本发明属于基因工程技术领域,具体涉及一种植物rnai表达载体及其构建方法和应用。
背景技术:
植物突变体很难获得,有些基因的突变对植物可能是致死的,基因沉默相对容易获得,rna干扰(rnainterference,rnai)是一种转录后基因沉默技术,是一种有效的研究功能基因的反向遗传学工具。rnai是由双链rna(dsrna)介导的由特定酶参与的转录后基因沉默现象,该现象是andrewfire和craigmello等首先在线虫中发现的,是一种在真核生物中非常保守且普遍存在的机制,它是通过将与靶基因的转录产物mrna存在同源互补序列的具有部分双链结构的rna(dsrna)导入细胞后,然后将与之同源的mrna高效特异的降解成21~23nt的小片段,促使细胞内特定基因缺失,最后达到阻止基因表达的目的。rnai基因沉默实验中,双链rna往往以发夹结构rna的形式存在。
传统构建植物rnai表达载体,常规采用的方法是酶切和连接,对目的基因片段进行切割并且回收,受制于限制性内切酶的切点,既浪费时间过程又繁琐,并且小片段很难回收,多个片段不容易连接,质粒载体的分子量都比较大,用酶切和连接的方法构建载体成功率不高。
gateway技术是invitrogen已经商业化的技术,它是基于噬菌体的位点特异性重组反应,在目的片段添加重组位点,将pcr产物与含重组位点的供体载体混合进行bp反应获得入门载体(entryclone),入门载体可以和不同用途的目标载体进行lr反应获得相应的表达载体,也就是说利用该技术获得表达载体通常需要通过bp反应和lr反应两个步骤,实验周期较长,成本较高。
技术实现要素:
本发明目的在于克服现有技术的不足,提供一种植物rnai表达载体及其构建方法和应用。
为实现上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明提供一种植物rnai表达载体,所述植物rnai表达载体含有目的基因片段表达元件,所述目的基因片段表达元件含有camv35s启动子、内含子、ocs终止子、两个方向相反的gateway盒子;所述内含子位于两个方向相反的gateway盒子之间,用于表达发卡rna结构中的环;所述gateway盒子含有attr1位点、attr2位点、cmr基因、ccdb基因和一个ecori酶切位点,gateway盒子用于表达方向相反的目的基因片段,构成发卡rna结构中的臂。
进一步地,所述gateway盒子是ecorⅴ酶切pbs-gateway-rfa载体获得,所述ecorⅰ酶切位点距离attr1位点453bp,距离attr2位点1257bp。
进一步地,所述目的基因片段表达元件以phannibal载体为中间载体获得;所述植物rnai表达载体以pcambia2301载体为骨架,将目的基因片段表达元件插入pcambia2301载体的多克隆位点中获得。
进一步地,所述植物rnai表达载体的核苷酸序列如seqidno.1所示。
本发明还提供了上述植物rnai表达载体的构建方法,包括以下步骤:
步骤1:分别用ecorⅰ和hindⅲ单酶切phannibal载体,纯化酶切后的产物,再利用高保真taq酶补平切点,得到e片段和h片段;
步骤2:用ecorⅴ酶切pbs-gateway-rfa载体,回收得到gateway盒子,所述gateway盒子含有attr1位点、attr2位点、cmr基因、ccdb基因和一个ecori酶切位点;
步骤3:将步骤1中所述e片段和h片段分别与步骤2中所述gateway盒子连接,再经筛选获得phannibal-gw1.1载体和phannibal-gw1.2载体;所述phannibal-gw1.1载体的gateway盒子中的attr1位点与camv35s启动子连接,attr2位点与内含子连接;所述phannibal-gw1.2载体的gateway盒子中的attr1位点与ocs终止子连接,attr2位点与内含子连接;
步骤4:用kpnⅰ和xhoⅰ对phannibal-gw1.1载体和phannibal-gw1.2载体进行双酶切,将从phannibal-gw1.1载体切出的含有kpnⅰ和xhoⅰ粘性末端的gateway盒子,与用kpnⅰ和xhoⅰ双酶切phannibal-gw1.2载体后的片段连接,获得含有两个方向相反的gateway盒子的重组载体phannibal-gw2;
步骤5:用sacⅰ和speⅰ双酶切phannibal-gw2载体,回收得到目的基因片段表达元件,然后与用sacⅰ和xbaⅰ双酶切pcambia2301载体后的片段连接,得到pcambia2301-gw-rnai载体,即为植物rnai表达载体,speⅰ和xbaⅰ为同尾酶,切出的粘性末端之间可以进行连接。
进一步地,步骤3中所述筛选包括以下步骤:首先选择含有e片段和gateway盒子的重组载体、含有h片段和gateway盒子的重组载体,然后对含有e片段和gateway盒子的重组载体用ecorⅰ和kpnⅰ酶切检测,电泳结果中含有1300bp左右大小片段的为phannibal-gw1.1载体;对含有h片段和gateway盒子的重组载体用ecorⅰ单酶切检测,电泳结果中含有2000bp左右大小片段的为phannibal-gw1.2载体。
本发明还提供了含有上述植物rnai表达载体的宿主细胞。
本发明还提供了上述植物rnai表达载体在构建目的基因rnai沉默载体中的应用。
进一步地,所述植物rnai表达载体在构建目的基因rnai沉默载体中的应用,包括以下步骤:
步骤1:以含有目的基因cds的dna序列为模板,使用正向引物和反向引物进行pcr扩增得目的基因片段,所述正向引物和所述反向引物的5'端含有接头序列,其核苷酸序列分别如seqidno.2和seqidno.3所示;
步骤2:以任一入门载体为模板,以l1-f和l1-r为引物扩增含有attl1位点的dna片段,以l2-f和l2-r为引物扩增含有attl2位点的dna片段,l1-f、l1-r、l2-f和l2-r的核苷酸序列如seqidno.4~7所示;
步骤3:将步骤1所得的目的基因片段和步骤2所得的含有attl1位点的dna片段、含有attl2位点的dna片段混合,进行融合pcr,得到含有attl重组位点的目的基因片段;
步骤4:将步骤3所得的含有attl重组位点的目的基因片段与所述植物rnai表达载体进行lr反应,得到目的基因rnai沉默载体。
相比现有技术,本发明的有益效果在于:
1、本发明提供一个gateway盒子改造后的植物rnai表达载体,使用该空载体进行一步lr反应即可完成目的基因rnai沉默载体的构建:将含有attl重组位点的目的基因片段与本发明的植物rnai表达载体进行一步lr反应,即可获得目的基因rnai沉默载体。
2、本发明以pcambia2301载体为骨架构建植物rnai表达载体,pcambia2301载体本身携带有gus基因的表达元件,在利用目的基因rnai沉默载体转化植物后可以用gus染色来鉴定转基因植株。
3、本发明中扩增目的基因片段所用正向引物和反向引物的5'端含有接头序列,均为22bp,比常规gateway反应的29个碱基的接头序列略短。该方法能极大的缩短实验周期,节省实验成本一半左右。
4、本发明利用融合pcr得到含有attl位点的目的基因片段,进而直接进行gateway的lr反应而不需通过bp反应,简化了目的基因rnai沉默载体的构建步骤。
附图说明
图1为融合pcr得到含有attl重组位点的目的基因片段示意图。
图2为phannibal载体示意图。
图3为实施例1中phannibal载体分别用ecorⅰ和hindⅲ单酶切回收后的电泳检测图,m为marker,泳道1代表ecorⅰ单酶切phannibal载体后得到的e片段,泳道2代表hindⅲ单酶切phannibal载体后得到的h片段。
图4为pbs-gateway-rfa载体中gw盒子两端酶切位点示意图。
图5为实施例1中phannibal-gw1.1载体示意图。
图6为实施例1中phannibal-gw1.2载体示意图。
图7为实施例1中phannibal-gw1.1和phannibal-gw1.2载体的电泳检测图,m为marker,泳道1~4为正确的phannibal-gw1.1载体,泳道5~6为正确的phannibal-gw1.2载体,7~9为反向插入的重组质粒1.2。
图8为实施例1中phannibal-gw2载体示意图。
图9为实施例1中phannibal-gw2载体的酶切电泳图,m为marker,泳道1~8均为phannibal-gw2载体。
图10为实施例1中pcambia2301-gw-rnai载体示意图。
图11为实施例1中pcambia2301-gw-rnai载体的酶切电泳图,m为marker。
图12为实施例2中融合pcr获得的含有attl重组位点的cebip基因片段电泳检测图,m为marker,泳道1~2均为含有attl重组位点的cebip基因片段扩增产物。
图13为实施例2中不同菌液浓度时蛋白表达积累水平检测图,0.7代表od600=0.7的含有35ss-cebip-3ha质粒的农杆菌重悬菌液,0.35代表od600=0.35的含有35ss-cebip-3ha质粒的农杆菌重悬菌液。
图14为实施例2中cebip基因沉默载体pcambia2301-cebip-rnai和过表达载体35ss-cebip-3ha转化本生烟叶片时蛋白积累水平检测图;α-ha表示ha的抗体,rubisco表示内参蛋白,-表示未转化,+表示转化。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明,但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明,实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1植物rnai表达载体pcambia2301-gw-rnai的构建
pcambia2301载体,phannibal载体,pbs-gateway-rfa载体均为商业化载体。
植物rnai表达载体pcambia2301-gw-rnai的构建包含以下步骤:
步骤1:单酶切phannibal载体
phannibal载体是常用来构建rnai表达载体的中间载体,如图2所示。传统的方法是将目的基因的200~300bp长的片段以相反的方向插入到phannibal载体中内含子两侧的多克隆位点,然后用notⅰ把从camv35s启动子到ocs终止子的片段切下来,与植物表达载体连接,构建成最终的rnai表达载体。本发明以phannibal载体为中间载体来构建植物rnai表达载体。首先分别用ecorⅰ和hindⅲ单酶切phannibal载体,ecorⅰ和hindⅲ单酶切phannibal载体后形成突出的粘性末端,为了方便连接反应,将单酶切后的产物纯化后利用高保真taq酶对切点补平,分别得到e片段和h片段,回收后电泳检测如图3所示。
步骤2:酶切pbs-gateway-rfa载体获取gateway盒子
pbs-gateway-rfa载体含有gateway盒子,所述gateway盒子含有attr1位点、attr2位点、cmr基因、ccdb基因和一个ecorⅰ酶切位点,ecorⅰ酶切位点距离attr1位点453bp,距离attr2位点1257bp,紧靠attr1和attr2位点的位置有ecorⅴ的切点,如图4所示,用ecorⅴ酶切pbs-gateway-rfa载体,电泳回收约1.7kb大小的片段。
步骤3:phannibal载体单酶切补平后产物与gateway盒子连接
pbs-gateway-rfa载体经ecorⅴ切后回收的片段为平末端,可以和步骤1中的e片段和h片段连接。利用t4dna连接酶,将e片段和h片段分别与gateway盒子连接。gateway盒子中含有ccdb毒基因,该基因产物对普通大肠杆菌细胞致死,含有该基因的载体只能存在于db3.1菌株中,另外gateway盒子含有氯霉素的抗性基因,能赋予宿主菌株氯霉素抗性,同时phannibal载体含有氨苄青霉素抗性基因,赋予宿主菌株氨苄青霉素抗性。因此将连接产物分别转化大肠杆菌db3.1感受态细胞,转化后的菌液分别涂布在含有氨苄青霉素和氯霉素的lb平板上,将平板倒置37℃培养12小时以上至长出单克隆,挑取单克隆在含有氨苄青霉素的液体lb培养基培养过夜,提取质粒,标记为重组质粒1.1和重组质粒1.2。
在含有氯霉素抗性的培养基上长出的单克隆理论上均含有gateway盒子,但是平末端连接方向不定,因此需要筛选出具有正确连接方向的载体。phannibal-gw1.1载体的gateway盒子正确连接方向是:attr1位点与camv35s启动子连接,attr2位点与内含子连接,如图5所示;phannibal-gw1.2载体中的gateway盒子正确连接方向是:attr1位点与ocs终止子连接,attr2位点与内含子连接,如图6所示。因gateway盒子中含有一个ecorⅰ的酶切位点,该酶切位点距attr1末端453bp,距attr2末端1257bp,另外在phannibal载体上camv35s启动子和内含子间有kpnⅰ、ecorⅰ和xhoⅰ的切点,所以用ecorⅰ和kpnⅰ酶切重组质粒1.1,切出约1300bp片段的为phannibal-gw1.1载体,切出约500bp的为反向插入,对重组质粒1.2用ecorⅰ单酶切,切出约2000bp片段的为phannibal-gw1.2载体,切出约1300bp的为反向插入,如图7所示。
步骤4:phannibal-gw1.1载体和phannibal-gw1.2载体双酶切后连接
用kpnⅰ和xhoⅰ分别对phannibal-gw1.1载体和phannibal-gw1.2载体进行双酶切,从phannibal-gw1.1载体切出含有kpnⅰ和xhoⅰ粘性末端的gateway盒子,与用kpnⅰ和xhoⅰ双酶切phannibal-gw1.2载体后的片段连接即可得到含有两个方向相反的gateway盒子的中间载体。将得到的中间载体转化大肠杆菌db3.1感受态细胞,转化后的菌液涂布在含有氨苄青霉素和氯霉素的lb平板上,对长出的单克隆在含有氨苄青霉素的液体lb培养基中培养过夜,提取质粒,即为phannibal-gw2,如图8所示。
上述phannibal-gw2载体含有一个kpnⅰ切点和两个ecorⅰ切点,用kpnⅰ和ecorⅰ进行双酶切,得到三个片段,分别约为6000bp、2000bp和1300bp,如图9所示。
步骤5:pcambia2301-gw-rnai载体的构建
将phannibal-gw2载体用sacⅰ和speⅰ酶切,回收6300bp处的片段,该片段即为目的基因片段表达元件,包含了camv35s启动子、两个方向相反的gateway盒子、一个内含子、一个ocs终止子,所述内含子位于两个方向相反的gateway盒子之间。用sacⅰ和xbaⅰ酶切pcambia2301载体,然后与回收的目的基因片段表达元件连接,speⅰ和xbaⅰ为同尾酶,得到的粘性末端可以进行连接。接着将连接产物转化大肠杆菌db3.1,涂布在含卡那霉素和氯霉素的双重抗生素的lb平板上,37℃培养过夜,挑单菌落摇菌(37℃250rpm10h),提取质粒,即为pcambia2301-gw-rnai载体。
pcambia2301-gw-rnai载体有三个ecorⅰ的切点,用ecorⅰ酶切载体切出三个条带,约12800bp、3300bp和1800bp,如图10和11所示。
实施例2大麦cebip基因的rnai沉默载体的构建及检测
1.植物材料和培养条件:
植物材料:本生烟;培养条件:温室培养;16h光照(150μmol/(m2s))、温度21℃;8h黑暗、温度19℃;相对湿度55%。
2.实验载体:
pcambia2301载体,phannibal载体,pbs-gateway-rfa载体,pdonr207载体均为商业化载体。利用gateway技术,将cebip基因片段整合到供体载体pdonr207上获得入门载体penty-cebip;然后将入门载体penty-cebip和载体ctapi-35ss-gw-3ha进行lr反应得到载体35ss-cebip-3ha,载体35ss-cebip-3ha将cebip与3ha标签融合表达,便于后期检测,其中ha为抗原标签,为来自流感病毒的一段氨基酸序列,所述3ha表示3个ha抗原标签串联重复,35ss表示两个35s串联。
3.大麦cebiprnai基因rnai沉默载体的构建:
以过表达载体35ss-cebip-3ha为模板扩增大麦cebip基因片段,正向引物序列为5’-actttgtacaaaaaagcaggctccaaagaccctcaagaagga-3’,如seqidno.8所示,反向引物序列如seqidno.9所示,为5’-actttgtacaagaaagctgggtagccgttggaataaccactg’。
以l1-f和l1-r为引物扩增含有attl1的dna片段,以l2-f和l2-r为引物扩增含有attl2的dna片段,模板为入门载体penty-cebip。pcr反应使用kapahifipcrkits(kapabiosystems),pcr反应体系(50μl)按照试剂盒说明书配制,每管0.5μl模板,正向引物、反向引物各2.5μl。pcr反应条件:95℃预变性3min;98℃变性20s,60℃退火20s,72℃延伸30s,30个循环;72℃延伸5min,4℃保存。扩增片段经电泳检测为单一条带,然后纯化备用。
上面扩增得到的大麦cebip基因片段、含有attl1的dna片段和含有attl2的dna片段各取1μl,如图1所示,利用融合pcr获得含有attl位点的cebip基因片段,电泳检测结果如图12所示,扩增片段为单一条带,纯化备用。融合pcr反应使用kapahifipcrkits(kapabiosystems),pcr反应体系(50μl)按照试剂盒说明书配制,大麦cebip基因片段、含有attl1的dna片段和含有attl2的dna片段各取1μl,先不加引物。pcr反应条件:95℃预变性3min;98℃变性20s,60℃退火20s,72℃延伸30s,5个循环;72℃延伸5min;打开pcr仪,在反应体系中加入引物l1-f和l2-r各2.5μl进行pcr程序,95℃预变性3min;98℃变性20s,60℃退火20s,72℃延伸30s,25个循环;72℃延伸5min,4℃保存。
用含有attl位点的cebip基因片段和实施例1得到的pcambia2301-gw-rnai载体在lr酶的催化下进行lr反应,反应条件为含有attl位点的cebip基因片段3μl,本发明得到的pcambia2301-gw-rnai载体1μl,lr酶1μl,25℃反应3h,反应产物转化大肠杆菌,涂布在含有卡那霉素的lb固体培养基上,37℃过夜倒置培养至长出单克隆,菌液pcr鉴定,得到大麦cebip基因rnai沉默载体pcambia2301-cebip-rnai,保菌提质粒备用。
4.农杆菌转化培养:
将35ss-cebip-3ha质粒、pcambia2301-cebip-rnai质粒通过冻融法分别转化于农杆菌gv3101,涂布lb平板(含有利福平50mg/l,卡那霉素50mg/l,庆大霉素50mg/l)培养,28℃倒置培养3天后长出单菌落,挑单克隆到1.5ml含有抗生素(利福平50mg/l,卡那霉素50mg/l,庆大霉素50mg/l)的lb液体培养基,28℃200rpm过夜培养,菌液pcr鉴定,得到农杆菌gv3101阳性菌株,保菌备用。
5.本生烟叶片瞬时转化和检测:
将含有35ss-cebip-3ha质粒的农杆菌和含有pcambia2301-cebip–rnai质粒的农杆菌保存菌液分别在含有抗生素(利福平50mg/l,卡那霉素50mg/l,庆大霉素50mg/l)的lb平板上划线,28℃倒置培养3天至长出单克隆,分别挑取农杆菌单克隆,于含有抗生素(利福平50mg/l,卡那霉素50mg/l,庆大霉素50mg/l)、乙酰丁香酮(终浓度20μm)和mes(终浓度10mm)的lb液体培养基中28℃培养过夜,然后将菌液分别与lb液体培养基按照1:200体积比混合,继续培养至od600=1.0~1.5。
接着将菌液分别在3000rpm/min下离心15min,收集菌体,用重悬液悬起至od600=0.7,然后将od600=0.7的含有35ss-cebip-3ha质粒的农杆菌重悬菌液和重悬液等体积混合使od600=0.35。所述重悬液成分为:2%重量比的蔗糖,5g/lms盐,200μm乙酰丁香酮,10mm的mes。重悬后的菌液在暗处放置1~3小时,用于本生烟叶片瞬时转化。
将上述od600=0.7、含有35ss-cebip-3ha质粒的农杆菌重悬菌液和od600=0.7、含有pcambia2301-cebip–rnai质粒的农杆菌重悬菌液1:1混合,得混合菌液。取1ml注射器,除去针头,分别吸取od600=0.7、od600=0.35的含有35ss-cebip-3ha质粒的农杆菌重悬菌液和上述混合菌液,从本生烟叶片的背面注射,做好标记,弱光培养三天。三天后提取注射叶片的蛋白,用ha抗体进行westernblot检测。结果如图13所示,不同浓度(od600=0.7和od600=0.35)的含有35ss-cebip-3ha质粒的农杆菌重悬菌液注射本生烟叶片,叶片中cebip的积累量没有明显差异。说明本发明所用菌液浓度范围内叶片中cebip的积累量不以含有35ss-cebip-3ha质粒的农杆菌重悬菌的浓度变化而变化。如图14所示,混合菌液注射的叶片中cebip的积累量显著降低,说明cebip基因被成功沉默。
以上所述之实施例,只是本发明的较佳实施例而已,仅仅用以解释本发明,并非限制本发明实施范围,对于本技术领域的技术人员来说,当然可根据本说明书中所公开的技术内容,通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式,故凡在本发明的原理及工艺条件所做的变化和改进等,均应包括于本发明申请专利范围内。
sequencelisting
<110>周口师范学院
<120>一种植物rnai表达载体及其构建方法和应用
<130>无
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<170>patentinversion3.5
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<212>dna
<213>人工合成
<400>7
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<211>42
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<213>人工序列
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