擬南芥rd29A啟動(dòng)子的克隆及植物表達(dá)載體構(gòu)建

申麗婕++于月華++劉娜++梁承娟++汪曉東++谷月好++崔雪++張振清++倪志勇

摘要：以擬南芥（Arabidopsis thaliana）基因組DNA為材料，根據(jù)GenBank中擬南芥rd29A啟動(dòng)子序列設(shè)計(jì)引物，采用PCR克隆一段長(zhǎng)度為951 bp的rd29A啟動(dòng)子序列。采用PlantCARE啟動(dòng)子在線預(yù)測(cè)工具分析表明，rd29A啟動(dòng)子序列具有TATA-box、CAAT-box基本的順式作用元件和1個(gè)脫落酸應(yīng)答元件（ABRE）和2個(gè)脫水應(yīng)答調(diào)控元件（DRE）。將rd29A啟動(dòng)子序列亞克隆到pcambia3301載體的多克隆位點(diǎn)，構(gòu)建了由rd29A啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)的植物表達(dá)載體。

關(guān)鍵詞：擬南芥（Arabidopsis thaliana）；rd29A；啟動(dòng)子；植物表達(dá)載體

中圖分類號(hào)：Q78 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2016）18-4824-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.049

干旱、鹽堿和極端溫度等非生物脅迫嚴(yán)重影響植物的生長(zhǎng)和發(fā)育，造成作物減產(chǎn)甚至絕收[1，2]。目前，利用基因工程方法改良植物的抗逆性是一種高效的方法[3-5]。許多基因參與植物對(duì)非生物脅迫的應(yīng)答，其中轉(zhuǎn)錄因子因其在轉(zhuǎn)錄調(diào)控中發(fā)揮重要的作用，成為抗逆轉(zhuǎn)基因育種的重要候選基因資源[6]。然而，在正常的條件下，某些非生物脅迫應(yīng)答轉(zhuǎn)錄因子的過(guò)量表達(dá)，有可能導(dǎo)致植株生長(zhǎng)緩慢[7-10]。利用非生物逆境誘導(dǎo)啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)抗逆基因的表達(dá)是解決上述問(wèn)題的一個(gè)方法。擬南芥（Arabidopsis thaliana） rd29A啟動(dòng)子受干旱、高鹽和低溫脅迫誘導(dǎo)表達(dá)，在抗逆轉(zhuǎn)基因育種中應(yīng)用十分廣泛[11-13]。例如，rd29A啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)擬南芥AtNHX1基因轉(zhuǎn)化煙草，鹽脅迫下轉(zhuǎn)基因煙草相比野生型根發(fā)生能力和生長(zhǎng)勢(shì)顯著提高且葉片丙二醛含量降低[14]。低溫脅迫下，轉(zhuǎn)rd29A-ICE1基因的水稻相比對(duì)照的脯氨酸含量和存活率明顯提高，丙二醛含量積累速率明顯下降，增強(qiáng)了對(duì)低溫脅迫的忍耐能力[15]。為了便于采用rd29A啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)抗逆基因的表達(dá)，本研究根據(jù)GenBank中擬南芥rd29A序列設(shè)計(jì)引物，從擬南芥葉片基因組DNA中克隆了rd29A啟動(dòng)子序列，并亞克隆至植物表達(dá)載體pcambia3301的多克隆位點(diǎn)處，為進(jìn)一步利用誘導(dǎo)型啟動(dòng)子rd29A奠定試驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 植物材料 擬南芥Col-0生態(tài)型種子由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所作物種質(zhì)資源中心抗逆研究課題組提供。

1.1.2 試劑與藥品 大腸桿菌（Escherichia coli）DH5α感受態(tài)細(xì)胞、植物基因組DNA提取試劑盒、凝膠回收試劑盒購(gòu)于北京天根生化科技有限公司；TransStartTM Taq DNA Polymerase購(gòu)于北京全式金生物技術(shù)有限公司；快速限制性內(nèi)切酶Hind Ⅲ和BamH Ⅰ，T4 DNA連接酶購(gòu)于Fermentas公司；植物表達(dá)載體pcambia3301為新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室保存；其他化學(xué)藥品為國(guó)產(chǎn)分析純。引物和測(cè)序由上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司完成。

1.2 方法

1.2.1 擬南芥葉片基因組DNA的提取 使用植物基因組試劑盒提取擬南芥葉片基因組DNA，采用1%的瓊脂糖凝膠檢測(cè)DNA的完整性。

1.2.2 rd29A啟動(dòng)子克隆及載體構(gòu)建 根據(jù)GenBank中rd29A的啟動(dòng)子序列（GenBank登錄號(hào)為：D13044）設(shè)計(jì)帶有酶切位點(diǎn)的引物nrd29A-F： 5′-TTTAAGCTTGATGGAGGAGCCATAGATGC-3′和

nrd29A-R：5′-ATAGGATCCTTTCCAAAGATTTTTTT

CTTTCCA-3′（下劃線分別表示Hind Ⅲ和BamH Ⅰ酶切位點(diǎn)），以擬南芥葉片DNA作為模板，使用TransStartTM Taq DNA Polymerase進(jìn)行PCR擴(kuò)增，按照說(shuō)明書(shū)中推薦的PCR體系和反應(yīng)程序進(jìn)行擴(kuò)增。PCR產(chǎn)物經(jīng)1.2%瓊脂糖電泳檢測(cè)后，切膠回收，使用Hind Ⅲ和BamH Ⅰ雙酶切rd29A啟動(dòng)子序列和pcambia3301載體，將rd29A啟動(dòng)子序列亞克隆至pcambia3301載體的多克隆位點(diǎn)處，轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5α感受態(tài)細(xì)胞，將陽(yáng)性克隆送上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司測(cè)序鑒定。

1.2.3 rd29A啟動(dòng)子序列分析 利用DNAMAN軟件比對(duì)測(cè)序序列與GenBank中rd29A的啟動(dòng)子序列的一致性。在PlantCARE網(wǎng)站（http：//bioinformatics.psb.ugent.be/webtools/plantcare/html）在線分析rd29A啟動(dòng)子區(qū)域存在的可能的基本啟動(dòng)子元件和順式作用元件。

2 結(jié)果與分析

2.1 擬南芥rd29A啟動(dòng)子的克隆

根據(jù)GenBank中擬南芥rd29A啟動(dòng)子序列設(shè)計(jì)引物，采用PCR方法從擬南芥葉片基因組DNA中擴(kuò)增獲得大小為951 bp的片段（圖1）。測(cè)序結(jié)果表明，擴(kuò)增得到的rd29A啟動(dòng)子序列與GenBank中的序列一致性達(dá)到99.47%，說(shuō)明克隆的序列為擬南芥rd29A啟動(dòng)子序列。

2.2 擬南芥rd29A啟動(dòng)子植物表達(dá)載體構(gòu)建

用限制性內(nèi)切酶Hind Ⅲ和BamH Ⅰ雙酶切獲得951 bp的rd29A啟動(dòng)子序列，將其連接到植物表達(dá)載體pcambia3301的多克隆位點(diǎn)處，轉(zhuǎn)化大腸桿菌后，挑取陽(yáng)性克隆，對(duì)重組質(zhì)粒菌液進(jìn)行PCR檢測(cè)，獲得大小為951 bp的擴(kuò)增片段（圖2），經(jīng)測(cè)序驗(yàn)證后，表明已經(jīng)成功地將擬南芥的rd29A啟動(dòng)子亞克隆至植物表達(dá)載體pcambia3301。

2.3 rd29A啟動(dòng)子序列分析

使用PlantCARE網(wǎng)站分析rd29A啟動(dòng)子區(qū)域存在的順式作用元件，分析發(fā)現(xiàn)rd29A啟動(dòng)子含有TATA-box和CAAT-box基本啟動(dòng)子元件，1個(gè)脫落酸應(yīng)答元件（ABRE）和2個(gè)脫水應(yīng)答調(diào)控元件（DRE）（圖3），分析結(jié)果表明，克隆的擬南芥rd29A啟動(dòng)子具有逆境誘導(dǎo)啟動(dòng)子的特征。

3 小結(jié)與討論

本研究從擬南芥葉片基因組DNA中克隆了逆境誘導(dǎo)型啟動(dòng)子rd29A，與GenBank中的擬南芥rd29A序列（D13044）比對(duì)發(fā)現(xiàn)兩者的一致性為99.47%，DRE和ABRE元件兩者完全一致。產(chǎn)生序列差異的原因有可能是由于使用的聚合酶保真性不高。李新玲等[12]克隆的rd29A片段與D13044有99%的一致性；楊春霞等[13]克隆的rd29A啟動(dòng)子與NCBI上已報(bào)道rd29A的啟動(dòng)子（AY973635）有99.64%的一致性。許多報(bào)道已經(jīng)表明位于DRE和ABRE元件之外的突變核苷酸并不影響rd29A啟動(dòng)子的活性[12，13，16]，因此可以推斷本研究克隆的rd29A啟動(dòng)子具有誘導(dǎo)活性。本研究將rd29A啟動(dòng)子亞克隆至植物表達(dá)載體pcambia3301的多克隆位點(diǎn)處，為利用rd29A啟動(dòng)子驅(qū)動(dòng)抗逆基因的表達(dá)奠定了基礎(chǔ)。

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