全 文 :氨基酸和生物资源 2016,38(3):59~62
Amino Acids &Biotic Resources
收稿日期:2016-03-29 修回日期:2016-06-14
作者简介:郭艳(1992-),女,硕士生,现主要从事植物分子生物学研
究。E-mail:guoyan1102@hotmail.com
*通讯联系人:E-mail:zhangmei@scbg.ac.cn
基金项目:中国科学院A类战略性先导科技专项(XDA13020500)
DOI:10.14188/j.ajsh.2016.03.013
厚藤Actin基因片段的克隆及序列分析
郭 艳1,2,张 美*,夏快飞1,简曙光1,陈建通1
(1.中国科学院华南植物园,广东 广州510650;2.中国科学院大学,北京100049)
摘要:为研究功能基因在厚藤(Ipomoea pes-caprae L)中的表达和调控提供内参基因,本文根据Actin基因的保守区设计
简并性引物,采用RT-PCR克隆厚藤的Actin基因片段,然后将获得的片段连接于克隆载体上进行测序,并运用分子生物学软
件对该基因序列进行分析。结果表明,该基因片段大小为554bp,编码184个氨基酸;该序列与其他植物Actin基因的cDNA
序列的同源性均在80%以上,与氨基酸序列的同源性在94%以上。由此得出,本研究克隆的基因序列为Actin基因片段,将
其命名为IpActin1,并登录在GenBank,登录号为KU564627。
关键词:厚藤;Actin基因;克隆;序列分析
中图分类号:Q 943.2 文献标识码:A 文章编号:1006-8376(2016)03-0059-04
Cloning and Sequence Analysis of Actin Gene Fragment fromIpomoea pes-caprae L
GUO Yan1,2,ZHANG Mei 1*,XIA Kuaifei 1,JIAN Shuguang1,CHEN Jiantong1
(1.South China Botanical Garden,Chinese Academy of Sciences,Guangzhou 510650,Guangdong,China;
2.University of Chinese Academy of Sciences,Beijing 100049,China)
Abstract:To provide housekeeping genes for studying the expression and regulation of functional genes in Ipo-
moea pes-caprae L,we designed a pair of degenerated primers and cloned the partial ActincDNA by RT-PCR,accord-
ing to the conservative regions of other plant Actins.The cDNA fragments were cloned into T vector and sequenced.The re-
sults showed that this DNA fragment,including 554bp,encoded a partial Actin with 184amino acids.Homology comparison
with other Actinsequences showed that it shared over 80%nucleotide sequence identity and 94%amino acid sequence identity
with other Actins.This cDNA is named IpActin1,and is registered into GenBank(accession number:KU564627).
Key words:Ipomoea pes-caprae L;Actingene;clone;sequence analysis
0 引 言
目前,植物分子生物学研究的热点之一是发掘
野生植物资源中的优异基因并深入研究其生物学功
能。其中,研究基因生物学功能的一个重要方面就
是研究基因的时空表达模式,目前通常采用real
time RT-PCR的方法进行检测,而这一研究手段通
常需要首先确定一个稳定表达的持家基因(house-
keeping gene)作为参考,即内参基因。Actin基因
编码肌动蛋白,在真核细胞中普遍存在,在不同组织
和细胞中恒定表达,是植物基因表达研究常用的内
参基因。肌动蛋白是高等植物细胞骨架中微丝的主
要组分,执行重要的生理功能,如细胞分裂、细胞内
物质运输、细胞内信号传导等[1,2]。研究表明,高等
植物中Actin基因的核苷酸序列高度保守,可通过
设计简并性引物来扩增不同植物物种的Actin基因
片段。到目前为止,已在许多种高等植物如木薯
(Manihot esculenta Crantz)[3]、花生(Arachis hy-
pogaea L)[4]、豌豆 (Pisum sativum)[5]、向日葵
(Helianthus annuus)[6]、火龙果(Hylocereus unda-
tus)[7]、多浆植物霸王(Zygophyllum xanthoxy-
lum)[8]、盐生植物碱蓬(Suaeda glauca)[9]中克隆获
得了Actin基因片段。
厚藤(Ipomoea pes-caprae L)也称马鞍藤、沙
藤、二叶红薯、马蹄草等,为旋花科(Convolvulace-
ae)多年生草质藤本;茎极长而匍匐地面;叶互生,形
如马鞍;花期全年,以夏季最盛;聚伞花序,花冠漏斗
状,辐射对称,粉红色至浅紫红色[10]。厚藤性喜高
郭艳 等:厚藤Actin基因片段的克隆及序列分析
温、干燥和阳光充足的环境,耐盐、抗风和耐旱性极
佳;多生长于热带亚热带地区的海滨沙滩及路边向
阳处;在我国分布于浙江、福建、台湾、广东、广西和
海南等地[11]。厚藤具有重要的药用价值,其组织中
含有多种药用成分,具有祛湿消肿的功能,是一种常
用民间草药[12]。厚藤是典型的海滩植物,同时也是
沙砾不毛之地防风固沙的第一线植物,具有绿化、美
化环境和防风固沙的作用[13,14]。因此,厚藤是一种
优异的野生植物资源,在海岛和海岸带(特别是珊瑚
砂环境)植被恢复及防风固沙方面有非常重要的应
用价值。此外,由于厚藤的抗逆性极强,通过分子生
物学的手段研究厚藤的抗逆分子机制具有重要的科
学意义。针对植物功能基因特别是抗逆基因的研究
不仅可以了解这些基因的功能,而且有助于更好地
利用这些研究结果定向地改造植物性状,使其更好
地服务于人类社会。目前,有关厚藤的功能基因研
究方面未见报道。本文通过克隆厚藤的Actin基因
并分析其序列,为后续克隆厚藤的功能基因,并研究
功能基因的表达模式提供内参基因。
1 材料与方法
1.1 实验材料选取
厚藤于2015年10月引种自广东省汕尾市鲘门
镇的海滩,并栽培于本实验室。取成熟叶片样品,用
RNase-free的水清洗后,采用锡箔纸包裹,立即冻存
于液氮中,之后置于-80℃超低温冰箱中保存备用。
1.2 试剂和主要仪器
大肠杆菌DH5α菌株由本实验室保存。RNA
的提取采用 Magen公司 HiPure Plant RNA Kits
(R4151)。cDNA链的合成依照全式金公司TransS-
cript One-Step gDNA Removal and cDNA Synthe-
sis SuperMix的说明书进行。DNA回收采用 Ma-
gen公司 HiPure Gel Pure DNA Kits。高保真Taq
酶采用 TakaRa公司的 Probest TM DNA Polymer-
ase。本论文所用的pMD-18T载体从 TaKaRa公
司购买,其他常规生化试剂均购自中国科学院喀斯
玛科苑商城。
本研究所使用的主要仪器包括紫外/可见分光
光度计(NanoDrop ND 1000,赛默飞世尔科技有限
公司)、PCR仪(A300Fast Thermal Cycler,杭州朗
基科学仪器有限公司)、琼脂糖凝胶电泳系统
(JY300C,北京君意东方电泳设备有限公司)、凝胶
成像分析系统 (JS-680B,上海培清科技有限公司)
等。其他常规仪器如移液器、培养箱、摇床、冰箱等
均为本实验室自备。
1.3 方法
1.3.1 引物合成
通过查询 NCBI网站上(http://www.dtd.
nlm.nih.gov/)上公布的多种植物的Actin基因序
列,经序列同源性比对后,设计简并性引物ActinP1
和ActinP2,引物序列见表1。采用该简并引物扩增
厚藤Actin基因的cDNA片段。推测该目的Actin
基因的cDNA片段长度为600bp左右。所需引物
由广州英潍捷基公司合成。
表1 厚藤Actin基因片段克隆使用的简并引物序列
Tab.1 Primers for cloning Actingene fragment from
Ipomoea pes-caprae L
引物 序列(5′→3′)
ActinP1 GTGGTCGTACAAC(A/T)GGTATTGTG
ActinP2 GA(A/C/T)CCTCCAATCCAGACACTG
1.3.2 总RNA提取
取厚藤的成熟叶片提取总RNA,按照 Magen公
司HiPure Plant RNA Kits(R4151)的操作说明书提
取。对提取的总RNA进行NanoDrop ND 1 000紫外
可见分光光度计浓度检测和琼脂糖凝胶电泳。
1.3.3 cDNA单链的合成及Actin片段的扩增
采用两步法以总RNA为模板进行逆转录反应
获取cDNA第一链。cDNA单链的合成依照全式
金公司 TransScript One-Step gDNA Removal and
cDNA Synthesis SuperMix的说明书进行。
以厚藤叶片的cDNA单链为模板,采用高保真
DNA聚合酶Probest TM DNA Polymerase扩增厚藤
Actin基因。所采用的引物为ActinP1和ActinP2,
PCR反应体积为50μL。PCR扩增反应体系为:10
x PCR Buffer 5μL,10mmol·L
-1 dNTP Mixture
4μL,10μmol·L
-1 ActinP1 1μL,10μmol·L
-1
ActinP2 1μL,Probest
TM DNA Polymerase 0.5μL,
cDNA模板2μL,ddH2O236.5μL。各种成分混匀后
置于PCR仪上进行反应。采用的PCR反应程序为:
①94℃预变性5min;②94℃变性30sec、56℃退火
45sec、72℃延伸45sec,30个循环;③72℃延伸10min。
采用1%的琼脂糖凝胶电泳对获得的PCR产
物进行电泳检测,并获得单一的 DNA 条带,即为
PCR扩增得到的Actin基因片段。Actin片段依照
Magen公司 HiPure Gel Pure DNA Kits说明书进
行琼脂糖凝胶电泳回收。DNA片段回收后用普通
Taq酶进行3′末端加A处理。
1.3.4 阳性克隆的筛选与鉴定
将回收的DNA片段连接于pMD-18T载体,
转化大肠杆菌感受态DH5α菌株,连接及转化方法
·06·
氨基酸和生物资源
均参照TaKaRa公司的说明书。将转化后的菌液涂
布在LB固体培养基(含 Ampicilin/IPTG/X-Gal)
上,进行蓝白斑筛选,白色菌落可初步确定为阳性克
隆。随机挑取白色菌落进行菌落PCR鉴定,提取质
粒,送至广州英潍捷基公司测序。
1.3.5 序列的生物信息学分析
序列的比较、翻译等在 OMIGA 生物软件上进
行,序列同源性分析采用BLAST程序,在NCBI(ht-
tp://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)网站上进行。
2 结果与分析
2.1 总RNA检测结果
以厚藤的成熟叶片为材料提取总RNA,经检测
OD260nm/OD280nm平均比值为2.17,表明所提取
的总 RNA 具有较高的纯度;电泳检测表明,28S
rRNA、18SrRNA条带清楚(图1),表明总RNA未
发生降解,可进行下一步的逆转录反应;总RNA浓
度为75ng·μL
-1。获得的总RNA可以用于下一
步RT-PCR扩增实验,获得cDNA。
图1 厚藤叶片总RNA琼脂糖凝胶电泳检测
Fig.1 Agarose gel eletrophoresis dectection of total
RNA in Ipomoea pes-caprae L leaves
2.2 RT-PCR扩增
以逆转录反应获得的cDNA第一链做为PCR
反应的模板,采用简并性引物 ActinP1和 ActinP2
进行常规PCR扩增。获得的PCR产物经电泳检测
显示,在600bp左右有一条特异性的条带(图2),推
测有可能是我们所需要的厚藤Actin基因的cDNA
片段,可进行下一步的DNA片段回收。
2.3 阳性克隆的鉴定与测序
特异性DNA片段经切胶回收后,连接于pMD-
18T载体上,并将连接产物转化大肠杆菌感受态
DH5α菌株。将转化菌液涂布于LB固体(含Ampi-
cilin/IPTG/X-Gal)培养基平板上进行蓝白斑筛选,
白色菌落可初步确定为阳性克隆。随机挑取白色单
菌落,用引物ActinP1和ActinP2进行菌落PCR检测
(反应体系中未加菌落为阴性对照),得到的扩增片段
图2 厚藤Actin基因的扩增
Fig.2 Amplication of Actingene fromIpomoea
pes-caprae L
大小约为600bp(图3),与RT-PCR结果一致,表明
这些克隆为阳性克隆,可以提取质粒,进行测序。
图3 重组克隆的菌落PCR检测
Fig.3 Colony PCR detection of Recombinant Clone
注:M:DNA Marker;C:未加菌落的阴性对照;1-3:三个阳性单
菌落
Note:M:DNA marker;C:negative control;1-3:positive
clones
2.4 序列分析
随机挑取3个阳性克隆,扩增培养后提取质粒,
将重组质粒进行测序,结果表明,3个阳性克隆均插
入相同的cDNA序列,大小均为598bp,表明我们所
获得的Actin基因在厚藤叶片中表达量最高,因此才
最容易被扩增出来。去掉两端的简并性引物序列之
后,获得的cDNA片段大小为554bp,该片段编码184
个氨基酸(图4)。将该基因命名为IpActin1。并将该
序列登录在GenBank上,序列号为KU564627。
将该 cDNA 片 段 在 NCBI 数 据 库 中 进 行
BLAST分析,发现该序列与烟草的Actin基因(XM
_009789260.1)同源性最高,相对应区域的核苷酸序
列一致性达到了87%,与其他植物的核苷酸序列一
致性也均在80%以上。氨基酸序列分析表明,该
Actin片段(184个氨基酸)与芝麻的 Actin蛋白
(AHY35167.1)的对应区域仅有一个氨基酸的差
别,氨基酸序列一致性达到98%,与其他植物Actin
的氨基酸序列一致性也均在90%以上。结果表明,
所获得的厚藤IpActin1的cDNA片段确实为植物
中高度保守的Actin基因片段,可用于下一步的研
究工作中。
·16·
郭艳 等:厚藤Actin基因片段的克隆及序列分析
图4 厚藤Actin(IpActin1)cDNA片段的核苷酸序列
及推测的氨基酸序列
Fig.4 Nucleotide sequence and deduced amino acid
sequence of Actin fragment fromIpomoea pes-caprae L
3 讨论与分析
植物肌动蛋白 (Actin)是组成细胞骨架微丝的
基本成分,通常在不同组织和细胞中普遍存在并稳
定表达。正是由于Actin基因具有这种稳定表达特
征,通常被认定为持家基因。在功能基因表达模式
的研究中,通常需要选择一个稳定表达的持家基因
作为分子内标,用来消除不同RNA样品在操作过
程中可能存在的差别,从而对基因表达的定量分析
进行归一化[15,16]。目前,在多个植物物种中,已采
用Actin基因作为稳定表达的内参基因,对其功能
基因的表达进行定量分析。
在本研究中,已成功地克隆了厚藤的Actin基
因IpActin1。序列分析表明,在核苷酸序列同源性
比较方面,IpActin1片段与其他植物Actin基因的
同源性均在80%以上;在编码的氨基酸序列同源性
比较方面,其同源性也达到了90%以上。由序列分
析结果结合以往的研究,我们可以推测出,本研究所
获得的IpActin1基因可能也是一个高度保守的持
家基因。本实验采用厚藤的成熟叶片为材料,提取
RNA,通过逆转录扩增Actin基因片段,随机挑取
的3个重组克隆经测序均编码同一个Actin基因片
段,由于植物体内的Actin基因通常由多基因编码,
表明所获得的Actin基因可能是厚藤植株内表达最
丰富的Actin基因,进一步确定了该基因可用作内参
基因,可以用于后续厚藤功能基因表达模式的研究。
厚藤是一种分布广泛的滨海适生植物,耐盐碱
和耐旱性极佳,蕴藏着丰富的抗逆基因资源。本项
目组正致力于发掘厚藤的抗逆遗传资源,并克隆抗
逆功能基因。而要深入研究这些功能基因的表达模
式及调控机制,通常需要内参基因作为对照。目前,
还没有研究报道厚藤的基因克隆方面的工作,而对
厚藤的抗逆分子机制的研究也还未起步。在本论文
中,我们首次报道了厚藤IpActin1基因的克隆和序
列分析,为后续克隆厚藤的抗逆功能基因和分析基
因表达模式提供了可供参考的内参基因,为进一步
研究厚藤的抗逆分子机制奠定了工作基础。
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