麝香百合热激转录因子基因LlHsfA1的克隆与表达分析.doc
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1、园 艺 学 报 2014,41(7):14001408 http: / www. ahs. ac. cn Acta Horticulturae Sinica E-mail: yuanyixuebao 收稿日期:20140106;修回日期:20140508 基金项目:农业部公益性行业(农业)科研专项(200903020);农业部948引进项目(2011-G17) * 通信作者 Author for correspondence(E-mail:ymfang) 麝香百合热激转录因子基因LlHsfA1的克隆与表达分析 宫本贺1,易 瑾1,2,隋娟娟1,3,吴 健1,吴 泽1,程运河1,吴晨雨1,刘 晨
2、1,义鸣放1,* (1中国农业大学观赏园艺与园林系,北京 100193;2北京师范大学附属中学平谷第一分校,北京 101204;3阜阳师范学院生命科学学院,安徽阜阳 236037) 摘 要:利用RACE的方法从麝香百合白天堂叶片中克隆出热激转录因子(Heat shock transcription factor,Hsf)A1家族中一个成员的cDNA 全长序列。该基因编码序列长为1 587 bp,编码528个氨基酸,蛋白质分子量为59.056 kD。序列和进化树分析表明,该基因具有A1类Hsf的5个关键功能域和调控基序,与水稻的OsHsfA1a氨基酸序列同源性最高,说明该基因为HsfA1家族的新
3、成员,将其命名为LlHsfA1。利用荧光定量PCR的方法分析LlHsfA1表达模式,结果表明常温下其可在根、鳞茎和叶片中表达,说明该基因为组成型表达;42 热激处理1 12 h,该基因的表达量在叶片中呈现“上升下降”交替变化的趋势。亚细胞定位表明,LlHsfA1定位在细胞核和细胞质中。 关键词:麝香百合;热激转录因子;基因表达;亚细胞定位 中图分类号:S 682.2 文献标志码:A 文章编号:0513-353X(2014)07-1400-09 Cloning and Expression Analysis of LlHsfA1 from Lilium longiforum GONG Ben-h
4、e1,YI Jin1,2,SUI Juan-juan1,3,WU Jian1,WU Ze1,CHENG Yun-he1,WU Chen-yu1,LIU Chen1,and YI Ming-fang1,* (1Department of Ornamental Horticulture and Landscape Architecture,China Agricultural University,Beijing 100193,China;2The High School Affiliated to Beijing Normal University,Pinggu First Branch,Bei
5、jing 101204,China;3College of Biology,Fuyang Normal College,Fuyang,Anhui 236037,China) Abstract:A novel member of class A1 heat shock transcription factors(Hsfs)in full length with 1 587 bp coding sequence encoding a protein of 528 amino acid residues with a molecular weight of 59.056 kD was isolate
6、d from the leaves of Lilium longiforumWhite Heavenvia RACE method. Deduced amino acid sequence analysis and phylogenic tree showed the gene named LlHsfA1 that had five critical domains and motifs,belonging to HsfA1 family and most closed to OsHsfA1a,was obviously different from each HsfA1 from other
7、 species. Moreover,it was constitutively expressed in roots,bulbs and leaves by qRT-PCR analysis under normal conditions. After 42 heat shock,LlHsfA1 expression level showed an alternate trend ofrising and falling,remarkably up-regulated by heat. The LlHsfA1-GFP fusion proteins 7期 宫本贺等:麝香百合热激转录因子基因L
8、lHsfA1的克隆与表达分析 1401 were observed to be located in the nucleus and cytoplasm. Key words:Lilium longiforum;heat shock transcription factor;gene expression;subcellular location 百合(Lilium)品种繁多,喜冷凉湿润气候,但耐热性较差。夏季的高温常导致百合植株瘦弱、败育、病虫害严重等,不仅影响切花品质,而且引起种球退化(易瑾 等,2012)。 植物在高温条件下,热激相关基因的表达量提高,其中的热激转录因子(heat sho
9、ck transcription factor,Hsf)在热信号转导网络中起着主要的调节作用,它可以诱导热激蛋白(heat shock protein,Hsp)和其他热激相关基因的表达。热激蛋白的积累是热激反应的主要特征,它可以作为分子伴侣协助其它相关蛋白重新折叠、积累、分配和降解,使得细胞免受热激的伤害(Al-Whaibi,2011)。根据Hsf寡聚域(HR-A/B)结构的不同可将其分为3类:HsfA、HsfB和HsfC(Nover et al.,2001;Baniwal et al.,2004)。目前功能较为明确的是A类Hsf,其C末端具有激活域(AHA),所以具备转录功能,可诱导下游的热
10、激蛋白、其它热激转录因子和热激诱导相关的代谢酶类的表达(Busch et al.,2005;Scharf et al.,2012),而B类和C类缺少激活域而无转录激活活性。植物的Hsfs成员众多(von Koskull-Dring et al.,2007)。已有的研究表明拟南芥中存在21个Hsf,番茄含有27个,目前发现最多的是大豆,至少存在52个成员(Scharf et al.,2012)。其中番茄的HsfA1为组成型表达,在热激反应过程中起主要的调控作用(Mishra et al.,2002)。利用拟南芥knockout突变体也证明了AtHsfA1在热激条件下是主要的正调控因子(Liu e
11、t al.,2011;Yoshida et al.,2011)。另外在持续热激或热激恢复交替循环的条件下,且在HsfA1的诱导和配合下,HsfA2可成为主要的调节因子(Scharf et al.,1998;Chan-Schaminet et al.,2009;Li et al.,2010)。过表达HsfA1植株的耐热性提高(Mishra et al.,2002;Zhu et al.,2006)。 目前对百合热激转录因子的研究尚处于初始阶段,主要集中在LlHsfA2和A1类Hsf成员之一的LlHSF1上(Xin et al.,2010;易瑾 等,2012)。由于百合的基因组庞大,预计其Hsf成员
12、众多,其Hsf参与的热激信号转导途径也十分复杂,百合体内还存在很多尚未被研究的Hsf,所以本研究将重点集中在百合A1类Hsf的另一个成员LlHsfA1上,通过分析其表达模式,研究它与百合耐热性的关系,扩大了百合Hsf的研究范围,为进一步完善百合Hsf参与的热信号转导网络和通过分子手段培育耐热性强的百合新品种奠定基础。 1 材料与方法 1.1 试验材料 试验材料为中国农业大学观赏植物栽培生理与生物技术实验室保存的麝香百合(Lilium longiforum)品种白天堂(White Heaven)组培苗。培养条件为22 ,光照时间为16 h d-1。亚细胞定位使用的材料为紫皮洋葱。试验时间为201
13、2年9月至2013年9月。 克隆载体pMD18-T和反转录酶M-MLV购自TaKaRa公司,大肠杆菌DH5菌株购自全式金公司,DNA纯化回收试剂盒和质粒提取试剂盒购自百泰克公司,荧光定量试剂盒SYBR FAST qPCR Universal Kit购自KAPA公司(美国),引物由生工公司合成,基因测序由北京六合华大公司完成。 1.2 RNA提取与反转录 将继代培养40 d左右的百合组培苗进行42 ,3 h的热激处理,然后取0.1 g叶片用液氮速冻后保存于70 ,作为提取RNA的材料。RNA的提取根据天根公司多糖多酚植物总RNA提取试1402 园 艺 学 报 41卷 剂盒说明书进行。用NanoD
14、rop 2000 Spectrophotometer(Thermo,USA)检测吸光值(A260/A230和A260/A280),用1%琼脂糖凝胶电泳检测RNA的完整性。 反转录根据TaKaRa公司的M-MLV Reverse Transcriptase说明书进行,所用反转录接头引物为AP(表1)。 表1 PCR所使用的引物 Table 1 Primers used in PCR 引物Primer 序列 Sequence PF1 TGGGARTTYGCVAAYGARGGHTT PR1 GAATGAMATCATYTGYTKCTGHCGT GSP1 TCCCAAAATGCACCCAACCA GSP
15、2 GAGCTACAGAACTTAGTCCAACGA GSP3 TTCACGATGTTGCGGTTGGTT GSP4 TGGTTGGGTGCATTTTGGGA GSP5 ATGGAAGACGCCGTTGTCGGG GSP6 TCACATTCTCCTCTCCGATGTAAGCAG Hind _for. CCCAAGCTTATGGAAGACGCCGTTGT Pst_rev. AACTGCAGCATTCTCCTCTCCGATGTAA AP GCTGTCAACGATACGCTACGTAACGGCATGACAGTGT(18) AP1 GCTGTCAACGATACGCTACGTAACG AP2 CGCTA
16、CGTAACGGCATGACAGTG 5RACE outer primer CGCGGATCCACAGCCTACTGATGATCAGTCGATG 5RACE inner primer CATGGCTACATGCTGACAGCCTA qF1 ATGGGAAGTGTCTATGTGGGG qR1 CATTGATACTTGGCAGTTGTTGG 18S-qF2 AGTTGGTGGAGCGATTTGTCT 18S-qR2 CCTGTTATTGCCTCAAACTTCC 1.3 基因全长的克隆 基因保守片段的克隆:将GenBank中其他植物HsfA1基因用DNAMAN进行序列比对,根据其保守片段设计一对兼并
17、引物PF1和PR1,以反转的cDNA第1链为模板进行目的基因保守片段的克隆。反应程序为:94 5 min;94 30 s,45 30 s,72 30 s,5个循环;94 30 s,51 30 s,72 30 s,30个循环;72 10 min。 基因3端序列的克隆:以反转录产物为模板,根据已经克隆的目的基因保守片段设计两条正向特异引物GSP1和GSP2,与两条反向的3接头特异引物AP1和AP2进行巢式PCR扩增。第1轮PCR扩增以GSP1和AP1为外轮引物,PCR反应程序为:94 5 min;94 30 s,56 30 s,72 1 min 30 s,33个循环;72 10 min。取第1轮产
18、物1 L作为第2轮的模板,第2轮引物为GSP2和AP2,PCR反应程序为:94 5 min;94 30 s,58 30 s,72 1 min 30 s,33个循环;72 10 min。 基因5端序列的克隆:根据TaKaRa公司5-Full RACE kit说明书进行,以Random 9 mers为引物进行反转录。根据目的基因的保守片段设计两条反向特异引物GSP3和GSP4,与试剂盒自带的两条5端接头引物进行巢式PCR扩增。第1轮扩增以GSP3和5RACE Outer primer为引物进行外轮PCR反应,反应条件为:94 5 min;94 30 s,52 30 s,72 50 s,20个循环;
19、72 10 min。然后取第1轮产物1 L作为第2轮的模板,第2轮以GSP4和5RACE Inner primer为引物进行PCR反应,反应条件为:94 5 min;94 30 s,55 30 s,72 50 s,33个循环;72 10 min。 基因编码序列的校正:用DNAMAN软件对已经获得的目的基因5片段、中间片段和3片段进行序列拼接,并在NCBI网站上预测其开放阅读框(ORF),根据ORF两端序列设计扩增编码区的7期 宫本贺等:麝香百合热激转录因子基因LlHsfA1的克隆与表达分析 1403 上下游特异引物GPS5和GPS6。以cDNA反转的第1链为模板,以GPS5和GPS6为引物用扩
20、增保守性较高的PrimeSTAR HS DNA Polymerase(TaKaRa)进行目的基因CDS序列的扩增。反应程序为:98 5 min;98 10 s,60 15 s,72 1 min 40 s,33个循环;72 10 min。 PCR扩增产物纯化回收后连接到克隆载体pMD18-T上,并转化至大肠杆菌DH5中,提取质粒后由北京六合华大公司进行测序。 1.4 蛋白序列与进化树分析 根据目的基因编码区全长序列,用Primer Premier 5软件对其编码的氨基酸序列进行翻译,然后用在线工具ProtParam预测该蛋白的分子量和等电点,用InterPro分析蛋白的结构特征。用NCBI的BL
21、AST工具对该蛋白的序列进行比对分析,从结果中选出同源性较高的其他植物的HsfA1氨基酸序列,用DNAMAN5.0软件进行多重比对,然后用MEGA5.0软件对这些植物的HsfA1进行系统进化树分析。 1.5 LlHsfA1的表达分析 选择继代培养40 d左右生长良好且外观较为一致的百合组培苗作为基因表达分析的材料。 目的基因在不同组织中的表达:分别取常温(22 )下百合组培苗的根、鳞茎和叶片各0.1 g提取RNA。 目的基因在不同热激处理时间下的表达:用42 热激百合的组培苗,在处理1、2、3、6、9和12 h分别取叶片0.1 g提取RNA,同时以常温(22 )为对照。 采用荧光定量PCR的方
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