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三叶青两个肌动蛋白基因片段的克隆及其分析



全 文 :第14卷第4期
2015年7月
杭州师范大学学报(自然科学版)
Journal of Hangzhou Normal University(Natural Science Edition)
Vol.14No.4
Jul.2015
收稿日期:2014-11-14
基金项目:浙江省药用植物种质改良与质量控制技术重点实验室开放项目(201302).
通信作者:向太和(1965—),男,教授,博士,主要从事植物基因工程研究.E-mail:xthcn@163.com
doi:10.3969/j.issn.1674-232X.2015.04.009
三叶青两个肌动蛋白基因片段的克隆及其分析
黄连香,宋亚玲,向太和,孙 扬,武 盼,王 博
(杭州师范大学生命与环境科学学院,浙江 杭州310036)
摘 要:根据GenBank中登录的植物肌动蛋白保守序列设计1对引物,对三叶青的块根进行RT-PCR,在1
次扩增中得到2个不同的肌动蛋白基因片段,分别命名为ThAct1和ThAct2.测序结果显示:ThAct1基因片段
长度为867bp,编码252个氨基酸;ThAct2基因片段长度为1 079bp,编码152个氨基酸.经Blast分析,ThAct1
和ThAct2基因均属于NBD_sugar-kinase_HSP70_actin superfamily家族,与其它物种Actin基因序列和编码的
蛋白质均具有同源性.RT-PCR结果初步表明:在茎、普通根和块根中ThAct1和ThAct2基因的表达未见差异;
但在叶中,ThAct1的表达稍强,而ThAct2的表达稍弱.另外,在茎、普通根和块根中,ThAct1表达比ThAct2强;
但在叶中ThAct1表达比ThAct2弱.结果为分析肌动蛋白基因在三叶青块根发育中的功能奠定了基础;获得的
肌动蛋白也可以作为内参基因,在三叶青功能基因组的研究中用于其它基因的定量表达分析.
关键词:三叶青;肌动蛋白基因;克隆;表达
中图分类号:Q943     文献标志码:A
文章编号:1674-232X(2015)04-0385-05
肌动蛋白(Actin)普遍存在于真核生物细胞中,是细胞骨架微丝的组成成分,参与细胞内很多重要的
生理活动,如细胞形状的维持、细胞运动、细胞内物质运输、细胞分裂等[1-2].单体肌动蛋白为球蛋白,一般
由375~377个氨基酸残基组成[3].阎隆飞等1963年首次报道高等植物中存在肌动蛋白[4].在植物基因表
达调控研究中,肌动蛋白基因作为一种管家基因常被广泛用作分子内标[5].相关研究表明,高等植物肌动
蛋白由多基因编码,目前,百合[6]、茶树[7]、刺五加[8]、马铃薯[9]等植物的肌动蛋白基因已被克隆和分析,但
有关珍稀药用植物三叶青(Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg)肌动蛋白基因的研究尚未见报道.
本研究克隆了三叶青2个肌动蛋白基因片段,并检验该基因在不同组织中的表达情况,研究结果报道如下.
1 材料与方法
1.1 材料
三叶青采自丽水市庆元县山区野生种,种植于杭州师范大学塑料大棚中.
1.2 方法
1.2.1 RNA的提取
利用上海Sangon公司的RNA抽提试剂盒提取三叶青块根中的RNA,按照操作说明进行.所得的
RNA溶液保存于-80℃用于后续实验.
1.2.2 cDNA第1链的合成
利用北京全式金生物技术有限公司的TransScript First-Strand cDNA Synthesis Super Mix试剂盒
进行三叶青cDNA的合成,即:在Eppendorf管中依次加入总RNA(约200ng/μL)2μL,Oligo(dT)18
(0.5μg/μL)1μL,2×TS Reaction Mix 10μL,逆转录酶1μL,ddH2O(RNase-free)6μL,轻轻混匀,
42℃孵育30min后于85℃加热5min失活TransScript RT酶.
1.2.3 PCR扩增
根据GenBank中拟南芥、烟草、大豆和水稻的肌动蛋白基因序列(GenBank登陆号:AP002063.2、
U60489.1、U60497.1、X16280.1和X15865.1等),通过ClustalW 软件分析确定保守序列区域,再根据保
守序列用Primer3软件设计1组引物 Act-P1:5′-GGAGAAGATCTGGCATCACA-3′和 Act-P2:5′-CC
TCCAATCCAGACACTGTA-3′,引物由上海Sangon公司合成.以上述逆转录产物cDNA为模板进行
PCR扩增,每35μL扩增体系包括:Taq DNA聚合酶 (2.5U/μL)1μL,dNTP(10mmol/L)2μL,引物
(约10pmol/μL)各2μL,cDNA模板(50~100ng/μL)1μL,ddH2O 23.5μL.扩增程序为:94℃预变性5
min后,按照94℃变性45s、55℃退火45s、72℃延伸90s进行30个循环,最后72℃延伸10min,4℃
保存备用.PCR产物在1%的琼脂糖凝胶电泳约1h(90V)、溴化乙锭(EB)染色后,用美国Bio/Rad凝胶
成像系统进行观察分析和拍照.
1.2.4 目的片段的克隆和测序
利用上海Sangon公司试剂盒回收纯化目的DNA片段,连接到pMD19-T克隆载体(Takara公司产
品),转化大肠杆菌DH5α感受态细胞并进行蓝白斑筛选,重组质粒采用酶切法进行鉴定,最后对阳性克隆
进行测序.
1.2.5 扩展蛋白基因序列的生物信息学分析
使用NCBI在线分析软件对测定的序列进行Blastn分析,对序列编码的氨基酸进行Blastp同源性比
较分析,同时利用ClustalW软件对氨基酸序列与其它物种的肌动蛋白氨基酸序列进行多重比较.
1.2.6 肌动蛋白基因的表达分析
对三叶青的叶、茎、普通根和块根分别提取RNA,利用紫外分光光度法对提取的RNA进行定量后,不同
器官以等量的RNA进行逆转录获得cDNA,最后以Act-P1和Act-P2为引物进行RT-PCR分析,方法同前.
2 结果与分析
2.1 三叶青肌动蛋白基因的RT-PCR扩增
以三叶青RNA逆转录得到的cDNA为模板,利用引物Act-P1、Act-P2进行PCR扩增,电泳后出现
两条较清晰的条带,大小约为800bp和1 000bp(分别命名为ThAct1和ThAct2)(图1).
M:DS2000DNA marker;1∶PCR扩增产物
图1 三叶青肌动蛋白基因的RT-PCR扩增结果
Fig.1 PCR reaction of actin gene from
Tetrastigma hemsleyanumDiels et Gilg
M:DS2000DNA marker;1:ThAct1克隆;2:ThAct2克隆
图2 重组质粒被BamHⅠ+SalⅠ酶切结果
Fig.2 Results of recombinant plasmid digested
with enzyme of BamHⅠ+SalⅠ
2.2 ThAct1和ThAct2基因的克隆和鉴定
PCR产物经回收纯化后连接到克隆载体pMD19-T,转化感受态大肠杆菌DH5α,挑选白色单菌落,提
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取其质粒DNA,使用BamHⅠ+SalⅠ对pMD19-ThAct1和pMD19-ThAct2重组载体进行双酶切鉴定,
酶切获得的插入片段大小分别为800bp和1 000bp左右,与预期片段大小相符,结果表明获得了阳性克
隆(图2).
2.3 ThAct1和ThAct2 基因序列分析
测序结果显示,ThAct1(短片段)为867bp(图3),ThAct2(长片段)为1 079bp(图4),两端引物序列
位置在图3和4中分别用方框标出.对两个DNA片段进行Blastn分析,并结合Blastp和ORFinder软件
分析,两个基因均属于NBD_sugar-kinase_HSP70_actin superfamily家族,ThAct1(短片段)编码252个氨
基酸,ThAct2(长片段)编码152个氨基酸.其中,ThAct1核苷酸序列与葡萄(GenBank登录号AM465189.1)、
黄褐棉(GenBank登录号JF722026.1)和陆地棉(GenBank登录号JF722036.1)等的相似性分别为92%、
85%和85%,其编码的蛋白质与刺儿菜(GenBank登录号 AEY77415.1)、月季(GenBank登录号
BAF36000.1)和覆盆子(GenBank登录号AED89635.1)等的相似性均为87%.而ThAct2核苷酸序列与
葡萄(GenBank登录号XM_002265440.1)、海岛棉(GenBank登录号JF722033.1)和毛白杨(GenBank登
录号JX986590.1)等的相似性分别为91%、85%和85%,其编码的蛋白质与毛茛(GenBank登录号
BAP28463.1)、鱼腥草(GenBank登录号ADN37687.1)和欧细辛(GenBank登录号ADN37689.1)等的相
似性分别为90%、93%和93%.进一步说明克隆到的两个DNA片段为肌动蛋白基因序列.
图3 ThAct1基因片段的核苷酸序列及编码的氨基酸序列
Fig.3 The nucleotide sequences and the amino acid sequences of the ThAct1 gene
783 第4期 黄连香,等:三叶青两个肌动蛋白基因片段的克隆及其分析
图4 ThAct2基因片段的核苷酸序列及编码的氨基酸序列
Fig.4 The nucleotide sequences and the amino acid sequences of the ThAct2 gene
分别将推测的三叶青的两个基因片段编码的氨基酸序列与GenBank中登陆的其它物种Actin基因
的氨基酸序列进行CluatlW软件的多重比较,发现ThAct1基因编码的氨基酸中,有218个是保守的,6个是
非保守氨基酸,而且与其它物种相比多出连续的28个氨基酸(图3中用下划线标出);在ThAct2基因编码的
152个氨基酸中,仅有12个是非保守的氨基酸(图4中用下划线标出),这说明我们克隆到的ThAct1和
M:DS2000DNA marker;1:叶;2:茎;3:普通根;4:块根
图5 ThAct1和ThAct2在不同器官中的表达分析
Fig.5 Expression analysis of ThAct1 and ThAct2
gene in different organs
ThAct2基因片段为Actin基因的高度保守区域.
2.4 ThAct1和ThAct2基因组织特异性表达分析
RT-PCR半定量结果初步显示:在茎、普通根
和块根中的ThAct1、ThAct2 基因表达未见差异;
但与叶相比,ThAct1 的表达稍强,而ThAct2 的表
达稍弱.另外,在茎、普通根和块根中,ThAct1表达
比ThAct2强;但在叶中正好相反,ThAct1 表达比
ThAct2弱(图5).
3 讨论
不同物种中肌动蛋白的数目变化很大,除少数
单细胞原生动物、藻类和酵母类外,所有的多细胞
真核生物的肌动蛋白都由多基因家族编码[10],如黄瓜上至少有3条 Actin基因[11],棉花上至少含15个
Actin基因[12],这些不同的基因编码不同类型的肌动蛋白异形体,与不同类型的肌动蛋白结合蛋白作用,
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从而参与不同的生理活动和生命过程[13-14].本研究通过1次PCR扩增即获得了2个三叶青的肌动蛋白基
因,这可能与肌动蛋白基因是基因家族有关,在黄瓜中也有类似报道[11].克隆到的2条肌动蛋白基因片段
核苷酸序列和氨基酸序列与GenBank中收录的其它生物的肌动蛋白有高度同源.相关研究表明,不同生
物肌动蛋白具有高度保守性,其核苷酸残基变化1%约需100万年,暗示着肌动蛋白基因在进化过程中承
受着较大的选择压力,在生物体内执行着重要的生物学功能[10].本文中也证明了肌动蛋白作为看家基因
的高度保守性,这与肌动蛋白作为细胞骨架的重要作用是息息相关的[13-14].
另一方面,在基因的功能研究中,需要选用内标基因作为参考,一个理想的内标基因应该在各种不同
的细胞类型、不同发育阶段采用不同处理方法时都能稳定表达,稳定的内标是确定目标基因相对表达的基
础[15].本文克隆获得的2条肌动蛋白基因片段经PCR扩增在三叶青叶、茎、普通根和块状根中均得到正
常表达,说明ThAct1和ThAct2基因可以作为三叶青的内参基因来研究其它功能基因的表达.
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Cloning and Analysis of Two Actin Gene Fragments in
Tetrastigma hemsleyanumDiels et Gilg
HUANG Lianxiang,SONG Yaling,XIANG Taihe,SUN Yang,WU Pan,WANG Bo
(Colege of Life and Environmental Sciences,Hangzhou Normal University,Hangzhou 310036,China)
Abstract:According to the conserved sequence of plant actin genes in GenBank database,one pairs of primers are
designed.Two different actin gene fragments,named as ThAct1 and ThAct2,are amplified in one RT-PCR reaction from
calabash-shaped root of Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg.The results indicate that the length of ThAct1 is 867bp
encoding 252amino acids,and the length of ThAct2 is 1 079bp encoding 152amino acids.By Blast analysis,both ThAct1
and ThAct2 genes belong to the NBD_sugar-kinase_HSP70_actin superfamily,and are homology with other species in Action
gene sequence and the protein of code.The RT-PCR analysis shows that the expression of ThAct1 and ThAct2 has no
difference in the stem,ordinary root and calabash-shaped root,ThAct1 in the leaf is slightly stronger than ThAct2,while
ThAct1 in the stem,ordinary root and calabash-shaped root is slightly high but weak in the leaf.The actin gene obtained can
be used as a reference gene for the quantitative expression analysis of other genes in the genome of Tetrastigma hemsleyanum
Diels et Gilg.
Key words:Tetrastigma hemsleyanum Diels et Gilg;actin gene;clone;reference gene
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