您好,欢迎来到抵帆知识网。
搜索
您的当前位置:首页番茄NAM基因的克隆与遗传转化

番茄NAM基因的克隆与遗传转化

来源:抵帆知识网
热带作物学报2012,33(8):1460—1465 Chinese Journal of TmDical Cro 番茄NAM基因的克隆与遗传转化 杨春文,唐 宁,李正国 妻庆雾高 重庆市高校功能基因与调控新技术重点实验室矗 鼎 点萋验萎重庆4 里仄 00030 摘 要 为了研究番茄 M基因的功能,利用RT—PCR技术从番茄cDNA中分离了NAM(GenBank登录号: FJ435163.1)基因,该基因ORF全长1 053 bp,共编码351个氨基酸,N端含有NAC结构域。定量RT—PCR分析 结果表明,该基因在番茄的根、茎、叶、花和果实中均有较强表达。为了进一步研究番茄NAM基因的功能.构 建了NAM基因的超表达载体pLPIO0—35S—NAM,通过农杆菌介导法转化番茄,并获得抗性植株。经表型分析, 转基因番茄植株矮小,生长受到抑制,叶片形态异常,表明M 基因影响番茄顶端分生组织(SAM)的形成和叶 片形态的发生 关键词番茄;NAM;克隆;遗传转化 中图分类号S641.2 文献标识码A Cloning and Genetic Transformation of NAM Gene in Tomato YANG Chunwen,TANG Ning,LI Zhengguo College of Life Sciences,Chongqing University,Key Lob of Functional Gene and New Regulation Teehnologies under Chongqing Municipal Education Commission,Chongqing 400030,China Abstract To understand the function of NAM gene in tomato,the full length cDNA NAM gene was amplified by RT—PCR from tomato cDNA.which contains a 1 053 bp open reading frame(ORF)encoding 351 amino acid residues,and contains NAC domain in its N terminus.Quantitative PCR analysis showed that NAM expressed highly in all tissues including root,stem,leaf,flower and fruit.To further investigate the function of tomato NA M gene,NAM overexpression vector pLP一35S—NAM was constructed,and transformed into tomato plants by Agrobacterium-mediated method.The NAM overexpressing plants showed a dwarf phenotype.the size of these plants was smaller than those of wild-type plants,the plant growth was inhibited,and the leaves of transgenic tomato were highly lobed shaped.In conclusion,NAM affected the formation of shoot apical meristem(SAM)and leaf morphogenesis in tomato. Key words Tomato;NA M;Clone;Transformation doi 10.39690.issn.1000—2561.2012.08.025 植物转录因子是功能基因组学研究的一个重要 达[1] Souer等囝在顶端分生组织和花器官发育研究 内容 NAC转录因子是近年来新发现的具有多种 中发现矮牵牛nurn一突变体不能形成顶端分生组织. 生物功能的植物特异转录因子.NAC蛋白在N末 大多数植株在幼苗期便死亡.而少数未死亡的 端有一个高度保守的NAC结构域,约由150个保 nam一突变体花器官发育异常。Xie等『3]发现拟南芥 守的氨基酸残基组成.可结合DNA和其它蛋白质: NA C1基因受生长素诱导且介导生长素信号以促进 C端是转录激活功能区,具有高度的多样性。NAC 侧根发育.该转录因子可激活下游生长素相应靶基 转录因子家族成员众多.受植物不同发育期和多种 因DBP和AIR3的表达.过量表达该基因促进侧根 环境因素的诱导.同时受组织特异性的影响,可激 发育.反义表达则抑制侧根的发育。Guo等『4]发现 活特定的目的蛋白发挥生物学功能 NAC转录因 拟南芥NAC转录因子AtNAP与叶片衰老相关,在 子成员NAM、CUC /2侣、AtNAP、AtNAC1、SND 此基因内部插入一段T—DNA.明显推迟叶片的衰 和 " 等在植物生长发育中起调节作用.转录 老 除了参与植物生长发育的调控,NAC转录因 调控植物的根、叶和花等器官与组织的相关基因表 子还参与胁迫应答 拟南芥A 是干旱诱导基 收稿日期: 2012—05—12 修回日期:2012—08—02 基金项目: 教育部博士点基金项目(No.20110191110029);国家自然科学基金项目(No.30972002;No.31071798);2010中央高校个人项目 (CDJXS10230017)。 作者简介: 杨春文(1985年一),男,硕士研究生。研究方向:分子生物学。 通讯作者:李正国,E-mail:zhengguoli@equ.edu.cn。 第8期 杨春文等:番茄NAM基因的克隆与遗传转化 -1461一 因.干旱和ABA处理可导致4 表达水平显著 环:72℃7 min 利用DNAMAN 6.0进行多序列比 提高[21.而AtNAC2在乙烯和生长素信号存在的条 件下。受盐胁迫的诱导r61.此外,刘旭等[ J发现花 生中AhNA C2和AhNA C3参与干旱和ABA的信 号调节。 目前有关NAM基因对番茄生长发育的功能了 解甚少 因此.本研究以番茄为材料.通过生物信 息学分析.从番茄数据库中筛选出1条NAM cDNA序列.通过定量PCR方法研究NAM基因在 番茄中的表达模式.并构建超表达载体.通过农杆 菌介导法导人番茄中.获得转基因番茄.并对转基 因番茄的表型进行鉴定.为深入研究该基因的功能 奠定基础 1材料与方法 1.1材料 1.1.1植物材料及菌种 番茄fSolanM仇lycopersi— cum,CV Micro Tom)、大肠杆菌JM109、农杆菌 (Agrobacterium)菌株C58和植物超表达载体 pLP100—35S均由本实验室保存 1.1.2试剂T4 DNA连接酶、限制性内切酶及 反转录试剂盒购自FerlTlentas公司(USA).高保真 DNA聚合酶购自TaKaRa公司(大连),质粒提取试 剂盒购自BioFlux公司(杭州),DNA凝胶回收试剂 盒购自OMEGA公司(USA)。总RNA抽提试剂 Triz0l购自Invitrogen公司(USA),其它生化试剂购 白鼎国生物技术公司(北京),Real—time PCR所用 试剂Maxima ̄SYBR Green/Fluorescein qPCR Master Mix(2x)购自Fermentas公司(USA),用于番茄组织 培养的MS培养基购自Sigma公司:所有引物合成 和测序_丁作均由南京金斯瑞生物科技公司完成 1.2方法 1.2.1 番茄NAM基因的克隆及序列分析 根据 番茄基因数据库中NAM的全长cDNA序列.利用 primer 5.0在开放阅读框的两侧设计扩增引物 NAM—F和NAM—R(见表1)。PCR反应条件:94℃ 5 min;94℃30 S,55℃30 S。72 oC 90 S。35个循 表1本研究所用的引物序列 引物名称 引物序列5"-3 GTGCTGTG ITATCTITrGTGTG TACCACTAAAGCTGCCACACG TGTCCCTA 几_rACGAGGG ITrATGC CAG ITAAATCACGACCAGCAAGAT CCAACAGGGCTGAGGACTAA CCTITrGGTGCTCTTCCTCG 对,MEGA 5.0构建系统进化树。 1.2.2组织表达模式分析Triz0l法提取番茄各 组织/器官的总RNA,OD2M28o=1.8~2.0,以2 g RNA为模板.经DNase I消化3O min后反转录合 成第一链cDNA(步骤参照说明书):以引物QP— NAM—F、OP—NAM—R和S1一Actin—F、S1一Actin—R 分别扩增目标基因及内参基因.具体方法参照说 明书进行 定量RT—PCR体系:按Maxima SYBR Green/ Fluorescein qPCR Master Mix(2x)12.5 txL,引物各 0.3/ ̄mol/L,cDNA≤50 ng,加水至总体积25 L。 为了确保结果的可靠性.每个反应设置3次重复。 PCR程序设置为:50℃2 min;95℃10 min; 95℃15 S,60 oC 30 S,72 oC 30 S,42个循环; 95 qC 30 S PCR扩增结束后立即进行熔解曲线分 析,以验证扩增的特异性。熔解曲线的程序为: 9 5 cC 1 min;55℃l min:从55℃开始每升高 0.5℃保持10 S,连续升高80次 数据处理:实时荧光定量PCR反应完成后. iCyelerTM software version 3.0自动计算出各个板位的 CT,将CT值输入到Microsoft Excel 2003中.按照 公式 C =[(C 一G :)sample A一(C 斛一 C )smaple B) 计算基因相对表达量,并绘制 柱形图。其中,C 表示目的基因的C 值, C 表示内参基因的CT值。以番茄Actin为内 参,以野生番茄根中相应基因表达量设为1.0.每 个样品值来自于3个重复实验的平均值±标准差.t 检验检测显著水平(p<0.05) 1.2.3 NAM基因超表达载体的构建 以NAM—F 和NAM—R为引物.用高保真酶扩增番茄NAM基 因 将NAM基因插入到经SmaI酶切的植物表达 载体pLP100—35S中.通过菌落PCR、酶切及测序 验证.筛选正向连接的植物超表达载体.并命名为 pLPIO0—35S—NAM。 1.2.4番茄的遗传转化及转基因植株鉴定 将重 组质粒pLP100~35S—NAM通过冻融法导人农杆菌 C58中.利用叶盘法转化番茄.使用100 mg/L卡 那霉素进行筛选并将抗性植株移入温室培养 以具有卡那霉素抗性的番茄转化苗为材料.用 Trizol法小量提取番茄叶片RNA.以RNA为模板. 反转录合成第一链cDNA.用引物OP—NAM—F、 QP—NAM—R和S1一Actin—F、S1一Actin—R分另0扩增 目标基因及内参基因.体系和数据处理参照1.2.2 1.2.5转基因植株表型鉴定 以相同时期野生型 第8期 杨春文等:番茄NAM基因的克隆与遗传转化 —.1463.— U.1 ————— SINAM:番茄(NP_001234254.1);StNAM:马铃薯(ACL14374.1);AtNAM:拟南芥 (Q9ZNU2.1);P.hyNAM:矮牵牛(CAA63101.1);AtBNAM:互叶梅(CBV65833.1);PsNAM1: 豌豆(ACL14372.1),PsNAM2(ACIJl4373.1);MtNAM:苜蓿(ABN08195.1);MaNAM:小果野蕉 (ABF69986.1);AcNAM:蓝花耧斗菜(ACL14368.1);SbNAM:高粱(AAQ06260.1);OsNAM: 水稻(AAM74271.1);ZmNAM:玉米(AAQ06284.1)。 图3ⅣAM基因家族系统进化树 差异显著(p<0.05).而在果实中的表达差异不显著 构建了正义超表达载体pLP100—35S—NAM.并转入 (见图4)。 农杆菌C58中.为番茄遗传转化奠定了基础 2.3 NAM基因植物表达载体的构建 利用超表达载体DLP1O0—35S—NAM转化番茄 超表达和抑制表达是研究基因功能的重要方 获得1个转基因株系.对转基因植株进行定量分 法。为了进一步研究NAM基因的功能.笔者们构 析。结果表明:与野生型植株相比,转基因植株 建了植物超表达载体 将PCR产物连接到经Sm0 I NAM基因超量表达,约为野生型的24倍(见图5)。 酶切的pLPIO0—35S植物表达载体中,经PCR及酶 2.4转基因植株表型鉴定 切验证,表明NAM基因已正确连接到载体上:测 本试验对获得的转基因番茄进行了表型鉴定. 序结果表明,基因序列及插入方向完全正确.成功 6 班 删 3O 20 莨 薹 z lO O O 根 茎 叶 花 红果 植株类型 1:野生型对照;2:转基因植株。 图4^ 基因组织表达分析结果 图5转基因番茄植株的鉴定 ——1464- 热带作物学报 第33卷 与野生型相比,茎短,株高显著降低:叶片稍厚呈 暗绿色,叶边缘缺刻不明显。形态异常:植株的生 长和分生能力受到严重的抑制(图6),生长发育缓 慢,同期的野生型开花时。转基因番茄还未现花 蕾;植株衰老减缓,从移栽人温室至枯萎.共历时 (168 ̄5)d,比野生型(95 ̄5)d延长了近70 d l:35S:NAM植株;2:野生型植株。 图6超表达转ⅣAM基因植株的表型 3讨论与结论 NAC转录因子是特异存在于植物中具有多种 生物功能的一类新型转录因子.目前在十多种植物 中克隆了NAC基因.功能涉及植物生长发育、激 素调控及胁迫响应等重要方面[91 本研究从番茄中 克隆了M 基因.该基因ORF全长为1 053 bp. 编码351个氨基酸 该基因在各个组织中表达丰度 都比较高.推测该基因可能是植物生长发育所必须 的调控因子 通过构建超表达载体转化番茄.共获 得1个转基因株系,该植株叶片形态异常、植株矮 小、生长受到抑制:同时,本试验还构建了NAM— M(4个碱基突变,氨基酸序列不变)超表达载体. 转化番茄.结果获得2个转基因株系.转基因植株 同样表现为叶片形态异常、植株矮小、生长缓慢且 明显受到抑制.因此推测NAM基因可能抑制植物 顶端分生组织(SAM)正常生长。 KNOX(Knotted—like Homeodomain)基因主要维 持SAM、调控叶片的起始和形态建成[1o一12].研究结 果表明顶端分生组织由未分化的干细胞及其衍生物 构成.其中就包括发育成叶片等横向器官的原始细 胞.MYB转录因子AS1(Asymmetric Leaves1)和 KNOX基因的负性作用控制分生组织的维护和横向 器官的分化.KNOX基因负向调控AS1基因的表 达.而 S,基因又反过来负向调控其它KNOX基 因f如KNA TI和KNA T2).且正向调控LOB (Lateral Organ Boundaries)基因,进而调控横向器 官[1 3I。同时研究还发现超表达KNOX,基因导致拟 南芥植株矮小、叶片高度羽裂、花器官异常(包括 雄蕊短小、肥厚).花药稀少[14-151 在马铃薯中也发 现超表达Knotted—Like基因可减少赤霉素的积累. 进而影响植物营养器官的发育 0lsen等 证实在 拟南芥中.KNOX基因的表达受NAC转录因子 CUCI和CUC2的调控 因此.NAC转录因子家族 可能主要通过调控 基因的表达来控制顶端 分生组织 本研究中NAM基因超表达植株叶片形 态异常、植株矮小、生长受到抑制,其表型与 KNOX基因超表达植株表型类似.由此推测在番茄 中NAM基因可能通过调控KNOX基因的表达来影 响植株生长和发育.但尚需进一步验证 目前.大多数NAC转录因子的功能尚不太清 楚.分析NAC基因在植物生长发育中的作用.对 阐明NAC转录因子家族的功能具有重要意义 同 时.研究结果表明NAC转录因子处于MADS—box 及生长素受体TIR1的下游[3I18]. 并且又调控 KNOX转录因子家族.因此研究NAC与其它转录 因子的相互调控关系.能够加深人们对生物体调控 网络的认识.不断完善基因调控的途径 参考文献 【1】冶晓芳,唐益苗,高世庆,等.植物NAC转录因子的研究进 展I J1.生物技术通报,2009,10(1):19—25. [2】Souer E,Houwelingen V A,Kloos D,et .The no apical meristem gene of petunia is required for pattern fonnation in embryos and flowers and is expressed at meristem and primordial boundaries[J].Cell,1996,65(2):159—170. [3]Xie Q,Fmgis G,Colgan D,et a1.Arabidopsis NACl transduces auxin signal downstream of TIR1 to promote lateral root development[J].Genes&Development,2000,14:3 024— 3 036. 【4]Guo Y,Gan S.AtNAP,a NAC family transcription factor,has an important role in leaf senescence[Jl_The Plant Journal, 2006,46(3):601—612. [5]Lu P L,Chen N Z,An R,et .A novel drought—inducible gene,A TA FI,encodes a NAC family protein that negatively regulates the expression of stress—responsive genes in Arabidopsis[J].Plant Molecular Biology,2007,63(2):289— 305. 【6 He X J,Mu R L,Cao W H,et6] a1.AtNAC2,a transcription factor downstream of ethylene and auxin signaling pathways,is involved in salt stress response and lateral root development[J]. The Plant Journal,2005,44(6):903—916. f7】刘 旭,李 玲.花生NAC转录因子AhNAc2和AhNAc3的克隆 及转录特征【JJ.作物学报,2009,35(3):541-545. 【8]Sehmittgen T D,Livak K J.Analyzing real—time PCR data by 第8期 杨春文等:番茄NAM基因的克隆与遗传转化 —.1465—. the comparative CT method【JJ.Nature Protocols,2008,3(6) 1 101一l 108. 【9]柳展基,邵凤霞,唐桂英 植物NAC转录因子的结构功能 及其表达调控研究进展【J] 西北植物学报,2007,27(9): 1 9l5~1 920. [10]Long J A,Moan E I,Medford J I,et o1.A member of the KNOTTED class of homeodomain proteins encoded by the STM gene of A rabidopsis【Jj.Nature,1996,379(i):66-69. [1 1]Sconeld S,Murray J A H.KNOX gene function in plant stem cell njcbes『JJ.Plant Molecular Bjo】0gy,2006,60(5):929-946. [12]Janssen B J,Williams A,Chen J J,et o1.Isolation and characterization of tWO knotted—like homeobox genes from tomato[J].Plant Molecular Biology,1998,36(3):417—425. [13]Byme M E,Simorowski J,Martienssen R A.ASYMMETRIC LEAVES1 reveals knox gene redundancy in A rabidopsis[J]_ Development,2002,129(11):1 957—1 965. [14]Chatterjee M,Bermudez—LogallO1 C L,Clancy M A,et 01.A strawberry KNOX gene regulates leaf,flower and meristem architect【 ure[J].PLoS One,2011,6(9):2436752.【 [  6 7 8 【15]Shani E,Burko Y,Ben—Yaakov L,et .Stage—specific regulation of Solanum lycopersicum leaf maturation by class 1 KNOTFED1一LIKE HOMEOBOX proteins【J].The Plant Cell, 2009,21:3 078-3092. Rosin F M,Hart J K,Homer H T,et o1.Overexpression of a knotted-like homeobox gene of potato alters vegetative development by decreasing gibberellin accumulation[J].Plant Physiology,2003,132(1):106—117. Aida M,Ishida T,Tasaka M.Shoot apical meristem and cotyledon formation during A rabidopsis embryogenesis: interaction among the CUP—SHAPED COTYLEDON and SHOOT MERISTEMLESS genes【J].Development,1999,126: 1 563-1 57 o』 Sablowski R W M,Meyerowitz E M.A homolog of NO APICAL MERISTEM iS an immediate target of the floral homeotic genes APETALA3/PISTILLATA叫.Cell,1998,92 (1):93—103. 责任编辑:黄东杰 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- dfix.cn 版权所有

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务