免费文献传递   相关文献

条斑紫菜TPS基因0.6Kb片段的原核表达及抗血清的制备



全 文 : 文章编号:1674-148X(2013)04-0295-05
条斑紫菜TPS基因0.6Kb片段的
原核表达及抗血清的制备
孟庆芹,王 斌,徐丽娟,孙牧君,郭宝太
收稿日期:2013-05-05
基金项目:山东省良种工程马铃薯番茄资源创新利用研究
作者简介:孟庆芹(1987-),女,山东日照人,硕士,研究方向:植物基因工程。
通讯作者:郭宝太,E-mail:btguo@qau.edu.cn
(青岛农业大学生命科学学院,山东 青岛266109)
摘要:以pET22b为起始载体,构建了条斑紫菜6-磷酸海藻糖合成酶基因(PyTPS)0.6Kb片段的原核表达载体,
并命名为pET22b-PyTPS0.6。重组菌BL21(pET22b-PyTPS0.6)经ITPG诱导后,SDS-PAGE分析显示菌
体总蛋白的电泳图谱上有分子量约为23kDa的特异性蛋白条带,即PyTPS基因0.6Kb片段得到了原核表达。用
溶菌酶裂解细菌提取包涵体,再利用镍离子亲和层析柱从包涵体中纯化出TPS重组蛋白。用获得的高纯度重组蛋
白作抗原免疫家兔获得了抗血清,间接ELISA测定显示一份抗血清的效价为1∶16000,另一份为1∶32000。本研
究制备的抗血清为进行转基因植物中PyTPS基因翻译产物的免疫学检测奠定了基础。
关键词:PyTPS基因;原核表达;镍离子亲和层析;重组蛋白;抗血清
中图分类号:Q786,S852.4+3 文献标识码:A  DOI:10.3969/J.ISSN.1674-148X.2013.04.013
Prokaryotic Expression of 0.6Kb Fragment of Porphyra yezoensis TPS
Gene and Preparation of Antiserum
MENG Qingqin,WANG Bin,XU Lijuan,SUN Mujun,GUO Baotai
(Colege of Life Sciences,Qingdao Agricultural University,Qingdao 266109,China)
Abstract:Using pET22bas initial vector,prokaryotic expression vector of 0.6Kb fragment of trehalose-
6-phosphate synthase gene(PyTPS)from Porphyra yezoensis was constructed and named pET22b-
PyTPS0.6.The recombinant E.coli strain BL21(pET22b-PyTPS0.6)was induced with ITPG,and a
specific protein band about 23kDa was observed in the SDS-PAGE pattern of total protein.The result
showed that the PyTPgene fragment was successfuly expressed in receptor E.coli strain.Bacterial cels
were treated with lysozyme and inclusion bodies were extracted. The TPS recombinant protein was puri-
fied from inclusion body protein by nickel ion affinity chromatography,and high purity recombinant pro-
tein was obtained.The yielding TPS recombinant protein was used as antigen to immune two rabbits and
prepare antisera,indirect ELISA analyses indicated that the titer of one antiserum was 1∶16000,and an-
other was 1∶32000.Immunological detection of translation product of PyTPSgene in transgenic plant
wil be feasible by the use of the prepared antisera.
Key words:PyTPSgene;prokaryotic expression;nickel ion affinity chromatography;recombinant pro-
tein;antiserum
  海藻糖与麦芽糖都是含两个葡萄糖基的双糖,
但二者结构不同,海藻糖含α,α-1,1糖苷键,具有
特殊的功能。海藻糖可以提高复苏植物抗干旱与抗
脱水能力[1]。在细菌与酵母菌中,海藻糖可提高其
青岛农业大学学报(自然科学版) 30(4):295~299,2013
Journal of Qingdao Agricultural University (Natural Science)
对高渗透压、热激等胁迫的耐受性[2-3]。除了增强
生物的抗逆性外,海藻糖还具有调节糖代谢、调控基
因表达[4]等多种生物学功能。同时海藻糖可以作为
食品保鲜剂、化妆品保湿剂,有广泛的用途。
在海藻糖生物合成的 TPS/TPP途径中,6-
磷酸海藻糖合成酶(TPS)与6-磷酸海藻糖磷酸酯
酶(TPP)是两种关键酶。高等植物自身海藻糖含量
很低,起不到天然的抗逆保护作用。利用大肠杆菌
及酵母菌的TPS基因转化植物,通过转化基因的
高水平表达实现海藻糖的积累,从而提高转基因植
物的抗旱、耐盐及抗寒等抗逆性,在水稻[5]、小麦[6]、
玉米[7]等作物中都已有报道。
TPS基因转化植物时,以前采用的目的基因大
多来自大肠杆菌或酵母菌。本课题组克隆了条斑紫
菜的TPS基因(PyTPS)[8],并将该基因导入水稻
获得了耐盐、抗旱性提高的转基因株系。条斑紫菜
是食用海藻,PyTPS基因的来源是安全的,它作为
目的基因用于作物的转基因改良更适合。本研究目
的是实现该基因片段的原核表达,并利用重组蛋白
作抗原制备出抗血清,为进行转基 因 植 株 中
PyTPS基因翻译产物的免疫学检测奠定基础。
1 材料与方法
1.1 质粒与菌株
克隆有PyTPS基因0.6Kbp片段的重组质粒
pMD-PyTPS0.6及该基因原核表达载体pET22b
-PyTPS由本课题组在前期研究中构建,大肠杆
菌BL21菌株由本实验室保存。
1.2 主要试剂与试剂盒
限制性内切酶、T4DNA连接酶购自大连宝生
物公司,DNA回收及蛋白定量试剂盒为上海生工产
品。蛋白酶抑制剂(PMSF)、溶菌酶、咪唑及去氧胆
酸钠为 Sigma公司产品。蛋白纯化柱(HiTrap
Chelating HP)为 HE Heacthcare产品。
1.3 基因片段原核表达载体的构建
用 Nde Ⅰ 和 Hind Ⅲ 双 酶 切 pMD -
PyTPS0.6,回收小的基因片段;用同样的酶双酶切
原核表达载体pET22b-PyTPS,回收大的载体片
段。将回收的两个DNA片段用T4DNA连接酶连
接,连接产物转化感受态BL21细胞,涂布氨苄青霉
素平板,获得抗性菌落。从抗氨苄菌落提取质粒进
行酶切验证,筛选出阳性克隆,并进行测序确认,其
重组质粒命名为:pET22b-PyTPS0.6。
1.4 基因片段原核表达的诱导
挑取重组菌BL21(pET22b-PyTPS0.6)的单
菌落接种于含100μg/mL Amp的LB液体培养液,
37℃培养过夜。将培养物按1%的比例接种于
20mL含相同浓度Amp的LB培养液,37℃培养2h
左右。当OD600达0.6~0.9时,加1%培养液体积
的100mmol/L IPTG,至终浓度为1mmol/L,37℃
诱导培养4h左右,离心收集菌体,-20℃保存备用。
诱导前,取出1mL菌液作为0h对照。用12%SDS
-PAGE电泳检测诱导结果。
1.5 包涵体的提取与重组蛋白的纯化
用溶菌酶裂解细菌后提取包涵体,用尿素溶解
包涵体,并用镍离子亲和层析柱从包涵体蛋白中纯
化出基因片段表达出的重组蛋白。蛋白纯化时,用
蛋白结合缓冲液(0.02mol/L NaH2PO4,0.5mol/L
NaCl,8mol/L尿素,20mmol/L咪唑)溶解包涵体,
上柱后用此溶液洗涤纯化柱,最后采用蛋白洗脱缓
冲 液 (0.02mol/L NaH2PO4,0.5mol/L NaCl,
8mol/L尿素,0.5mol/L咪唑)从纯化柱上洗脱重
组蛋白。
1.6 蛋白的透析、浓缩与定量
收集洗脱液并装入透析袋中,于4℃用 PBS
(pH 7.4)透析24h,期间换透析液3次。用20%
PEG-6000浓缩蛋白,蛋白的定量采用 Bradford
法,获得的蛋白溶液于-20℃保存备用。
1.7 抗血清的制备
将蛋白样品的浓度调整至1mg/mL,由上海生
工公司免疫家兔制备抗血清。用重组蛋白包被酶标
板,采用间接ELISA法测定抗血清效价。
重组蛋白的制备及其电泳检测、抗血清效价的
测定等具体步骤参照本实验室采用的方法[9]。
2 结果与分析
2.1 基因片段原核表达载体的构建
质粒pMD-PyTPS0.6经NdeⅠ和HindⅢ双
酶切后回收0.6Kb片段(图1,泳道3),pET22b-
PyTPS经同样的双酶切后回收5.4Kb的载体片段
(图2,泳道3),两个片段的连接产物转化大肠杆菌
BL21菌株后获得了抗氨苄的菌落。从抗性单菌落
提取质粒进行 NdeⅠ和 HindⅢ双酶切,产生了
600bp的基因片段和5397bp的载体片段(图3,泳
道3),酶切产物大小与理论预期相符,该重组质粒
就是PyTPS基因0.6Kb片段的原核表达载体,命
名为pET22b-PyTPS0.6。本次构建的结果就是
用 PyTPS 基因 0.6Kb 片段取代了 pET22b-
692                    青岛农业大学学报(自然科学版)                30卷 
PyTPS中的PyTPS基因,测序结果显示载体构建
正确(图4)。
图1 质粒pMD-PyTPS0.6的酶切图谱
M:DL5000DNA marker;1:质粒pMD-PyTPS0.6;
2:pMD-PyTPS0.6/NdeI;
3:pMD-PyTPS0.6/NdeI+HindⅢ
图2 质粒pET22b-PyTPS的酶切图谱
M:λ-EcoT14Idigest DNA marker;
1:质粒pET22b-PyTPS;2:pET22b-PyTPS/NdeI;
3:pET22b-PyTPS/NdeI+HindⅢ
2.2 基因片段的原核表达与重组蛋白的制备
重组菌BL21(pET22b-PyTPS0.6)菌液中加
IPTG至1mmol/L,37℃诱导培养4~5h。SDS-
PAGE电泳结果显示经诱导后蛋白图谱中有一条分
子量约23kDa的特异性的蛋白条带(图5箭头所
示),其大小和理论值相符,且蛋白表达量很大(图
5,泳道2~3),未经诱导的菌体蛋白中无此条带(图
5,泳道1)。
先提取包涵体,然后用镍离子亲和层析柱从包
涵体溶解液中纯化出重组蛋白,SDS-PAGE电泳
显示纯化后的蛋白在电泳图谱上呈现单一蛋白条带
图3 质粒pET22b-PyTPS0.6的酶切图谱
M:λ-EcoT14Idigest DNA marker;
1:质粒pET22b-PyTPS0.6;2:pET22b-PyTPS0.6/NdeI;
3:pET22b-PyTPS0.6/NdeI+HindⅢ
图4 插入片段的测序结果(斜体部分为载体序列)
图5 基因片段原核表达的诱导
M:蛋白marker;1:对照(未经诱导);2-3:IPTG诱导
(图6,泳道2~3),结果表明已获得了高纯度重组蛋
白。对纯化的蛋白进行透析、浓缩后,用Bradford
蛋白定量法进行了定量。本次提取包涵体蛋白
60.08mg,纯化后得到12.01mg目的蛋白,蛋白溶
液的浓度为1.75mg/mL。
792 4期          孟庆芹,等:条斑紫菜TPS基因0.6Kb片段的原核表达及抗血清的制备         
图6 重组蛋白的纯化
M:蛋白marker;1:包涵体蛋白(未纯化);2-3:纯化的重组蛋白
2.3 抗血清的制备及效价测定
用PBS缓冲液将目的蛋白稀释至1mg/mL,家
兔的免疫与抗血清制备由上海生工公司完成。按的
A/C值为2.0的标准判断,间接ELISA法测定抗
血清效价,一份抗血清的效价为1∶16000(表1);另
一份抗血清的效价由生工测定,效价为1∶32000。
3 讨论
Pan等克隆了结核分支杆菌的TPS基因(Mt-
TPS),该基因在大肠杆菌中可顺利表达,用镍离子
亲和层析法可纯化出重组蛋白,并确认重组蛋白具
有TPS酶活性[10]。Shima等在大肠杆菌中表达了
水稻OsTPP1与OsTPP2基因,结果表明两个基因
表1 抗血清效价的测定结果
吸收值
(OD450)
抗血清稀释度
1∶500  1∶1000  1∶2000  1∶4000  1∶8000  1∶16000  1∶32000  1∶6400
A  1.146  1.093  1.008  0.893  0.747  0.570  0.449  0.393
A/C  4.99  4.77  4.40  3.77  3.26  2.49  1.96  1.72
  注:A为反应孔测定值的平均值,C为阴性对照的平均值(0.229)。
表达的重组蛋白都具有TPP酶活性,且重组蛋白不
稳定,50℃处理4min便失活,与天然TPP酶有相似
的特点[11]。TPS、TPP 基因的编码产物是 TPS、
TPP酶,研究表明通过测定TPS或TPP 基因原核
表达产物的酶活性阐述其编码功能是可行的。另
外,异源的TPS基因在受体大肠杆菌的表达可以
导致其海藻糖含量的提高,从而导致菌体抗逆性的
提高,通过原核表达体系可以初步确定TPS基因
的生物学功能。
PyTPS基因在大肠杆菌中可表达出分子量约
100kDa的特异蛋白[8]。本实验室的研究结果表明
PyTPS基因可顺利进行原核表达,但重组蛋白的
纯化困难。带有His×6标签的PyTPS重组蛋白很
难与杂蛋白区分开来,只靠调节洗涤与洗脱液中咪
唑的浓度不能获得高纯度重组蛋白。PyTPS重组
蛋白纯化困难可能是由于该蛋白分子量大、结构复
杂,His×6标签很难外露引起的。
本研究构建了PyTPS基因0.6Kb片段的原
核表达载体,表达出的重组蛋白在总蛋白中占的比
例很高,表达结果符合预期。同样采用镍离子亲和
层析柱,可以顺利纯化出0.6Kb片段表达出的产
物,获得了高纯度蛋白。结果表明上述TPS重组蛋
白纯化困难的分析是成立的。本研究用获得的重组
蛋白制备出了抗血清,为进行转基 因 植 物 中
PyTPS基因翻译产物的ELISA及 Western blot-
ting检测奠定了基础。制备抗血清时,基因片段的
表达产物作抗原就可以达到要求,全长基因的表达
蛋白并不是必需的。
参考文献:
[1]Goddijn O J M,van Dun K.Trehalose metabolism in plants
[J].Trends in Plant Science,1999,4(8):315-319
[2]Hottiger T,Schmutz P,Wiemken A.Heat-induced accumula-
tion and futile cycling of trehalose in Saccharomyces cerevisia
[J].J.Bacteriol.,1987,169(12):5518-5522
[3]Styrvold O B,Storm A R.Synthesis accumulation,and excre-
tion of trehalose in osmoticaly stressed Escherichia coli K-12
strains:influence of amber suppressors and function of the
periplasmic trehalase[J].J.Bacteriol.,1991,173:1187-1192
[4]Aghdasi M,Smeekens S,Schluepman H.Microarray analysis of
gene expression patterns in Arabidopsis seedlings under treha-
lose,sucrose and sorbitol treatment[J].International Journal
of Plant Production,2008,2(4):209-230
[5]Jang I C,Oh S J,Seo J S,et al.Expression of a bifunctional fu-
sion of the Escherichia coli genes for trehalose-6-phosphate
synthase and trehalose-6-phosphate phosphatase in transgen-
ic rice plants increases trehalose accumulation and abiotic stress
tolerance without stunting growth[J].Plant Physiol.,2003,
131:516-524
892                    青岛农业大学学报(自然科学版)                30卷 
[6]康旭升,刘立科,刘根齐,等.小麦中Prd29A启动子的诱导表
达活性及大肠杆菌海藻糖合成酶基因的转化[J].农业生物技
术学报,2007,15(3):434-438
[7]Dong C L,Zhang M L,Zhang Y Q,et al.Transformation of
trehalose synthase gene(TPSgene)into corn inbred line and i-
dentification of drought tolerance[J].African Journal of Bio-
technology,2011,10:15253-15258
[8]Wang G L,Zhao G,Feng Y B,et al.Cloning and comparative
studies of seaweed trehalose-6-phosphate synthase genes[J].
Marine Drugs,2010,8:2065-2079
[9]隋炯明,何心凤,郭真,等.马铃薯卷叶病毒缺失突变CP基因
的原核表达及抗血清的制备[J].园艺学报,2012,39(10):
1949-1957
[10]Pan Y T,Carrol J D,Elbein A D.Trehalose-phosphate syn-
thase of Mycobacterium tuberculosis:Cloning,expression and
properties of the recombinant enzyme[J].Eur.J.Biochem,
2002,269:6091-6100
[11]Shima S,Matsui H,Tahala S,et al.Biochemical characteriza-
tion of rice trehalose-6-phosphate phosphatases supports
distinctive function of these plant enzymes.FEBS Journal,
2007,274:1192-1201
(上接285页)
值,苗期至花针期是一级侧根发育的重要时期;在
结荚期至饱果期,花生发育及营养主要转向荚果或
转向多级侧根的发育,一级侧根发育迟缓直至停止。
  各株型花生在苗期,侧根主要进行略向下接近
水平生长,花生根系形态为倒立的圆锥体型结构。
从苗期末期一直到饱果期,花生根系形态上部为钝
圆锥体结构;中间为近似圆柱体型的立体网状结
构;下部为不规则的倒圆锥体结构。
参考文献:
[1]禹山林,闵平.花生高产优质实用新技术[M].北京:台海出版
社,2003:3-6
[2]封海胜,徐宜民,万书波.花生育种与栽培[M].北京:农业出版
社,1993:197-200
[3]刘朝荣.试验的设计与分析[M].武汉:湖北科学技术出版社,
1990:265-317
[4]洪彦彬,周桂元,李少雄,等.花生根部特征与地上部分性状的
相关性分析[J].热带作物学报,2009,30(5):657-660
[5]任小平,姜惠芳,王圣玉,等.花生根部性状的遗传分析[J].植
物遗传资源学报,2007,8(4):392-395
[6]任小平,姜惠芳,廖伯寿.不同类型花生根部性状的初步研究
[J].中国油料作物学报,2006,28(1):16-20
[7]贾立华,赵长星,王月福,等.不同质地土壤对花生根系生长、分
布和产量的影响[J].植物生态学报,2013,37(7):684-690
[8]丁红,张智猛,戴良香,等.干旱胁迫对花生根系生长发育和生
理特性的影响[J].应用生态学报,2013,24(6):1586-1592
[9]徐亮,王月福,程曦,等.施磷对花生根系生长发育和产量的影
响[J].花生学报,2009,38(1):32-35
992 4期          孟庆芹,等:条斑紫菜TPS基因0.6Kb片段的原核表达及抗血清的制备