玉米大斑病菌黑色素合成還原酶基因酵母單雜交報(bào)告載體的構(gòu)建

賈慧 郭麗婕 孟慶江等

摘要：根據(jù)玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）黑色素合成還原酶基因St3HNR、St4HNR 5′端側(cè)翼序列和酵母單雜交報(bào)告載體pHIS2.1多克隆位點(diǎn)，設(shè)計(jì)了帶有限制性?xún)?nèi)切酶位點(diǎn)的特異性引物，并以玉米大斑病菌01-23菌株基因組DNA為模板，PCR擴(kuò)增啟動(dòng)子區(qū)域長(zhǎng)度約1 000 bp的片段，雙酶切目的片段及載體pHIS2.1回收并連接，構(gòu)建2個(gè)還原酶基因的酵母單雜交報(bào)告載體。結(jié)果表明，克隆到啟動(dòng)子區(qū)域長(zhǎng)度為998 bp核酸片段，經(jīng)PCR檢測(cè)、測(cè)序、酶切鑒定，2個(gè)還原酶基因的酵母單雜交報(bào)告載體構(gòu)建成功，為進(jìn)一步研究還原酶與轉(zhuǎn)錄因子互作關(guān)系及明確黑素素合成調(diào)控機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）；黑色素；酵母單雜交報(bào)告載體

中圖分類(lèi)號(hào)：Q78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2015）14-3542-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2015.14.053

Construction of Report Vectors of Melanin HNreductase Gene of

Setosphaeria turcica in Yeast One-hybrid

JIA Hui， GUO Li-jie， MENG Qing-jiang， CAO Zhi-yan， SONG Ya-feng

（College of Life Science， Agriculture University of Hebei/Hebei Key Laboratory of Physiological and Molecular Plant Pathology，

Baoding 071000， Hebei， China）

Abstract： According to the restriction enzyme sites of melanin biosynthesis promoter region of reductase gene St3HNR， St4HNR and reporter vector pHIS2.1 of Setosphaeria turcica， two pairs of primers containing restriction enzyme sites were designed， the fragment length about 1 000 bp obtained by PCR using genomic DNA of S.turcica 01-23 strain as templet， and double digested by the corresponding restricted enzymes respectively， recycled and connected， constructed the yeast one-hybrid reporter vector of reductase gene. The results showed that the fragment length of two genes were both 998 bp， vectors were successfully constructed by PCR， sequencing， restriction enzyme digestion， and lay the foundation for the study of the transcription factor.

Key words： Setosphaeria turcica； melanin； report vectors of the yeast one-hybrid system

玉米大斑病是玉米（Zea mays L.）的重要葉部病害，病斑呈梭形，直接影響玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失[1]。玉米大斑病菌（Setosphaeria turcica）是引起玉米大斑病的一種絲狀病原真菌，在其侵入寄主過(guò)程中，主要依靠附著胞產(chǎn)生機(jī)械壓力穿透植物表皮細(xì)胞[2，3]。成熟的附著胞內(nèi)沉積著一層黑色素，黑色素是由病菌產(chǎn)生的一種非均質(zhì)的不溶于水的無(wú)定形小顆粒狀類(lèi)多酚聚合體，其作為重要的毒力因子，在維持附著胞內(nèi)機(jī)械壓力方面起著重要的作用。玉米大斑病菌能夠代謝DHN黑色素，其在病菌附著胞壁上的沉積，保證了病菌能夠產(chǎn)生足夠的膨脹壓力而穿透寄主組織致病[4]。對(duì)不同病原真菌中DHN黑色素合成途徑的研究結(jié)果表明，DHN黑色素合成途徑起始于聚酮體合成酶（Polyketide synthase），其后經(jīng)2個(gè)還原酶（HNreductase）、2個(gè)脫水酶（Scytalone dehydratase）和1個(gè)氧化酶（Laccases）催化聚合而形成黑色素，另外還存在一個(gè)調(diào)控黑色素生物合成的轉(zhuǎn)錄因子（MR）[5]。在玉米小斑病菌（Helminthosporium maydis）、水稻胡麻斑病菌（Bipolaris oryzae）中均存在該轉(zhuǎn)錄因子，其對(duì)黑色素合成酶基因的轉(zhuǎn)錄具有調(diào)控作用[6，7]。河北農(nóng)業(yè)大學(xué)真菌霉系與植物病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室根據(jù)其他真菌中已知DHN黑色素調(diào)控基因設(shè)計(jì)引物獲得StMR1基因片段，并通過(guò)RACE（Rapid amplification of cDNA ends）技術(shù)得到該基因全長(zhǎng)。

研究蛋白質(zhì)與DNA互作的方法很多，包括DNA蛋白質(zhì)印跡雜交、凝膠阻滯電泳、DNasel足跡法、DNA與蛋白質(zhì)復(fù)合體的電鏡觀察、紫外交聯(lián)法、體內(nèi)交聯(lián)與免疫沉淀相結(jié)合等[8]。酵母單雜交體系（Yeast one-hybrid system）是一種識(shí)別穩(wěn)定結(jié)合于DNA上的蛋白質(zhì)的研究技術(shù)，它是根據(jù)DNA結(jié)合蛋白（即轉(zhuǎn)錄因子）與DNA順式作用元件結(jié)合調(diào)控報(bào)告基因表達(dá)的原理來(lái)研究目的轉(zhuǎn)錄因子與基因（DNA或cDNA）互作的體系，該方法也是在細(xì)胞內(nèi)分析鑒定轉(zhuǎn)錄因子與順式作用元件結(jié)合的有效方法[9，10]。真核生物中各種轉(zhuǎn)錄因子在轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)控是基因表達(dá)調(diào)控的主要方式。典型的轉(zhuǎn)錄因子都有DNA結(jié)合區(qū)與轉(zhuǎn)錄激活區(qū)（或抑制區(qū)），在特定的時(shí)間、部位或特定條件（如脅迫條件）下，特定的轉(zhuǎn)錄因子與靶基因啟動(dòng)子的順式作用元件特異性結(jié)合并相互作用，就可以激活或抑制靶基因的表達(dá)[11]。要闡明細(xì)胞內(nèi)各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與基因表達(dá)的機(jī)制，以及細(xì)胞對(duì)外界環(huán)境刺激引起的一系列信號(hào)傳遞與應(yīng)答基因表達(dá)調(diào)控等機(jī)理，鑒定各種調(diào)控基因表達(dá)的順式作用元件和轉(zhuǎn)錄因子至關(guān)重要。本研究構(gòu)建了玉米大斑病菌黑色素合成還原酶基因St3HNR、St4HNR啟動(dòng)子區(qū)酵母單雜交報(bào)告載體，為探究轉(zhuǎn)錄因子StMR1和還原酶基因St3HNR、St4HNR的作用機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

玉米大斑病菌菌株01-23、大腸桿菌（Eschrichia coli）DH5α感受態(tài)細(xì)胞、SDS堿裂解溶液由河北農(nóng)業(yè)大學(xué)真菌毒素與植物分子病理學(xué)實(shí)驗(yàn)室保存或制備，pHIS2.1載體由河北農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院張彩英教授惠贈(zèng)；質(zhì)粒提取試劑盒、凝膠回收試劑盒、Taq DNA聚合酶、dNTPs、限制性?xún)?nèi)切酶、T4 DNA連接酶、pMD？誖19-T Simple Vector購(gòu)自寶生物工程（大連）有限公司；引物合成與序列測(cè)定由生物工程技術(shù)（上海）有限公司完成。

1.2 方法

1.2.1 PCR擴(kuò)增 根據(jù)St3HNR、St4HNR啟動(dòng)子區(qū)的基因序列和載體pHIS2.1上的多克隆位點(diǎn)分別設(shè)計(jì)一對(duì)引物，并分別添加Sac I、Spe I和EcoR I、Spe I酶切位點(diǎn)，引物序列見(jiàn)表1。采用CTAB法提取玉米大斑病菌01-23菌株基因組DNA[12]，用于PCR反應(yīng)模板，擴(kuò)增體系為DNA 2 μL，10×Taq Buffer（Mg2+）2.5 μL，dNTPs（2.5 mmol/L）2 μL， Taq DNA聚合酶（5 U/μL）0.3 μL，3HPF（4HNF）（10 μmol/L）1.0 μL，3HPR（4HPR）（10 μmol/L）1.0 μL，加ddH2O至25 μL。PCR擴(kuò)增程序?yàn)?5 ℃預(yù)變性 5 min；94 ℃變性30 s，52 ℃退火30 s，72 ℃延伸1 min，30個(gè)循環(huán)；72 ℃延伸10 min。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物用1.5%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)，用紫外凝膠成像儀（Bio-Rad）觀察結(jié)果，凝膠回收試劑盒回收擴(kuò)增產(chǎn)物。

1.2.2 St3HNR、St4HNR基因啟動(dòng)子區(qū)的克隆 將凝膠回收的目的基因片段與pMD？誖19-T Simple Vector 16 ℃連接30 min或過(guò)夜。連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5α感受態(tài)細(xì)胞，隨機(jī)挑取白色單菌落于3 mL含100 μg/mL Amp+ 的LB液體培養(yǎng)基中，37 ℃下220 r/min 振蕩培養(yǎng)過(guò)夜。取2 μL菌液作為模板，利用pMD19-T Simple載體克隆載體上的通用引物M13+和M13-進(jìn)行PCR檢測(cè)。選取PCR檢測(cè)陽(yáng)性的單克隆測(cè)序，將測(cè)序正確的陽(yáng)性克隆分別命名為pMD19-3HNRP、pMD19-4HNRP。

1.2.3 酵母單雜交報(bào)告載體的構(gòu)建 采用SDS堿裂解法制備質(zhì)粒DNA。將質(zhì)粒pMD19-3HNRP、pMD19-4HNRP以及pHIS2.1載體分別進(jìn)行雙酶切，電泳檢測(cè)并回收酶切目的片段進(jìn)行連接反應(yīng)，連接完畢后轉(zhuǎn)化大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞，提取陽(yáng)性克隆質(zhì)粒酶切驗(yàn)證，構(gòu)建完成St3HNR、St4HNR基因啟動(dòng)子酵母單雜交的報(bào)告載體pHIS-3HNRP、pHIS-4HNRP。

2 結(jié)果與分析

2.1 St3HNR、St4HNR基因啟動(dòng)子片段的擴(kuò)增

分析St3HNR、St4HNR基因啟動(dòng)子區(qū)序列的酶切位點(diǎn)，結(jié)合酵母單雜交報(bào)告載體質(zhì)粒pHIS2.1上的多克隆位點(diǎn)，分別選用限制性?xún)?nèi)切酶Sac I、EcoR I和Spe I，設(shè)計(jì)2對(duì)帶有酶切位點(diǎn)的特異引物擴(kuò)增目的片段，分別得到998 bp兩條條帶，與預(yù)期大小相符（圖1）。

2.2 St3HNR、St4HNR基因啟動(dòng)子的克隆

回收純化片段并與pMD？誖19-T Simple Vector連接，轉(zhuǎn)化大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞，轉(zhuǎn)化后選擇單克隆進(jìn)行菌液檢測(cè)，引物用載體通用引物M13/M17和特異引物3HPF/3HPR和4HNF/4HNR進(jìn)行PCR擴(kuò)增（圖2）。選取PCR鑒定為陽(yáng)性的克隆送生工生物工程技術(shù)（上海）有限公司測(cè)序，并命名為pMD19-3HNRP、pMD19-4HNRP。

2.3 pMD19-3HNRP、pMD19-4HNRP的酶切鑒定

將與pMD？誖19-T Simple Vector載體連接并且測(cè)序正確的單克隆pMD19-3HNRP、pMD19-4HNRP分別用Sac I和Spe I，EcoR I和Spe I進(jìn)行雙酶切驗(yàn)證，均得到預(yù)期大小的目的條帶（圖3），成功克隆得到St3HNR、St4HNR基因啟動(dòng)子。

2.4 pHIS2.1載體酶切鑒定

提取pHIS2.1載體質(zhì)粒，用Sac I和Spe I，EcoR I和Spe I進(jìn)行雙酶切并回收，得到7 190 bp大小的片段，所得片段與預(yù)期結(jié)果一致（圖4）。

2.5 St3HNR、St4HNR基因啟動(dòng)子酵母單雜交報(bào)告載體的構(gòu)建

將pMD19-3HNRP和pHIS2.1質(zhì)粒載體分別用Sac I、Spe I進(jìn)行雙酶切，回收目的片段后將帶有相同黏性末端的3HNRP和線(xiàn)性的pHIS2.1連接，得到pHIS-3HNRP重組載體。將pMD19-4HNRP與pHIS2.1分別用EcoR I、Spe I進(jìn)行雙酶切，回收純化目的片段后再連接，得到pHIS-4HNRP重組載體。pHIS-3HNRP、pHIS-4HNRP重組載體全長(zhǎng)約8 200 bp，Sac I與Spe I雙酶切得到大小為7 190 bp和998 bp的條帶，EcoR I與Spe I酶切得到大小為7 190 bp和998 bp條帶，結(jié)果均與預(yù)期大小相符（圖6），玉米大斑病菌黑色素還原酶基因啟動(dòng)子的酵母單雜交載體構(gòu)建成功。

3 小結(jié)與討論

目前，在研究DNA-蛋白質(zhì)相互作用中，酵母單雜交體系主要有以下3種用途：①確定已知DNA-蛋白質(zhì)之間是否存在相互作用；②分離編碼結(jié)合于目的順式調(diào)控元件或其他短DNA結(jié)合位點(diǎn)蛋白的新基因；③定位已經(jīng)證實(shí)的具有相互作用的DNA結(jié)合蛋白的DNA結(jié)合結(jié)構(gòu)域以及準(zhǔn)確定位與DNA結(jié)合的核苷酸序列[13]。應(yīng)用酵母單雜交體系已經(jīng)識(shí)別并驗(yàn)證了許多與目的DNA序列結(jié)合的蛋白質(zhì)。

StMR1基因是DHN黑色素合成途徑中的具有轉(zhuǎn)錄調(diào)控作用的轉(zhuǎn)錄因子，St3HNR、St4HNR基因是該途徑中編碼還原酶的基因。據(jù)報(bào)道，瓜類(lèi)炭疽病菌、玉米小斑病菌中調(diào)控基因CMR1的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物直接或間接作用于還原酶基因，影響其表達(dá)，進(jìn)而影響黑色素的合成[5，6]。本試驗(yàn)構(gòu)建了玉米大斑病菌黑色素合成還原酶基因St3HNR和St4HNR的酵母單雜交報(bào)告載體，為其研究調(diào)控基因的互作機(jī)制奠定了基礎(chǔ)。

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