小麦SBEⅡa、SSⅡa基因片段的克隆及VIGS重组载体的构建
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新疆农业科学2013,50(11):1961—1966 Xinjiang Agricultural Sciences doi:10.6048/j.issn.1001—4330.2013.11.001 小麦SBEⅡ 、SS 1I a基因片段的克隆 及VIGS重组载体的构建 李淼淼,南富波,刘伟,李卫华 (石河if-大学农学 新疆兵团绿洲生态农业重点实验室,新疆石河子832003) 摘要:【目的】克隆小麦SBEII。、SSⅡa基因部分序列并构建二者的VIGS重组载体,为在小麦上利用VIGS 技术研究SBE lI o、SSⅡa基因与小麦淀粉合成的关系奠定基础。【方法】根据GenBank中公布的小麦SBE II a (AF286319.1)、SSⅡ8(AF155217.2)基因序列分别设计特异引物,利用RT—PCR技术克隆SBElIa、SSⅡa基 因的特异片段。然后以BSMV: 一PDS为原载体,通过酶切连接用SBE II a、SS I1 a基因片段分别将原载体中 的P 基因进行替换,从而构建BSMV: 一SBEI1a和BSMV:^,一SSⅡa重组载体。【结果】克隆的SBEIIa和 SS1I a基因片段长分别是178 bp和171 bp。序列分析表明:SBEI1 a基因片段与小麦SBEIIa(AF286319.1)序 列同源性为100%I、SSⅡa基因片段与sS1Ia(AF155217.2)序列同源性也为100%;酶切鉴定结果表明成功 构建BSMV: 一SBEIIa和BSMV: 一SSlIa重组载体。【结论】构建的BSMV: 一SBEII口和BSMV: 一sSlIa 重组载体将为下一步利用VIGS技术在小麦上研究SBE II a、SSⅡo基因与小麦淀粉合成的关系奠定基础。 关键词:小麦;SBEⅡ口;SSI1a;VIGS载体 中图分类号:¥512.1;S188 文献标识码:A 文章编号:1001—4330(2013)1l一1961—06 Cloning of Wheat sBE 11 a and SS II a Genes Partia Sequence and C:onstruction of Their VIGS Recombinant Vectors LI Miao—miao,NAN Fu—bo,LIU Wei,LI Wei—hua (Key Laboratory of Oasis Eco—agriculture of Xinifang Production and Construction Corps,College fAg—o ronomy,Shihezi University,Shihezi XiT ̄iang 832003,China) Abstract:【Objective】In order to lay the foundation for researching the relationship between SBEⅡa、 S.sⅡa genes and wheat starch synthesis by using VIGS technology.wheat SBE 1 a and SS II a genes partial se— quence were cloned and their VIGS recombinant vectors were buih.【Method】According to wheat SBE 1 a (AF286319.1), Ⅱ0(AF155217.2)genes sequence published in the GenBank,special primers were de— signed and wheat SBEⅡa and SS 11 a genes partial sequence were cloned though RT—PCR.BSMV: 一PDS vector was used as the original vector.The PDS gene of BSMV: —PDS vector was replaced by wheat SBE 1 a and SSIIa genes to build BSMV: 一SBEⅡa and BSMV:^y—ssII a recombinant vectors.【Result】The se— quencing results showed that SBE 1 a and SS 1I a genes partial sequence were 1 78 bp and 1 7 1 bp and the se— quence analysis displayed that 1 00%sequence homology was between SBE II a genes partial sequence and SBEⅡa(AF286319.1),SsⅡa genes partial sequence and SSⅡa(AF155217.2).The enzyme digesting re一 收稿日期:2013—04—11 基金项目:国家自然科学基金项目(31160279;31260357): 作者简介:李淼淼(1988一),男,硕士研究生,研究方向小麦品质遗传改良,(E—mail)nongxuemiaomiao@sina.conr 通讯作者:李卫华(1968一),女,教授,博士,研究方向为小麦品质改良和分子机理,(E—mail)1wh—agr@shzu.edu.ell 刘伟(1978一),男,副教授,博士,研究方向为分子生物学,(E—mail)weiliu224@sina.con l962 新疆农业科学 50卷 sult showed that BSMV: 一SBE II a and BSMV: 一SS II a recombinant vectors were successfully constructed. 【Conclusion】BSMV: 一SBE 11 a and BSMV: 一SSⅡa recombinant vectors will lay the foundation for re— searching the relationship between SBE II a.SSⅡa genes and wheat starch synthesis by using VIGS technology in wheat. Key words:wheat;SBEⅡa;SSIIa;VIGS vector 0 引言 【研究意义】病毒诱导基因沉默(Virus induced gene silencing,VIGS)是近年来发展起来的一种快 速、高效应用于研究植物基因功能的反向遗传学新技术 J。小麦SBE II n、SS lI a基因是淀粉合成过 程中的关键酶基因 。研究通过构建SBE 11 n、SS II a基因的VIGS重组载体,为下一步利用VIGS技术 在小麦上研究SBEII口、SSⅡa基因与小麦淀粉合成的关系奠定基础。【前人研究进展】自Holzberg等 首次利用VIGS技术以大麦条纹花叶病毒(Barley stripe mosaic virus,BSMV)为载体在大麦上实现了PDS 基因沉默以来,基于BSMV的VIGS(BSMV—VIGS)技术广泛应用于研究包括小麦 J、大麦 J、燕麦 等 植物基因功能。其中,BSMV—VIGS技术在小麦上的应用主要是研究植株抗病虫等过程中基因的功能, 如贺洋等 研究了TaTST基因和小麦白粉病的关系。Scofield等 研究了由Lr21介导的抗叶锈病过程 中相关基因的功能。Van等 研究发现WRKY53基因的转录因子和苯丙氨酸脱氨酶基因与小麦抗蚜虫 有关。此外,利用BSMV—VIGS技术也可以研究与小麦淀粉品质相关的功能基因,Ma等 研究发现 HMW—GS1Bxl4和小麦籽粒中麦谷蛋白聚合体合成有关。Bennypaul等 在小麦籽粒中实现了GBSS 基因的沉默,直链淀粉含量显著降低,表明GBSS基因参与直链淀粉的合成。【本研究切人点】但是,目 前利用BSMV—VIGS技术研究和小麦淀粉合成直接相关的小麦淀粉分支酶基因SBEⅡa、小麦淀粉合 成酶基因ss II a的基因功能尚未见公开报道。【拟解决的关键问题】研究选取与小麦淀粉合成直接相 关的SBE1Ia、SS11 a为目的基因,构建BSMV: —SBEⅡa和BSMV: 一 Ⅱa重组载体,为下一步利用 VIGS技术在小麦上研究SBEⅡ0、SS lI a基因与小麦淀粉合成的关系奠定基础。 1材料与方法 1.I 材料 小麦品种新春11号种子由石河子大学农学院提供;大麦条纹花叶病毒的 、JB、 及7一PDS载体由 加拿大农业部列桥研究中心John Lu博士惠赠;Trizol试剂盒、琼脂糖凝胶DNA回收试剂盒购白天根生 化科技(北京)有限公司;限制性内切酶及cDNA第一链合成试剂盒购自Thenno公司(北京);pMD19一 T Vector、T DNA Ligase购自TaKaRa公司(大连);2×Es Taq MasterMix(含染料)酶购自北京康为世纪 生物科技有限公司;引物合成及测序由北京六合华大基因科技股份有限公司完成。 1.2方法 1.2.1 小麦籽粒总RNA提取及cDNA的合成 取花后12 d的小麦籽粒,去胚后,按照本实验室改良的Trizol法提取总RNA。用核酸分析仪和琼 脂糖凝胶电泳检测总RNA质量,并用cDNA第一链合成试剂盒进行反转录。 1.2.2 SBE I1 a、SSⅡa基因片段的克隆 根据GenBank中公布的小麦SBEⅡa(AF286319.1)、Ss 11 a(AF155217.2)基因序列,选取特异序列 设计引物,并引入Pac I和Not I酶切位点。SBE 11 0、SS II a基因片段的PCR扩增体系(10 ):2×Es Taq MasterMix 5 IxL、cDNA和上、下游引物(10 mmoL/L)各1 IxL、ddH2O 2 txL。扩增程序:94'12预变性5 min;94oC变性40 S,57 ̄C退火40 S,72 ̄C延伸40 S,共30个循环;72 ̄C延伸10 min。表1 PCR扩增产物用1%的琼脂糖凝胶电泳检测并分别回收目的条带。然后分别与pMD19一T Vector 连接,转化大肠杆菌TOP10。菌液PCR阳性菌落提取质粒酶切验证,阳性克隆送北京六合华大基因科 11期 李淼淼等:小麦SBEⅡ口、|S5Ⅱ0基因片段的克隆及VIGS重组载体的构建 1963 技股份有限公司进行测序,并命名pMD19一SBEⅡa和pMD19一sslIa。 表1 SBE IIa、SS IIa基因片段扩增引物 Table 1 PCR ampliifcation primers of SBE II口、SSⅡa genes partial sequence 1.2.3 SBE11口、SSⅡa基因的VIGS重组载体构建 用限制性内切酶Pac I/Not将SBE 11口、SSⅡa基因片段从pMD19一SBEⅡ口、pMD19一SS II a载体 上切下来,分别回收纯化。同时用Pac I/Not I双酶切BSMV:7一PDS载体,回收纯化大片段BSMV:。 然后分别将回收的SBE 11 n、SSⅡa基因片段和BSMV:T连接,转化大肠杆菌TOPIO,菌液PCR阳性菌落 提取质粒酶切验证。 2结果与分析 2.1 小麦籽粒总RNA质量分析 用本实验室改良Trizol法提取的小麦胚乳总RNA经核酸分析仪检测显示OD:印/OD 。。:1.95— 1.98,OD2印/OD230:2.0—2.25,浓度在2 846—3 628 n L。电泳结果显示,28S和18S条带明亮、清晰, 说明提取的总RNA质量较好。图1 搀喜 图1 小麦胚乳总RNA琼脂糖凝胶电泳图 Fig.1 Agarose gel electrophoresis of wheat endosperm total RNA 2.2 SBE¨a、SS¨a基因片段的克隆结果 SBE 1I a、SS1I a基因片段的PCR扩增结果显示电泳条带清晰,大小与预期一致。SBE 1I口、SSⅡa基 因片段分别与pMD19一T连接,转化大肠杆菌TOP10。菌液PCR阳性菌落提取质粒酶切验证,酶切条 带大小与预期相符。测序结果显示:克隆的SBEⅡa和 Ⅱa基因片段分别长178 bp、171 bp。序列分 析表明:SBEⅡa基因片段与小麦SBEⅡa(AF286319.1)序列同源性100%.、SSⅡa基因片段与 Ⅱa (AF155217.2)序列同源性也为100%。表2,图2,3 2。3 SBE¨n、 ¨a基因的VIGS重组载体构建 将构建BSMV:^y—SBE II a和BSMV: 一SS II a重组载体分别转化大肠杆菌TOPIO,菌液PCR阳性 菌落提取质粒酶切验证。双酶切鉴定结果表明,目的条带大小与预期相符,说明成功构建了BSMV:^y— SBEIIa、BSMV: 一 1Ia重组载体。图4 李淼淼等:小麦SBE 11 0、 la基因片段的克隆及VIGS重组载体的枸建 1965 b l 2 嚷 1 注:M:DNA标准分子量;1、2:限制性内切酶Pac I/Not I双酶切BSMV:y—SBEⅡa和BSMV: 一SS11 n; Note:DNA Marker 2000;1 and 2:BSMV: 一SBE1IⅡand BSMV: ̄/一SSⅡa plasmids were digested using Pac 1/Not I,respectively 图4 BSMV: —SBEIIa、BSMV:"y—SSⅡa载体酶切图 Fig.4 The double digestion of BSMV: —SBE II口、BSMV: —SS II a vectors 等缺点 ,而VIGS技术能够突破这些局限 ,使得其成为研究植物基因功能新手段。研究利用 VIGS技术通过克隆小麦淀粉分支酶基因SBE II a、小麦淀粉合成酶基因S5Ⅱa的部分序列,构建 BSMV: 一SBE11 a和BSMV: 一SS11。重组载体,下一步进行体外转录,然后采用摩擦法接种刚抽穗的 小麦穗部,在发育的小麦籽粒中研究小麦SBEIIa、SS II a基因与小麦淀粉合成的关系。 4 结论 研究通过将构建的BSMV: 一SBE1Io和BSMV:y—SSⅡa重组载体进行酶切鉴定,成功构建了与 小麦淀粉合成直接相关的淀粉分支酶基因SBEⅡn、淀粉合成酶基因 Ⅱa的VIGS重组载体,期望下一 步在小麦上通过VIGS技术实现SBEⅡ。、SS II a基因沉默,研究基因对小麦淀粉合成的影响,从而进一 步丰富和扩大VIGS技术在小麦中的应用范围。 参考文献(Reference) [1]Burch~Smith,T.M.,Anderson,J.C.,Martin,G.B.,Dinesh—Kumar s.P.(2004).Applications and advantages of virus—induced gene silencingfor gene function studies in plants[J].The Plant Journal,39(5):PP.734-746. 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