全 文 :第41卷 第10期
2013年10月
西北农林科技大学学报(自然科学版)
Journal of Northwest A&F University(Nat.Sci.Ed.)
Vol.41 No.10
Oct.2013
网络出版时间:2013-09-22 17:09
网络出版地址:http://www.cnki.net/kcms/detail/61.1390.S.20130922.1709.024.html
桉属植物内参基因的筛选及评估
[收稿日期] 2012-12-03
[基金项目] 广东省自然科学基金项目(10452404801004328,8152404801000011,S2012010008737);国家星火计划项目(2012GA780019,
2011GA780067)
[作者简介] 黄真池(1972-),男,湖南岳阳人,副教授,博士,主要从事植物生理生化及分子生物学研究。
[通信作者] 曾富华(1952-),男,湖南浏阳人,教授,博士,主要从事植物生理生化及天然产物研究。
黄真池1,欧阳乐军1,2,张 龙1,2,沙月娥1,2,曾富华1
(1湛江师范学院 生命科学与技术学院,广东 湛江524048;2湖南农业大学 生物科学与技术学院,湖南 长沙410128)
[摘 要] 【目的】分析桉属植物候选内参基因的表达稳定性,筛选合适的内参基因,为深入研究桉属植物愈伤
组织芽分化及体细胞胚胎发生过程中基因的表达变化提供参考。【方法】以尾巨桉、粗皮桉、尾叶桉的叶片及尾叶桉
的绿色、红色和白色3种愈伤组织为材料,提取其总RNA后逆转录得cDNA;分别将桉属植物actin基因和拟南芥ac-
tin基因的GenBank序列输入Primer3Plus软件,设计Real-time quantitative PCR(qPCR)引物,同时选择RTEF和
RARS为候选内参基因;以cDNA为模板进行qPCR,得4个候选内参基因的Ct值;并用RefFinder软件分析候选内
参基因的表达稳定性。【结果】RefFinder软件分析结果显示,4个候选内参基因RTEF、RARS、EACT、AACT的稳定
系数分别为1.189,1.861,2.828和3.224,基因表达稳定性由高到低依次为RTEF、RARS、EACT、AACT。【结论】以
RTEF为内参基因分析桉属植物的基因表达变化较为理想。
[关键词] 内参基因;桉属;愈伤组织;RefFinder软件
[中图分类号] S718.43 [文献标志码] A [文章编号] 1671-9387(2013)10-0067-06
Selection and evaluation of internal reference genes
in Eucalyptus species
HUANG Zhen-chi 1,OUYANG Le-jun1,2,ZHANG Long1,2,SHA Yue-e1,2,ZENG Fu-hua1
(1 Life Science and Technology School,Zhanjiang Normal University,Zhanjiang,Guangdong524048,China;
2 College of Bioscience and Technology,Hunan Agricultural University,Changsha,Hunan410128,China)
Abstract:【Objective】The suitable internal reference gene was selected from 4candidate internal ref-
erence genes by evaluating their expression stabilities.【Method】The total RNA extracted from 6 Euca-
lyptus tissues,including the Eucalyptus urophylla leaf,the Eucalyptus urophylla×Eucalyptus grandis
leaf,the Eucalipu pellidaleaf,and the green calus,the red calus and the white calus of Eucalyptus uro-
phylla,was used as template to get cDNA by reverse transcription PCR.4candidate internal reference
genes,including actin of Eucalyptus(EACT AB505624.1),actin of Arabidopsis(AACTNM_114519.2),
RTEF(EQ974103.1)and RARS(EQ973784.1)were used to perform the real-time quantitative PCR
(qPCR).Then,the Ct values of qPCR were analyzed by RefFinder software.【Result】The stability values
of 4candidate reference genes,RTEF,RARS,EACTand AACT,were 1.189,1.861,2.828and 3.224,re-
spectively.RTEFwas the most stable gene,and AACTtranscript showed maximum variation.【Conclu-
sion】RTEFgene was suitable for gene expression analysis as internal reference gene in Eucalyptus spe-
cies.
Key words:reference gene;Eucalyptus;calus;RefFinder software
DOI:10.13207/j.cnki.jnwafu.2013.10.028
实 时 定 量 PCR(Real-time quantitative PCR,
qPCR)灵敏度高、重复性好、特异性强,在低丰度RNA
的转录分析中优势明显。为了消除样品间因RNA提
取效率、RNA纯度及完整性不同造成的误差,采用
qPCR技术时需要使用内参基因进行相对定量分析。
目前,常被用作内参基因的管家基因有actin、tubulin、
ribosomal RNA和elongation factor 1-α等[1-3]。有报
道表明,这些管家基因在不同的试验条件下转录水平
有明显差异[4-6]。这种表达差异会影响qPCR分析的
准确性,甚至得出错误的结论[7-8]。
近年来,对一些模式植物,如拟南芥、烟草、水稻
等的内参基因表达的稳定性开展了较多研究[9-10],
但对木本植物的类似研究仅见葡萄、杨树和龙眼
等[11]。Fernández等[12]研究了蓝桉 (Eucalyptus
globulus)在冷驯化条件下6个基因的表达情况,发
现泛素蛋白基因和α-微管蛋白基因的表达最为稳
定。de Almeida等[13]报道,蓝桉插条生根时,不管
是否经生长素处理,组蛋白 H2B基因和α-微管蛋白
基因的表达最为稳定。Boava等[14]研究表明,巨尾
桉无性系在生物和非生物逆境条件下,延长因子2
基因和泛素蛋白基因的表达最为稳定。de Oliveira
等[8]的研究表明,蓖麻转录延伸因子-Ⅱ基因(Puta-
tive transcription elongation factors-Ⅱ,Ricinus
communis RTEF,GenBank:EQ974103.1)及其天
门冬氨酰-tRNA合成酶基因(Aspartyl-tRNA syn-
thetase,putative,Ricinus communis RARS,Gen-
Bank:EQ973784.1)在巨桉等6种桉树的叶片、木质
部和花器官等组织中的表达最为稳定。
桉树具有速生、丰产、轮伐期短等特点,是优良
的纸浆用材,经济效益显著[15]。目前,世界上已知
桉树有700多种。桉树中的尾巨桉、粗皮桉和尾叶
桉具有林相整齐、树干通直、木材蓄积量高等特点,
在我国华南地区栽种面积较大。目前,国内尚未见
基于qPCR技术筛选桉属内参基因,并分析其表达
稳定性的研究报道。因此,本研究以尾巨桉actin
基因和拟南芥actin基因作为2个候选内参基因;同
时,由于不同的组织器官、生长发育阶段、生物或非
生物胁迫和激素等都会影响内参基因的特异性表
达[16],故选用RTEF 和RARS 基因作为另外2个
候选内参基因;以尾巨桉、粗皮桉和尾叶桉3种桉属
植物的叶片和尾叶桉的绿色、红色和白色3种愈伤
组织为材料,分析4个桉属内参基因的表达稳定性,
尝试建立适用于分析桉树愈伤组织基因表达变化的
体系,为深入研究桉属植物愈伤组织芽分化及体细
胞胚胎发生过程中基因的表达变化提供参考。
1 材料与方法
1.1 材 料
供试材料包括温室栽培的2年生尾叶桉(Eu-
calyptus urophylla S.T.Blake)、尾巨桉(Euca-
lyptus urophylla×Eucalyptus grandis)和粗皮桉
(Eucalipu pellida)的成熟叶片,以及按文献[17]的
方法以尾叶桉实生苗下胚轴作为外植体培养获得的
绿色、红色和白色愈伤组织。
1.2 RNA提取与反转录
称取100mg新鲜叶片或愈伤组织块于液氮中
研磨成粉。先用1mL RNAiso-mate for Plant Tis-
sue处理,再按RNAiso Plus试剂的操作手册说明
提取总RNA,用非变性琼脂糖凝胶电泳(12g/L,6
V/cm,恒压)检测提取总 RNA 的品质。在10μL
反应体系中分别加入5×gDNA Eraser Buffer 2
μL,gDNA Eraser 1μL和总RNA 7μL,瞬时离心
混匀,室温反应5min,以去除总RNA中残存的基
因组DNA;然后在上述反应体系中依次加入5×
PrimeScript Buffer 4μL,PrimeScript RT Enzyme
MixⅠ1μL,RT Prime Mix 1μL和 RNAase-free
H2O 4μL,瞬时离心混匀,37℃反应15min,85℃
5s使酶失活,所得产物为初始cDNA,用于后续标
准曲线和基因表达稳定性的分析。所用试剂均为宝
生物工程(大连)有限公司产品。
1.3 引物设计及qPCR
根据尾巨桉actin基因(Eucalyptus grandis×
Eucalyptus urophylla mRNA,similar to actin se-
quence EACT,GenBank:AB505624.1)和拟南芥
actin基因(Arabidopsis thaliana actin-12mRNA,
complete cds AACT,NCBI Reference Sequence:
NM_114519.2)的序列,用Primer3Plus软件设计2
对引物。分别为:EACT(扩增268-510片段):
F.5′-gttggaatgggtcagaagga-3′,R.5′-ttcgaacatgattt-
gggtca-3′;AACT(扩增983-1039片段):F.5′-
acattgtgcttagtggtggca-3′,R.5′-caagatagagcctccgatc-
c-3′。参考de Oliveira等[8]的方法设计2对引物,
分别为RTEF(GenBank:EQ974103.1):F.5′-tc-
caatccgagtcgctgtcattgt-3′,R.5′-tgatgagcctctctggttt-
gacct-3′;RARS(GenBank:EQ973784.1):F.5′-
agaggtgaaattccagaagcccgt-3′,R.5′-cttccctttggcttc-
cgccaatta-3′。取3种桉树叶片和尾叶桉的3种愈伤
组织材料初始cDNA各30μL,等体积混合得cD-
86 西北农林科技大学学报(自然科学版) 第41卷
NA母液,设其模板数为105 拷贝。再取30μL cD-
NA母液进行10倍梯度稀释,设其模板数分别为
104,103,102,101 拷贝。以梯度稀释的cDNA溶液
作模板,进行qPCR扩增。qPCR反应仪器为Chro-
mo 4TMSystem(Bio-Rad)。qPCR反应体系为:iQTM
2×SYBR Green Supermix(2×Mix for Real-time
PCR,Bio-Rad)12.5μL,10μmol/L的上、下游引物
各1μL,ddH2O 8.5μL,模板2μL,总体积为25
μL。扩增程序:94℃10s,58℃10s,72℃15s,延
伸后荧光读数,共40个循环;从70~95℃,每升高
1℃荧光读数1次。每个反应3次重复。用 Opti-
con Monitor 3.1软件,分析4个内参基因的扩增效
率、标准曲线斜率、相关性、目的片段解链温度等。
同时,用琼脂糖凝胶电泳(18g/L,6V/cm,恒压)检
测扩增产物的大小。将6种组织的初始cDNA稀释
1倍后作为模板,按qPCR方法同时进行4个基因
片段的PCR扩增,得Ct值。
数据处理用DPS 3.01软件。基因表达稳定性
比较用Cotton EST database数据库(http://www.
leonxie.com)的RefFinder软件进行综合分析。
2 结果与分析
2.1 桉属植物RNA的提取及品质检测
桉树组织中的多糖、酚类和醌类物质含量丰富,
这些物质的化学性质与核酸相似,严重干扰 RNA
的提取;预试验中用几种市售 RNA提取试剂盒均
未能得到高品质的总RNA,或者总RNA得率非常
低;但桉树组织经RNAiso-mate for Plant Tissue预
处理,再用RNAiso Plus提取,即可得到高品质的总
RNA。经紫外分光光度法检测,所得桉树组织总
RNA的 OD260/OD280值为1.8~2.1。非变性琼脂
糖凝胶电泳结果显示提取的总 RNA 完整,28S
rRNA条带亮度高,约为18SrRNA条带亮度的2
倍,无可见的DNA污染(图1)。
图1 6种桉树组织总RNA的琼脂糖凝胶电泳结果
M.5kb DNA Marker;1~6.分别对应尾叶桉绿色、红色、白色愈伤组织及尾叶桉、尾巨桉和粗皮桉叶片
Fig.1 Agarose gel electrophoretogram of total RNA from 6 Eucalyptus tissues
M.5kb DNA Marker;1-6.Green calus,red calus,white calus,Eucalyptus urophyllaleaf,
Eucalyptus urophylla×Eucalyptus grandis leaf and Eucalipu pellidaleaf,respectively
2.2 桉属植物4个候选内参基因的qPCR标准曲线
从图2可以看出,桉属组织4个候选内参基因
RTEF、RARS、EACT和AACTqPCR的融链曲线
均只有1个特征峰值,说明扩增特异性较好。从表
1可以看出,以cDNA母液为模板扩增时,EACT基
因对应的Ct值最小,说明其在6种材料中的综合表
达量最高;Opticon Monitor 3.1软件分析结果显
示,各内参基因扩增效率为100%左右,标准曲线的
r2 值大于0.98。琼脂糖凝胶电泳结果表明,扩增片
段条带整齐,无可见引物二聚体(图3)。
图2 桉属4个候选内参基因的qPCR扩增融链曲线
Fig.2 Melting curves of 4candidate reference genes in 6 Eucalyptus by real-time quantitative PCR
96第10期 黄真池,等:桉属植物内参基因的筛选及评估
表1 桉属植物4个候选内参基因的qPCR标准曲线及扩增条带参数
Table 1 Real-time quantitative PCR standard curves and amplified fragments references of 4candidate
internal reference genes in Eucalyptus species
基因
Gene
cDNA母液的Ct值
Ct value of initial
cDNA solution
扩增效率/%
Amplification
efficiency
曲线斜率
Slope of
amplification curve
r2
条带大小/bp
Fragment size
解链温度/℃
Tm
RTEF 26.8 98.8 -3.35 0.988 152 82
RARS 26.9 103.0 -3.25 0.987 155 81
EACT 22.5 99.3 -3.34 0.992 243 83
AACT 27.5 100.0 -3.32 0.987 158 78
图3 桉属植物4个候选内参基因qPCR扩增条带的
琼脂糖凝胶电泳结果
M.DNA Marker;1~4.分别为RARS、
RTEF、EACT和AACT
Fig.3 Agarose gel electrophoretogram of amplified
fragments of 4candidate internal reference genes in
Eucalyptus species by real-time quantitative PCR
M.DNA Marker;1-4.Amplified fragments of
RARS,RTEF,EACTand AACT,respectively
2.3 桉属植物4个候选内参基因的Ct值
将各材料的初始cDNA稀释1倍后作为模板,
进行RT-qPCR反应,得Ct值(图4)。从图4可以
看出,由于桉属6种材料的含水量、发育状态、RNA
提取得率和RNA完整性不同,不同材料在扩增同
一基因,或同一材料在扩增不同基因时,Ct值均有
明显差异,其原因主要是同一组织中不同基因的表
达强度不同。DPS 3.01软件统计分析显示,同一扩
增反应的3个重复的标准差很小,Ct值非常接近,
说明扩增反应重复性好,能准确反映基因的转录水
平。
2.4 桉属植物4个候选内参基因的表达稳定性
Cotton EST database数据库的RefFinder软件
整合了Delta CT、BestKeeper、Normfinder、Genorm
等内参基因稳定性分析软件,能综合评估基因的表
达变化,得出可靠的结论。经分析,桉属4个内参基
因表达的稳定性由高到低依次为RTEF、RARS、
EACT、AACT(表2)。从表2可以看出,由于不同
软件评价基因表达稳定性的计算方法不同,用单个
软件分析时,BestKeeper软件的评价结果与其他3
个软件不一致;BestKeeper软件评价结果显示,
AACT为最适内参基因,而其他软件认为RTEF的
表达最为稳定。由此可见,由于软件间的算法和判
断标准不同,不同软件得出同一内参基因的表达稳
定性系数不一致,因此评估内参基因时宜综合分析
后进行排序比较。
图4 6种桉树组织中4个候选内参基因
qPCR Ct值的比较
1~3.分别为尾巨桉、粗皮桉和尾叶桉的叶片组织;
4~6.分别为尾叶桉的绿色、红色和白色愈伤组织
Fig.4 Comparison of real-time quantitative PCR Ct of
4reference genes from 6 Eucalyptus tissues
1-3.Eucalyptus urophylla×Eucalyptus grandis leaf,
Eucalipu pellidaleaf,Eucalyptus urophyllaleaf,respectively;
4-6.Green calus,red calus and white calus of
Eucalyptus urophylla,respectively
应用RefFinder软件分析6种桉树组织,尾叶
桉3种愈伤组织、尾叶桉叶片和3种愈伤组织中内
参基因表达的稳定性,结果(图5)显示,4种内参基
因的稳定性评估结果完全一致,不仅稳定性排序相
同,而且稳定性系数也完全一致,均以 RTEF的表
达最为稳定;对尾巨桉、粗皮桉和尾叶桉3种桉树叶
片的稳定系数分析结果与上述3种分析稍有不同,
但也以RTEF的表达最为稳定,AACT稳定性最低
(图5)。
07 西北农林科技大学学报(自然科学版) 第41卷
表2 桉属植物4个候选内参基因的表达稳定性评估
Table 2 Evaluation of the expression stabilities of 4candidate internal reference genes in Eucalyptus species
软件
Software
表达稳定性由高到低排序
Ranking order of expression stabilities
Delta CT RTEF2.37 RARS2.45 EACT3.14 AACT3.49
BestKeeper AACT0.261 RTEF2.249 RARS3.322 EACT3.894
Normfinder RTEF0.876 RARS1.006 EACT2.701 AACT3.216
Genorm RTEF1.753 RARS1.753 EACT2.235 AACT2.864
RefFinder RTEF1.189 RARS1.861 EACT2.828 AACT3.224
注:表中数据为用软件计算得出的稳定系数,数值越小,内参基因的表达水平越稳定。
Note:Data are the stability coefficients of gene calculated by software.The smaler the value,the more stable the gene expression is.
图5 基于RefFinder软件评估6种桉树组织中4个候选内参基因的表达稳定性
Fig.5 Valuation of reference genes from 6 Eucalyptus materials by RefFinder software
3 结论与讨论
qPCR是分析基因表达的快捷、准确的技术,但
其结果是否准确依赖于内参基因是否可信。多数研
究直接选用actin、tubulin、ubiquitin C 等基因作为
内参基因,而未对这些基因在研究材料中的表达稳
定性进行评估[18-19];如果内参基因在不同组织或不
同发育阶段的表达有明显变化,则有可能导致研究
者得出完全相反的结论[7-8]。本研究比较了桉属ac-
tin基因、拟南芥actin基因、RTEF 基因和RARS
基因的表达稳定性,通过比对发现,桉属actin和拟
南芥actin基因的表达稳定性都不够理想;RTEF
基因在桉属的6种组织中的表达均最为稳定,表明
RTEF基因可作为评估桉属植物基因表达的理想内
参基因。
桉属植物再生难度大,但其遗传改良又必须以
高效再生体系为基础[20]。本研究探讨了尾叶桉愈
伤组织中内参基因表达的稳定性,证实RTEF基因
可作为桉属植物基因表达变化分析的内参基因。本
研究结果可为分析桉属愈伤组织芽分化和体细胞胚
胎发生过程中基因表达的变化及桉属植物再生的分
子机理提供参考。
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