1 / 12
文档名称:

拟南芥过氧化氢酶敲除载体构建.pdf

格式:pdf   大小:795KB   页数:12页
下载后只包含 1 个 PDF 格式的文档,没有任何的图纸或源代码,查看文件列表

如果您已付费下载过本站文档,您可以点这里二次下载

分享

预览

拟南芥过氧化氢酶敲除载体构建.pdf

上传人:小屁孩 2024/4/15 文件大小:795 KB

下载得到文件列表

拟南芥过氧化氢酶敲除载体构建.pdf

相关文档

文档介绍

文档介绍:该【拟南芥过氧化氢酶敲除载体构建 】是由【小屁孩】上传分享,文档一共【12】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【拟南芥过氧化氢酶敲除载体构建 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。:..拟南芥过氧化氢酶敲除载体构建赵婷婷;韩毅【摘要】Catalase(CAT),animportantH2O2scavenger,isfoundinaerobiclivingcellsandisessen-,(CAT1,CAT2,CAT3)inArabi-(cat1cat2cat3),amulti-targetbinaryvectorwasconstructedbyusingCRISPR/Cas9technologytoknockoutCAT1andCAT3genessimultaneously,.%过氧化氢酶(CAT)是一种重要的H2O2清除酶,广泛地存在于有氧生物细胞体内,,(CAT1、CAT2、CAT3),其中CAT1和CAT3两个基因之间的连锁遗传,很难获得使CAT完全缺失突变体(cat1cat2cat3).文章利用CRISPR/Cas9技术构建多靶点双元载体以期同时敲除CAT1、CAT3基因,并转入cat2突变体中,.:..【期刊名称】《合肥工业大学学报(自然科学版)》【年(卷),期】2018(041)006【总页数】6页(P859-864)【关键词】拟南芥;过氧化氢酶;基因敲除;CRISPR/Cas9技术【作者】赵婷婷;韩毅【作者单位】合肥工业大学食品科学与工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学食品科学与工程学院,安徽合肥230009【正文语种】中文【中图分类】Q7540引言突变体对生命科学的研究具有重要意义。传统的随机诱变方法往往需要构建大群体的突变体库,并进行大规模筛选才能获得目的基因丧失功能的突变体。这一过程需要大量的人力与物力[1-2]。与之相比,直接在基因组特定位置引入突变的方法,即基因组定点编辑技术无疑具有巨大优势。目前已经拥有锌指核酸酶(ZFNs)[3]、转录因子样效应物核酸酶(TALENs)[4]和成簇的、规律间隔的短回文重复序列相关核酸酶9系统(CRISPR/Cas9)[5-6]等基因组编辑技术。这3类技术均是由DNA序列识别元件和非特异核酸酶2个部分构成,但是它们实现DNA序列识别的方式不同[7]。CRISPR/Cas9系统对特异位点的识别依靠gRNA的引导,每个针对特异位点的RNA只有几十个碱基,相对于ZFN和TALEN载体,更加容易构建,并且可同时对多个位点进行打靶[8-9]。:..过氧化氢酶是第1种被发现和被解析的抗氧化酶。过氧化氢酶分布十分广泛,在给酶的命名时,Loew在1900年指出,“似乎没有植物,没有动物没有该种酶”[10],甚至一些厌氧菌也含有过氧化氢酶[11]。典型的过氧化氢酶催化反应是将2个H2O2分子歧化成水和O2。近年来,文献[11]对过氧化氢酶序列的系统发育进行了分类。基因组信息表明,大肠杆菌中有以下2种过氧化氢酶基因:①KatE编码单功能过氧化氢酶;②KatG编码过氧化氢酶-过氧化物酶。大多数动物(包括哺乳动物)含有单个过氧化氢酶基因,到目前为止植物都含有3个过氧化氢酶基因,这包括单子叶植物和双子叶植物,如烟草、拟南芥、玉米、南瓜和水稻[12-15]。基因组测序的信息已经证实了拟南芥具有3种过氧化氢酶基因,其中2个位于1号染色体(CAT1、CAT3),1个位于4号染色体(CAT2)上[13]。过氧化氢酶的发现已有百年之久,但对其功能的分析还不够清晰,研究者们利用生物信息学的方法和多种技术方法推测该基因可能具有的功能,但最终还需借助突变体鉴定其具体功能。目前已有这3种基因的单个缺失突变体,但现有的技术还不能得到3个基因都完全敲除的突变体,这是因为CAT1和CAT32个基因之间存在连锁遗传,使得拟南芥的CAT完全缺失突变体(cat1cat2cat3)很难获得。因此本文利用CRSPR/Cas9技术构建多靶点双元载体以期同时敲除cat1cat3基因,并转入cat2突变体,从而获得cat1cat2cat3三突变体。(Arabidopsisthliana)cat2T-DNA插入突变体(Salk-057998)购于美国拟南芥种子中心,由本实验室繁衍保存。、T4DNA连接酶和限制性内切酶购自TaKaRa公司;质粒提取试:..剂盒和琼脂糖凝胶回收试剂盒购自TIANGEN公司;三***甲烷、异丙醇、乙醇等常用试剂购自国药试剂公司。(Escherichiacoli)菌株DH5α和表达载体pYLCRISPR/Cas9-DNCRISPR/gRNA由刘耀光教授课题组惠赠。TransT1感受态购自全式金公司。-DN菌种和CRISPR/gRNA载体菌种分别在含有卡那霉素(25μg/mL)和氨苄青霉素(50μg/mL)平板培养基划出活化单菌落,取单菌落培养1mL种子液,再扩大培养用于提取质粒。在TAIR网站上找到CAT1和CAT3的基因序列,通过人工比对或在CRISPRdirect网站找到合适的靶位点序列,设计靶点接头引物,通过Primer5设计阳性鉴定引物,具体引物序列如下。CAT1-TGAG;CAT1-TG;CAT1-2FRGTCACAGGCACATGGAAGGCGCT;CAT1-GT;CAT3-ACAAA;CAT3-1RPAAACTTTGTGGTGTAGAATGGGG;CAT3-TGCAGATG;CAT3-ATGGT;U-TGTGGAATCG;gRNA-AC;B1′TTCAGAGGTCTCTCTCGACTAGTGGAATCGGCAGCAAAGG;:..AAGCTC;B2′TTCAGAGGTCTCTCTGACACTGGAATCGGCAGCAAAGG;AAGCTC;B3′TTCAGAGGTCTCTAAGACACTGGAATCGGCAGCAAAGG;AAGCTC;B4′TTCAGAGGTCTCTGACTCACTGGAATCGGCAGCAAAGG;AAGCTC;CAS9-GG;CAS9-GACATAGATGCAATAACTTC。其中,B1′、B2的酶切位点为BsaⅠ;BL的酶切位点为MluⅠ;CAT1-1FR、CAT1-1RP、CAT1-2FR、CAT1-;CAT3-1FP、CAT3-1RP、CAT3-2FP、CAT3-。将接头引物溶解成100μmol/L的母液,。约90℃30s,移至室温冷却并完成退火。配制10μL1xBsaⅠ酶切连接反应液。在1xBsaⅠ-~,加入约20ngpYLgRNA-AtU#质粒,,约5UBsaⅠ,约35UT4DNA连接酶。用变温循环仪循环反应,5个循环:37℃5min,20℃5min。(polymerasechainreaction,PCR)。以连接产物为模板,使用引物U-F/接头反向引物(反应1);接头正向引物/gR-R(反应2),适量高保真PCR酶。28个循环:94℃20s,60℃20s,72℃20s。取第1轮PCR反应1、反应2产物混合为模板,加入每种引物组合工作液(引物组:..合4个靶点,用引物对B1′/B2、B2′/B3、B3′/B4、B4′/BL),使用适量高保真PCR酶,扩增20个循环:95℃20s,55℃20s,72℃20s。结束后将产物进行纯化。-DN质粒,15μL反应体系中用10UBsaⅠ37℃酶切约10min,~。用变温循环酶切连接约15个循环:37℃2min,10℃3min、20℃5min,37℃2min。将连接产物通过化学热激法转入DH5α大肠感受态中,过夜培养后挑出阳性克隆,并送往上海美吉测序公司进行鉴定。,并进行扩培提取PYLgRNA-AtU3d/b质粒,使用BsaⅠ限制性内切酶对图1a所示的表达盒载体[16-17]进行酶切。显然,相对于未切割的表达盒质粒,被BsaⅠ酶切的质粒明显被切割成2个大小不同的片段,如图1b所示,其中被切出的大小约500bp,分别符合该实验预期大小443、464、444、459bp,即酶切目的产物。,将设计好的靶点与酶切后的gRNA表达盒连接[16],将连接产物通过巢式PCR进行扩增。在第1轮PCR反应中分别以UF和靶点接头RP(产物长度约为360bp)及靶点接头FP和gRNA-R进行PCR扩增,结果如图2b所示,产物长度约为140bp。图2b中“1”代表使用UF和靶点接头RP引物;“2”代表使用靶点接头FP和gRNA-R引物。结果表明靶点序列成功与gRNA表达盒连接。:..接下来进行巢式PCR的第2轮PCR,该反应体系以第1轮反应2个反应产物混合物为模板,以表达盒位置特异性引物对B1′+B2、B2′+B3、B3′+B4、B4′+BL为引物,进行各表达盒与相应靶点的联合扩增扩增的各条带大小均接近500bp,如图2c所示,符合预期扩增片段大小486、507、487、502bp。结果表明含有靶点序列的gRNA表达盒构建完成。,与纯化后Cas9质粒通过边切边连程序进行双元载体的构建,然后对该双元载体进行转化,转化结果如图3a所示。已知本实验所使用表达盒PYLgRNA-AtU3d含有LacZ序列。若表达盒已成功连接到pYLCRISPR/Cas9-DN载体上,则在含有X-Gal和IPTG(异丙基-β-D-硫代半乳糖苷)的培养基中长出蓝色的阳性单克隆。因表达载体在IPTG的诱导下表达LacZ能将X-Gal降解显蓝色。因此挑选出蓝色单克隆并使用靶点接头引物对其进行菌落PCR鉴定,结果电泳图如3b所示,其中,“a”代表使用Cas9F和CAT1-1RP引物;“b”代表使用CAT1-1FP和CAT1-2RP引物;“c”代表使用CAT1-2FP和CAT3-1RP引物,“d”代表使用CAT3-1FP和CAT3-2RP引物;“e”代表使用CAT3-2FP和CAS9R引物。如果表达盒没有连接到pYLCRISPR/Cas9-DN载体,那么选用靶点接头引物将不能扩增出产物,显然,由PCR结果可推测含有靶点的双元载体已成功构建完毕。此外,为防止假阳性的出现,本实验又对该双元载体进行了酶切鉴定。已知BL引物结合位点和LacZ-AtU3d表达盒中含有MluⅠ位点,若所有表达盒成功连至pYLCRISPR/Cas9-DN载体,则通过MluⅠ可将串联的表达盒切割下来,且大小为串联表达盒大小之和,反之不存在MluⅠ酶切位点。已知pYLCRISPR/Cas9-DN载体大小约15kb,串联的4个表达盒之和约为2kb。由:..MluⅠ限制性内切酶酶切可知载体被成功切开且大小符合预期,酶切图如图3c所示,由此进一步说明双元载体构建成功。(c)MluⅠ酶切串联的表达盒图3sgRNA表达盒与CAS9双元载体的构建为了进一步保证结果的准确性,本研究又通过测序鉴定以确定靶点成功连接至双元载体上。靶点对比图如图4所示,显然需要敲除的靶点序列已成功转入Cas9载体上。这也进一步说明CAT1,CAT3CRSPR/Cas9多靶点双元载体构建成功。图4靶点比对图3讨论过氧化氢酶又称触酶(CAT),广泛存在于动物、植物和微生物体内。过氧化氢酶是生物演化过程中建立起来的生物防御系统的关键酶之一。因此构建过氧化氢酶完全缺失突变体对研究过氧化氢酶的功能具有重要意义。CAT是H2O2重要的清除酶,其动态的变化与体内H2O2稳态水平息息相关。在模式植物拟南芥中,CAT1主要在花粉和种子中表达。CAT2是叶过氧化氢酶的主要形式,其在光合组织中高度表达,而CAT3与维管组织与叶片中表达[18]。拟南芥cat2敲除突变体中叶片的酶活只有野生型的20%,植物的生长明显受到抑制。cat1和cat3敲除突变体中叶片的过氧化氢酶酶活只降低了10%~20%,并且未影响植物生长。此外,cat2cat1和cat2cat3双突变体中叶片酶活虽然含有更低的CAT酶活(15%和5%),然而也未进一步增强cat2突变体对植物生长的抑制,推测可能是降低的CAT酶活并没有进一步提升H2O2水平,因此完全敲除植物体内CAT基因对于进一步揭示植物体内CAT/H2O2这一关键的氧化还原系统的互作机制提供了重要研究材料[19-22]。由于CAT1、CAT3基因连锁遗传(AT1G20630,AT1G20620),因此通过杂交获得三突变体(cat1cat2cat3)基本上是不可能的。RNAi作为一种反向遗传学的研究方法,为后基因组时代的基因功能分析提供了一种应用技术平台,但其成本高、效率低。:..ZFN和TALEN系统基于蛋白质工程[23-24],构建较困难,而且由于切割时以二聚体的形式发挥作用,需要成对设计,技术难度较大,构建组装时间较长。病毒诱导的基因沉默,如TRV-VIGS载体进行转录后基因沉默时,其效果容易受很多因素影响[25]。然而本研究所使用的CRISPR/Cas9基因编辑系统因其克隆策略相对简单、成本低廉,可多靶点敲除且敲除效率高[16],因而在生物学界获得了广泛的关注。且研究表明CRISPR/Cas9已成功且高效率地应用到水稻、番茄等多种植物中,并且本研究在原有技术的基础上实现了多靶点多基因敲除载体的构建,每个基因分别有2个靶点,从而提高了基因敲除的效率。本文成功构建了CAT1,CAT3CRISPR/Cas9多靶点双元载体,对深入研究CAT相关功能提供了重要的遗传方法。[参考文献][1]TILLBJ,REYNOLDSSH,GREENEEA,-scalediscoveryofinducedpointmutationswithhigh-throughputTILLING[J].GenomeRes,2003,13(3):524-530.[2]COLBERTT,TILLBJ,TOMPAR,[J].PlantPhysiol,2001,126(2):480-484.[3]URNOVFD,REBAREJ,HOLMESMC,[J].NatureReviewsics,2010,11(9):636-646.[4]BEDELLVM,WANGY,CAMPBELLJM,-efficiencyTALENsystem[J].Nature,2012,491(7422):114-118.[5]RICHTERH,RANDAUL,:interferencemechanismsandapplications[J].InternationalJournalofMolecularSciences,2013,14(7):14518-14531.[6]DICARLOJE,NORVILLEJE,MALIP,:..haromycescerevisiaeusingCRISPR-Cassystems[J].NucleicAcidsResearch,2013,41(7):4336-4343.[7]GAJT,GERSBACHCA,,TALEN,andCRISPR/Cas-basedenomeengineering[J].TrendsinBiotechnology,2013,31(7):397-405.[8]JINEKM,CHYLINSKIK,FONFARAI,-RNA-guidedDNAendonucleaseinadaptivebacterialimmunity[J].Science,2012,337(6096):816-821.[9]BLACKBURNPR,CAMPBELLJM,CLARKKJ,-argetingfresh[J].Zebrafish,2013,10(1):116-118.[10]KIRKMANHN,:avenerableenzymewithnewmysteries[J].TrendsinBiochemicalSciences,2007,32(1):44-50.[11]ZAMOCKYLLERPG,[J].AntioxidantsandRedoxSignaling,2008,10(9):1527-1547.[12]WILLEKENSH,INZéD,VANMONTAGUM,[J].MolecularBreeding,1995,1(3):207-228.[13]FRUGOLIJA,ZHONGHH,IOML,(L.)Heynh[J].PlantPhysiology,1996,112(1):327-336.[14]GUANL,[J].JournalofMolecularEvolution,1996,42(5):570-579.[15]IWAMOTOM,HIGOH,:the5′-flankingregionofCatAisnotsufficientforcircadian:..control[J].PlantScience,2000,151(1):39-46.[16]MAX,ZHANGQ,ZHUQ,,high-efficiencymultiplexgenomeeditinginmonocotanddicotplants[J].MolecularPlant,2015,8(8):1274-1284.[17]TZFWAT,[J].TrendsBiotechnol,2005,23(12):567-569.[18]HUYQ,LIUS,YUANHM,-and3′-untranslatedregionexchangeexperimentsintheArabidopsiscat2photorespiratorymutant[J].PlantCellEnviron,2010,33(10):1656-1670.[19]MHAMDIA,,:peroxisomalredoxguardians[J].ArchBiochemBiophys,2012,525(2):181-194.[20]QUEVALG,.Aplate-readermethodforthemeasurementofNAD,NADP,[J].AnalBiochem,2007,363(1):58-69.[21]SMYKOWSKIA,ZIMMERMANNP,-Boxbindingfactor1reducesCATALASE2expressionandregulatestheonsetofleafsenescenceinArabidopsis[J].PlantPhysiology,2010,153(3):1321-1331.[22]MHAMDIA,QUEVALG,CHAOUCHS,:afocusonArabidopsismutantsasstress-mimicmodels[J].JExpBot,2010,61(15):4197-4220.[23]KUMARS,ALLENGC,:fingersonthemove[J].TrendsinPlantScience,2006,11(4):159-161.:..[24]程曦,王文义,:植物生物技术的机遇与挑战[J].生物技术通报,2015,31(4):25-33.[25]马红珍,裴冬丽,耿慧霞,[J].西北植物学报,2009,29(8):1531-1537.