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Construction of two promoter-probe vectors suitable for pathogenicity-related gene expression analysis in Xanthomonas oryzae pv. oryzicola

2个适于水稻条斑病菌致病相关基因转录表达分析的启动子探针载体的构建



全 文 :植物病理学报
ACTA PHYTOPATHOLOGICA SINICA  44(5): 504 ̄511(2014)
收稿日期: 2014 ̄01 ̄05ꎻ 修回日期: 2014 ̄05 ̄20
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(31000071)ꎻ 公益性行业(农业)科研专项(201303015)
通讯作者: 邹丽芳ꎬ 副教授ꎬ 主要从事分子植物病理学研究ꎻ Tel: 021 ̄34205873ꎬ Fax: 021 ̄34205873ꎬ E ̄mail: zoulifang202018@sjtu.edu. cn
第一作者: 赵征慧ꎬ 女ꎬ 上海人ꎬ 本科生ꎬ 主要从事分子植物病理学研究ꎮ
doi:10.13926 / j.cnki.apps.2014.05.008
2个适于水稻条斑病菌致病相关基因
转录表达分析的启动子探针载体的构建
赵征慧ꎬ 熊 鹂ꎬ 沈春伟ꎬ 孙奇博ꎬ 邹丽芳∗ꎬ 陈功友
(上海交通大学农业与生物学院ꎬ上海 200240)
摘要:水稻条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryzicolaꎬ Xoc)为稻黄单胞菌种下的致病变种ꎬ引起细菌性条斑病(bacterial
leaf streakꎬ BLS)ꎬ对水稻安全生产构成严重威胁ꎮ 为准确在水稻条斑病菌中进行致病相关基因的转录表达和调控分析ꎬ本
研究构建了包含终止子、gusA报道基因和多克隆位点等启动子探针元件的载体 pUTG01和 pUTG14ꎮ 选取 Xoc的 hrpF启
动子ꎬ构建在 pUTG01载体上ꎬ将其导入 hrpX突变体 RΔhrpX中ꎬGUS活性测定结果显示ꎬhrpF基因的表达显著减低ꎬ验证
了 hrpF受 HrpX正调控ꎬ证实该载体可有效进行基因的转录表达分析ꎻ通过双质粒兼容共存策略ꎬ在 hrpX突变体中同时实
现了 hrpX基因的功能互补和通过 GUS活性定量测定 hrpF基因的转录表达分析ꎮ 该载体系统的建立ꎬ为后续分析稻黄单
胞菌致病相关基因的表达调控提供了有效的工作系统ꎮ
关键词:水稻条斑病菌ꎻ gusA基因ꎻ hrpF基因ꎻ 基因表达ꎻ 转录融合
Construction of two promoter ̄probe vectors suitable for pathogenicity ̄related gene
expression analysis in Xanthomonas oryzae pv. oryzicola  ZHAO Zheng ̄huiꎬ XIONG Liꎬ
SHEN Chun ̄weiꎬ SUN Qi ̄boꎬ ZOU Li ̄fangꎬ CHEN Gong ̄you  ( School of Agriculture and Biologyꎬ Shanghai Jiao
Tong Universityꎬ Shanghai 200240ꎬ China)
Abstract: Xanthomonas oryzae pv. oryzicola (Xoc)ꎬ a pathovar of X. oryzaeꎬ causes bacterial leaf streak
(BLS) of rice (Oryza sativa)ꎬ which is significant thread to rice production. In order to determine the pathoge ̄
nicity ̄associated gene expression and regulation accuratelyꎬ two promoter ̄probe vectorsꎬ pUTG01 and pUTG14ꎬ
were constructed. Each of them contained a promoter ̄probe cassette that consisted of terminatorsꎬ unique restric ̄
tion sites and a gusA reporter. To verify the effects of vectorsꎬ hrpF promoter of Xoc was cloned into pUTG01ꎬ
then the recombined plasmid was transformed into the hrpX mutant RΔhrpX of Xoc RS105 strain. GUS activity
assay demonstrated that hrpF expression was dramatically reduced in the hrpX mutantꎬ being consistent with the
previous conclusion that the expression of hrpF was positively regulated by HrpX. This confirmed that the
promoter ̄probe vectors constructed in this study were effective tools for gene transcriptional analysis. Finallyꎬ by
using a two ̄plasmid ̄compatible strategyꎬ the complementation of hrpX mutant with a functional hrpX construct
and GUS activity measurement was accomplished to detect the hrpF transcriptional expression in the complemen ̄
ted strain. Thereforeꎬ these two vectors would provide a technical support to facilitate investigation of pathoge ̄
nicity ̄associated gene expression and regulation in X. oryzae.
Key words: Xanthomonas oryzae pv. oryzicolaꎻ gusA geneꎻ hrpF geneꎻ gene expressionꎻ transcriptional fusion
中图分类号: S432. 42          文献标识码: A          文章编号: 0412 ̄0914(2014)05 ̄0504 ̄08
 
  5期 赵征慧ꎬ等:2个适于水稻条斑病菌致病相关基因转录表达分析的启动子探针载体的构建
    细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzae pv. oryz ̄
icolaꎬ Xoc)为稻黄单胞菌种下的致病变种ꎬ引起细
菌性条斑病(bacterial leaf streakꎬ BLS)ꎬ是水稻上重
要的细菌病害[1]ꎮ 该病原菌从水稻叶片的气孔侵入
水稻组织ꎬ在组织中繁殖和扩增ꎬ表现明显的病害症
状ꎬ整个病程(pathogenesis)需要表达各种毒性相关
的因子ꎬ依靠一个可调控的毒性网络进行协调[2ꎬ3]ꎮ
毒性调控网络的解析需要灵敏和高效的基因转录融
合表达体系ꎬ以揭示基因表达和调控的机制ꎮ
    启动子探针载体(promoter ̄probe ̄vector)是研
究基因转录融合表达的遗传操作工具[4]ꎮ 这类载
体包含一些相同的元件:(1)不含有启动子的报道
基因ꎬ其表达容易进行定量检测[4]ꎻ(2)启动子上游
具有多克隆位点ꎬ已知启动子或者一些未知功能的基
因组片段能够克隆在该区域[4]ꎻ(3)多克隆位点上游
含有终止子片段ꎬ能够消除载体旁侧序列通读转录
(read ̄through transcriptional)造成报道基因高背景水
平的表达[4~6]ꎮ 另外ꎬ高效的基因转录融合表达体系
需要启动子探针载体在宿主菌中能够稳定复制[4]ꎮ
    目前ꎬ已有的启动子探针载体大多数以 lacZ
或 gfp为报道基因ꎬ仅能在 E. coli 中复制ꎬ不能在
稻黄单胞菌中使用[6]ꎬ一些具有广泛宿主(broad ̄
host ̄range)的启动子载体如 pPROBE 系列[4]ꎬ以
gfp为报道基因ꎬ能够成功导入 Xoc 中ꎬ但是在没
有抗生素选择压力下ꎬ不能够稳定遗传ꎬGFP 的荧
光定量测定容易受细菌胞外黄色素的干扰ꎮ
pLAFR1载体以 gusA 为报道基因ꎬ适合于野油菜
黄单胞菌ꎬ但不能有效转移至稻黄单胞菌中[7ꎬ8]ꎮ
一些克隆载体如 pUFR034、pHM1、pML123 和 pB ̄
BR1MCS系列在稻黄单胞菌中能够稳定复制ꎬ但
是这些载体不具备转录融合元件[9~12]ꎮ
    为了整合上述启动子探针载体所需的重要特
点ꎬ本研究利用 gusA为报道基因ꎬ构建了启动子探
针载体ꎬ成功建立了一套适用于 Xoc的基因融合转
录表达的体系ꎮ
1  材料与方法
1.1  菌株和质粒
    本研究所用的质粒和菌株见表 1ꎮ 大肠杆菌
Table 1  Strains and plasmids used in this study
Strain and plasmid Relevant characteristics Source
Xanthomonas oryzae pv.oryzae
RS105 Xoc wild type strainꎬ Chinese race 2ꎻ Rif r This lab
RΔhrpX The hrpX deletion mutant of RS105ꎻ Kmr This lab
Escherichia coli
EC100D+ EC100 derivativeꎬ pir+ Epicentre Technologies
Plasmids
pMD18 ̄T simple TA cloning vectorꎬ pUC derivativeꎻ Apr TaKaRa
pUFR034 IncWꎬ mob+ꎬ lacZa+ꎻ Kmr [9]
pUFRgus Promoterless gusA cloned in pUFR034 by EcoR I and Kpn I This study
T ̄T0T1gus Promoter probe cassette T0T1 ̄MCS ̄gusA cloned in pMD18 ̄T simpleꎻ Apr This study
T ̄T14gus Promoter probe cassette (T1) 4  ̄MCS ̄gusA cloned in pMD18 ̄T simpleꎻ Apr This study
T ̄gus Promoterless gusA cloned in pMD18 ̄T simpleꎻ Apr This study
Ts ̄T0T1gus Promoter probe cassette T0T1 ̄MCS ̄gusA cloned in pMD18 ̄T simpleꎻ Apr This study
Ts ̄T14gus Promoter probe cassette (T1) 4  ̄MCS ̄gusA cloned in pMD18 ̄T simpleꎻ Apr This study
pPROBE ̄NT Promoter ̄GFP reporter plasmidꎻ Kmr This study
pUTG01 Promoter probe cassette T0T1 ̄MCS ̄gusA cloned in pUFR034ꎻ Kmr This study
pUTG ̄hrpF The hrpF promoter cloned in pUTG01ꎻ Kmr This study
pUFG ̄hrpF The hrpF::gus frusion cloned in pUFR034ꎻ Kmr This study
pUTG14 Promoter probe cassette (T1) 4  ̄MCS ̄gusA cloned in pUFR034ꎻ Kmr This study
pUC18T ̄mini ̄Tn7T ̄Gm Cloning vector with T0T1 terminatorꎻ Gmr [14]
pMLhrpXoc The hrpX complementary fragment cloned in pML123 by Hind III and Xho Iꎻ Gmr This study
pNG The gusA gene replacing the gfp gene in pPROBE ̄NT by Nde I siteꎻ Kmr This study
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植物病理学报 44卷
EC100D+置于 LB 培养基中生长ꎬ最适宜生长温度
为 37℃ꎬ黄单胞菌株于 NA、NB 或者 XOM3[13]培
养基中生长ꎬ最适生长温度为 28℃ꎮ 相应的抗生
素浓度: ampicillin ( Ap100 μg / mL )、 kanamycin
(Km 20 μg / mL)和 gentamycin (Gm 10 μg / mL)ꎮ
本研究所用的限制性内切酶、 EX ̄Taq 酶和
T4 ̄DNA连接酶均购于 TaKaRa 公司 ( Dalianꎬ
China)ꎮ
1.2  引物设计与合成
    根据 Xoc RS105 菌株 hrp 基因簇序列(Gen ̄
Bank: AY875714)设计 hrpF 启动子的引物ꎬ所有
引物的合成均在生工生物工程(上海)有限公司进
行ꎮ 引物序列见表 2ꎮ
1.3  启动子探针元件的构建
    以 gusN ̄F 和 gusN ̄R 为引物ꎬ以 pK18mobGII
质粒 DNA 为模版ꎬPCR 扩增出 1.8 kb 的 gusA 基
因片段ꎬ经 Nde I酶切后克隆在经过相同酶处理的
pPROBE ̄NT 载体上ꎬ获得重组载体 pNGꎮ 以
T0T1 ̄F和 T0T1 ̄R 为引物ꎬ以载体 pUC18T ̄mini ̄
Tn7T ̄Gm 的质粒 DNA 为模版[14]ꎬ PCR 扩增出
308 bp的终止子片段 T0T1ꎬ以 T1 ̄F 和 T1 ̄R 为引
物ꎬ以载体 pPROBE ̄NT的质粒 DNA 为模版ꎬPCR
扩增出 934 bp 的终止子片段(T1) 4ꎮ 将 T0T1 和
(T1) 4片段分别与 pNG 的 2. 1 kb 的 H ̄gus ̄H 片
段ꎬ通过 Hind III 酶切位点进行融合ꎬ获得融合片
段 T0T1∷gus和(T1) 4∷gus(图 1 ̄B)ꎮ 以 T0T1 ̄F
和 gus ̄R为引物ꎬ以 T0T1∷gus融合片段作为 PCR
的模版ꎬ获得 PCR 产物ꎬ克隆在 pMD18 ̄T simple
载体上ꎬ获得重组载体 T ̄T0T1gusꎻ以 T1 ̄F 和 gus ̄
R为引物ꎬ以 T14∷gus 融合片段作为 PCR 的模
版ꎬ PCR 产物克隆在 pMD18 ̄T simple 载体上ꎬ获
得 T ̄T14gusꎮ T ̄T0T1 gus 和 T ̄T14gus 包括转录
载体所需的基本元件(图 1 ̄B)ꎮ
1.4  启动子探针载体的构建
    利用 gus ̄F 和 gus ̄R 为引物ꎬ以 pPROBE ̄NT
的质粒 DNA为模版ꎬPCR扩增出不含有 EcoR I和
Kpn I位点的 gusA基因片段ꎬ通过 Sma I 和 Kpn I
位点替换 T ̄T0T1 gus 和 T ̄T14gus 载体上相应的
gusA基因片段ꎬ获得新的转录表达元件载体
T ̄T0T1 gus和 Ts ̄T14gusꎮ 利用 EcoR I和 Kpn I酶
切位点ꎬ将 Ts ̄T0T1gus 和 Ts ̄T14gus 的转录元件
克隆在 pUFR034 载体上ꎬ获得启动子探针载体
pUTG01和 pUTG14ꎮ
1.5  GUS活性的测定
    待测菌株单菌落接种于 5 mL 含相应抗生素
的 NB液体ꎬ振荡培养至 OD600>1.0ꎻ10%转接至新
鲜的 NB培养液中ꎬ振荡培养至 OD600约 1.5ꎬ收集
2 mL 菌液ꎬ10 000 r / min离心 1 minꎬ去除培养液ꎬ
Table 2  Primers used in this study
Primer Sequence 5′ ̄3′ ( restriction sites underlined)
T0T1 ̄F AGAGAATTCGACTCCTGTTGATAGATCCAG
T0T1-R AGTAAGCTTGGCGGATTTGTCCTACTCAG
T1 ̄F ACTGAATTCTGTTGGGAAGGGCGATCGGTG
T1 ̄R GGCATGCAAGCTTCCGATCCCCAATTCCTG
gusN ̄F AAACATATGATGTTACGTCCTGTAGAAAC
gusN ̄R AACCATATGTCATTGTTTGCCTCCCTGCT
gus ̄F ATACCCGGGCCTAACTAACTAAAGATTAA
gus ̄R AACGGTACCTCATTGTTTGCCTCCCTGCT
hrpFp ̄F ATAGCATGCATCGCGTTGATTCAGTGC
hrpFp ̄R GCGGTCGACGGTATCCATCGTCGATGGC
hrpXoc com ̄F AGTAAGCTTATGACAAATTCCATTG
hrpXoc com ̄R GTTCTCGAGCTGAATCATCCGCCGACAA
605
 
  5期 赵征慧ꎬ等:2个适于水稻条斑病菌致病相关基因转录表达分析的启动子探针载体的构建
Fig. 1  Schematic map of the constructions of promoter probe cassette
  A: Sketch map of the promoter probe cassette. The gray boxes represent the terminator (Ter)ꎬ black line indicates the
multiple cloning site (MCS)ꎬ the gray small circle indicates the ribosome binding site (RBS)ꎬ the white arrow
indicates the promoterless reporter gene (Rep gene)ꎻ B: Sketch map of promoter probe cassette of T ̄T0T1gus and
T ̄T14gus. T0 and T1 indicate the bacteriophage lambda T0 terminator and E. coli rrnB T1 terminatorꎬ individuallyꎻ
C: A modified pUC18 polylinker in Ts ̄T0T1gus and Ts ̄T14gus. The EcoR I and Kpn I sites have been deletedꎻ
D: The agarose gel electrophoresis of the Ts ̄T0T1gus and Ts ̄T14gus plasmids digested by Hind IIIꎬ
EcoR I and Kpn I. M: The λ ̄EcoT14I digested DNA marker (TaKaRa)ꎬ Lane 1: Ts ̄T0T1gusꎬ Lane 2 : Ts ̄T14gus.
ddW洗涤沉淀 1次后收集菌体ꎮ 500 μL XOM3悬
浮ꎬ调菌液 OD600至 0.3ꎬ 诱导培养 4 hꎬ然后加 500
μL 的 2 × sonic buffer ( 20 mmol / L Tris ̄HCl、 10
mmol / L β ̄巯基乙醇、 5 mmol / L EDTA 和 1%
Triton X ̄100)振荡混匀ꎻ液氮中反复冻融 5 次ꎬ以
完全裂解细胞ꎬ4℃12 000 r / min 离心 15 minꎻ 取
5 μL上清液加入 45 μL assay buffer(50 mmol / L
Na3PO4、1 mmol / L 4 ̄MUG、10 mmol / L β ̄巯基乙
醇和 0.1% Triton X ̄100)ꎬ37℃反应 1 hꎻ取 10 μL
反应液加入 90 μL Na2CO3(0.2 mol / L)终止反应ꎬ
在荧光光度分析仪中测定吸光值ꎬ根据标准曲线公
式 X=(测量值+1670.5) / 414.71ꎬX 为酶活性值ꎬ
计算出酶活性ꎬ单位为 U / OD600 / hꎮ
2  结果
2.1  转录融合表达元件的构建
    转录融合表达元件是进行基因表达和调控研
究最基本的工具[4]ꎬ主要包括转录终止子( termi ̄
natorꎬ Ter)、多克隆位点 (multiple cloning siteꎬ
MCS)、核糖体结合位点 ( ribosome binding siteꎬ
RBS)和不含有启动子的报道基因 ( promoterless
reporter geneꎬ Rep gene)四部分(图 1 ̄A)ꎬRBS 位
于起始密码子 ATG 上游的序列ꎬ是核糖体 RNA
识别和结合的位点ꎮ
    本研究以 gusA 为报道基因ꎬ与启动子探针载
体 pPROBE ̄AT[4]的多克隆位点融合ꎬ分别在多克
隆位点上游与 T0T1 和 4 个拷贝的 T1 终止子
(T1) 4连接ꎬ构建了 2 种类型的转录融合表达元
件ꎬ克隆在 pMD18 ̄T simple(TaKaRa)载体上ꎬ获
得 2 种 TA 型启动子探针载体 T ̄T0T1gus 和
T ̄T14gus(图 1 ̄B)ꎮ 为便于将转录融合表达元件
克隆在水稻黄单胞菌常用的 pUFR034 载体上ꎬ去
除了多克隆位点中的 EcoR I 和 Kpn I 位点ꎬ获得
重组的 TA 型启动子探针载体 Ts ̄T0T1gus 和 Ts ̄
T14gusꎬ多克隆位点如图 1 ̄C 所示ꎬ通过 Hind III、
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植物病理学报 44卷
EcoR I和 Kpn I 3 种限制性内切酶酶切验证ꎬ电泳
后ꎬTs ̄T0T1gus得到载体片段(2.7 kb)、gusA 基因
片段(1.8 kb)和 T0T1 终止子片段(0.3 kb)(图 1 ̄
Dꎬ Lane1)ꎬTs ̄T14gus得到载体片段(2.7 kb)、gu ̄
sA基因片段(1.8 kb)和(T1) 4终止子片段(0.9 kb)
(图 1 ̄Dꎬ Lane2)ꎬ证明这 2种载体构建正确ꎮ
2.2  终止子的功能验证
    为了确定本研究中构建的终止子是否能够消
除 gusA 基因旁侧启动子对其转录表达的影响ꎬ将
不含有终止子元件的 gusA 基因构建在 pMD18 ̄T
simple 载体上ꎬ获得重组载体 T ̄gusꎮ 分别将
T ̄T0T1gus、T ̄T14gus 和 T ̄gus 的构建ꎬ转入不含
有 GUS活性的大肠杆菌 EC100D+中ꎬ进行 GUS活
性的定量测定ꎬ测定结果显示ꎬT ̄gus 菌株具有较
高的 GUS 活性ꎬ说明载体上的启动子( lacZ)对
gusA基因的表达有启动作用ꎬ含有终止子元件的菌
株 T ̄T0T1gus、T ̄T14gus 和对照菌株 EC100D+一
样ꎬ仅有极微弱的 GUS活性(图 2)ꎬ表明终止子元
件 T0T1和 T1能够有效消除载体上 lacZ启动子对
gus基因表达的影响ꎬ证明本研究构建策略可行ꎮ
Fig. 2  Elimination of read ̄through transcrip ̄
tion upstream of the gusA gene in
promoter probe cassette by the T0T1
and (T1) 4 terminator
Transcriptional level of the gusA gene in EC100D+ strains
containing T ̄T0T1gusꎬ T ̄T0T1gus and T ̄gus was measured
by GUS activityꎬ respectively. EC indicates the EC100D+ .
Similar results have been observed in two individual experi ̄
ments with three replicates.
2.3  启动子探针载体 pUTG01和 pUTG14的构建
    为了实现转录融合表达元件在稻黄单胞菌体
系中的应用ꎬ利用 EcoR I 和 Kpn I 酶切位点ꎬ将
Ts ̄T0T1gus和 Ts ̄T1gus相应的转录表达元件克隆
在 pUFR034载体上ꎬ获得 Xoo 和 Xoc 通用的启动
子探针载体 pUTG01 和 pUTG14ꎮ 将不含有 T0T1
终止子元件的 gusA 基因克隆在 pUFR034 载体上ꎬ
获得重组载体 pUFRgusꎮ 将 pUTG01 和 pUFRgus
导入 Xoc野生型菌株 RS105 中ꎬGUS 活性定量测
定结果显示ꎬ含有 pUFRgus 的 Xoc 菌株的 GUS 活
性比含有 pUTG01 高(图 3)ꎬ暗示在 pUFR034 载
体上ꎬ其他具有启动子活性的片段会干扰 gusA 基
因的表达ꎬ在 pUTG01载体上ꎬT0T1终止子元件能
够有效消除其他启动子对 gusA基因转录表达的影
响ꎮ
Fig. 3  Elimination of read ̄through transcrip ̄
tion upstream of the gusA gene in
promoter probe vector pUTG01 by the
T0T1 terminator
Transcriptional level of the gusA gene in Xoc wild type strains
containing pUFRgus and pUTG01 was measured by GUS
activityꎬ respectively. Similar results have been observed in
two individual experiments with three replicates.
Values of mean are an average GUS activity of three
replicates with standard deviations ( SD) . Asterisk indicates
statistically significant differences in GUS activity between the
wild ̄type strain RS105 containing pUFRgus and pUTG01
(P < 0.01ꎬ Student’s t test) .
805
 
  5期 赵征慧ꎬ等:2个适于水稻条斑病菌致病相关基因转录表达分析的启动子探针载体的构建
2.4  水稻黄单胞菌 hrp基因转录表达体系的建立
    选取 Xoc 的 hrpF 启动子ꎬ构建在 pUTG01 的
多克隆位点上ꎬ获得重组构建 pUTG ̄hrpFꎬ同时将
不含有终止元件的 hrpF∷gusA融合片段也构建在
pUFR034上ꎬ获得重组构建 pUFG ̄hrpFꎮ 在 hrp 诱
导培养基 XOM3中诱导表达 4 hꎬGUS活性测定的
结果显示ꎬXOM3能够显著诱导 hrpF基因表达ꎬ不
含有终止子元件的 pUFG ̄hrpF 构建中ꎬhrpF 基因
的表达比在含有终止子元件的 pUTG ̄hrpF 构建中
提高了 5 倍(图 4 ̄A)ꎬ这暗示在 XOM3 诱导条件
下ꎬ终止子元件能够有效消除外围启动子对 hrpF
基因的表达ꎮ
    在植物病原黄单胞菌中ꎬhrp 调控子 HrpXꎬ能
够特异性调控启动子区含有 PIP ̄box (plant induci ̄
ble promoter box)的基因[15]ꎮ hrpF 基因启动子区
含有完整的 PIP ̄box 结构域[16]ꎬ为了验证本研究
构建的启动子探针载体的有效性ꎬ将 pUTG ̄hrpF
的构建导入 Xoc 的 hrpX 突变体 RΔhrpX 中ꎬGUS
活性定量测定的结果显示ꎬhrpF 基因的 GUS 活性
在 hrpX 突变体 RΔhrpX 中显著下降(图 4 ̄B)ꎬ同
时荧光定量 PCR 的结果也显示ꎬ hrpF 基因的
mRNA在 hrpX 突变体也显著降低(图 4 ̄C)ꎬ以上
证明 HrpX 正调控 hrpF 基因的表达ꎬ与已有的研
究结果一致ꎬ表明本研究中构建的启动子探针载体
在水稻黄单胞菌中可以有效利用ꎮ
2.5  双质粒兼容共存的功能互补策略
    在基因表达、调控和功能研究中ꎬ功能互补构
建是重要的遗传操作ꎬ为了同时在突变体菌株中实
现功能互补和基因表达水平的定量检测ꎬ本研究将
含有 hrpX 的功能片段ꎬ构建在广泛宿主( broad ̄
host ̄range ) 载 体 pML123 上ꎬ 获 得 重 组 载 体
pML ̄hrpXocꎬ将其构建导入含有 pUTG ̄hrpF 质粒
的 RΔ hrpX中ꎬ在 NA+Km+Gm的平板上能够筛选
到转化子ꎬ说明这 2 种质粒具有兼容性ꎬ能够在
Xoc 菌株中共存ꎮ 在 XOM3 诱导培条件下ꎬGUS
活性定量测定结果显示ꎬpML ̄hrpXoc构建的导入ꎬ
能够恢复 hrpF 基因的 GUS 活性ꎬ且 GUS 活性较
野生型菌株增加了 3倍(图 5 ̄A)ꎬ同时将互补菌株
注射接种于感病水稻 IR24 的叶片中ꎬ能够恢复
hrpX突变体的表型至野生型水平(图 5 ̄B)ꎬ说明在
Xoc菌株中导入 2种质粒的策略可行ꎬ证明本研究
hrp基因转录表达体系能够有效运行ꎬ为后续水稻
黄单胞菌 hrp调控网络的解析提供了技术支持ꎮ
Fig. 4  Promoter activity of hrpF in wild ̄type RS105 and the hrpX mutant RΔhrpX in XOM3
A: promoter activity of hrpF with and without T1 terminator in wild ̄type strain. Asterisk indicates statistically significant
differences in GUS activity between the wild ̄type strain RS105 (hrpF::gus) with and without T0 terminator (P< 0.01ꎬ
Student’s t test). B: promoter activity of hrpF in wild ̄type strain and the hrpX mutant RΔhrpX in hrp inducible medium
XOM3. C: Expression ratios of hrpF mRNA in the hrpX mutant RΔhrpX compared to those of the wild type in rice tissue by
RT ̄PCR. Asterisk indicates statistically significant differences in GUS activity between the wild ̄type strain RS105 and the
hrpX mutant RΔhrpX (P< 0.01ꎬ Student’s t test).Similar results have been observed in two individual experiments with
three replicates. Values of mean are an average GUS activity of three replicates with standard deviations (SD).
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植物病理学报 44卷
Fig. 5  Complementation of the hrpX mutant using a two ̄compatible plasmids strategy
A: Promoter activity of hrpF in wild ̄type RS105ꎬ the hrpX mutant and the hrpX complemented strain in XOM3. Tran ̄
scriptional level of the gusA gene in wild ̄type RS105ꎬ the hrpX mutant RΔhrpX and the hrpX complemented strain was
measured by GUS activityꎬ respectively. Similar results have been observed in two individual experiments with three
replicates. Values of mean are an average GUS activity of three replicates with standard deviations (SD) . Asterisk indi ̄
cates statistically significant differences in GUS activity between the wild ̄type strain RS105 and the complemented strain
(P< 0.01ꎬ Student’s t test) . B: Water soaked symptoms in leaves of the susceptible rice cultivar IR24 after
inoculation with wild ̄type strain and the hrpX mutant and the hrpX complemented strain.
3  讨论
    本研究利用 gusA 为报道基因ꎬ构建了 2 个适
用于水稻黄单胞菌的启动子探针载体ꎬ将 Xoc 的
hrpF 基 因 启 动 子 构 建 在 启 动 子 探 针 载 体
pT0T1gus上ꎬ能够验证 hrpF 基因的表达受 HrpX
正调控ꎬ通过双质粒兼容共存的策略ꎬ能够同时在
hrpX突变体中实现 hrpX 基因的功能互补和通过
GUS活性定量测定其下游调控基因的转录表达ꎬ
建立了一套适用于 Xoc的基因转录表达的体系ꎮ
    解析基因转录表达和调控的机制ꎬ具有转录融
合元件的启动子探针载体是重要的遗传操作工
具[4]ꎬ稻黄单胞菌存在严格的限制性修饰系统ꎬ仅
限一些广泛宿主载体 (如 pUFR034、 pHM1、
pML123、pBBR1MCS系列)能够成功导入ꎬ稳定复
制ꎬ且这些载体为克隆载体ꎬ不具备转录融合元
件[9~12]ꎮ 启动子探针载体 pPROBE ̄AT 以 gfp 为
报道基因ꎬ已在 Dickeya dadantii 3937 成功应用于
hrpL、 hrpS 和 hrpA 的调控子筛选[15ꎬ17ꎬ18]ꎬ 因
pPROBE ̄AT含有 Cb 抗性基因ꎬ而大多数 Xoc 菌
株(如 RS105)携带 Cb 抗性基因ꎬ不能实现在 Xoc
的应用ꎮ 本研究选取了具有 Km 抗性基因的
pPROBE ̄NT载体[4]ꎻ该载体能够导入 Xoc 中ꎬ但
是不能够稳定复制ꎬ在 XOM3 培养条件下ꎬ质粒容
易丢失(未公布资料)ꎮ 为了获得适用于 Xoc 的启
动子探针载体ꎬ本研究分别将来自 pUC18T ̄mini ̄
Tn7T ̄Gm载体的 T0T1 终止子和来自 pPROBE ̄
NT的(T1) 4终止子与多克隆位点和 gusA 报道基
因融合ꎬ构建了转录融合表达元件ꎬ将这个元件构
建在 pUFR034 载体上ꎬ获得了启动子探针载体
pT0T1gus和 pT14gusꎬ这些载体保留了 pUFR034
载体的遗传特性ꎬ在稻黄单胞菌中能稳定复制ꎻ具
备了启动子探针载体必须的各要素ꎻ报道基因 gu ̄
sA的表达能够定量测定ꎬ简化了操作程序ꎮ
    启动子探针载体终止子元件的作用在于消除
报道基因上游区域造成的通读转录( read ̄through
transcriptional)影响[4]ꎮ 首先ꎬ将转录融合元件克
隆在 TA载体上ꎬ在没有 GUS 活性背景的 E. coli
和 Xoc菌株中ꎬ通过 GUS活性的定量测定ꎬ观察到
T0T1和(T1) 4终止子能够有效消除载体上 lacZ启
动子对下游 gusA 基因的转录表达(图 2)ꎻ将 Xoc
的 hrpF启动子构建在 pT0T1gus载体上ꎬ导入 Xoc
野生型中ꎬ在 hrp 诱导条件下ꎬ也观察到 T0T1 终
止子能够降低 hrpF 基因的背景表达ꎬ这些证据暗
示本研究构建的启动子探针载体策略正确ꎮ 将含
有 hrpF启动子的探针载体导入 hrpX 突变体 RΔ
hrpX中ꎬGUS活性测定结果显示ꎬhrpF 基因的表达
在 RΔhrpX中显著减低ꎬ验证了 hrpF受 HrpX正调
控ꎬ证明该载体可有效实现基因的转录表达ꎮ 另
外ꎬ双质粒兼容共存的策略能够实现基因的功能互
015
 
  5期 赵征慧ꎬ等:2个适于水稻条斑病菌致病相关基因转录表达分析的启动子探针载体的构建
补和通过 GUS 活性定量测定目的基因的转录表
达ꎬ为后续解析毒性相关基因调控网络的机制提供
了简便和有效的技术方法ꎮ
    在选择合适的启动子探针载体时ꎬ报道基因的
敏感性也是一个主要的考虑因素ꎬ需要杜绝宿主菌
株的背景表达造成报道基因的检测干扰[4]ꎮ 如
Dickeya dadantii 3937 含有 lacZ 基因ꎬ不能以其作
为报道基因ꎻ稻黄单胞菌胞外的黄色素容易干扰
GFP荧光定量测定(未发表资料)ꎮ 载体的拷贝数
会影响报道基因的检测结果ꎬ如载体为低拷贝时ꎬ
微弱的待测启动子可能造成报道基因的表达落在
能够定量检测的水平以下[4]ꎮ
    随着毒性功能基因的挖掘ꎬ毒性调控因子的筛
选在绘制整个毒性调控网络中起重要的作用ꎮ 在
本研究的基础上ꎬ利用构建的启动子探针载体ꎬ构
建融合表达体系ꎬ在 Xoo 菌株中成功筛选到多个
hrp调控子(另文发表)ꎬ为后续毒性调控网络的解
析ꎬ提供了新的基因资源ꎮ
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责任编辑:于金枝
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