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Cloning and identification of APX gene from Isatis indigotica

菘蓝APX基因克隆及序列分析



全 文 :广 西 植 物 Guihaia 32(3):367-370                       2012年5月 
DOI:10.3969/j.issn.1000-3142.2012.05.017
菘蓝APX基因克隆及序列分析
孙晓东*,李爱玲,韩立敏
(陕西教育学院 生物科学与技术系,西安710061)
摘 要:为进一步研究菘蓝APX基因的功能,构建了菘蓝APX 基因真核表达载体。从菘蓝植株中提取总
RNA,逆转录为cDNA,根据APX基因在该类植物中的同源性设计简并引物,利用PCR方法钓取目的基因,
将目的基因与T载体连接,PCR检测阳性克隆,同时菌液送往测序公司进行测序。结果表明:测序片段的生
物信息学分析证实了该序列与GenBank登录的APX基因一致。说明成功构建了菘蓝APX重组质粒和克隆
鉴定了菘蓝APX基因,可进一步用于基因表达和表达产物的功能研究。
关键词:菘蓝;APX基因;真核表达载体;基因克隆
中图分类号:Q943,J522.3  文献标识码:A  文章编号:1000-3142(2012)03-0367-04
* Cloningand identification of APX
gene fromIsatis indigotica
SUN Xiao-Dong*,LI Ai-Ling,HAN Li-Min
(Department of Biological Science and Technology,Shaanxi Institute of Education,Xi′an 710061,China)
Abstract:To construct the recombinant eukaryotic expression plasmid of pTZ57R/T/APX.APXgene was amplified
from the genomic DNA of Isatis indigotica by polymerase chain reaction(PCR).APXgene was then inserted into
pTZ57R/T eukaryote expression vector.The positive colonies were screened and identified by PCR and sequencing.
The specific gene APXwhich was about 1 257bp,was successfuly amplified and pTZ57R/T-APX were constructed.
The DNA sequence of APXgene was as the same as the APXgene nucleotide sequences published in Genebank.
pTZ57R/T-APX recombinant was successfuly constructed.And the construction provides the basis for the further stud-
y.
Key words:Isatis indigotica;APXgene;eukaryote expression vector;gene cloning
  菘蓝(Isatis indigotica)主产于河北、江苏、浙
江、河南、湖北等地,为十字花科(Cruciferae)菘蓝属
(Isatis)两年生草本植物,是目前常用的大众药材,
干燥根入药称板蓝根(Radix Isatidis),干燥叶入药
称大青叶(Folium isatidis),板蓝根和大青叶都具
有清热解毒、凉血、消斑的功效(李玲等,1996)。菘
蓝的有效成分能较好地抑制甲型流感病毒的增殖,
是一种有效的抗流感病毒的中药成分(Zheng等,
2006)。
需氧生物细胞在其代谢过程中总会产生一些有
毒害作用的活性氧物质。活性氧可引起蛋白质、膜
脂和其它细胞组分的损伤,进而导致细胞及组织死
亡。因此,植物本身会逐步地产生一些保护机制来
清除过多的活性氧,包括超氧化物歧化酶、抗坏血酸
过氧化物酶、过氧化氢酶、抗坏血酸等活性和含量的
调节。抗坏血酸过氧化物酶(ascorbate peroxidase,
APX)是植物活性氧代谢中重要的抗氧化酶之一,
又是维生素C代谢的主要酶类。若使其活性极显
* 收稿日期:2012-01-24  修回日期:2012-04-18
基金项目:陕西省教育厅科研计划项目(09JK341);陕西教育学院科研基金(11KJ006)[Supported by the Scientific Research Project of Shaanxi
Provincial Department of Education(09JK341);Scientific Research Fund Project of Shaanxi Institute of Education(11KJ006)]
作者简介:孙晓东(1962-),女,陕西西安人,副教授,主要从事植物生理学教学及相关研究工作,(E-mail)sxd62@163.com。
*通讯作者(Author for correspondence)
著升高,则可使超氧阴离子自由基(O-2.)产生速率极
显著下降,脂质过氧化作用减弱,从而提高植物体内
抗氧化酶活性及增强抗氧化代谢的水平(Asada,
1992)。APX主要存在于高等植物中,已发现APX
存在于菠菜、豌豆、浮萍、美国梧桐、棉花、黄瓜、蓖麻
子、向日葵、茶叶、小麦、大麦、玉米、烟草、西葫芦等
植物的叶片中,同时在豆科植物的根癌、蓖麻等油料
植物种子、马铃薯块茎以及藻类(真核藻类及某些蓝
藻)中均检测出 APX活性(Ishikawa等,2008),但
在菘蓝中尚无该基因的报道。同时,APX在植物中
的克隆和鉴定也缺乏相关的研究。因此,本研究通过
基因工程的方法利用pTZ57R/T载体构建了菘蓝
APX基因的重组质粒,克隆和鉴定菘蓝的APX 基
因,为研究菘蓝APX基因功能奠定基础。
1 材料与方法
1.1材料与主要试剂
供试菘蓝购自西安市长安区;菘蓝基因组
DNA;pTZ57R/T质粒;感受态细菌E.coli,DH5α
均为本实验室保存。
T4DNA 连接酶 (TaKaRa);DNA Marker:
D2000(TIANGEN 有 限 公 司);琼 脂 糖 (GENE
TECH);Taq DNA聚合酶(TaKaRa);卡那霉素(使
用浓度100U/mL);DNA 凝胶回收试剂盒(Gel
Extraction Kit,Fermentas公司产品)。
1.2试验方法
1.2.1 APX目的基因的扩增 选取新鲜、茁壮的菘
蓝叶片,采用 TRIZOL方法(GIBCO BRL,Gaith-
ersburg,MD,USA)提取总 RNA,逆转录合成cD-
NA。根据 GenBank提供的APX 基因序列,应用
Primer Premier 5软件设计一对简并引物,P1序列
为5′-ATGGGKNAARWNYTAYCCNACYGT-3′;
P2序列为5′-TTAAGCNTCAGCAAANCCNAR-
TTCAGT-3′,引物由北京三博远志生物技术有限公
司合成。
利用P1和P2引物进行PCR扩增,扩增体系
为50μL,包括2×Dream Taq Green PCR Master
Mix 25μL;上游引物、下游引物各1μL;DNA 1
μL;ddH2O21μL。采用退火梯度,优化PCR反应
条件,应程序为94℃预变性5min;95 ℃变性1
min;55-56-57-58-59-60-61-62℃退火1min;72℃
延伸1min;进行35个循环后,72℃继续延伸10
min,4℃保存扩增产物。扩增产物经1%琼脂糖
(含溴化乙锭0.5g/mL)电泳鉴定。
1.2.2pTZ57R/T-APX1的构建与鉴定
1.2.2.1回收酶切产物 PCR产物经1%琼脂糖电
泳,收集含DNA片段的凝胶切片至1.5mL离心
管,称重,加入等体积溶液BD;65℃水浴10min;凝
胶溶液置于 DNA纯化柱,静置2min,12 000r·
min-1离心60s,弃去滤液;加入溶液PE,12 000r·
min-1离心60s,弃去滤液;DNA纯化柱置于新离
心管;加入60℃预热的溶液E 100μL,静置2min,
12 000r·min-1离心60s,管底即为回收的DNA,
-20℃保存。回收的DNA经1%琼脂糖电泳鉴定。
1.2.2.2感受态细胞的制备 从37℃培养16h的
平板中挑取单菌落,转到一个含有100mL LB培养
基的摇瓶中。于37℃剧烈振摇培养3h(旋转摇床,
300r·min-1)。无菌条件下将细菌转移到一个无
菌、一次性使用的、用冰预冷的50mL聚丙烯管中,
在冰上放置10min,使培养物冷却至0℃。4℃,以
4 000r·min-1离心10min,回收细胞。倒出培养
液,将管倒置1min,使最后残留的痕量培养液流
尽。以10mL用冰预冷的0.1mol/L CaCl2 重悬每
份沉淀,冰浴。4℃以4 000r·min-1离心10min,
回收细胞。倒出培养液,将管倒置1min,使最后残
留的痕量培养液流尽。每50mL初始培养物用2
mL用冰预冷的0.1mol/L CaCl2 重悬每份细胞沉
淀。将细胞分装成小份,放于-70℃冻存。
1.2.2.3DNA连接及转化 利用Fermentas公司
产品PCR Cloning Kit进行,建立连接反应体系:5
×连接酶缓冲液6μL;T4连接酶1μL;Vector
pTZ57R/T 0.18pmol(3μL);胶回收的PCR产物
0.54pmol(5μL);加入三蒸水至30μL;22℃,连接
16h;次日将连接产物转化入感受态细胞接种到LB
固体选择性培养基(含卡那抗性100μg/mL)37℃
过夜,挑取在选择性培养基上生长的菌落制备菌液,
一部分作为模板用针对目的基因APX 的引物做
PCR,通过琼脂糖凝胶电泳鉴定阳性克隆,克隆阳性
的菌液送至生物公司进行序列测定。
2 结果与分析
2.1PCR扩增菘蓝茎叶APX基因
用P1和P2引物对APX 基因进行扩增,琼脂
糖电泳。图1显示57℃时扩增的条带最长,与预期
863 广 西 植 物                  32卷
图1 APX基因的PCR扩增产物
Fig.1 APXgene PCR amplification product
图2 重组质粒菌落PCR结果
Fig.2 Bacterial colony of Recombinant plasmid
1泳道为2 000bp DNA标准分子量 Marker;
其余泳道均为APX基因PCR扩增产物。
Lane 1:2 000bp DNA Marker;others:APXPCR products.
片段大小一致,有可能是我们需要钓取的基因
APX,胶回收该片段,准备连入T载体。
2.2pTZ57R/T/APX重组表达质粒构建与鉴定
用含氨苄青霉素的LB培养基筛选生长的菌落
制备菌液进行PCR,琼脂糖电泳初步筛选阳性克
隆,结果见图1。可见pTZ57R/T/APX阳性重组质
粒,经PCR扩增,随机挑选的10个单克隆中9个扩
增出目的片段。
2.3APX核苷酸序列分析
总共挑取了15个克隆,只有2个克隆的测序符
合PCR产物的长度;APX测序结果与Genbank登
录的APX基因碱基、氨基酸序列完全一致,并对其
ORF框进行分析,包含255个氨基酸,证实目的基
因已成功插入真核表达载体pTZ57R/T中。
3 结论与讨论
APX作为植物体内抗氧化酶类,其活性的增强
可植物增加耐逆性。转基因植物中APX的过量表
达可以提高转基因植物的抗性(Mittler等,2010)。
在棉花、拟南芥等植物中的研究表明,克隆APX 基
因并进行转基因后,可有效增加植物的耐逆性。例
图3 NCBI提供的ORF阅读框分析
Fig.3 The ORF analysis of APXfrom NCBI
如,拟南芥中tAPX的过量表达可增强对除草剂
(Paraquat)诱导的光合氧化胁迫和氧化氮诱导的细
胞死亡的抗性(Murgia等,2004)。此外,番茄中细
胞质APX(cAPX)基因的过量表达,可显著提高转基
因番茄的抗寒和抗盐能力(Wang等,2005)。辣椒
APX基因转入烟草,同样提高可转基因烟草的抗氧
9633期            孙晓东等:菘蓝APX基因克隆及序列分析
化胁迫与抗真菌能力(Sarowar等,2005)。因此,
APX基因在植物耐逆性的研究中有着重要的意义。
在分子克隆的过程中,利用Taq酶具有的非模
板依赖性末端转移酶活性,将PCR产物3′末端加入
一个脱氧腺嘌呤核苷(A)。同时将克隆载体平端线
性化后,在其3′末端加入一个脱氧胸腺嘧啶核苷
(T)(本研究中所用的pTZ57R/T载体已有商品化
供应)。从而根据T/A碱基互补配对原理,可以将
加A后的PCR产物直接克隆入T载体,这种方式
称为 TA 克隆 (于永利等,1994)。本研究利用
pTZ57R/T载体,利用TA克隆的方法成功地构建
了pTZ57R/T/APX重组质粒,为采用T载体克隆
其它目的基因扩增片断提供了经验;同时,菘蓝
APX基因重组质粒的构建,可为下一步深入研究
其作用机制及其临床应用奠定基础。
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