CN105602953A - 双孢蘑菇诱导型启动子和表达载体及其应用 - Google Patents
双孢蘑菇诱导型启动子和表达载体及其应用 Download PDFInfo
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Abstract
<b>本发明公开了</b><b>一种双孢蘑菇诱导型启动子和表达载体及其应用。该启动子名称为pAbP3,其核苷酸序列为SEQ?ID?NO.1所示,本发明还公开了含有该启动子的重组载体、宿主菌、转化子和启动子在双孢蘑菇转基因工程中的应用。该启动子可以在SA、ABA诱导条件下,驱动外源基因在双孢蘑菇中的诱导表达,能代替组成型启动子,对于</b><b>双孢蘑菇品质的遗传改良和发酵代谢产物的调控具有重要应用价值。</b>
Description
技术领域
本发明涉及生物工程技术领域,具体涉及一种双孢蘑菇诱导型启动子和表达载体及其应用。
背景技术
双孢蘑菇(Agaricusbisporus)是一种重要的世界性栽培蘑菇。它不仅味道鲜美、营养丰富,是一种深受人们喜爱的美味佳肴,同时,还可作为生物反应器应用于多糖、酶等物质的生产,具有广阔的应用前景。目前,双孢蘑菇品种改良是通过自然变异菌株筛选、杂交育种等传统的方法进行,但因双孢蘑菇同宗结合、强制自交的遗传特性,采用传统育种方法工作量巨大、育种进程缓慢且性状改良程度有限。随着现代分子生物学技术的发展,双孢蘑菇基因组测序的完成,通过转基因技术可以克服上述传统育种的局限性,为双孢蘑菇高效育种开辟一条新的途径。
启动子是调控基因表达的重要顺式作用元件,是位于结构基因5’端上游的DNA序列。根据启动子驱动目的基因表达时间和部位的不同,可将启动子分为组成型启动子,组织特异性启动子和诱导型启动子。目前转基因技术常利用组成型启动子来启动外源基因表达,外源基因持续、高效的表达可产生大量异源蛋白和代谢产物,导致菌体生长不良甚至死亡,也不利于转基因菌株生物量的积累。诱导型启动子相对于组成型启动子的优势在于,它启动活性很低,甚至无启动活性,但在特定的外界信号的刺激下,可以快速启动目的基因大量表达,当外界诱导解除时,基因表达停止。在转基因技术中使用诱导型启动子,能很好地解决组成型启动子调控基因高强度表达造成的转化障碍,在保证菌株良好生长的同时,可以根据需要在特定的发育阶段或生长环境下,快速诱导外源基因的表达。
为此,本发明开发了一种新的双孢蘑菇诱导型启动子,在水杨酸(SA)、脱落酸(ABA)诱导下,可启动外源基因在转基因双孢蘑菇中表达。该启动子可代替组成型启动子,为双孢蘑菇转基因技术提供有效的技术手段,在基因工程改造中具有良好的应用前景。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种双孢蘑菇诱导型启动子和表达载体及其应用。
解决该技术问题采用如下技术方案:本双孢蘑菇诱导型启动子的核苷酸序列是:
(1)序列表SEQIDNO.1所示的核苷酸序列;或
(2)与SEQIDNO.1所示的核苷酸序列具有至少90%序列同一性的核苷酸序列;或
(3)在SEQIDNO.1所示的核苷酸序列基础上进行取代、缺失或添加得到的、具有驱动和/或调节表达功能的核苷酸序列。
本重组表达载体含有前述双孢蘑菇诱导型启动子,该启动子连接于所述表达载体GUS基因的上游。
本诱导型启动子在调控双孢蘑菇基因表达方面的应用,将前述重组表达载体导入双孢蘑菇中,在SA、ABA诱导培养下,该重组表达载体中启动子被激活,调控GUS基因在双孢蘑菇中的表达。
本发明的有益效果是,分离和鉴定了一种新的双孢蘑菇诱导型启动子,并提供了一种在SA、ABA诱导处理下启动基因表达的方法。该诱导型启动子不仅可以代替组成型启动子,应用于双孢蘑菇转基因工程中,而且,可将该诱导型启动子连接到任何目的基因的上游,实现基因在双孢蘑菇中的调控表达,在双孢蘑菇品质的遗传改良和发酵代谢产物调控等实际应用中具有显著价值。
附图说明
图1为双孢蘑菇重组载体pCghG-pAb3的T-DNA图谱。
图2为转基因蘑菇的PCR检测电泳图。
图3为转基因菌株GUS组织染色图。
具体实施方式
本发明下面结合实施例并参照附图作进一步详述。
本发明的目的是提供一种双孢蘑菇诱导型启动子,获得具有该启动子序列的转化子以及该启动子的应用。
在第一方面,本发明提供一种双孢蘑菇诱导型启动子,所述启动子的核苷酸序列如SEQIDNO.1所示;或者与SEQIDNO.1所示的核苷酸序列具有至少90%序列同一性的核苷酸序列;或者在SEQIDNO.1所示核苷酸序列的基础上进行碱基取代、缺失或添加得到的、具有驱动和/或调节表达功能的核苷酸序列。
现将本发明所述启动子命名为pAb3。
在第二方面,本发明还提供了启动子pAb3的重组表达载体。在所述重组表达载体中,所述启动子pAb3连接于待表达基因的上游;优选地,所述的待表达基因为GUS基因;将所述的重组表达载体命名为pCghG-pAb3。
在第三方面,本发明提供一种宿主菌。所述宿主菌包括本发明第一方面所述启动子pAb3,或第二方面所述重组载体pCghG-pAb3;优选地,所述宿主菌为根癌农杆菌。
在第四方面,本发明提供一种诱导型启动子在双孢蘑菇中的应用,具体包括如下步骤:
(1)构建本发明第二方面的重组表达载体;
(2)将步骤(1)构建的重组表达载体导入双孢蘑菇;
(3)获得转基因双孢蘑菇;
(4)在SA、ABA诱导处理后,实现了本发明第一方面所述启动子驱动目的基因诱导表达。
上述应用中,所述目的基因为GUS基因。
上述应用中,所述转基因双孢蘑菇包括转基因菌株或其后代的原生质体、菌丝体、子实体、孢子等。
本发明将一些相关实验的情况介绍如下:
(1)双孢蘑菇启动子pAb3的分离和鉴定
采用SDS方法提取双孢蘑菇‘As2796’基因组DNA,具体步骤如下:取0.1g菌丝体,液氮研磨成粉末,加入DNA提取液(2%SDS,0.5MNaCl,50mMTris-HCl,50mMEDTA,pH8.0,1%β-巯基乙醇)700μl,转入1.5mL离心管中,65℃保温50min;12000rpm,4℃离心15min;取上清,加入等体积酚/氯仿/异戊醇(25:24:1),颠倒混匀,12000rpm离心15min;取上清,加入等体积氯仿:异戊醇(24:1)混匀,12000rpm离心15min;取上清液至一新离心管,加入1/10体积NaAc(pH5.2)和2倍体积无水乙醇(冰冷),沉淀DNA,离心去上清,70%乙醇洗沉淀,干燥后溶解于100μlTE中,进行电泳及紫外分光光度计检测;
设计特异引物AbP3-F和AbP3-R,以双孢蘑菇基因组DNA为模板,用高保真酶PrimeSTARMaxDNAPolymerase进行PCR扩增。引物序列:
AbP3-F:CAATGTCGACCCACTGTTTGAAACGGAAACTGTC
AbP3-R:GAACCATGGCTTTAGAGGAGGGCTTGGAATCTG
AG
引物AbP3-F(序列如SEQIDNO.2所示)中序列GTCGAC为SalⅠ酶切位点,引物AbP3-R(序列如SEQIDNO.3所示)中序列CCATGGC为NcoⅠ酶切位点。
上述PCR扩增体系如下:
PrimeSTARMaxbuffer25ul
AbP3-F(10mM)1μl
AbP3-R(10mM)1μl
基因组DNA(400ng/μl)2μl
PCRwater21μl
PCR程序为:94℃5min1cycle;98℃10sec,56℃15sec,72℃90sec,35cycles;72℃10min1cycle。PCR产物经琼脂糖凝胶回收,回收产物克隆到pEASY-T1载体中,筛选阳性克隆并进行测序验证,获得大小为1646bp的启动子区域,命名为pAbP3,其编码的核苷酸序列如SEQIDNo:1所示。
(2)重组表达载体的构建和农杆菌转化
将步骤(1)中经测序验证的阳性克隆中提取质粒,用SalⅠ和NcoⅠ双酶切,回收启动子pAbP3片段,同时利用SalⅠ和NcoⅠ双酶切中间载体pCghG,回收pCghG片段,用T4连接酶将pAbP3片段和pCghG片段相连,将连接产物热激法转化大肠杆菌DH5α感受态细胞,经菌液PCR鉴定得到阳性克隆,并进行测序验证,得到启动子pAbP3与GUS基因融合的重组表达载体,命名为pCghG-pAbP3。表达载体pCghG-pAbP3的T-DNA区的图谱如图1所示,其中:LB和RB分别为T-DNA的左边界和右边界;hpt表示潮霉素抗性基因;gpd表示gpd基因启动子,为组成型启动子;pAbP3表示pAbP3启动子;GUS表示gus蛋白基因;nos表示nos基因终止子。
利用热激法将上述构建的重组表达载体pCghG-pAbP3转化至农杆菌菌株GV75。
(3)双孢蘑菇的遗传转化
将步骤(2)携带重组载体pCghG-pAbP3质粒的农杆菌划线分离,挑取单菌落,接种在3-5ml含50mg/LRif和50mg/LKan的YEB液体培养基中,28℃,220rpm振荡培养过夜,直至对数生长OD600为0.6-0.8;活化过夜的农杆菌按1:100的比例接种在相同的20~50mlYEB液体培养基中,继续培养至对数生长期;取双孢蘑菇菌褶组织,切成3mm的组织块到无菌瓶中,加入农杆菌菌液,28℃120rpm振荡30min;用无菌水反复冲洗后,滤纸吸干菌褶组织块表面水分,转入带滤纸的CM培养基上,25℃黑暗培养培养1天;菌褶转入含Hyg35mg/L和Cef200mg/L的CM培养基上,25℃黑暗培养3-4周;待抗性菌丝体长出后,在含Hyg35mg/L和Cef200mg/L的CM培养基上继续转管培养一次,获得潮霉素抗性菌丝体。
对获得的抗性菌丝体进行鉴定,主要步骤如下:按照步骤(1)方法提取转基因菌株基因组DNA,用特异引物进行PCR扩增,鉴定外源基因是否整合到双孢蘑菇基因组上。扩增得到大小约为600bp的PCR产物,为阳性转基因菌株(转基因菌株的PCR检测电泳图见图2)。PCR特异引物序列为:
hpt-F:5’-CTGCTCCATACAAGCCAACCA-3’
hpt-R:5’-GACAGCGTCTCCGACCTGAT-3’,
引物hpt-F(序列如SEQIDNO.4所示)和引物hpt-R(序列如SEQIDNO.5所示)为pCghG-pAbP3载体上潮霉素基因的特异引物。
(4)利用启动子pAbP3调控GUS基因在双孢蘑菇中表达
用SA、ABA诱导处理步骤(3)获得转基因双孢蘑菇菌丝体,主要步骤如下:以乙醇为助剂将ABA配成母液。将母液加入PDA液体培养基中,使ABA使用浓度分别为25μM、50μM、75μM;SA使用浓度分别为50μM、100μM、200μM。切取再生培养基上生长2周的健壮菌丝,分别放入500ul含SA、ABA的PDA液体培养基中,120rpm/min,25℃,避光分别培养24h、72h。
将上述SA、ABA诱导处理的菌丝体进行GUS化学组织染色,具体步骤如下:取出植物激素处理后的菌丝块,放入1.5mL离心管中,加入1mL500mmol/L磷酸缓冲液,37℃80rpm振荡反应2-3h。用滤纸吸干菌丝块表变液体,浸泡于含X-gluc的GUS染色液中,37℃80rpm振荡反应40h。浸泡于95%乙醇脱色液中1h,于体视镜下观察颜色变化。
GUS染色所用阳性对照为含有组成型gpd启动子:GUS转基因双孢蘑菇。
GUS染色所用阴性对照为未经诱导处理的含诱导型启动子pAbP3转基因双孢蘑菇。
GUS染色结果如图3所示:其中,A为含组成型gpd启动子转基因双孢蘑菇阳性对照染色结果;B为未经诱导处理的含诱导型启动子pAbP3转基因菌株阴性对照染色结果;C1-C3分别为含诱导型启动子pAbP3转基因菌株在不同ABA浓度(25μM、50μM、75μM)诱导处理24h染色的结果;C4-C6分别为含诱导型启动子pAbP3转基因菌株在不同ABA浓度(25μM、50μM、75μM)诱导处理72h染色的结果;D1-D3分别为含诱导型启动子pAbP3转基因菌株在不同SA浓度(50μM、100μM、200μM)诱导处理24h染色的结果;D4-D6分别为含诱导型启动子pAbP3转基因菌株在不同SA浓度(50μM、100μM、200μM)诱导处理72h染色的结果。
从上述实验结果可以看出:含组成型gpd启动子转基因双孢蘑菇阳性对照GUS染色呈现较强蓝色,表明GUS基因在含组成型gpd启动子转基因菌株中得到强烈表达;未经诱导处理的含诱导型启动子pAbP3转基因菌株染色结果,GUS染色不显色,无GUS活性;含诱导型启动子pAbP3转基因菌株在SA、ABA的诱导处理下,GUS染色出现明显的显色,其中,75μMABA处理72h,100μMSA处理24h或72h时,GUS基因表达量最高,出现强烈的GUS染色;GUS染色结果表明,在SA、ABA诱导下,本发明的启动子可以驱动下游GUS基因在双孢蘑菇中的诱导表达。
上述实验中所用实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。所用的试剂,如无特殊说明,均为购自生化试剂公司的常规试剂。所用引物和测序均由上海生工生物技术公司合成,pEASY-T1连接试剂盒购自北京全式金生物技术公司,Taq酶、高保真DNAPolymerase酶、T4DNA连接酶等均购自TAKARA公司,方法均参照产品说明书提供的方法进行。试验中所采用的中间载体pCghG由本实验改造所得,基本骨架来自于CAMBIA公司的pCambia1301。
下面,将与本发明有关的附图说明如下:
尚需说明的是图1表示本申请所用重组载体pCghG-pAbP3的T-DNA区图谱,其中所标记的(1)表示T-DNA的左边界;(2)表示潮霉素抗性标记基因;(3)表示gpd组成型启动子;(4)表示本发明所述的pAbP3诱导型启动子;(5)表示GUS蛋白基因;(6)表示NOS基因终止子;(7)表示T-DNA的右边界;(8)表示SalⅠ酶切***位点;(9)表示NcoⅠ酶切***位点。
图2为转基因双孢蘑菇的PCR检测电泳图,从左侧起第一泳道为DL2000Markers分子量标记,阳性对照(载体pCghG-pAbP3质粒DNA),转基因菌丝体1、2、3、4、5、6、7、8、9,野生型双孢蘑菇,阴性对照(PCR扩增体系中不含模板、只加扩增引物);图2显示出,阳性对照和转基因植株均可扩增出600bp条带,而阴性对照和未转基因双孢蘑菇均未扩增出这一条带。
图3为转基因双孢蘑菇菌株GUS染色图,其中所标记的A为含组成型gpd启动子转基因双孢蘑菇阳性对照染色结果;B为未经诱导处理的含诱导型启动子pAbP3转基因菌株染色结果;C1-C6为ABA诱导处理含诱导型启动子pAbP3转基因菌株染色结果,其中C1为25μMABA诱导处理24h,C2为50μMABA诱导处理24h,C3为75μMABA诱导处理24h,C4为25μMABA诱导处理72h,C5为50μMABA诱导处理72h,C6为75μMABA诱导处理72h;D1-D6为SA诱导处理含诱导型启动子pAbP3转基因菌株染色结果,其中D1为50μMSA浓度诱导处理24h染色,D2为100μMSA浓度诱导处理24h,D3为200μMSA浓度诱导处理,D4为50μMSA浓度诱导处理72h,D5为100μMSA浓度诱导处理72h,D6为200μMSA浓度诱导处理72h。由染色结果可以看出,在SA、ABA诱导下,本发明的启动子可以驱动下游GUS基因在双孢蘑菇中的诱导表达。
Claims (3)
1.一种双孢蘑菇诱导型启动子,其特征在于所述启动子的核苷酸序列是:
(1)序列表SEQIDNO.1所示的核苷酸序列或
(2)与SEQIDNO.1所示的核苷酸序列具有至少90%序列同一性的核苷酸序列;或
(3)在SEQIDNO.1所示的核苷酸序列基础上进行取代、缺失或添加得到的、具有驱动和/或调节表达功能的核苷酸序列。
2.一种重组表达载体,其特征在于含有权利要求1所述双孢蘑菇诱导型启动子的重组表达载体,该启动子连接于所述表达载体GUS基因的上游。
3.如权利要求1所述的诱导型启动子在调控双孢蘑菇基因表达方面的应用,其特征在于将含有权利要求2所述重组表达载体导入双孢蘑菇中,在SA、ABA诱导培养下,该重组表达载体中启动子被激活,调控GUS基因在双孢蘑菇中的表达。
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