为研究离子束注入对甘草基因表达的影响,本文用低能N+离子束注入甘草种子,以未经处理的同批甘草种子作为对照,利用cDNA-AFLP技术分析甘草幼根基因的表达差异;以甘草幼根总RNA为模板,通过反转录合成cDNA双链,使用PstI和MseI酶切双链cDNA,后经接头连接,预扩增,选择性扩增,变性聚丙烯酰胺凝胶电泳得到cDNA-AFLP图谱;9对选择性扩增引物总共出现条带1576条,差异条带286条,约占总条带的20%,对其中105个表达差异显著的片段进行测序,最终得到92个差异片段的核苷酸序列。通过Blast分析,其中53条测序序列检索到与之同源性高的DNA序列或已知功能的蛋白mRNA序列;成功构建离子注入甘草的当代根部基因表达cDNA-AFLP体系,证实了离子束注入甘草种子对当代甘草根部基因表达的影响,为建立甘草品质育种提供参考。
全 文 :核 农 学 报!"##+) (#A#
!"#,-.*#/#&0*.+%*+1
收稿日期!"#)*#*"#!接受日期!"#)*"∗"
基金项目!内蒙古自然科学基金项目-氮离子注入甘草基因差异表达的研究. ""#"ZI#%#
作者简介!刘腾!男!主要从事环境生物物理研究% 0*1234)+",+&A;gg>:71
通讯作者!郭九峰!男!教授!主要从事生物物理与生物技术研究% 0*12349=75[#;@382>:71文章编号!###*A%%""#%##*#+)*+
基于 :/M.*.D`J的 Mh离子注入甘草
当代根部基因表达分析
刘!腾!郭九峰!那!日!薛!丹
"内蒙古大学物理科学与技术学院H内蒙古自治区离子束生物工程重点实验室!内蒙 古呼和浩特!###"#
摘!要!为研究离子束注入对甘草基因表达的影响!本文用低能 Mh离子束注入甘草种子!以未经处理的
同批甘草种子作为对照!利用 :/M.*.D`J技术分析甘草幼根基因的表达差异以甘草幼根总LM.为模板!通过反转录合成:/M.双链!使用J@TF和Z@XF酶切双链:/M.!后经接头连接!预扩增!选择性扩增!变性聚丙烯酰胺凝胶电泳得到:/M.∗.D‘J图谱& 对选择性扩增引物总共出现条带 #% 个表达差异显著的片段进行测序!最终得到 &" 个差异片段的核
苷酸序列# 通过 -42@T分析!其中 %, 条测序序列检索到与之同源性高的 /M.序列或已知功能的蛋白
1LM.序列成功构建离子注入甘草的当代根部基因表达 :/M.*.D`J体系!证实了离子束注入甘草种 子对当代甘草根部基因表达的影响!为建立甘草品质育种提供参考# 关键词!离子束诱变甘草:/M.∗.D‘J基因表达差异
/EF#GA&H5>3@@8>##*A%%G"##+)
!!离子束在生物上的应用是中科院余增亮等人开创
的新的诱变育种研究领域 (5.T& #&+%*.1D3@:6#是世界上最著
名的药用植株之一% 植株的根和根茎积累大量的甘
草酸"94<:实!甘草酸及其水解产物甘草次酸在抗病毒等方面
具有很高的药用价值 & B(&)O预变性 , 分钟&&)O变性 ,#@!%O退
火 ,#@!+"O延伸 138!循环,&)O预变性 ,138&&)O变性 )#@!%O退火
)#@!每个循环降低 #G+O!+"O延伸 138!循环" 次&
&)O变性 )#@! %O退火 )#@! +"O延伸 138!循环 ,# 次&+"O延伸#138&)O保存%
G,GQ琼脂糖凝胶电泳!使用改良银染法对
胶板进行银染与显色 "( %
G,G!差异片段的回收"测序及同源比对!根据变性聚丙烯酰胺凝胶电泳结果!割下差异条带转入G%1` 离心管中!加入 ##"` PPY"E&&%O加热# (
"#138!反复颠倒振荡离心管!直至胶块充分溶解%
取 "‘作为模板!以对应的选择性扩增引物作为扩增引物!反应体系配比见表,!使用选扩程序再扩增
核!农!学!报 "& 卷
表 "I@B2(2/XS预扩增与选择性扩增SNT反应体系L6),4"I@B2(2/XS+54(6A+,*;*I6.*-9698:4,4I.*346A+,*;*I6.*-9:7:.4A
预扩增反应体系
U6XI<@TX17[J?X*21S43[3:2T378
选择性扩增反应体系
U6XI<@TX17[IX4X:T3aX.1S43[3:2T378
酶切连接稀释产物"# C)# C# ""` 预扩增稀释产物""## C#"`
Z## "‘ZMM"`
J## "‘JMM"`
" CJKLZ2@TX?Z3^ #"` " CJKLZ2@TX?Z3^#"`
PPY"E "` PPY"E +"`
表 %"多态性片段扩增体系与测序扩增体系
L6),4%"S-,7A-5+M*I;560A49.6A+,*;*I6.*-9698:4RG49I46A+,*;*I6.*-9:7:.4A
多态性片段扩增体系
U6XI<@TX17[J74<17?S63:D?291X8T.1S43[3:2T378
测序扩增体系
U6XI<@TX17[IXg=X8:X.1S43[3:2T378
多态性片段 "‘连接载体#G#"`
ZMM "‘U+"G"` IJ "G%"`
" CJKLZ2@TX?Z3^ #"` " CJKLZ2@TX?Z3^ "%G#"` PPY"E +"` PPY"E#G#"`
!!取 "` 多态性片段扩增产物进行微量检测!测定 产物浓度!按照 UF.MR0M公司的 SRZ*U克隆试剂盒 mU"#" 的要求!进行载体的连接 选用 UF.MR0M的普通琼脂糖凝胶 /M.回收试剂 盒"UF.M9X4Z3P3J=?3[3:2T378 i3T#将 JKL产物进行割 胶纯化!将割胶纯化产物送测序!测序公司为英潍捷 基!将测序结果进行 T]42@T8 同源性比对分析%"结果与分析
#!"总 TB2的提取质量 从提取的 LM.样品中取少量进行超微量紫外分 光光度计检测!E/"# HE/"A#比值在GA (G& 之间!含 量为 %## (+##89*"` B&Q琼脂糖甲醛变性凝胶电泳检测如图 所示!可清晰分辨 "AI 和 AI!几乎无降解和/M.!比较符合:/M.∗.D‘J的试验要求#"I@B2双链合成使用U2i2L2公司的Z∗Z‘mLU2@X:/M.I<8T6X@3@i3T"/,##试剂盒进行双链 :/M.的合成!
完成后进行 :/M.的精制% 取少量样品进行超微量紫
外分光检测!计算含量为 # ($%#89*"` B$!含量充 注$2$对照组!]$试验组 Z$/" ###% M7TX$2$ U6X:78T?2@T! ]$U6XTX@TZ$/" ###> 图 !"总 TB2电泳图 /*01!",4I.5-+M-54:*:-;.-.6,TB2 足!符合酶切要求% $#%"预扩增体系$选择性扩增体系的建立与优化 预扩增体系电泳$连接产物稀释 $# 倍作为模板的 体系!弥散区域偏大&连接产物直接作为模板的体系在 %## (+%#]S 附近出现弥散!且有 " 个及以上集中区 域!符合选择性扩增要求% " 套选择性扩增体系经 $Q琼脂糖凝胶电泳分析! 体系 $ 几乎无亮带!在 +%#]S 以上出现大量弥散!不符 合选择性扩增要求&体系 " 绝大多数引物组合能在 "## (%##]S 范围内明显分辨 " 条或者 " 条以上集中 亮带!符合选择性扩增要求!进行聚丙烯酰胺凝胶电泳 +#$ ! 期 基于 :/M.*.D`J的 Mh离子注入甘草当代根部基因表达分析 进行指纹分析&部分样品的的琼脂糖凝胶电泳即能较 为显著的分辨出相同选择性扩增引物扩增产物中对照 组与诱变试验组的差异条带!:/M.*.D`J的差异表达 已初步证实其存在"图 "#% 注$.$对照组!-$试验组 Z$/" ###% M7TX$.$ U6X:78T?2@T! -$U6XTX@TZ$/" ###> 图 $"选择性扩增体系电泳图 /*01$",4I.5-+M-54:*:-;:4,4I.*346A+,*;*48:7:.4A:+5-8GI.: $#<"选择性扩增产物的聚丙烯酰胺凝胶优化 经琼脂糖凝胶电泳分析选择性扩增产物条带亮度 及清晰度!选择选择性扩增产物$变性甲酰胺 -=[X?为 )l$的比例!经 &%O%138 变性后!在聚丙烯酰胺凝胶上 跑胶!经改良法银染显色!聚丙烯酰胺凝胶电泳银染后 的照片中"图 ,#!可清晰分辨大量差异表达条带% 经 统计!对照组与处理组 & 对选择性扩增引物共 A$ 个反 应组!总共出现条带数 $ %+ 条!其中差异条带数 "A 条!约占总条带数的 "#Q% 注$.$对照组! -$试验组% M7TX$ .$Ki! -$ U?X21X8T@> 图 %"试验组与对照组部分片段差异表达标示图 /*0%"&5-G+8*;;4549I4:)4.C449.M4 4W+45*A49.6,05-G+698.M4 I-9.5-,;560A49.4W+54::*-9+5-;*,4 $#="I@B2(2/XS差异条带测序及序列同源性分析 将 JKL产物胶回收纯化产物 $#% 个样品送往英 潍捷基公司进行测序!共获得 &" 个可靠的测序结果% 根据测序结果!利用 -` .IU" 6TS$HH\\\>8:]3> 841>836>97a#分析系统的 T]42@T8 对差异片段进行序列 同源性分析% 通过序列比较!检索到 %, 个与之同源性 高的 /M.序列或已知功能的蛋白 1LM.序列!约占 测序数的 %+Q!另 ,& 条序列未比对出同源序列% !!通过来源分类可得$在 %, 个同源性比对序列中! 与豆科植物同源性较高的序列共有 " 条!其他植物同 源性较高的序列共有 $% 条!与动物及微生物同源序列 共有 $" 条&通过利用RE"9X8X78T7479<#基因注释功能 分析 "+(所获得的 %, 个同源序列!得到如下结果$有 + 条序列片段的同源基因可能参与生物体内的生化过 程!有 & 条序列片段的同源基因可能具有分子功能!, 条序列片段的同源基因可能直接或间接参与生物体内 细胞的组成"表 )#&在 %, 个同源序列中!有 ,# 条序列 同源比对为未知功能的蛋白或 1LM.序列!这些同源 序列的功能有待进一步研究% 本次试验结果中出现大量未知序列以及虽能找到 同源性但功能未知的序列!说明甘草基因相关方面的 研究较少!这部分序列可能具有很高的研究价值% 分 析认为至少包括以下几个方面的功能及作用#本研
究主要是利用低能离子束注入甘草种子的当代分析!
所以推测存在某些应激蛋白相关基因在离子注入甘草
种子后表达!而这部分基因在未经处理的对照组中并
未表达&"#本试验先期的萌发试验结果表明!不同剂
量 Mh离子注入在不同程度上提高甘草种子的萌发
++#核!农!学!报 "& 卷 !!!! 表 <"I@B2(2/XS差异片段与已知基因序列同源性的部分比较结果 L6),4<"2A+,*;*I6.*-9-;I@B2(2/XS-;,*I-5*I4T68*I,4 编号 M7> 长度 4X89T6H ]S 同源序列 67174797=@ 序列覆盖率 W=X?< :7aX?HQ H值 Ha24=X 登录号 .::X@@378 功能 D=8:T378 B", B43NX" E`K#%#,#A+ # ! T?28@:?3ST
a2?328Tc"! 1LM.
A, #G#" cZq##)%#"&,+G鹰嘴豆细胞周期蛋白依赖性激酶"B ,A+ R4<:38X12^ @T?X@@?X@S78@XS?7TX38 MIUB43NX"E‘K##++)A# ! 1LM.
& #G#### cZq##%AA")G大豆应激蛋白MIU B43NX" E`K$##++)A# 1LM.
" B" ,#, R4<:38X 12^ 94<:38X PX6
PX:2?]7^<42T389( ! 13T7:678P?324*43NX
" E`K##+++%"A# ! 1LM. &, )G#0B#& cZq##,%%#"""G" 大豆线粒体甘氨酸脱氢酶"去羧基# 1LM. " B" ,A R4<:38X12^ [47\X?389T31X:78T?74S?7TX38
DK.*43NX " E`K##+A+&" # ! T?28@:?3ST a2?328Tc! 1LM.
+"G#0B, cZq##,%%#&"G" 大豆开花时间控制蛋白 1LM.
" BAA ,AA K3:X?2?3XT38=1 ]XT2*:2TX838*43NXS?7TX38 B43NX"E‘K#)&%,)# ! 1LM.
&% G#0B, cZq##)%##)""G 鹰嘴豆 B连环蛋白1LM.,B# $%# K2S@X42 ?=]X42 6
白 MIUB43NX"E‘K##++)A # 1LM.高 度 同 源
"W=X?<:7aX?k&Q#!推测该差异片段完整序列在甘
草中有类似的功能!这验证了离子注入甘草种子造成
甘草当代具有应激反应&编号 " B与蛋白激酶具有同 源性的序列对甘草细胞内蛋白质磷酸化和去磷酸化进 而控制蛋白质活性具有很大的影响!这也说明离子注 入甘草种子影响了甘草当代幼根细胞内部某些生命调 控&此外!还有不少具有其他功能的蛋白同源性序列与 差异片段具有相当高的同源性% 综上所述!:/M.* .D`J基因差异表达分析技术有助于我们研究 Mh离 子注入甘草种子对其基因水平的作用!利用 :/M.* .D`J技术分析 Mh离子注入甘草种子当代的基因差 异表达获得初步的成效% <"结论 成功建立了甘草 :/M.B.D`J技术体系!利用该 技术系统分析了 Mh注入甘草种子诱导的根部的基因 表达差异% & 对选择性扩增引物总共出现条带%+
条!差异条带 "A 条!约占总条带的 "#Q!对其中 #% 个表达差异显著的片段进行测序!最终得到 &" 个差异 片段的核苷酸序列% 通过 -42@T分析!其中 %, 条测序 序列检索到与之同源性高的 /M.序列或已知功能的 蛋白 1LM.序列!通过利用 RE"9X8X78T7479<#基因注 释功能分析所获得的 %, 个同源序列!+ 条序列片段的 同源基因可能参与生物体内的生化过程!有 & 条序列 片段的同源基因可能具有分子功能!, 条序列片段的 同源基因可能直接或间接参与生物体内细胞的组成& 有 ,# 条序列同源比对为未知功能的蛋白或 1LM.序 列!这一结果为离子束注入技术在甘草上应用提供了 依据% 参考文献! (!余增亮>离子束生物技术引论 Z(>合肥安徽科技出版社!&&A
" (!陈恒雷!吕杰!曾宪贤>离子束诱变育种研究及应用进展 V(>
种子! "##%!")"# )&&&!
"A""# +#A B+")(!杨天佑>甘油保护对离子注入0>:743存活的影响及离子束介导/M.转化0>:743/(>郑州郑州大学! "##)
% (!周慧娟!叶正文!张学英!苏明申! 杜纪红! 张旻倩电子束辐照对
蓝莓品质及生理代谢的影响V(>核农学报! "#,!"+"&# ,#A B,(!颉红梅! 卫增泉! 李兴林! 王浩瀚! 赵莲芝! 谢忠奎! 重离子束 注入小麦胚乳诱发的突变效应V(>核农学报! "##)!A ""# &, B& + (!常卫华! 徐燕霞! 王珂! 胡俊杰! 张红! 曹会萍! 马呈瑞! 张晶! 张勇>重离子束辐照对绵羊卵母细胞及体外受精卵早期发育的 影响V(>核农学报!"#)!"A ",# )", B)"A A (!陈争超! 张祥胜! 向廷生! 王慧敏! 低能离子束二次注入诱变石 油微生物菌株的研究V(>辐射研究与辐射工艺学报! "#,!,")# %) B%A
& (!刘丽萍!任翠爱!赵宏艳>甘草酸的免疫调节作用研究进展V(>
中国实验方剂学杂志! "##!"# "+"B"+#(!王小丽!陈思东>甘草酸作用的研究进展 V(>中国医药导报!
"#"!"")# "# B"
$$(!_28 K! K6X89 _> J74<@2::62?3PX 3@742TXP [?71 R4<:=?24X8@3@D3@:6 38P=:X@38T?2:X4=42?X8d<1X2:T3a3T<7[12:?7S629X@
V( ZXP3TX??28X28 V7=?8247[M=T?3T378 28P ZXT2]743@1! "##&! $
",# $ $% B$&
$"(!王和勇!陈敏!廖志华!孙敏>LD`J)L.J/).D`J分子标记及其
在植物生物技术中的应用V(>生物学杂志>$&&&!$ ")# $ ")
B"%
$,(!Z27K! b3i! b289 !` e6X89-! _= b! _= J>FPX8T3[3:2T378 7[
24=1383=1*?X9=42TXP 9X8X@]<:/M.*.D`J38 ?3:X"E?
e2]X2= Z! m3@@X?LR>m3@=243d2T378 7[P3[X?X8T3249X8XX^S?X@@378
=@389287aX41XT67P 7[LM.[389X?S?38T389]2@XP 78.D`J2824<@3@7[9X8XXS?X@@378P=?389S7T2T7T=]X?PXaX47S1X8T>J428TV>&&
Z2<&&"%# +)%(!吕海霞!张艳欣!王林海!危文亮!黎东华!张晓燕!张秀荣>芝麻
空间诱变后代的变异及其 .D`J标记多态性分析V(>核农学
报! "#!"#+) (#A#&(!杨全!魏胜利!王文全!刘春生! 张春荣>应用 :/M.*.D`J研究
甘草不同变异类型特异表达的基因V(>中国中药杂志! "##&!
,) ",# "AB,"#(!潘燕!肖翔!吴李君!余增亮 Mh离子注入对干旱胁迫条件下甘 草幼苗的 IE/酶和 K.U酶活性及丙二醛含量的影响V(>激光 生物学报! "##%!)"# ))"B))"(!魏胜林!张祥胜>Mh注入对甘草幼苗部分耐旱特征效应的研究
V(>核技术! "##)!"+ "# $ A", BA"+ ""(!魏胜林!吴李君!余增亮>Mh注入对甘草多糖及耐渗透胁迫的 影响V(>辐射研究与辐射工艺学报! "##+!"%"%# $ "+$ B"+) ",(!魏胜林!吴李君!谢传晓!余增亮>Mh注入对甘草叶片腺体和腺 体分泌多糖及叶片多糖的影响V(>核技术! "##!"& "%# $ ,)) B,)A ")(!张志梅! 李召虎! 李光甫! 赵润怀! 董学会>乌拉尔甘草在北京 地区的生长发育动态V(>中国现代中药!"#$#!$"",#A B""
"%(!周成名!弓晓杰>甘草 Z(>第 版!北京中国农业出版社>
"##,,
"(!范晶>聚丙烯酰胺凝胶中 /M.银染色检测方法的改进及其效
果比较V(>中国医药导报! "#$$!A "$&# $ "# B"$
"+(!.@6]=?8X?Z! -24K.! -42NXV.! -7T@TX38 /! -=T4X?Y! K6X??
/J! U2?aX?` F! i2@2?@N3@.! X`\3@I! Z2TX@XVK! L3:62?P@78 V
0! L389\24P Z! L=]38 RZ! I6X?47:N R>RX8XE8T7479<$ T774[7?
T6X=83[3:2T378 7[]37479
"&
"A(!鞠秀芝!杜胜利!宗兆锋! 张桂华! 韩毅科!王鸣>.D`J技术及
其常见问题与解决方案V(>天津农业科学! "##)! #")# B
&
LM4296,7:*:-;@*;4549.*6,TW+54::*-9-;@&%&##0/A9#*,+/+T--.
&494)7 B*.5-049O-9:OA+,69.6.*-9)6:48-9I@B2(2/XSP4.M-8
F`fUX89!RfEV3=[X89!M.L3!cf0/28
"O+9D&="&/"9"(N"% 6+&86."+%-.%++.J"%-".& ,#/"%"8"#1?+-."%@<"+-+"(
:591.*&0*.+%*+&%3 2+*5%""-9N%%+J"1./9! 4#55"/! N%%+J"##"# 2):.56I.F8 7?PX?T7@T=P
21S43[3:2T378! @X4X:T3aX21S43[3:2T378>"A P3[X?X8T324X^S?X@@378 :/M. [?291X8T@\X?X7]T238XP \3T6 A@X4X:T3aX 21S43[3:2T378 S?31X?S23?@:71]382T378@>_63:6 2::7=8TXP [7?"#Q 7[T6XT7T24%+ ]28P@>U6XP3[X?X8T324:/M.
[?291X8T@\X?XX4=TXP ! :478XP 28P @Xg=X8:XP>&" [?291X8T@7[:/M.\X?X7]T238XP! %, S3X:X@7[\63:6 ?XT?3XaXP 6396
B6717479D=8:T37824242<@3@38P3:2TXP T62T
@71X:/M.[?291X8T@1396TS2?T3:3S2TX38 1XT2]743@1S2T6\2<@! @39824T?28@P=:T378! @T?X@@?X@S78@X@XT:>,# [?291X8T@
\X?X@67\XP 671747?
K47C-58:378]X2131S428T2T378!I9∗95.T& #&+%1.!:/M.*.D`J!9X8XX^S?X@@378 P3[X?X8:X
#A#$