицину) и гербицидам (фосфинотрицину) [Angenon G., Dillen W., van Montagu M. Antibiotic-Resistance Markers for Plant Transformation // Plant Molecular Biology Manual // Eds. Gelvin S.B., Schilperoort R.A. Dordrecht: Kluwer Acad. Publ. 1994. C1. P. 1-13]. Полученные с помощью селективных маркеров трансгенные растения представляют потенциальную биологическую опасность, связанную с присутствием в их геноме этих генов и с возможностью их неконтролируемого переноса другим растениям и организмам. Поэтому в настоящее время актуальной задачей является получение растений нового поколения, не содержащих селективных маркерных генов.To obtain and select transgenic plants, selective marker genes for resistance to antibiotics (kanamycin, hygromycin) and herbicides (phosphinotricin) are usually used [Angenon G., Dillen W., van Montagu M. Antibiotic-Resistance Markers for Plant Transformation // Plant Molecular Biology Manual // Eds. Gelvin S.B., Schilperoort R.A. Dordrecht: Kluwer Acad. Publ. 1994. C1. P. 1-13]. Transgenic plants obtained using selective markers pose a potential biological hazard associated with the presence of these genes in their genome and the possibility of their uncontrolled transfer to other plants and organisms. Therefore, at present, the urgent task is to obtain a new generation of plants that do not contain selective marker genes.
Отбор трансгенных растений проводят различными методами: избирательной элиминацией маркерных генов из хромосомного или хлоропластного генома [Puchta Н. Gene replacement by homologous recombination in plants // Plant Mol. Biol. 2002. V.48. P. 173-182], с помощью использования агробактериальных генов синтеза фитогормонов и их последующего удаления с помощью рекомбиназ мобильных генетических элементов, например транспозона кукурузы Ac [Sugita K., Kasahara Т., Matsunaga Е., Ebinuma Н.A. Transformation vector for the production of marker-free transgenic plants containing a single copy transgene at high frequency // Plant J. 2000. V. 22. P. 461-469].The selection of transgenic plants is carried out by various methods: selective elimination of marker genes from the chromosomal or chloroplast genome [Puchta N. Gene replacement by homologous recombination in plants // Plant Mol. Biol. 2002. V. 48. P. 173-182], using agrobacterial genes for the synthesis of phytohormones and their subsequent removal using recombinases of mobile genetic elements, for example, corn transposon Ac [Sugita K., Kasahara T., Matsunaga E., Ebinuma N.A. Transformation vector for the production of marker-free transgenic plants containing a single copy transgene at high frequency // Plant J. 2000. V. 22. P. 461-469].
Наиболее близкими к предлагаемому способу является способ получения и отбора трансгенных растений томата Lycopersicon esculentum, включающий удаление селективных маркеров из генома трансгенных растений с использованием транспозонов. В этом способе селективный ген неомицинфосфотрансферазы nptII был фланкирован инфертированными повторами транспозона Ds-элемента кукурузы. Селективный ген выщеплялся при повторной трансформации растений томата геном транспозазы [Yoder J.I., Lassner m.W. Biologically safe plants transformation system using a Ds transposon // US 5225341, C12Q 1/68, 06.06.1993]. При этом каждый трансформант может содержать несколько вставок генов. Поэтому для отбора трансгенных растений необходимо проводить гибридизационный анализ ДНК по Саузерну.Closest to the proposed method is a method for producing and selecting transgenic tomato plants of Lycopersicon esculentum, including the removal of selective markers from the genome of transgenic plants using transposons. In this method, the nptII selective neomycin phosphotransferase gene was flanked by inert repeats of the transposon of the maize Ds element. The selective gene was cleaved during the re-transformation of tomato plants by the transposase gene [Yoder J.I., Lassner m.W. Biologically safe plants transformation system using a Ds transposon // US 5225341,
Недостатком этого способа является длительность процедуры, так как необходимо проводить повторную трансформацию, и делать отбор трансформантов по методу Саузерну с использованием радиоактивных зондов.The disadvantage of this method is the length of the procedure, since it is necessary to carry out a second transformation, and to make the selection of transformants according to the Southern method using radioactive probes.
Известен способ создания безмаркерных трансгенных растений картофеля Solanum tuberosum L. с использованием селективных генов для позитивной (ген неомицинфосфотрансферазы nptII) и негативной (ген цитозиндезаминазы cod А) селекции на одной плазмиде и целевого гена - на другой [Kondrak М., van der Meer I.M., Banfalvi Z. Generation of marker- and backbone-free transgenic potatoes by site-specific recombination and a bi-functional marker gene in a non-regular one-border Agrobacterium transformation vector // Transgenic Res. 2006. V. 15. P. 729-737]. Для трансформации использовали штамм Agrobacterium tumefaciens AGLO. Временная позитивная селекция трансформированных растений на среде с канамицином сменялась этапом негативной селекции на среде с 5-фторцитозином, что приводит к отбору растений, содержащих с частотой до 15% только целевой ген.A known method of creating markerless transgenic potato plants Solanum tuberosum L. using selective genes for positive (gene neomycin phosphotransferase nptII) and negative (cytosine deaminase gene cod A) selection on one plasmid and the target gene on another [Kondrak M., van der Meer IM, Banfalvi Z. Generation of marker- and backbone-free transgenic potatoes by site-specific recombination and a bi-functional marker gene in a non-regular one-border Agrobacterium transformation vector // Transgenic Res. 2006. V. 15. P. 729-737]. For transformation used a strain of Agrobacterium tumefaciens AGLO. Temporary positive selection of transformed plants on a medium with kanamycin was replaced by a stage of negative selection on a medium with 5-fluorocytosine, which leads to the selection of plants containing only the target gene with a frequency of 15%.
Недостатком этого способа является длительность проведения из-за необходимости дополнительных анализов методами ДНК-гибридизации по Саузерну и ПЦР.The disadvantage of this method is the duration due to the need for additional analyzes by DNA hybridization according to Southern and PCR.
Способы, ранее разработанные авторами заявляемого проекта, получения безмаркерных растений с помощью безмаркерной плазмиды рВМ [Бурьянов Я.И., Захарченко Н.С., Юхманова А.А., Пиголева С.В., Рукавцова Е.Б., Чеботарева Е.Н., Гаязова А.Р. Рекомбинантная плазмида рВМ и способ получения с ее использованием безмаркерных трансгенных растений, синтезирующих целевые продукты. Патент №2410433 (РФ) // Б.И. 2011. №3; Захарченко Н.С., Бурьянов Я.И. Получение биобезопасных безмаркерных трансгенных растений каланхоэ перистого (Kalanchoe pinnata L.) с повышенной устойчивостью к биотическим стрессовым факторам. Всероссийская научная конференция «Факторы устойчивости растений в экстремальных природных условиях и техногенной среде». Иркутск. СИФИБР. 10-13 июня 2013 г. С. 89-92]. Эти способы позволяют получать безмаркерные растения за короткий промежуток времени по детекции продукта экспрессии перенесенного целевого гена.Methods previously developed by the authors of the proposed project, obtaining markerless plants using markerless plasmids rVM [Buryanov Y.I., Zakharchenko NS, Yukhmanova AA, Pigoleva SV, Rukavtsova EB, Chebotareva E. N., Gayazova A.R. Recombinant plasmid rVM and method for producing markerless transgenic plants synthesizing target products using it. Patent No. 2410433 (RF) // B.I. 2011. No3; Zakharchenko N.S., Buryanov Y.I. Obtaining biosafety markerless transgenic plants of Kalanchoe pinnate (Kalanchoe pinnata L.) with increased resistance to biotic stress factors. All-Russian Scientific Conference “Factors of Plant Resistance in Extreme Natural Conditions and Technogenic Environment”. Irkutsk SIPHIBIR. June 10-13, 2013, pp. 89-92]. These methods make it possible to obtain marker-free plants in a short period of time by detecting the expression product of the transferred target gene.
Недостатком этих способов является отсутствие возможности проведения одновременного анализа наличия и количественного уровня экспрессии перенесенного СР1 гена. Приблизительный уровень экспрессии цекропина Р1, определенный в этих способах, не превышал 0,005% от ОРБ.The disadvantage of these methods is the inability to conduct a simultaneous analysis of the presence and quantitative level of expression of the transferred CP1 gene. The approximate expression level of cecropin P1 determined in these methods did not exceed 0.005% of ORB.
Для практического или научного использования трансгенных растений необходимо четко определять достижение уровня экспрессии перенесенного гена.For practical or scientific use of transgenic plants, it is necessary to clearly determine the achievement of the level of expression of the transferred gene.
Уровень экспрессии перенесенных генов в трансгенных растениях зависит от многих факторов: области ядерного хроматина, куда интегрировал введенный ген, вида используемого промотора, метода трансформации, количества встроенных копий гена, правильный дизайн конструкции - добавление терминаторов транскрипции, введение интрона в район 5'- конца мРНК целевого гена и др. [Романов Г.А. Генетическая инженерия растений и пути решения проблемы биобезопасности // Физиология растений. 2000. Т. 47. №3. С. 343-353; Jahne А., Becker D., Jorz Н. Genetic engineering of cereal crop plants: a review // Euphytica. 1995. V. 85. P. 35-44].The level of expression of transferred genes in transgenic plants depends on many factors: the region of nuclear chromatin where the introduced gene is integrated, the type of promoter used, the method of transformation, the number of integrated copies of the gene, the correct design of the construct - adding transcription terminators, introducing an intron into the 5'-end of the mRNA target gene and others [G. Romanov Genetic engineering of plants and ways to solve the biosafety problem // Plant Physiology. 2000.V. 47. No. 3. S. 343-353; Jahne A., Becker D., Jorz H. Genetic engineering of cereal crop plants: a review // Euphytica. 1995. V. 85. P. 35-44].
Известен способ определения количества копий перенесенного гена в трансгенных растениях методом ПЦР в реальном времени (RT-PCR) [Stenman J., Finne P., Stahls A., Grenman R., Stenman U.-H., Patotie A., Orpana A. Accurate determination of relative messenger RNA levels by RT-PCR // Nature. Biotech. 1999. V. 17. P. 720-723]. В этом методе, используя общие принципы полимеразной цепной реакции, измеряется количество амплифицированной ДНК в реальном времени после каждого цикла амплификации. Для количественного определения используют два метода - флюоресцентные красители, интеркалирующие в двухцепочечные молекулы ДНК, и модифицированные олигонкулеотиды (ДНК-зонды), которые флюоресцируют после гибридизации с комплементарными участками ДНК.A known method for determining the number of copies of a transferred gene in transgenic plants by real-time PCR (RT-PCR) [Stenman J., Finne P., Stahls A., Grenman R., Stenman U.-H., Patotie A., Orpana A Accurate determination of relative messenger RNA levels by RT-PCR // Nature. Biotech 1999. V. 17. P. 720-723]. In this method, using the general principles of polymerase chain reaction, the amount of amplified DNA is measured in real time after each amplification cycle. Two methods are used for quantitative determination: fluorescent dyes intercalating into double-stranded DNA molecules, and modified oligonucleotides (DNA probes), which fluoresce after hybridization with complementary DNA regions.
Недостатком этого способа является дороговизна реактивов и оборудования.The disadvantage of this method is the high cost of reagents and equipment.
Известен способ определения экспрессии генов - в комбинации RT-ПЦР с ОТ ПЦР (обратная транскрипция) для измерения малых количеств мРНК, что позволяет получать количественную информацию о содержании данной мРНК в клетке и судить об уровне экспрессии данного гена в отдельной растительной клетке [Nolan Т., Hands R.E., Bustin S.A. 2006. Quantification of mRNA using real-time RT-PCR // Nat. Protoc. 2006. V. 1. P. 1559-1582].A known method for determining gene expression is in combination with RT-PCR and RT PCR (reverse transcription) to measure small amounts of mRNA, which allows to obtain quantitative information about the content of this mRNA in the cell and to judge the level of expression of this gene in a single plant cell [Nolan T. , Hands RE, Bustin SA 2006. Quantification of mRNA using real-time RT-PCR // Nat. Protoc. 2006. V. 1. P. 1559-1582].
Недостатком этого метода является дороговизна оборудования, которое пока не может применяться в каждой научной лаборатории.The disadvantage of this method is the high cost of equipment, which so far cannot be used in every scientific laboratory.
Известен способ определения экспрессии генов путем тестирования РНК (мРНК) и их фрагментов в образцах (Нозерн-блот) методом РНК-ДНК гибридизации, где в качестве зондов используют комплементарные молекулы ДНК [Alwine J.C., Kemp D.J., Stark G.R. Method for detection of specific RNAs in agarose gels by transfer to diazobenzyloxymethyl-paper and hybridization with DNA probes // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1977. V. 74. №12. P. 5350-5354].A known method for determining gene expression by testing RNA (mRNA) and their fragments in samples (Northern blot) by RNA-DNA hybridization, where complementary DNA molecules are used as probes [Alwine J.C., Kemp D.J., Stark G.R. Method for detection of specific RNAs in agarose gels by transfer to diazobenzyloxymethyl-paper and hybridization with DNA probes // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1977. V. 74. No. 12. P. 5350-5354].
Недостатком этого способа является то, что данные количественного анализа синтеза мРНК целевого гена не всегда коррелируют с количеством синтезируемого клеткой целевого белка, что может быть связано с деградацией белка или РНК в процессе выделения и проведения гибридизации.The disadvantage of this method is that the data of a quantitative analysis of the synthesis of the mRNA of the target gene do not always correlate with the amount of the target protein synthesized by the cell, which may be associated with the degradation of the protein or RNA in the process of isolation and hybridization.
Наиболее близким к предлагаемому является способ определения экспрессии гена цекропина В (СВ) по конечному белковому продукту и тому эффекту, который вызывает получаемый белок. В трансгенных маркерных растениях томата экспрессию гена СВ определяли уровнем антибиотической активности экстрактов против фитопатогенов Ralstonia solanacearum и Xanthomonas campestris pv. vesicatoria и вестерн-блот анализом [Jan P-S, Huang H-Y, Chen H-M. Expression of a synthesized gene encoding cationic peptide cecropin В in transgenic tomato plants protects against bacterial diseases // Applied and Environmental Microbiology. 2010. V. 2. P. 769-775].Closest to the proposed is a method for determining the expression of the gene of cecropin B (CB) by the final protein product and the effect that the resulting protein causes. In transgenic marker tomato plants, CB gene expression was determined by the level of antibiotic activity of the extracts against phytopathogens Ralstonia solanacearum and Xanthomonas campestris pv. vesicatoria and western blot analysis [Jan P-S, Huang H-Y, Chen H-M. Expression of a synthesized gene encoding cationic peptide cecropin B in transgenic tomato plants protects against bacterial diseases // Applied and Environmental Microbiology. 2010. V. 2. P. 769-775].
Недостатком данного способа является то, что получаемые растения томата содержали маркерный ген nptII и экспрессировали антимикробный пептид СВ на невысоком уровне 0,001% от ОРБ.The disadvantage of this method is that the resulting tomato plants contained the nptII marker gene and expressed the antimicrobial peptide CB at a low level of 0.001% of ORB.
Задачей настоящего изобретения является разработка способа получения безмаркерных растений Kalanchoe pinnata, экспрессирующих ген антимикробного пептида цекропина Р1, который будет лишен вышеуказанного недостатка и позволит получить высокий уровень экспрессии пептида и одновременно определить его количество в прямом анализе регенерантов из трансформированных эксплантов каланхоэ перистого.The objective of the present invention is to develop a method for producing marker-free plants of Kalanchoe pinnata expressing the gene of the antimicrobial peptide cecropin P1, which will be devoid of the aforementioned disadvantage and will allow to obtain a high level of expression of the peptide and at the same time determine its amount in the direct analysis of regenerants from transformed explants of feathery Kalanchoe.
Эта задача решается предложенным способом, в котором получают и анализируют трансформированные безмаркерные растения путем обработки семян каланхоэ перистого (Kalanchoe pinnata) в условиях вакуумной инфильтрации или кокультивации листовых эксплантов каланхоэ перистого (Kalanchoe pinnata) суспензией штамма агробактерий из ряда Agrobacterium tumefaciens СВЕ21, А. tumafaciens GV3101 (pMP90RK), A. tumafaciens LBA4404 (pAL4404), содержащего безмаркерную плазмиду рВМ, несущую ген СР1, кодирующий цекропин Р1, и свободную от селективных маркерных генов устойчивости к антибиотикам.This problem is solved by the proposed method, in which transformed marker-free plants are obtained and analyzed by treating the seeds of Kalanchoe pinnata (Kalanchoe pinnata) under vacuum infiltration or cocultivation of leaf explants of Kalanchoe pinnata (Kalanchoe pinnata) with a suspension of an agrobacterium strain A. gumefaciensensum tumefaciensensum tumefaciens 31acrobaceri tufaciensens (pMP90RK), A. tumafaciens LBA4404 (pAL4404), containing the markerless plasmid pBM carrying the CP1 gene encoding cecropin P1 and free of selective marker antibiotic resistance genes.
При этом суспензию агробактерий Agrobacterium tumefaciens предварительно активируют ацетосирингоном, преинкубируют семена или нарезанные листовые экспланты каланхоэ перистого на твердой питательной среде МС 36-60 суток, обрабатывают семена в условиях вакуума в присутствии суспензии штамма агробактерий, а листовые экспланты при обычных комнатных условиях с последующей инкубацией семян на твердой питательной среде без антибиотика, а через 36-60 суток экспланты инкубируют на твердой питательной среде с антибиотиком для элиминации агробактерий. Полученные проростки или регенеранты возраста 4-5 недель используются для вестерн-блот анализа, отбирают растения с положительным иммуноферментным анализом и исследуются на присутствие гена цекропина Р1 и его экспрессию.In this case, a suspension of agrobacterium Agrobacterium tumefaciens is preactivated with acetosyringone, incubated seeds or chopped leaf explants of feathery Kalanchoe on solid nutrient medium MS for 36-60 days, the seeds are treated under vacuum in the presence of a suspension of a strain of agrobacteria, and leaf explants under ordinary room conditions followed by seed incubation on solid nutrient medium without antibiotic, and after 36-60 days, explants are incubated on solid nutrient medium with antibiotic to eliminate agrobacteria. The obtained seedlings or regenerants of 4-5 weeks of age are used for Western blot analysis, plants with positive enzyme immunoassay are selected and examined for the presence of the cecropin P1 gene and its expression.
Штаммы бактерий Agrobacterium tumefaciens CBE21(pTiBo542), A. tumafaciens GV3101(pMP90RK), A. tumafaciens LBA4404 (pAL4404) содержат плазмиду pBM-CP1. При этом в состав кассеты экспрессии плазмиды рВМ-CP1 входят генетические конструкции, выбранные из ряда: промотор CaMV 35S - ген СР1 - терминатор pACaMV.The bacterial strains Agrobacterium tumefaciens CBE21 (pTiBo542), A. tumafaciens GV3101 (pMP90RK), A. tumafaciens LBA4404 (pAL4404) contain the plasmid pBM-CP1. Moreover, the expression cassette of the plasmid pBM-CP1 includes genetic constructs selected from the following: CaMV 35S promoter - CP1 gene - pACaMV terminator.
В качестве целевого гена для трансформации используют синтетический ген антимикробного пептида цекропина P1 (СР1), кодирующий 31-членную аминокислотную последовательность: SWLSKTAKKLENSAKKRISEGIAIAIQGGPR [Martemyanov K.A., Shirin A.S., Gudkov А.Т. Synthesis, cloning and expression of genes for antibacterialpeptides: cecropin, magainin, and bombinin // Biotechnology letters. V. 18. № 12. 1996. P. 1357-1362].As the target gene for transformation, the synthetic gene of the antimicrobial peptide Cecropin P1 (CP1) encoding the 31-membered amino acid sequence: SWLSKTAKKLENSAKKRISEGIAIAIQGGPR [Martemyanov K.A., Shirin A.S., Gudkov A.T. Synthesis, cloning and expression of genes for antibacterialpeptides: cecropin, magainin, and bombinin // Biotechnology letters. V. 18. No. 12. 1996. P. 1357-1362].
Сокультивацию листовых эксплантов каланхоэ с агробактериями (процесс трансформации) предпочтительно осуществляют в течение 48±5 часов при 18 - 24±2°С. При этом для регенерации используют питательную среду МС, содержащую регуляторы роста 1 мг/л 6-бензиламинопурин (БАП), 0,1 мг/л нафтилуксусную кислоту (НУК) и 30 г/л бананового порошка (Banana powder, "Sigma") (БП).The co-cultivation of leaf explants of Kalanchoe with agrobacteria (transformation process) is preferably carried out for 48 ± 5 hours at 18 - 24 ± 2 ° C. At the same time, MS nutrient medium containing
Инфильтрацию семян каланхоэ агробактериями (процесс трансформации) предпочтительно осуществляют в условиях вакуума (-0,1)-(-1,0) атм, в течение 5±1 мин при 24±2°С. При этом для проращивания семян используют среду МС, содержащую тикарциллин (500 или 250 мг/мл) (Duchefa Biochemien, Германия) (Tr) и банановый порошок (30 мг/л) (Banana powder, "Sigma", США) (БП).Infiltration of Kalanchoe seeds with agrobacteria (transformation process) is preferably carried out under vacuum conditions (-0.1) - (-1.0) atm, for 5 ± 1 min at 24 ± 2 ° C. For seed germination, MS medium containing ticarcillin (500 or 250 mg / ml) (Duchefa Biochemien, Germany) (Tr) and banana powder (30 mg / l) (Banana powder, "Sigma", USA) (BP) is used .
Прямой поиск трансгенных растений каланхоэ, синтезирующих антимикробный пептид цекропин Р1, проводят способом вестерн-блот анализа.A direct search for transgenic Kalanchoe plants synthesizing the antimicrobial peptide Cecropin P1 is carried out by Western blot analysis.
Выбирают, например, 3 группы (30 растений), показавшие наибольшую интенсивность положительного сигнала.For example, 3 groups (30 plants) are selected that show the highest intensity of the positive signal.
На Фиг. 1 представлена схема плазмиды рВМ-CP1. CaMV 35S - промотор 35S РНК вируса мозаики цветной капусты; pACaMV - сигнал полиаденилирования вируса мозаики цветной капусты; СР1 - ген цекропина P1; KmR - ген устойчивости к антибиотику канамицину для поддержания конструкции в бактериях (не входит в состав Т-элемента и не переносится в растения); oriV - начало репликации; LB, RB - левая и правая границы Т-ДНК; ColE1 - начало репликации плазмиды ColE1; R, K, Sm, В, SI - сайты рестрикции EcoRI, KpnI, SmaI, BamHI, SalI.In FIG. 1 shows the scheme of plasmid pBM-CP1. CaMV 35S - 35S RNA promoter of cauliflower mosaic virus; pACaMV - signal polyadenylation of cauliflower mosaic virus; CP1 - gene of cecropin P1; Km R - the antibiotic resistance gene kanamycin to maintain the construct in bacteria (not part of the T-element and not transferred to plants); oriV - start of replication; LB, RB — left and right borders of T-DNA; ColE1 - the beginning of replication of the plasmid ColE1; R, K, Sm, B, SI are restriction sites EcoRI, KpnI, SmaI, BamHI, SalI.
На Фиг. 2 - результаты Вестерн-блот анализа синтетического препарата цекропина Р1. Дорожки: 1 - 100 нг; 2 - 50 нг; 3 - 30 нг; 4 - 15 нг; 5 - 10 нг; 6 - 2 нг.In FIG. 2 - the results of Western blot analysis of the synthetic preparation cecropin P1. Lanes: 1 - 100 ng; 2 - 50 ng; 3 to 30 ng; 4 - 15 ng; 5 to 10 ng; 6 - 2 ng.
На Фиг. 3 - результаты Вестерн-блот анализа растений каланхоэ: 1 - синтетический цекропин Р1 мол. масса 3.4 кДа, (10 нг); 2 - экстракт нетрансформированного растения; 3-7 - экстракты трансформированных растений (линии 1-5).In FIG. 3 - results of Western blot analysis of Kalanchoe plants: 1 - synthetic cecropin P1 mol. weight 3.4 kDa, (10 ng); 2 - extract of a non-transformed plant; 3-7 - extracts of transformed plants (lines 1-5).
На Фиг. 4 - результаты ПЦР ДНК трансгенных растений методом электрофореза. 1 - ДНК маркера молекулярного веса (GeneRuler 100 bp, Fermentas); 2 - ДНК безмаркерного вектора рВМ::СР1 (контроль +); 3, 7 - ДНК не трансформированных растений (контроль -); 4-6, 8, 9 - ДНК трансформированных растений (линии 1-5).In FIG. 4 - results of PCR DNA transgenic plants by electrophoresis. 1 - DNA molecular weight marker (
В таблице 1 показана зависимость эффективности трансформации от способа трансформации K. pinnata.Table 1 shows the dependence of transformation efficiency on the transformation method of K. pinnata.
Возможность осуществления предлагаемого способа подтверждается представленными примерами, но не ограничивается ими.The possibility of implementing the proposed method is confirmed by the presented examples, but is not limited to them.
Пример 1. Стерилизация растительного материалаExample 1. Sterilization of plant material
Стерилизация листьев. Срезают молодые, полностью развернувшиеся листья каланхоэ, выращенные в теплице, дезинфицируют их, обработав 5% раствором гипохлорита натрия, содержащим 0,5% Твин 20, в течение 10 мин, затем ополаскивают трижды в стерильной дистиллированной воде. Разрезают листья на кусочки длиной 5 - 10 мм и помещают их на питательную среду МС [Murashige Т., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco cultures // Physiol. Plant. 1962. V. 15. P. 473-497], содержащую стандартный набор солей, 7 г/л агара, 30 г/л сахарозы (рН 5,8) и включающую в качестве регуляторов роста 6-бензиламинопурин 1 мг/л (6-БАП) и нафтилуксусную кислоту 0,1 мг/л (НУК), а также добавку - банановый порошок в количестве 30 г/л. Экспланты инкубируют при 22-24°С, 16-часовом световом дне и освещенности 2 клк. Придаточные побеги или регенеранты образуются из экспланта через 4 недели. Побеги отрезают и переносят в стеклянные пробирки со свежей средой МС. Черенкование растений проводят 1 раз в месяц. Для этого растение каланхоэ высотой 15-20 см делят на 4 части, оставляя на стебле 1-2 листа с междоузлиями, и рассаживают в пробирки.Leaf sterilization. Young, fully unfolded leaves of Kalanchoe grown in a greenhouse are cut, disinfected by treating them with a 5% sodium hypochlorite solution containing 0.5% Tween 20 for 10 minutes, then rinsing three times in sterile distilled water. Cut the leaves into pieces with a length of 5-10 mm and place them on a nutrient medium MS [Murashige T., Skoog F. A revised medium for rapid growth and bioassays with tobacco cultures // Physiol. Plant. 1962. V. 15. P. 473-497], containing a standard set of salts, 7 g / l agar, 30 g / l sucrose (pH 5.8) and including 6-
Стерилизация семян. Семена перед проведением трансформации стерилизуют 1,5 мин в 70%-ном этаноле, затем 2 мин в 1%-ном растворе гипохлорита натрия и промывают 3 раза по 10 мин в стерильной дистиллированной воде. Семена переносят на среду МС и прекультивируют 48 часов при температуре 22-24°С, 16-часовом дне и освещенности 2 клк. Для эксперимента берут 100-500 семян на одну чашку Петри.Seed sterilization. Before transformation, the seeds are sterilized for 1.5 minutes in 70% ethanol, then 2 minutes in 1% sodium hypochlorite solution and washed 3 times for 10 minutes in sterile distilled water. Seeds are transferred to MS medium and recultivated for 48 hours at a temperature of 22-24 ° C, a 16-hour day and an illumination of 2 cells. For the experiment, 100-500 seeds are taken per Petri dish.
Пример 2. Получение культуры агробактерий A. tumefaciens СВЕ21, несущих безмаркерную конструкцию рВМ::СР1.Example 2. Obtaining a culture of agrobacteria A. tumefaciens CBE21, bearing the markerless construction of pBM :: CP1.
Для генетической трансформации используют клетки агробактерий А. tumefaciens СВЕ21 (pTiBo542), несущих вектор рВМ::СР1 с геном антимикробного пептида цекропина Р1. Для индукции vir-функции штамм агробактерий предварительно индуцируют ацетосирингоном. Для этого ночную культуру бактерий выращивают на качалке (150 об/мин) при 26°С в жидкой среде YEP (г/л): бакто-триптон - 10, бакто-дрожжевой экстракт - 10, NaCl - 0,5, рН 7,0, с добавлением 50 мкг/мл канамицина и 15 мкг/мл рифампицина. Перед инокуляцией эксплантов суспензию клеток центрифугируют при 6000 g в течение 5 минут. Суспендированный осадок промывают в 50 мл жидкой среды МС, содержащей 12,5 мМ фосфорнокислый натрий, рН 5,5, до оптической плотности OD600 = 0,05.For genetic transformation, A. tumefaciens CBE21 agrobacterial cells (pTiBo542) carrying the vector pBM :: CP1 with the antimicrobial peptide cecropin P1 gene are used. To induce vir function, the agrobacterial strain is pre-induced with acetosyringone. For this, a night culture of bacteria is grown on a shaker (150 rpm) at 26 ° C in YEP liquid medium (g / l): bacto-tryptone - 10, bacto-yeast extract - 10, NaCl - 0.5,
После 5 часов культивирования в клеточную суспензию добавляют ацетосирингон 100 мкМ [Schafer W., Gorz A., Kahl G. T-DNA integration and expression in a monocot crop plant afte induction of Agrobacterium. // Nature. 1987. V. 327. № 6122. P. 529-532] и продолжают культивировать в течение 12-18 часов. После этого агробактериальную культуру используют для трансформации.After 5 hours of cultivation, 100 μM acetosyringone is added to the cell suspension [Schafer W., Gorz A., Kahl G. T-DNA integration and expression in a monocot crop plant afte induction of Agrobacterium. // Nature. 1987. V. 327. No. 6122. P. 529-532] and continue to cultivate for 12-18 hours. After that, the agrobacterial culture is used for transformation.
Пример 3. Получение культуры агробактерий A. tumafaciens GV3101(pMP90RK), несущих безмаркерную конструкцию рВМ::СР1.Example 3. Obtaining a culture of agrobacteria A. tumafaciens GV3101 (pMP90RK), bearing the markerless construction of pBM :: CP1.
Получение культуры агробактерий A. tumafaciens GV3101(pMP90RK), несущих безмаркерную конструкцию рВМ::СР1 проводят по методу, описанному в примере 2.Obtaining a culture of agrobacteria A. tumafaciens GV3101 (pMP90RK), bearing the markerless construction of pBM :: CP1 is carried out according to the method described in example 2.
Пример 4. Получение культуры агробактерий A. tumafaciens LBA4404 (pAL4404), несущих безмаркерную конструкцию рВМ::СР1.Example 4. Obtaining a culture of agrobacteria A. tumafaciens LBA4404 (pAL4404), bearing the markerless construction of pBM :: CP1.
Получение культуры агробактерий A. tumafaciens LBA4404 (pAL4404), несущих безмаркерную конструкцию рВМ::СР1 проводят по методу, описанному в примере 2.Obtaining a culture of agrobacteria A. tumafaciens LBA4404 (pAL4404), bearing the markerless construction of pBM :: CP1 is carried out according to the method described in example 2.
Пример 5. Трансформация листовых эксплантов с помощью агробактерий Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens СВЕ21 (pTiBo542, рВМ-CP1).Example 5. Transformation of leaf explants using agrobacteria Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens CBE21 (pTiBo542, pBM-CP1).
Co стерильных 3-4-х недельных растений, за два дня до трансформации срезают молодые листья, обрезают у них кромку и центральную жилку. Затем листья нарезают на небольшие кусочки размером 0.5×0.5 см2, которые раскладывают на поверхности твердой среды МС, содержащей 1 мг/л БАП, 0,1 мг/л НУК и 30 г/л БП. Инкубацию проводят при температуре 22-24°С и 16-часовом световом дне в течение 48 часов. Затем экспланты переносят в суспензию агробактерий Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens СВЕ21 (pTiBo542, рВМ-CP1) на 20 минут. После этого экспланты раскладывают на чашки со средой МС с 1 мг/л БАП, 0,1 мг/л НУК и 30 г/л БП на 48 часов. Полученные экспланты переносят в чашки Петри с твердой средой МС, содержащей 1 мг/л БАП, 0,1 мг/л НУК, 30 г/л БП, 500 мг/л тиракциллина для эиминации агробактерий. Регенерация побегов начинается через 3 недели культивирования трансформированных эксплантов.Co sterile 3-4-week-old plants, two days before the transformation, young leaves are cut, their edge and central vein are cut off. Then the leaves are cut into small pieces 0.5 × 0.5 cm 2 in size, which are laid out on the surface of a solid MS medium containing 1 mg / l BAP, 0.1 mg / l NAA and 30 g / l BP. Incubation is carried out at a temperature of 22-24 ° C and a 16-hour daylight for 48 hours. Then the explants are transferred into a suspension of agrobacteria Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens CBE21 (pTiBo542, pBM-CP1) for 20 minutes. After this, the explants are laid out on plates with MS medium with 1 mg / L BAP, 0.1 mg / L NAA and 30 g / L BP for 48 hours. The resulting explants are transferred to Petri dishes with solid MS medium containing 1 mg / L BAP, 0.1 mg / L NAA, 30 g / L BP, 500 mg / L thiracillin to eradicate agrobacteria. The regeneration of shoots begins after 3 weeks of cultivation of transformed explants.
Образовавшиеся побеги отделяют от исходной ткани эксплантов и переносят для дальнейшего роста на среду с
Пример 6. Трансформация листовых эксплантов с помощью агробактерий Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens GV3101(pMP90RK, рВМ-CP1).Example 6. Transformation of leaf explants using agrobacteria Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens GV3101 (pMP90RK, pBM-CP1).
Трансформацию листовых эксплантов с помощью агробактерий Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens GV3101(pMP90RK, рВМ-CP1) проводят по методу, описанному в примере 5.Transformation of leaf explants using agrobacteria Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens GV3101 (pMP90RK, pBM-CP1) is carried out according to the method described in example 5.
Пример 7. Трансформация листовых эксплантов с помощью агробактерий Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens LBA4404 (pAL4404, рВМ-CP1).Example 7. Transformation of leaf explants using agrobacteria Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens LBA4404 (pAL4404, pBM-CP1).
Трансформация листовых эксплантов с помощью агробактерий Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens LBA4404 (pAL4404, рВМ-CP1) проводят по методу, описанному в примере 5.Transformation of leaf explants using agrobacteria Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens LBA4404 (pAL4404, pBM-CP1) is carried out according to the method described in example 5.
Пример 8. Трансформация семян с помощью агробактерий A. tumefaciens СВЕ21 (pTiBo542, рВМ::СР1).Example 8. Transformation of seeds using agrobacteria A. tumefaciens CBE21 (pTiBo542, pBM :: CP1).
Стерильные семена, предварительно прекультивированные 48 часа на среде МС, погружают в колбу с суспензией агробактерий A. tumefaciens СВЕ21 (pTiBo542, рВМ::СР1) (109 кл/мл) (100 мл). Колбу с семенами помещают в вакуумный эксикатор и выдерживают 5 мин при отрицательном давлении - 0,8 атм. После прерывания вакуума семена перекладывают на стерильную фильтровальную бумагу для удаления избытка влаги и переносят на агаризованную среду МС. Через двое суток семена перекладывают на свежую среду МС, содержащую 500 мг/л антибиотика тикарциллина (Tr) и 30 г/л бананового порошка (БП). Семена проращивают 4 недели до длины проростков 3-5 см и используют для анализа. Дальнейшее культивирование растений in vitro проводят на среде МС с добавлением Tr 250 мг/л. Для получения семян растения пересаживают в теплицу.Sterile seeds pre-recultured for 48 hours on MS medium are immersed in a flask with a suspension of A. tumefaciens CBE21 agrobacteria (pTiBo542, pBM :: CP1) (10 9 cells / ml) (100 ml). The flask with seeds is placed in a vacuum desiccator and incubated for 5 min at a negative pressure of 0.8 atm. After the vacuum is interrupted, the seeds are transferred onto sterile filter paper to remove excess moisture and transferred to an MS agar medium. After two days, the seeds are transferred to fresh MS medium containing 500 mg / l of the antibiotic ticarcillin (Tr) and 30 g / l of banana powder (BP). Seeds germinate 4 weeks to the length of seedlings 3-5 cm and used for analysis. Further in vitro cultivation of plants is carried out on MS medium with the addition of Tr 250 mg / L. To obtain seeds, plants are transplanted into the greenhouse.
Пример 9. Трансформация семян с помощью агробактерий Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens GV3101 (pMP90RK, рВМ-CP1).Example 9. Transformation of seeds using agrobacteria Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens GV3101 (pMP90RK, pBM-CP1).
Трансформацию семян с помощью агробактерий Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens GV3101(pMP90RK, рВМ-CP1) проводят по методу, описанному в примере 8.Seed transformation using agrobacteria Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens GV3101 (pMP90RK, pBM-CP1) is carried out according to the method described in example 8.
Пример 10. Трансформация семян с помощью агробактерий Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens LBA4404 (pAL4404, рВМ-CP1).Example 10. Transformation of seeds using agrobacteria Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens LBA4404 (pAL4404, pBM-CP1).
Трансформация семян с помощью агробактерий Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens LBA4404 (pAL4404, рВМ-CP1) проводят по методу, описанному в примере 8.The transformation of seeds using agrobacteria Agrobacterium tumefaciens A. tumefaciens LBA4404 (pAL4404, pBM-CP1) is carried out according to the method described in example 8.
Пример 11. Калибровка синтетического цекропина Р1.Example 11. Calibration of synthetic cecropin P1.
Для количественного определения цекропина Р1, экспрессируемого растениями проводят калибровку коммерческого препарата цекропина P1 (Sigma, США). Для вестерн-блот анализа берут различное количество пептида, разведенного в воде: 100 нг, 50 нг, 30 нг, 15 нг, 10 нг, 2 нг.To quantify cecropin P1 expressed by plants, a commercial preparation of cecropin P1 is calibrated (Sigma, USA). For Western blot analysis, take a different amount of peptide diluted in water: 100 ng, 50 ng, 30 ng, 15 ng, 10 ng, 2 ng.
Пример 12. Вестерн-блот анализ растенийExample 12. Western blot analysis of plants
Для поиска трасформированных растений берут по одному листовому экспланту у каждого из регенерировавших или выросших из семян после генетической трансформации проростков каланхоэ перистого. Всего анализируют 500 растений. Листовые экспланты от каждого отдельного побега объединяют в группы по 10 эксплантов в одной группе и используют для приготовления исходных тестируемых образцов растительного экстракта. Все 10 листовых эксплантов помещают в одну пробирку. Всего 50 групп - 50 пробирок.To search for transformed plants, one leaf explant is taken from each of the regenerated or grown from seeds after the genetic transformation of the feathers of Kalanchoe. A total of 500 plants are analyzed. Leaf explants from each individual shoot are combined into groups of 10 explants in one group and used to prepare the initial test samples of plant extract. All 10 leaf explants are placed in one tube. Only 50 groups - 50 test tubes.
Далее проводят экстракцию белка из растительной ткани, выравнивают пробы по содержанию общего белкового продукта (около 100 мкг общего белка в каждой пробе), полученные пробы используют для электрофоретического разделения и проведения вестерн-блот анализа.Next, the protein is extracted from the plant tissue, the samples are aligned according to the total protein product content (about 100 μg of total protein in each sample), the obtained samples are used for electrophoretic separation and Western blot analysis.
Проведение вестерн-блот анализа осуществляли по следующей схеме:The Western blot analysis was carried out according to the following scheme:
1. Проводят экстракцию белков: 1 г растительной ткани растирают в жидком азоте, добавляют равное количество воды, нагретой до 70°С и ставят в термостат на 1 час. Затем центрифугируют при 12000 об/мин. К супернатанту добавляют трихлоруксусную кислоту (ТХУ) до 5% и оставляют на 10 мин при 4°С. Снова центрифугируют при 12000 об/мин, осадок трижды промывают холодным ацетоном и растворяют в 200 мкл 0,1 н. NaOH. С полученным раствором белка проводят электрофорез в 12% -ном полиакриламидном геле (ПААГ). На элекрофорез берут 10 мкл раствора пептида.1. Protein extraction is carried out: 1 g of plant tissue is triturated in liquid nitrogen, an equal amount of water heated to 70 ° C is added and placed in a thermostat for 1 hour. Then centrifuged at 12000 rpm Trichloroacetic acid (TCA) is added to the supernatant to 5% and left for 10 min at 4 ° C. Centrifuged again at 12,000 rpm, the precipitate was washed three times with cold acetone and dissolved in 200 μl of 0.1 N. NaOH. Electrophoresis is carried out with the obtained protein solution in a 12% polyacrylamide gel (PAGE). For electrophoresis take 10 μl of the peptide solution.
2. Для переноса белков используют PVDF мембрану ("Porablot", Macherey -Nagel, Германия).2. For the transfer of proteins using a PVDF membrane ("Porablot", Macherey-Nagel, Germany).
3. Электроперенос проводят в течение 2 часов при 200 мА или ночь при 20 мА в буфере (25 М Трис-HCl, 250 мМ глицин) с добавлением 20% метанола.3. Electric transport is carried out for 2 hours at 200 mA or overnight at 20 mA in buffer (25 M Tris-HCl, 250 mm glycine) with the addition of 20% methanol.
4. Затем мембрану инкубируют в 5%-ном растворе обезжиренного молока (1 г на 20 мл буфера TBS-т) при умеренном покачивании в течение 1 ч при комнатной температуре и промывают в буфере TBS-t.4. The membrane is then incubated in a 5% skim milk solution (1 g per 20 ml of TBS-t buffer) with moderate swaying for 1 h at room temperature and washed in TBS-t buffer.
5. После этого мембрану инкубируют с антителами к цекропину Р1, затем со вторичными кроличьими поликлональными антителами, коньюгированными с пероксидазой хрена.5. After that, the membrane is incubated with antibodies to cecropin P1, then with secondary rabbit polyclonal antibodies conjugated with horseradish peroxidase.
6. Иммунодетекцию проводят с помощью набора реактивов ECL ("Amersham", Великобритания).6. Immunodetection is carried out using a set of ECL reagents ("Amersham", UK).
По результату первичного вестерн-блот анализа 50 исходных групп растений выбирают, например, 3 группы (30 растений), показавшие наибольшую интенсивность положительного сигнала. Группы, которые дали невысокую интенсивность сигнала, в работе не используются, как и группы, полностью отрицательные по результатам иммуноблоттинга.According to the result of the initial Western blot analysis of the 50 initial plant groups, for example, 3 groups (30 plants) are selected that show the highest intensity of the positive signal. Groups that gave a low signal intensity are not used in the work, as well as groups that are completely negative according to the results of immunoblotting.
Три группы используют для идентификации наиболее продуктивных индивидуальных трансгенных растений. Для этого растения отобранных групп - всего 30 растений - пересаживают в отдельные пробирки, подращивают в течение 3 недель и проводят повторный вестерн-блот анализ экстрактов из листьев каждого индивидуального растения.Three groups are used to identify the most productive individual transgenic plants. For this, plants of selected groups — 30 plants in total — are transplanted into separate tubes, grown for 3 weeks, and repeated Western blot analysis of extracts from the leaves of each individual plant is carried out.
На Фиг. 2 представлены результаты калибровочного вестерн-блот анализа синтетического препарата цекропина Р1. Дорожки: 1 - 100 нг; 2 - 50 нг; 3 - 30 нг; 4 - 15 нг; 5 - 10 нг; 6 - 2 нг.In FIG. Figure 2 shows the results of a Western Western blot analysis of the synthetic preparation cecropin P1. Lanes: 1 - 100 ng; 2 - 50 ng; 3 to 30 ng; 4 - 15 ng; 5 to 10 ng; 6 - 2 ng.
На Фиг. 3 показаны результаты вестерн-блот анализа экстрактов пяти растений (линии 1-5), экспрессирующих пептид с молекулярной массой 3.4 кДа, соответствующей зрелой форме цекропина Р1. Дорожки: 1 - синтетический цекропин Р1, мол. масса 3.4 кДа (10 нг); 2 - экстракт нетрансформированного растения; 3-7 - экстракты трансформированных растений (линии 1-5).In FIG. Figure 3 shows the results of a Western blot analysis of extracts of five plants (lines 1-5) expressing a peptide with a molecular weight of 3.4 kDa corresponding to the mature form of cecropin P1. Lanes: 1 - synthetic cecropin P1, mol. weight 3.4 kDa (10 ng); 2 - extract of a non-transformed plant; 3-7 - extracts of transformed plants (lines 1-5).
Сравнивая с калибровочным анализом синтетического пептида (Фиг. 2), отмечают, что уровень синтеза цекропина Р1 в растениях линий 2 и 3 соответствует примерно 15 нг, что соответствует уровню экспрессии в 0,02% от общего растворимого белка (ОРБ).Comparing with the calibration analysis of the synthetic peptide (Fig. 2), it is noted that the level of cecropin P1 synthesis in plants of
Присутствие гена СР1 в трансгенных растениях каланхоэ подтверждают методом полимеразной цепной реакцией (ПЦР) с праймерами, специфичными для гена СР1. При разделении продуктов ПЦР ДНК трансгенных растений методом электрофореза идентифицируют наличие полосы 102 п.н., соответствующей гену СР1 (дорожки 4-6, 8, 9) (Фиг. 4).The presence of the CP1 gene in transgenic Kalanchoe plants is confirmed by polymerase chain reaction (PCR) with primers specific for the CP1 gene. When the PCR products of DNA of transgenic plants are separated by electrophoresis, the presence of a 102 bp band corresponding to the CP1 gene is identified (lanes 4-6, 8, 9) (Fig. 4).
Данные, представленные в Таблице 1, показывают, что эффективность трансформации зависит от способа трансформации. Трансформация методом вакуумной агроинфильтрации семян выше (35,1%), чем способом кокультивации листовых эксплантов агробактериями (25,9%), при этом максимальный уровень экспрессии составляет 0,03% и 0,02% от ОРБ соответственно.The data presented in Table 1 show that the transformation efficiency depends on the method of transformation. Transformation by the method of vacuum agroinfiltration of seeds is higher (35.1%) than by the method of cocultivation of leaf explants with agrobacteria (25.9%), while the maximum expression level is 0.03% and 0.02% of ORB, respectively.
Предлагаемый способ получения безмаркерных растений Kalanchoe pinnata, экспрессирующих ген антимикробного пептида цекропина Р1, позволяет получить трансгенные растения с высоким уровнем экспрессии гена цекропина Р1, сократить сроки получения и отбора трансгенных безмаркерных растений каланхоэ до 1-2 месяцев, по сравнению с другими способами получения безмаркерных растений - 4-8 месяцев [Truesdale M.R., Toldi О., Scott P. The effect of elevated concentrations of fructose 2.6 bisphosphate on carbon metabolism during deacidification in the crassulacean acid metabolism plant Kalanchoe daigremontiana // Plant physiology. 1999. V. 121. P. 957-964], за счет прямого органогенеза (регенерация побегов не через стадию каллуса, а непосредственно из эксплантов и прорастание семян), за счет использования укороченной на 2600 п.н. конструкции (вектор рВМ-CP1), не содержащей маркерного гена неомицинфосфотрансферазы II, предполагающий селекцию на антибиотике канамицине, когда растение подвергается дополнительному стрессу, а также быстрому вестерн-блот анализу на продукт гена СР1, независимо от возраста растения, способ обеспечивает экологическую и биологическую безопасность трансгенных растений, экспрессирующих ген цекропина Р1 без дополнительных селективных генов.The proposed method for producing marker-free plants Kalanchoe pinnata expressing the gene for the antimicrobial peptide cecropin P1, allows you to get transgenic plants with a high level of expression of the gene cecropin P1, reduce the time of receipt and selection of transgenic markerless plants Kalanchoe to 1-2 months, compared with other methods of producing markerless plants - 4-8 months [Truesdale MR, Toldi O., Scott P. The effect of elevated concentrations of fructose 2.6 bisphosphate on carbon metabolism during deacidification in the crassulacean acid metabolism plant Kalanchoe daigremontiana // Plant physiology. 1999. V. 121. P. 957-964], due to direct organogenesis (shoot regeneration not through the callus stage, but directly from explants and seed germination), due to the use of a shortened by 2600 bp constructs (vector pBM-CP1) that does not contain the neomycin phosphotransferase II marker gene, which involves selection on the antibiotic kanamycin when the plant is subjected to additional stress, as well as a quick Western blot analysis on the CP1 gene product, regardless of the age of the plant, the method provides environmental and biological safety transgenic plants expressing the cecropin P1 gene without additional selective genes.
Claims (9)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154310A RU2631929C2 (en) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Method for obtaining of non-marked transgenic pinnated kalanchoe plants expressing cecropin p1 gene |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154310A RU2631929C2 (en) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Method for obtaining of non-marked transgenic pinnated kalanchoe plants expressing cecropin p1 gene |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015154310A RU2015154310A (en) | 2017-06-22 |
RU2631929C2 true RU2631929C2 (en) | 2017-09-28 |
Family
ID=59240258
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015154310A RU2631929C2 (en) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Method for obtaining of non-marked transgenic pinnated kalanchoe plants expressing cecropin p1 gene |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2631929C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2723398C1 (en) * | 2019-10-31 | 2020-06-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Апто-Фарм" | Modified dna-aptamers linking extracellular domain egfr |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2009120655A (en) * | 2009-06-02 | 2010-12-10 | Учреждение Российской академии наук Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (RU) | METHOD FOR PRODUCING MARKERLESS TRANSGENIC PLANTS SYNTHESIZING TARGET PRODUCT AND RECOMBINANT PLASMID FOR ITS IMPLEMENTATION |
RU2013139702A (en) * | 2013-08-28 | 2015-06-20 | Федеральное агентство научных организаций (ФАНО России) Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) | METHOD FOR PRODUCING GENETICALLY MODIFIED TREE PLANTS |
-
2015
- 2015-12-17 RU RU2015154310A patent/RU2631929C2/en active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2009120655A (en) * | 2009-06-02 | 2010-12-10 | Учреждение Российской академии наук Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН (RU) | METHOD FOR PRODUCING MARKERLESS TRANSGENIC PLANTS SYNTHESIZING TARGET PRODUCT AND RECOMBINANT PLASMID FOR ITS IMPLEMENTATION |
RU2013139702A (en) * | 2013-08-28 | 2015-06-20 | Федеральное агентство научных организаций (ФАНО России) Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук (ИБХ РАН) | METHOD FOR PRODUCING GENETICALLY MODIFIED TREE PLANTS |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
ЗАХАРЧЕНКО Н.С. и др. Получение биобезопасных безмаркерных трансгенных растений каланхоэ перистого (Kalanchoe pinnata L.) с повышенной устойчивостью к биотическим стрессовым факторам, Всероссийская научная конференция "Факторы устойчивости растений в экстремальных природных условиях и техногенной среде", 2013 г. * |
ЗАХАРЧЕНКО Н.С. и др. Получение биобезопасных безмаркерных трансгенных растений каланхоэ перистого (Kalanchoe pinnata L.) с повышенной устойчивостью к биотическим стрессовым факторам, Всероссийская научная конференция "Факторы устойчивости растений в экстремальных природных условиях и техногенной среде", 2013 г. ЧИСТЯКОВА А.А. Ядерная трансформация Nicotiana tabacim нуклеотидной последовательностью мембранного протеина Brucella abortus OMP 16, Биотехнология. Теория и практика, 2010 г. * |
ЧИСТЯКОВА А.А. Ядерная трансформация Nicotiana tabacim нуклеотидной последовательностью мембранного протеина Brucella abortus OMP 16, Биотехнология. Теория и практика, 2010 г. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2723398C1 (en) * | 2019-10-31 | 2020-06-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Апто-Фарм" | Modified dna-aptamers linking extracellular domain egfr |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015154310A (en) | 2017-06-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6967217B2 (en) | How to make transformed plants | |
US9708618B2 (en) | Constructs for expressing transgenes using regulatory elements from brachypodium ubiquitin genes | |
US20160251402A1 (en) | Micropeptides and use of same for modulating gene expression | |
CN109153988A (en) | The genome edit methods of plant | |
IL84381A (en) | Process for the genetic modification of monocotyledonous plants of the family gramineae using agrobacterium | |
CN109111514A (en) | And the breeding method and its relevant biological material of the transgenic wheat of anti-banded sclerotial blight and root rot | |
Torres et al. | Stable transformation of lettuce cultivar South Bay from cotyledon explants | |
US20090023212A1 (en) | Method for transforming soybean (Glycine max) | |
CN1331747A (en) | Transgenic plants comprising counditionally lethal gene and its prodn. method | |
Mano et al. | Development of an Agrobacterium-mediated stable transformation method for the sensitive plant Mimosa pudica | |
RU2631929C2 (en) | Method for obtaining of non-marked transgenic pinnated kalanchoe plants expressing cecropin p1 gene | |
Dandekar et al. | Plant transformation: Agrobacterium-mediated gene transfer | |
CN106480069B (en) | Cucumber CsERF025 gene and its promote the straight developmental application of cucumber fruits | |
JP5020253B2 (en) | Method for producing Chinese cabbage transformant using flower stem tissue and transformant with improved soft rot resistance produced therefrom | |
KR100723070B1 (en) | Rice leaf folder tolerant rice transformants and producing method thereof | |
Khlifa et al. | Agrobacterium rhizogenes-mediated transformation of Hypericum sinaicum L. for the development of hairy roots containing hypericin | |
KR101161276B1 (en) | Vascular tissue-specific promoter and expression vector comprising the same | |
RU2624042C2 (en) | Method for obtaining of non-marked transgenic pinnated kalanchoe plants expressing cecropin p1 gene | |
CN104711238B (en) | A kind of Rice Drought Resistence albumen OsWS1 and its encoding gene and purposes | |
KR100496029B1 (en) | Method for Producing Transgenic Perilla Plants, and Herbicide-Resistent Perilla Plants by the Method | |
JP4228072B2 (en) | Artificial synthetic gene encoding avidin | |
Matthew et al. | DEFECTIVE EMBRYO AND MERISTEMS1 (DEM1) Is Essential for Cell Proliferation and Cell Differentiation in Tomato | |
Sriskandarajah et al. | Regeneration and transformation in adult plants of Campanula species | |
US11034969B2 (en) | Plant comprising recombinant polynucleotides encoding a pigment regulatory transcription factor with a tissue-preferred promoter | |
JP5320782B2 (en) | Gene transfer to plant plastids |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210421 Effective date: 20210421 |