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抗菌肽-人溶菌酶融合基因的构建及转入锦橙后的表达分析



全 文 :书 中国南方果树/SOUTH CHINA FRUITS 2015;44(2):1~4
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研究报告 ·柑桔类果树·
抗菌肽-人溶菌酶融合基因的构建及转入锦橙后的表达分析
解栋梁1,2,邹修平2,许兰珍2,何丹丹1,2,彭爱红2,何永睿2,陈善春2
(1西南大学园艺园林学院,重庆,400715;2中国农业科学院柑桔研究所/西南大学柑桔研究所/
国家柑桔品种改良中心,重庆,400712)
 收稿日期:2014-09-12;修回日期:2014-12-05
基金项目:国家自然科学基金项目(31272150);中央高校基本科研业务费专项(XDJK2014A018);国家科技支撑计划课题
任务书(2012BAD19B06);重庆应用开发项目(CSTC2013yykfA8002);柑桔学重庆市市级重点实验室开放基
金计划项目(CKLC201105)资助。
作者简介:解栋梁,男,硕士研究生,研究方向为遗传育种。电话:18883243668,E-mail:xiedongliang2008@126.com
通信作者:邹修平,博士。电话:(023)68349019,E-mail:zouxiuping@cric.cn
陈善春,研究员。电话:(023)68349020,E-mail:scchen@cric.cn
DOI:10.13938/j.issn.1007-1431.20140469
摘 要 为了研究抗菌肽和人溶菌酶对柑桔溃疡病和黄龙病等的协同抗性,利用连接多肽2A编
码序列连接抗菌肽cecropin B(CB)和人溶菌酶human lysozyme(HLy)基因,构建了融合基因CB:
HLy及其超量表达载体p35S::CB:HLy。利用农杆菌介导法,将该载体转化至锦橙上胚轴。通过
GUS化学染色及PCR鉴定,获得转基因植株32株。Real-time PCR证明了融合基因在转基因锦
橙中得到了高效表达。本研究为柑桔溃疡病的抗性研究提供了材料。
关键词 抗菌肽;人溶菌酶;融合基因;连接多肽2A;遗传转化
Construction and Expression Analysis of Cecropin B and Human
Lysozyme Fusion Gene in Transgenic Citrus
XIE Dongliang1,2,ZHOU Xiuping2,XU Lanzhen2, HE Dandan1,2,PENG
Aihong2,HE Yongrui 2,CHEN Shanchun2
(1Colege of landscape architecture,Southwest University,Chongqing,400715;2Citrus Research Institute,
Chinese Academy of Agriculture Sciences/National Center for Citure Variety Improvement,Chongqing,400712)
Abstract To investigate the synergy resistance of antibacterial peptide and human lysozyme to cit-
rus canker and HLB,we constructed a CB:HLyfusion gene and its overexpression vector p35S::
CB:Hly using one linker polypeptide 2A.This vector was introduced into sweet orange genome
(Citrus sinensis Osbeck)by Agrobacterium-mediated transformation.Thirty-two transgenic plants
were confirmed by GUS chemical staining and PCR analysis.Real-time PCR showed that this fusion
gene had high expression levels in the transgenic citrus.This study provided the materials for re-
search on resistance to citrus canker in the future.
Keywords antimicrobial peptides;human lysozyme;fusion gene;linker polypeptide 2A;
genetic transformation
  抗菌肽是生物体内具有广谱杀菌能力的
小分子多肽,其抗病机理主要是阳离子抗菌
肽与带负电荷的细菌胞膜在静电作用下吸引
并相互作用,导致胞膜通透性增大,内容物大
量外 流,细 胞 渗 透 压 改 变 最 终 死 亡[1]。
cecropin B(CB)是一类热稳定和广谱抗菌的
可溶性多肽,最早是从天蚕体内分离得到
的[2-3]。人溶菌酶(human lysozyme,HLy)是
中 国 南 方 果 树/SOUTH CHINA FRUITS 第44卷
一种碱性球蛋白,具有较高的溶菌活性和热
稳定性,具有广谱的溶菌和抗病毒能力[4],它
能切断肽聚糖中的 N-乙酰葡萄糖胺和乙酰
胞壁酸之间的β-1,4糖苷键,在内部渗透压
作用下引起细胞裂解[5]。为了能够利用抗菌
肽和人溶菌酶协同作用于病菌的细胞膜和细
胞壁,以抑制柑桔溃疡病菌、黄龙病(HLB)
菌等,有必要将两者的基因转入柑桔。采用
融合基因技术可将两个及以上基因的编码区
置于同一套调控序列之下,可有效降低基因
沉默的概率。目前构建融合基因的方法主要
有两种,一种是将功能基因直接首尾相连,置
于同一套调控序列之下;另一种是根据连接
多肽在植物体内可剪切的特点,利用连接多
肽编码序列将功能基因连接起来,然后置于
同一个表达框内[6-8]。与前一种方法相比,利
用连接多肽构建的融合基因,在植物体内表
达后,生成的是两种独立的功能产物,而不是
两种基因的融合蛋白。植物基因工程育种
中,构建融合基因应用较多的连接多肽是
2A。2A来自于口蹄疫病毒,编码20个氨基
酸。在真核生物体内表达时,不需要任何蛋
白酶的参与,2A在第19个氨基酸和第20个
氨基酸之间发生自我剪切,因此,利用2A编
码序列构建的融合基因能有效维持融合基因
中不同基因的生物学功能[8-10]。
笔者利用2A编码序列连接携带有信号
肽的抗菌肽基因CB和HLy,构建可剪切融
合基因CB:HLy,并将该基因置于超量表达
启动子 CaMV35S之下,构建 p35S::CB:
HLy植物表达载体,通过遗传转化,获得转
基因锦橙植株,并利用 Real-time PCR分析
了融合基因CB:HLy在转基因锦橙中的表
达情况,以期为柑桔基因工程抗病育种提供
参考。
1 材料与方法
1.1 材料
植物表达载体pLGNL、DH5α大肠杆菌
感受态细胞、EHA105根癌农杆菌感受态细
胞及锦橙无菌上胚轴均由本实验室提供。
1.2 载体设计、构建与鉴定
设计CB:HLy融合基因序列,送上海英
俊公司合成。用连接多肽2A编码序列连接
抗菌肽基因CB和人溶菌酶基因HLy,合成
可剪切融合基因CB:HLy,然后以本实验室
保存的质粒pLGNL为骨架,对质粒pLGNL
和PGEM-CBHLy分别用BamHⅠ和SalⅠ
双酶切,酶切产物经琼脂糖凝胶电泳分离,切
胶回收目的片段,连接形成35S调控的抗菌
肽-人溶菌酶融合基因植物表达载体,命名为
p35S::CB:HLy(见图1)。以 p35S::CB:
HLy转化大肠杆菌DH5α,提取大肠杆菌质
粒,用 HindⅢ和EcoRⅠ双酶切,鉴定片段
是否正确插入。
P2X35S GUS:NPTⅡ NOS PCaMV35S AAT CB 2A PRLa HLy NOS
 注:CB为cecropin B抗菌肽基因;HLy为人溶菌酶基因;2A为连接多肽2A的编码序列;AAT、PRLa为胞外信号肽
的编码序列;NOS为终止子;PCaMV35S为组成型启动子;GUS:NPTⅡ为β-葡萄糖苷酸酶与新霉素磷酸转移酶编码序列的
融合基因;P2X35S为增强型启动子。
图1 抗菌肽-人溶菌酶融合基因植物表达载体(p35S::CB:HLy)T-DNA结构示意
1.3 遗传转化
参照 He等[11]的农杆菌介导法进行锦
橙上胚轴遗传转化,经组织培养后转化的上
胚轴再生不定芽,经卡那霉素(Km)抗性筛
选获得拟转基因不定芽,待不定芽长到1cm
左右时,进行 GUS染色鉴定,将 GUS阳性
芽嫁接到锦橙实生苗上,待幼苗长到5cm左
右时再嫁接到资阳香橙实生苗上,温室培养。

 第2期   解栋梁,等:抗菌肽-人溶菌酶融合基因的构建及转入锦橙后的表达分析
1.4  GUS染色鉴定
在锦橙上胚轴遗传转化中,经 Km筛选
的不定芽长到1cm时,切取叶尖部分放入新
鲜配制的X-Gluc染色液中,37℃保温过夜。
若染色液变为蓝色,则此叶尖所在的不定芽
为阳性,从而筛选出GUS阳性不定芽,同时
对GUS阳性芽进行统计分析。
1.5 转基因植株PCR鉴定
GUS阳性芽嫁接植株在温室中生长3
个月后,取叶片约100mg,使用Aidlab公司
试剂盒(No.DN15)方法提取基因组 DNA,
用引物对 NPTⅡ-F(5’-TTGAACAAGATG-
GATTGCACGCAGG-3’)/NPTⅡ-R(5’-GC-
CATTTTCCACCATGATATTCGGC -3’)进行
PCR扩增(目的片段大小为600bp),检测外
源基因的整合情况。反应体积25μL。反应
条件:94℃3min;94℃30s,56℃30s,
72℃1min,30次循环;72℃10min。以非
转基因植株为对照。
1.6 转基因植株Real-time PCR分析
取转基因植株叶片提取总 RNA(Aid-
lab,cat.No.RN09),反转录成cDNA(BIO-
RAD iScriptTM cDNA Synthesis Kit,cat.
No.170-8891),按照Real-time PCR试剂盒
(BIO-RAD iQTM SYBR Green Supermix,
cat.No.170-8882AP)说明书进行定量分析。
Real-time检测目的基因引物对及内参基因
引 物 对 序 列 如 下:CB-F (5’-CAGGA-
CAGCGATAGCTGGAA-3’)/CB-R (5’-
TGGGGTATCTTGCTCCTTGC-3’),HLy-
F (5’-CTTGAAGCAAAGCGGAGCAG-
3’)/HLy-R(5’-AGGGCCACCAACTATA-
ACGC-3’),Actin-F(5’-CATCCCTCAG-
CACCTTCC-3’)/Actin-R(5’-CCAACCT-
TAGCACTTCTCC-3’)。以野生型植株作
为对照。
2 结果与分析
2.1 表达载体的鉴定
以 p35S::CB:HLy 转 化 大 肠 杆 菌
DH5α,提取大肠杆菌质粒,用 HindⅢ和
EcoRⅠ双酶切,经琼脂糖凝胶电泳,得到大
小1 300bp的片段(见图2),与理论上酶切
所得的DNA片段大小一致。说明,p35S::
CB:Hly构建正确。
1 300 bp
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
M:DL15000DNA marker;1~10:p35S::CB:Hly阳性菌
图2 抗菌肽 -人溶菌酶融合基因植物表达载体(p35S::CB:HLy)阳性菌的鉴定
2.2 表达载体的转化效率
试验结果看出,共染色再生芽1 074株,
获得GUS阳性再生芽77株,p35S::CB:Hly
的转化效率为7.17%。
2.3 转基因植株的PCR鉴定
PCR结果显示,绝大部分 GUS阳性芽
再生植株均扩增出了预期目的片段(大小为
600bp的NPTⅡ基因特异片段),未转化对
照植株均没有扩增出该片段(见图3)。本试
验共获得PCR阳性植株32株。
2.4 转基因植株Real-time PCR分析
结果显示,CB和HLy基因在转p35S::

中 国 南 方 果 树/SOUTH CHINA FRUITS 第44卷
CB:HLy植株中均成功表达,同植株中CB 表达水平显著高于HLy表达水平(见图4)。
600 bp
M 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15CK- CK+
M:DL2000DNA marker;CK-:非转基因对照;CK+:质粒;1~15:转基因植株。
图3 转抗菌肽 -人溶菌酶融合基因锦橙的PCR 检测
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12CK
100 000
80 000
60 000
40 000
20 000
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12CK
25 000
20 000
15 000
10 000
5 000
0





CB HLy





CK:非转基因锦橙;1~12:p35S::CB:HLy转基因锦橙植株
图4 转抗菌肽 -人溶菌酶融合基因锦橙植株中CB 和HLy的相对表达量
3 讨论
本研究利用连接多肽2A的编码序列连
接两种抗菌基因CB和HLy,构建融合基因
CB:HLy 及其植物表达载体 p35S::CB:
HLy。理论上,连接多肽2A 会在19和20
个氨基酸之间自我剪切,因此,在锦橙中表达
的抗菌肽cecropin B的N端会多出19个氨
基酸,human lysozyme的C端会多出一个氨
基酸,可能会对抗菌肽cecropin B的杀菌活
性稍有影响,但多出的氨基酸有助于抗菌肽
延长半衰期。利用表达载体p35S::CB:Hly
对锦橙进行遗传转化,通过 GUS化学染色
及PCR鉴定,获得转基因植株32株;Real-
time PCR分析证明了融合基因在转基因锦
橙中得到了高效表达。转基因植株对柑桔黄
龙病和溃疡病的抗性评价正在进行中。
参 考 文 献
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(责任编辑:李治飞;英文编辑:董朝菊)