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植物耐旱相关蛋白及其编码基因与它们的应用的制作方法.docx

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植物耐旱相关蛋白及其编码基因与它们的应用的制作方法.docx

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文档介绍:该【植物耐旱相关蛋白及其编码基因与它们的应用的制作方法 】是由【421989820】上传分享,文档一共【20】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【植物耐旱相关蛋白及其编码基因与它们的应用的制作方法 】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。植物耐旱相关蛋白及其编码基因与它们的应用的制作方法
专利名称::植物耐旱相关蛋白及其编码基因与它们的应用的制作方法
技术领域:
:本发明涉及植物耐旱相关蛋白及其编码基因与应用,特别涉及一种来源于拟南芥的植物耐旱相关蛋白及其编码基因与应用。
背景技术:
:粮食问题是当今世界所面临的几大难题之一。随着人类的经济发展和人口膨胀,水资源短缺现象日益严重,直接导致了干旱地区的扩大与干旱化程度的加重,干旱问题已经成为全球关注的问题。因此,了解和认识植物对干旱胁迫的反应机制,进而提高植物特别是农作物的抗旱能力,已成为如何进一步提高作物产量的重要研究工作,倍受世界各国政府和科学家的关注,也是当前生命科学研究的热点。拟南芥daWop^"a"a朋)是一种典型的模式植物(其作用与实验鼠、果蝇等模式生物相当),己被广泛应用于植物遗传学、发育生物学和分子生物学的研究。,。目前大部分基因的功能还不清楚,利用突变技术研究基因功能已经成为一种有效的方法。对拟南芥而言,T-DNA插入突变是主要途径,并且已经得到大量T-DNA插入突变体。拟南芥的大多数基因在其他植物中都能找到与之同源的序列,有关拟南芥的绝大多数发现也都能应用于其他植物研究。以往的研究已经证明,对拟南芥的研究将帮助科学家找到提高农作物产量的方法。面对农作物生产中日益严重的土壤干旱问题,克隆植物耐旱相关基因并对其功能进行研究,对尽快培育作物耐干旱品种有重要的实践意义。
发明内容本发明的目的是提供一种植物耐旱相关蛋白及其编码基因与应用。本发明所提供的植物耐旱相关的蛋白,名称为Jt"7t4r3》^/叩w'sf力a7iay^"ro收力f7bJera/7zO,来源于拟南芥属拟南芥(^raZ^obpw^Mah'朋a),是如下(a)或(b)的蛋白质(a)由序列表中序列3的氨基酸残基序列组成的蛋白质;(b)将序列表中序列3的氨基酸残基序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且具有植物耐旱相关功能的由(a)衍生的蛋白质。其中,序列表中的序列3所示的蛋白序列由849个氨基酸残基组成。为了使(a)中的AtDT分泌到细胞周质或培养基中或使其功能稳定,可在由序列表中序列3的氨基酸残基序列组成的蛋白质的N端连接上信号肽序列,为了(a)中的AtDT便于纯化,可在由序列表中序列3的氨基酸残基序列组成的蛋白质的N端或C端连接上如表1所示的标签。-Arg5-6(通常为5个)RRRRRPoly-His2-10(通常为6个)HHHHHHFLAG8丽DDDDKStrep-tagII8WSHPQFEKc—myc11EQKLISEEDL上述(b)中的AtDT可人工合成,也可先合成其编码
基因,再按照下述方法进行生物表达得到。上述(b)中的AtDT的编码基因可通过将序列表中序列1或序列2的DNA序列中缺失一个或几个氨基酸残基的密码子,和/或进行一个或几个碱基对的错义突变,和/或在其5'端连上信号肽的编码序列,和/或在其5'端和/或3'端连上表l所示的标签的编码序列得到。上述植物耐旱相关蛋白的编码基因也属于本发明的保护范围。上述植物耐旱相关蛋白的cDNA基因,可具有下述核苷酸序列之一-1)序列表中SEQIDJSf2:1的核苷酸序列;2)在高严谨条件下可与l)所述的DNA序列杂交的核苷酸序列。其中,序列表中序列1是由2550个脱氧核苷酸组成,自序列表中序列1的5'端第卜2547位核苷酸序列为编码序列(0RF),编码具有序列表中序列3的氨基酸残基序列的蛋白质。上述植物耐旱相关蛋白的基因组基因,可具有下述核苷酸序列之一1)序列表中SEQIDW:2的核苷酸序列;2)在高严谨条件下可与l)所述的DNA序列杂交的核苷酸序列。序列表中序列2由3123个脱氧核苷酸组成,含有6个外显子和5个内含子。自序列表中序列2的5'端第1—1613位核苷酸为第一个外显子,序列1的5'端第1698-1821位核苷酸为第二个外显子,序列1的5'端第1903-2196位核苷酸为第三个外显子,序列1的5'端第2282-2484位核苷酸为第四个外显子,序列1的5'端第2572-2862位核苷酸为第五个外显子,序列1的5'端第3189-3213位核苷酸为第六个外显子,上述高严谨条件可为在
(),,在65。C4下杂交并洗膜。含有上述植物耐旱相关蛋白的编码基因的表达载体、转基因细胞系及宿主菌均属于本发明的保护范围。扩增JW7中任一片段的引物对在本发明的保护范围之内,该引物对中的每一个引物的长度为15到36个碱基,如SEQIDNa:4(5,atggaattccgcaaaccctttaagtctcat3,)禾口SEQIDN2:5(5,ttaacattcaagaagaataattcgccttaaatcaggg3,)。利用任何一种可以引导外源基因在植物中表达的载体,将本发明所提供的力wr基因敲除掉,植物就表现耐旱相关性状;或者将」wr^^在植株中过量表达,植物就表现干旱敏感性状。为了便于对转基因植物细胞或植物进行鉴定及筛选,可对所使用的载体进行加工,如加入植物可选择性标记或具有抗性的抗生素标记物。被转化的植物宿主既可以是单子叶植物,也可以是双子叶植物。本发明的耐旱相关基因对于植物耐干旱分子机制的研究,植物抗逆性品种的选育具有重要的理论及实际意义。如利用本发明的基因可设计小干扰RNA对该基因的表达进行干扰,插入突变该基因或者缺失突变该基因,从而提高植物对干旱的耐受能力。该基因过表达植株也可以作为指示植物,预警旱情。图1为^f/^在野生型和突变体中的表达结果-RT-PCR;图2为Jt"r在野生型和J^r过量表达植株中的表达分析结果-Northern杂交;图3为干旱条件下JW堪因的表达变化结果
-RealtimePCR;图4为野生型、^"r过量表达植株(SUPER::雄7W和SUPER::細7-5)、細r敲除突变体(aWO和^W7恢复突变材料(PAtDT::力z^r株系)在干旱条件下的表型观察结果。具体实施例方式实施例l、植物耐旱相关的基因及其编码蛋白的获得一、Columbia背景的对干旱耐受性增强的拟南芥突变体的获得对T-DNA插入突变体库进行筛选,得到一株对干旱胁迫具有耐受能力的突变体。从ABRC(ArabidopsisBiologicalResourceCenter)购得到编号为Salk—133223的T-DNA插入突变体T4代种子(简称突变体sMO。1、T-DNA插入突变体Salk_133223的纯合体的获得和鉴定拟南芥野生型(Columbia型)和T-DNA插入突变体Salk—133223材料在MS培养基上生长10天得到幼苗。各取100-200mg为材料,用TRizol(Invitrogen)提取其总RNA,经甲酵变性琼脂糖凝胶电泳检査RNA的完整性。按照SUPERSCRIPTII的使用说明,合成单链sscDNA。设计引物进行半定量PCR扩增检测插入基因的表达情况,引物序列为-Primer1:5'AAATCAGCTCCTCCTTTCTGC3,'Primer2:5'GAATTCCGCAAACCCTTTAAG3'。基因的扩增条件如下将合成的单链cDNA稀释10倍,作为以下PCR反应的模板20|iL体系,内含10XPCRBuffer2nL,,lO^,Taqenzyme(15U/pL)^L。在PE9700上扩增95。C预变性
5min,95°C30s,59°C30s,72°ClminlOs,共计35个循环;72。C延伸10rain,将获得的PCR产物(1285bp),%琼脂糖凝胶电泳进行检测。W基因为看家基因,作为对照。其扩增引物为引物Priraer3:5'ATGCCCCAGGACATCGTGATTTCAT3,,Primer4:5,TTGGCGGCACCCTTAGCTGGATCA3,。其扩增方法为将上述合成的单链cDNA稀释10倍,作为以下PCR反应的模板20pL体系,内含10XPCRBuffer2pL,,,Taqenzyme(15U/pL)|nL。在PE9700上扩增95。C预变性5min,95°C30s,56°C30s,72°Clmin,共计18个循环;72°。延伸10min,将获得的PCR产物(685bp),%琼脂糖凝胶电泳进行检测。结果如图l所示,野生型植株中扩增到目的条带,大小为1285bp,而在T-DNA插入突变体Salk_133223中,没有扩增到目的条带,说明T-DNA插入突变体Salk—133223中^Zr基因被完全敲除,将T-DNA插入突变体Salk—133223命名为突变体W&。二、本发明耐旱相关基因(/J"7)及其编码蛋白的获得1、本发明耐旱相关基因的cDNA的获得按照步骤一的步骤1的方法提取拟南芥(Col咖bia型)幼苗总RNA、反转录为cDNA。以此cDNA为模板、利用分别设有和i〈pnl酶切位点的一对引物进行PCR扩增,得到耐旱相关基因的cDNA全长。引物序列如下Primer5:5,-gctctagaATGGAATTCCGCAAAC-3,(幼al);Primer6:5,-ggggtaccTTAACATTCAAGAAGA-3
,(印nl)。采用Takara公司的高保真的PyrobestDNA聚合酶对力W7cDNA全长进行扩增,扩增体系为50pL,含10XPyrobestPCR缓冲液5fjL,10mMdNTPmixl|^L,10j^MPrimer5和Primer6各lpL,|aL,模板3-5jaL(),补充灭菌超纯水至50pL,反应体系在冰上进行操作。在PE9700仪器上进行扩增,预变性5min,95。C变性30s,56°C30s,72°C3min,循环数30个,72。C延伸10min。%的琼脂糖凝胶进行电泳,回收扩增片段,连接到pID18-T载体,酶切、扩增、测序鉴定,测序结果表明,上述PCR扩增得到的片段具有序列表中序列l的核苷酸序列,为本发明的抗旱相关基因cDNA基因命名为A"7,序列表中序列1的核苷酸序列由2550个碱基组成,其编码序列为自序列表中序列1的第1一2547位核苷酸,编码具有序列表中序列3的氨基酸残基序列。将上述获得的正确的含有/k"7W的重组载体命名为pMD18-A"7。2、本发明抗旱相关基因的基因组DNA的获得从ABRC(ArabidopsisBiologicalResourceCenter)购得到编号为F6P23的细菌人工染色体(BAC)。该编号为F6P23的BAC包含」":T全长基因组序列。以此为模板,利用分别设有Xbal和酶切位点的一对引物(Primer5和Primer6)扩增目的基因的全长(3123bp)。采用Takara公司的LATaqDNA聚合酶对」
f"7基因全长进行扩增,扩增体系为50^L,含10XLAPCR缓冲液5pL,10mMdNTPmix8fxL,lOjaMPrimerl和Primer2各2pL,,模板3-5fiL(|ag),补充灭菌超纯水至50fiL。在PE9700仪器上进行扩增,预变性5min,95。C变性lmin,56°Clmin,72°C5tnin,循环数30个,72。C延伸10min。%的琼脂糖凝胶进行电泳,回收扩增片段,连接到pMD18-T载体,酶切、扩增、测序鉴定,测序结果表明,上述PCR扩增得到的片段具有序列表中序列2的核苷酸序列,为本发明的耐旱相关基因的基因组基因,将其命名为^t"r基因组基因,序列表中序列2的核苷酸序列由3123个核苷酸碱基组成,自序列表中序列2的5'端第1一1613位核苷酸为第一个外显子,序列1的5'端第1698-1821位核苷酸为第二个外显子,序列1的5'端第1903-2196位核苷酸为第三个外显子,序列1的5'端第2282-2484位核苷酸为第四个外显子,序列1的5'端第2572-2862位核苷酸为第五个外显子,序列1的5'端第3189-3213位核苷酸为第六个外显子,这六个外显子序列编码具有序列表中序列3的氨基酸残基序列。将上述获得的正确的含有基因组DNA的重组载体命名为pMD18-g^t"7;实施例2、本发明的植物耐旱相关的基因及其编码蛋白的功能验证i、^t"r过量表达植株和^"r恢复突变体植株的获得1)Zt"r过量表达植株(转Super::^4W观南芥植株)的获得釆用实施例1的步骤二的步骤
2所获得的含有/IW堪因组DNA的重组载体pMD18-g^Z7SlpBIB-Super质粒(pBIB-Super载体的构建方法利用引物aagcttGTGGGCCTGTGGTCTCAAGAT和tctagaCTAGAGTCGATTTGGT从质粒pMSP-l(NiM'CuiD,EinsteinJ,NarasimhuluS,VergaraC,:661-676.);将扩增得到的s叩er启动子用HindIII和XbaI双酶切,回收s叩er启动子片段,插入到质粒pBIB(:203.)的HindIII和XbaI酶切位点之间中,得到pBIB-Super质粒))同时用内切酶Xbal和Kpnl进行大体系酶切。将所切得的ZW堪因片段和线性化的pBIB-Super质粒片段进行回收,连接,并测序验证,即获得验证正确的含有力基因组基因的重组载体并将其命名为S叩er::W"7;将Super::^W愤入农杆菌株,进而利用农杆菌转化侵染Columbia野生型拟南芥植株,从而获得」fZmi量表达Tl代转Super::^W观南芥植株。经过在含50mg/L潮霉素的MS培养基上筛选转Super::^tZm南芥T2代阳性植株并进行分离比统计,在T3代即得到转Super::^z^7以南芥单拷贝纯合株系。
2)af&恢复突变体植株(PAtDT:Mz^7)的获得从ABRC(ArabidopsisBiologicalResourceCenter)购得到编号为F6P23的细菌人工染色体(BAC)。该编号为F6P23的BAC包含^"7全长基因组序列和^f"r启动子序列。以此为模板,利用分别设有"a历M和尸"I酶切位点的一对引物扩增目的基因启动子和目的基因的全长(5840bp),引物序列如下(下划线为保护碱基和酶切位点)Primer7:5,-—cgggatccTTATGCGTTCTAAGTGCTACTG一-3Primer8:5,-aactgcagTACGAAGATGAATCCACCCG-3,(尸W工)。采用Takara公司的LATaqDNA聚合酶对^z^7"基因全长及启动子区域进行扩增,扩增体系为50(iL,含10XLAPCR缓冲液5iiL,10mMdNTPmixl(iL,lO(iMPrimerl和Primer2各2|iL,,模板3-5pL(),补充灭菌超纯水至50iiL。在PE9700仪器上进行扩增,预变性5min,95。C变性lmin,56°Clmin,72°C7rain,循环数30个,72"C延伸10min。将扩增片段用1%的琼脂糖凝胶进行电泳,回收扩增片段,连接到pMD18-T载体,酶切、扩增、测序鉴定。测序结果表明,上述PCR扩增得到的片段包含^t"r全长基因组序列及其起始密码子上游promoter区2717bp的核苷酸序列。将所得^f":T基因promoter区和全长基因组片段与载体pCAMBIA1381连接,构建成重组质粒,并测序验证,即获得验证正确的含有JW7基因组基因及其启动子序列的重组载体并将其命名为