本发明属于基因工程技术领域,具体而言,涉及一种可在哺乳动物细胞中稳定表达Cas9基因的DNA载体。
背景技术:
CRISPR-Cas9系统,被称为第三代基因编辑技术。相比于它的两位前辈ZFN系统和TALEN系统,它有着一些无可比拟的优点。首先,CRISPR-Cas9系统的可用位置更多。理论上基因组中每8个碱基就能找到一个可以用CRISPR-Cas9进行编辑的位置,可以说这一技术能对任一基因进行操作,而TALEN和ZFN系统则在数百甚至上千个碱基中才能找到一个可用位点,这大大限制了使用范围。此外还可以将Cas9蛋白连接其他功能蛋白,来在特定DNA序列上研究这些蛋白对细胞的影响。第三,更为重要的是,CRISPR-Cas9系统的使用极为方便,只需要简单的几步就能完成,几乎任何实验室都可以开展工作,而不需要向ZFN和TALEN那样借助商业公司的协助完成。由于以上特点,CRISPR-Cas9被评为2013年生物学10大突破之一。
(CRISPR)/CRISPR-associated(Cas)是细菌和古细菌一种不断进化适应的免疫防御机制。目前较为常用的是CRISPR/Cas9系统,该系统由向导RNA和Cas9切割酶组成。CRISPR/Cas9利用一段小RNA来识别并剪切DNA以降解外来核酸分子。Cong等(Multiplex Genome Engineering Using CRISPR/Cas Systems.Science.2013)及Mali等(RNA-guided human genome engineering via Cas9.Science.2013)证明CRISPR/Cas9系统能在293T、K562、iPS等多种细胞中,进行有效的靶向酶切,非同源重组(NHEJ)、同源重组(HR)效率在3-25%之间,与TALENs酶切效果相当。他们还证明,多个靶点可以同时进行靶向酶切。但是CRISPR/Cas9的瞬时转染存在效率不稳定的问题,而且在功能基因组高通量筛选过程中此问题尤其严重,因而迫切需要开发出一种Cas9的稳定表达载体,实现Cas9的稳定持续表达。
技术实现要素:
本发明的目的在于提供一种可在哺乳动物细胞中稳定表达Cas9基因的质粒DNA载体。本发明使用内切酶AgeⅠ、EcoRⅠ、SacⅡ三酶切pX330载体得Cas9编码区,在两侧添加合适的酶切位点后,将编码Cas9的CDS序列构建到pUC-EIN载体中,得载体pUC-CIN。使用pUC-CIN载体稳定转染猪细胞系,经单克隆筛选可以获得稳定表达Cas9基因的细胞株,从而达到在哺乳动物细胞中稳定表达Cas9基因的目的。
为实现上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种Cas9表达载体pUC-CIN,其序列如SEQ ID NO.11所示,由4.3kb的Cas9片段与5.1kb的pUC-EIN载体骨架连接得到,所述pUC-EIN载体的DNA序列如SEQ ID NO.2所示;
所述5.1kb的pUC-EIN载体骨架由BspTⅠ、BamHⅠ双酶切pUC-EIN载体得到;
所述4.3kb的Cas9片段由BspTⅠ、BamHⅠ双酶切pUC-Cas9载体得到;
所述pUC-Cas9载体是由AgeⅠ、EcoRⅠ、SacⅡ三酶切pX330载体得4.3kb、2.2kb及2.0kb片段,将4.3kb Cas9片段插入到pUC-GZ载体中得到;
所述pUC-GZ载体由pUC-mIKB载体经EcoRⅠ、HindⅢ双酶切得2.6kb的载体骨架和1.4kb片段,将2.6kb的载体骨架与47bp的GZ短片段连接所得;
所述pUC-mIKB载体的DNA序列如SEQ ID NO.1所示;
所述GZ短片段的制作过程如下:
a)从上海生工生物工程有限公司订购2条DNA寡核苷酸GZF、GZR,(其序列如SEQ ID NO.3-4所示)如下:
GZF:5'AATTACTTAAGACCGGTGGTACCACTCGTCTCGAGGAATTCGGATCC 3'
GZR:5'AGCTGGATCCGAATTCCTCGAGACGAGTGGTACCACCGGTCTTAAGT 3'
b)将GZF、GZR分别按照10微摩尔/升的浓度稀释,二者等量混合,取50微升置于薄壁PCR管中,按照下述程序孵育:
95℃5分钟,72℃10分钟,置冰上,GZ短片段制作完成。
pUC-CIN载体经酶切及测序验证无误(AflⅡ、EcoRⅠ双酶切,获得4.3kb、3.3kb及1.8kb条带)。
本发明提供的一种Cas9表达载体,稳定转染哺乳动物细胞系,经单克隆筛选可以获得稳定表达Cas9基因的细胞株,可在哺乳动物中稳定表达Cas9基因。
附图说明
图1是Cas9表达载体pUC-CIN构建过程示意图;
图2是pUC-CIN载体酶切鉴定示意图;
图3是Cas9基因表达检测引物设计示意图;
图4是3D4/21单克隆细胞Cas9基因mRNA水平表达检测示意图;
图5是PIEC单克隆细胞Cas9基因mRNA水平表达检测示意图。
具体实施方式
以下的实施例便于更好地理解本发明,但并不限定本发明。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。下述实施例中所用的试验材料,如无特殊说明,均为自常规生化试剂商店购买得到的。以下实施例中,如无特殊说明,均采用低糖DMEM培养基培养细胞。
pX330载体购自Addgene公司,货号42230。内切酶均购自NEB公司。DNA寡核苷酸均由上海生工生物工程有限公司合成。
实施例1 Cas9稳定表达载体的构建及鉴定
1.pUC-CIN载体构建
(1)pUC-mIKB载体序列如SEQ ID NO.1所示,EcoRⅠ、HindⅢ双酶切得2.6kb的载体骨架和1.4kb片段,将2.6kb的载体骨架与47bp的GZ短片段连接,得pUC-GZ。
GZ短片段的制作过程如下:
从上海生工生物工程有限公司订购2条DNA寡核苷酸GZF、GZR(其序列如SEQ ID NO.3-4所示),序列如下:
GZF:5'AATTACTTAAGACCGGTGGTACCACTCGTCTCGAGGAATTCGGATCC 3'
GZR:5'AGCTGGATCCGAATTCCTCGAGACGAGTGGTACCACCGGTCTTAAGT 3'
将GZF、GZR分别按照10微摩尔/升的浓度稀释,二者等量混合,取50微升置于薄壁PCR管中,按照下述程序孵育:
95℃5分钟,72℃10分钟,置冰上。
GZ短片段制作完成。
(2)AgeⅠ、EcoRⅠ、SacⅡ三酶切pX330载体得4.3kb、2.2kb及2.0kb片段,将4.3kb的Cas9片段插入到pUC-GZ载体(AgeⅠ、EcoRⅠ双酶切)中,得pUC-Cas9载体;
(3)BspTⅠ、BamHⅠ双酶切pUC-Cas9载体得4.3kb的Cas9片段,BspTⅠ、BamHⅠ双酶切pUC-EIN载体(DNA序列如SEQ ID NO.2所示)得5.1kb的载体骨架,将4.3kb的Cas9片段与5.1kb的pUC-EIN载体骨架连接,得pUC-CIN载体,其序列如SEQ ID NO.11所示。pUC-CIN载体经酶切及测序验证无误(AflⅡ、EcoRⅠ双酶切,获得4.3kb、3.3kb及1.8kb条带)。pUC-CIN载体构建示意图如图1所示,酶切鉴定结果如图2所示。
2、Cas9基因表达检测引物的设计与合成
由于Cas9基因编码区较大,PCR法检测其全长cDNA的表达存在一定困难。为了较为准确的检测Cas9在mRNA水平的表达,在Cas9编码区上、中、下游分别设计一对引物,Cas9-F1、Cas9-R1;Cas9-F2、Cas9-R2;Cas9-F3、Cas9-R3(其序列如SEQ ID NO.5-10所示)名称及序列如下:Cas9-F1:5'GCAGCCGACAAGAAGTACAG 3';Cas9-R1:5'TTGGCCATCTCGTTGCTGAA 3';Cas9-F2:5'CTGGACTCCCGGATGAACAC 3';Cas9-R2:5'TTCGCCGTTTGTCTCGATCA 3';Cas9-F3:5'GCAGATTCGCCTGGATGA 3';Cas9-R3:5'GCAGCACCTTCTCGTTGG 3'。其中Cas9-F1与Cas9-R1组成一对引物,检测上游序列,Cas9-F3与Cas9-R3检测中游序列,Cas9-F2与Cas9-R2检测下游序列(如图3所示)。引物送上海生工生物工程有限公司合成。
实施例2 Cas9稳定表达的猪肺泡巨噬细胞单克隆筛选
将Cas9稳定表达载体pUC-CIN经MluⅠ单酶切线性化,转染所得猪肺泡巨噬细胞系3D4/21,转染48小时后,铺96孔板5个及10cm培养皿10个,添加900微克/毫升G418进行单克隆筛选,获得13个状态较好的单克隆。提取这些单克隆细胞的总RNA,反转录为cDNA,使用前文所设计合成的三对引物(Cas9-F1、Cas9-R1、Cas9-F2、Cas9-R2、Cas9-F3、Cas9-R3)进行PCR检测,将三对引物都呈阳性的单克隆(5、17、27、42号)判定为稳定表达Cas9基因的单克隆细胞株,具体结果如图4所示。
实施例3 Cas9稳定表达的猪血管内皮细胞单克隆筛选
猪血管内皮细胞PIEC复苏后,传代两次,铺24孔板,在其中6孔中使用脂质体(lipo2000)转染pUC-CIN载体(已MluⅠ单酶切线性化);转染48小时后,铺96孔板4个及10cm培养皿8个,添加800μg/ml G418进行单克隆筛选,获得7个状态较好的单克隆,分别命名为1、2、3、4、5、6、8号。提取这些单克隆细胞的总RNA,反转录为cDNA,使用前文所设计合成的三对引物(Cas9-F1、Cas9-R1、Cas9-F2、Cas9-R2、Cas9-F3、Cas9-R3)进行PCR检测,将三对引物都呈阳性的单克隆(1、2、3、5、6号)判定为稳定表达Cas9基因的单克隆细胞株,具体结果如图5所示。
SEQUENCE LISTING
<110> 青岛市畜牧兽医研究所
<120> 一种Cas9表达载体
<160> 11
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 4034
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 1
tcgcgcgttt cggtgatgac ggtgaaaacc tctgacacat gcagctcccg gagacggtca 60
cagcttgtct gtaagcggat gccgggagca gacaagcccg tcagggcgcg tcagcgggtg 120
ttggcgggtg tcggggctgg cttaactatg cggcatcaga gcagattgta ctgagagtgc 180
accatatgcg gtgtgaaata ccgcacagat gcgtaaggag aaaataccgc atcaggcgcc 240
attcgccatt caggctgcgc aactgttggg aagggcgatc ggtgcgggcc tcttcgctat 300
tacgccagct ggcgaaaggg ggatgtgctg caaggcgatt aagttgggta acgccagggt 360
tttcccagtc acgacgttgt aaaacgacgg ccagtgaatt catcgattcc gcctcagaag 420
ccatagagcc caccgcatcc ccagcatgcc tgctattgtc ttcccaatcc tcccccttgc 480
tgtcctgccc caccccaccc cccagaatag aatgacacct actcagacaa tgcgatgcaa 540
tttcctcatt ttattaggaa aggacagtgg gagtggcacc ttccagggtc aaggaaggca 600
cgggggaggg gcaaacaaca gatggctggc aactagaagg cacagtcgag gctgatcagc 660
gggtttaaac tcttttagac actttccaaa gctcataacg tcaggcgctg gcctccaagc 720
acgcagtcgt catagggcag ctcatcctct gtgaactctg actccgtgtc atagctctcc 780
tcatcctcgc tctctggaag catctggagg ttttctaggg tcagctggcc cagctgctgc 840
tgtatccgag tgcttgggcg gccccaggtg agctggtacg gggagtagcc ctggtaggtg 900
actctgttga catcagcccc acacttcaac aagagcgaca ccaggtcggg attctgcagg 960
tccaccgcaa gatgcagggc ggttcggcca ttgcagggct cctgagcgtt gacatcagca 1020
cccaaagaca ccaacagctc cacaatgccc aggtagccat ggatcgaggc taagtgcaga 1080
catgtgtggc cattgtagtt ggtggcctgc agaatggagt ggaggtgctg ggtcccgcgg 1140
ggctgagtca ggactcccac actggccagg cagccctgct cacaggcaag gtgtagaggg 1200
gtatttcctc gaaagtctcg gagctcagga tcacagccag cttccagaag tgcctcagcg 1260
atttctggct ggttggtgat caccgccaag tggagtggag tctgctgcag gttgttctgg 1320
aagttaagaa aagccagatc tcccttcact tggcggacca cttccatggt cagtgccttc 1380
tcttcatgga tgatggccaa gtgcaggaac gagtctccgt cctcggtgag ctgctgcttc 1440
cagggctcgg cgccgcgggg cgcctcctgc ggctcgaggc ggatctcgcg cagctccttc 1500
accatctgct cgtactcctc gtccttcatg gcgtccaggc cggcgtcgtg gcggtcatcc 1560
agtagccgct ccttcttgag cgcgtcccgg ggcccctcca tggcccactc ctggccgggc 1620
tctgcgggct ggaacatggc gcgatgaggg cttgggcgct gctccctagg tgcgcgggcc 1680
acaggctgcg cggcgcgctg gctgctcgcg gtggctcggg cgggcgggac gatggcctcg 1740
gactgttgga tccgataact tcgtataatg tatgctatac gaagttatgc tagcaagctt 1800
ggcgtaatca tggtcatagc tgtttcctgt gtgaaattgt tatccgctca caattccaca 1860
caacatacga gccggaagca taaagtgtaa agcctggggt gcctaatgag tgagctaact 1920
cacattaatt gcgttgcgct cactgcccgc tttccagtcg ggaaacctgt cgtgccagct 1980
gcattaatga atcggccaac gcgcggggag aggcggtttg cgtattgggc gctcttccgc 2040
ttcctcgctc actgactcgc tgcgctcggt cgttcggctg cggcgagcgg tatcagctca 2100
ctcaaaggcg gtaatacggt tatccacaga atcaggggat aacgcaggaa agaacatgtg 2160
agcaaaaggc cagcaaaagg ccaggaaccg taaaaaggcc gcgttgctgg cgtttttcca 2220
taggctccgc ccccctgacg agcatcacaa aaatcgacgc tcaagtcaga ggtggcgaaa 2280
cccgacagga ctataaagat accaggcgtt tccccctgga agctccctcg tgcgctctcc 2340
tgttccgacc ctgccgctta ccggatacct gtccgccttt ctcccttcgg gaagcgtggc 2400
gctttctcaa tgctcacgct gtaggtatct cagttcggtg taggtcgttc gctccaagct 2460
gggctgtgtg cacgaacccc ccgttcagcc cgaccgctgc gccttatccg gtaactatcg 2520
tcttgagtcc aacccggtaa gacacgactt atcgccactg gcagcagcca ctggtaacag 2580
gattagcaga gcgaggtatg taggcggtgc tacagagttc ttgaagtggt ggcctaacta 2640
cggctacact agaaggacag tatttggtat ctgcgctctg ctgaagccag ttaccttcgg 2700
aaaaagagtt ggtagctctt gatccggcaa acaaaccacc gctggtagcg gtggtttttt 2760
tgtttgcaag cagcagatta cgcgcagaaa aaaaggatct caagaagatc ctttgatctt 2820
ttctacgggg tctgacgctc agtggaacga aaactcacgt taagggattt tggtcatgag 2880
attatcaaaa aggatcttca cctagatcct tttaaattaa aaatgaagtt ttaaatcaat 2940
ctaaagtata tatgagtaaa cttggtctga cagttaccaa tgcttaatca gtgaggcacc 3000
tatctcagcg atctgtctat ttcgttcatc catagttgcc tgactccccg tcgtgtagat 3060
aactacgata cgggagggct taccatctgg ccccagtgct gcaatgatac cgcgagaccc 3120
acgctcaccg gctccagatt tatcagcaat aaaccagcca gccggaaggg ccgagcgcag 3180
aagtggtcct gcaactttat ccgcctccat ccagtctatt aattgttgcc gggaagctag 3240
agtaagtagt tcgccagtta atagtttgcg caacgttgtt gccattgcta caggcatcgt 3300
ggtgtcacgc tcgtcgtttg gtatggcttc attcagctcc ggttcccaac gatcaaggcg 3360
agttacatga tcccccatgt tgtgcaaaaa agcggttagc tccttcggtc ctccgatcgt 3420
tgtcagaagt aagttggccg cagtgttatc actcatggtt atggcagcac tgcataattc 3480
tcttactgtc atgccatccg taagatgctt ttctgtgact ggtgagtact caaccaagtc 3540
attctgagaa tagtgtatgc ggcgaccgag ttgctcttgc ccggcgtcaa tacgggataa 3600
taccgcgcca catagcagaa ctttaaaagt gctcatcatt ggaaaacgtt cttcggggcg 3660
aaaactctca aggatcttac cgctgttgag atccagttcg atgtaaccca ctcgtgcacc 3720
caactgatct tcagcatctt ttactttcac cagcgtttct gggtgagcaa aaacaggaag 3780
gcaaaatgcc gcaaaaaagg gaataagggc gacacggaaa tgttgaatac tcatactctt 3840
cctttttcaa tattattgaa gcatttatca gggttattgt ctcatgagcg gatacatatt 3900
tgaatgtatt tagaaaaata aacaaatagg ggttccgcgc acatttcccc gaaaagtgcc 3960
acctgacgtc taagaaacca ttattatcat gacattaacc tataaaaata ggcgtatcac 4020
gaggcccttt cgtc 4034
<210> 2
<211> 5867
<212> DNA
<213> 人工序列
<400> 2
tcgcgcgttt cggtgatgac ggtgaaaacc tctgacacat gcagctcccg gagacggtca 60
cagcttgtct gtaagcggat gccgggagca gacaagcccg tcagggcgcg tcagcgggtg 120
ttggcgggtg tcggggctgg cttaactatg cggcatcaga gcagattgta ctgagagtgc 180
accatatgcg gtgtgaaata ccgcacagat gcgtaaggag aaaataccgc atcaggcgcc 240
attcgccatt caggctgcgc aactgttggg aagggcgatc ggtgcgggcc tcttcgctat 300
tacgccagct ggcgaaaggg ggatgtgctg caaggcgatt aagttgggta acgccagggt 360
tttcccagtc acgacgttgt aaaacgacgg ccagtgaatt gcggccgcat taccctgtta 420
tccctagaat tcgatgctga agttcctata gtttctagag tataggaact tcggtcataa 480
cttcgtatag catacattat acgaagttat tccggataag atacattgat gagtttggac 540
aaaccacaac tagaatgcag tgaaaaaaat gctttatttg tgaaatttgt gatgctattg 600
ctttatttgt aaccattata agctgcaata aacaagttgg ggtgggcgaa gaactccagc 660
atgagatccc cgcgctggag gatcatccag ccggcgtccc ggaaaacgat tccgaagccc 720
aacctttcat agaaggcggc ggtggaatcg aaatctcgtg atggcaggtt gggcgtcgct 780
tggtcggtca tttcgaaccc cagagtcccg ctcagaagaa ctcgtcaaga aggcgataga 840
aggcgatgcg ctgcgaatcg ggagcggcga taccgtaaag cacgaggaag cggtcagccc 900
attcgccgcc aagctcttca gcaatatcac gggtagccaa cgctatgtcc tgatagcggt 960
ccgccacacc cagccggcca cagtcgatga atccagaaaa gcggccattt tccaccatga 1020
tattcggcaa gcaggcatcg ccatgggtca cgacgagatc ctcgccgtcg ggcatgcgcg 1080
ccttgagcct ggcgaacagt tcggctggcg cgagcccctg atgctcttcg tccagatcat 1140
cctgatcgac aagaccggct tccatccgag tacgtgctcg ctcgatgcga tgtttcgctt 1200
ggtggtcgaa tgggcaggta gccggatcaa gcgtatgcag ccgccgcatt gcatcagcca 1260
tgatggatac tttctcggca ggagcaaggt gagatgacag gagatcctgc cccggcactt 1320
cgcccaatag cagccagtcc cttcccgctt cagtgacaac gtcgagcaca gctgcgcaag 1380
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caccggacag gtcggtcttg acaaaaagaa ccgggcgccc ctgcgctgac agccggaaca 1500
cggcggcatc agagcagccg attgtctgtt gtgcccagtc atagccgaat agcctctcca 1560
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gagagccatt tgactctttc cacaactatc caactcacaa cgtggcactg gggttgtgcc 1860
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cagggtgtcg ccctcgaact tcacctcggc gcgggtcttg tagttgccgt cgtccttgaa 2640
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ctccatatat gggctatgaa ctaatgaccc cgtaattgag atctgaagtt cctatagttt 3540
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gagaggcggt ttgcgtattg ggcgctcttc cgcttcctcg ctcactgact cgctgcgctc 3900
ggtcgttcgg ctgcggcgag cggtatcagc tcactcaaag gcggtaatac ggttatccac 3960
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atccatagtt gcctgactcc ccgtcgtgta gataactacg atacgggagg gcttaccatc 4920
tggccccagt gctgcaatga taccgcgaga cccacgctca ccggctccag atttatcagc 4980
aataaaccag ccagccggaa gggccgagcg cagaagtggt cctgcaactt tatccgcctc 5040
catccagtct attaattgtt gccgggaagc tagagtaagt agttcgccag ttaatagttt 5100
gcgcaacgtt gttgccattg ctacaggcat cgtggtgtca cgctcgtcgt ttggtatggc 5160
ttcattcagc tccggttccc aacgatcaag gcgagttaca tgatccccca tgttgtgcaa 5220
aaaagcggtt agctccttcg gtcctccgat cgttgtcaga agtaagttgg ccgcagtgtt 5280
atcactcatg gttatggcag cactgcataa ttctcttact gtcatgccat ccgtaagatg 5340
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