本發(fā)明涉及一種黃瓜雌性相關(guān)基因及編碼蛋白和應(yīng)用。
背景技術(shù):
黃瓜(cucumissativus)是屬于葫蘆科(cucurbitaceae)中的一種主要蔬菜作物,其性別類型復(fù)雜多樣。因此在二十世紀(jì)五十年代末就將黃瓜確定為性型分化研究的模式植物,黃瓜如此多樣的性別分化不僅受控于基因和內(nèi)源激素,還受環(huán)境的影響,其作用機(jī)制十分復(fù)雜,目前黃瓜性型分化的研究已經(jīng)成為植物研究者的關(guān)注焦點(diǎn)。對(duì)新發(fā)現(xiàn)的與低夜溫影響黃瓜雌性形成有關(guān)的假定蛋白的研究不僅可以揭示該蛋白在黃瓜雌性分化中的作用機(jī)制,更為黃瓜高產(chǎn)育種提供了應(yīng)用價(jià)值。曹宗異等(1957)研究了環(huán)境影響下黃瓜雌雄花比例的變化,認(rèn)為外界環(huán)境的影響改變了植物新陳代謝的類型,這樣必然會(huì)定向地改變植物的性別。江俏梅等(1995)的研究表明,影響瓜類作物性別表現(xiàn)的因素主要有品種本身的遺傳性、環(huán)境條件(溫度光照等)及化學(xué)調(diào)控等。溫度對(duì)黃瓜性型表現(xiàn)的影響大于光強(qiáng)度和光周期,低夜溫是影響黃瓜雌性形成的主導(dǎo)因素,光周期影響不明顯。厲建梅(2011)發(fā)現(xiàn)了雌花分化受季節(jié)影響顯著的黃瓜種質(zhì)資源‘c09-123’,程國輝(2012)通過研究其雌性形成的光溫條件及黃瓜雌性形成具體的溫度反應(yīng)閥值,確定‘c09-123’為溫敏型雌性試驗(yàn)材料,其性別轉(zhuǎn)換溫度閾值為12℃~24℃。劉欣童(2016)對(duì)不同夜溫條件下‘c09-123’相關(guān)生理生化指標(biāo)進(jìn)行比較分析,通過蛋白質(zhì)組學(xué)研究篩選出與低夜溫誘導(dǎo)黃瓜雌性形成密切相關(guān)的蛋白,該蛋白在12℃低夜溫處理樣品中上調(diào)表達(dá),因此,推測它很可能參與了低溫誘導(dǎo)的黃瓜雌花分化。因此研究黃瓜性別相關(guān)基因,并分析其功能對(duì)于黃瓜新品種培育方面具有重要的理論和實(shí)際意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的是提供一種黃瓜雌性相關(guān)基因cspap-fib及編碼蛋白和應(yīng)用。
本發(fā)明黃瓜雌性相關(guān)基因cspap-fib的cdna的核苷酸序列如序列表中seqidno:1所示。
本發(fā)明黃瓜雌性相關(guān)基因cspap-fib編碼蛋白的氨基酸序列如序列表中seqidno:2所示。
本發(fā)明黃瓜雌性相關(guān)基因cspap-fib在提高黃瓜雌花節(jié)率中的應(yīng)用。
所述cspap-fib基因?qū)胫参锛?xì)胞、組織或器官,再將被轉(zhuǎn)化的植物細(xì)胞、組織或器官培育成植株,使所述cspap-fib基因在植物中表達(dá),得到雌花節(jié)率高的轉(zhuǎn)基因植物。所述植物為黃瓜。
本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明首次在黃瓜中報(bào)道與黃瓜雌性相關(guān)基因cspap-fib,并通過pcr技術(shù)克隆出黃瓜cspap-fibcdna全長。本發(fā)明發(fā)現(xiàn)對(duì)于黃瓜中cspap-fib基因cdna全長為870bp,編碼289個(gè)氨基酸,其編碼的蛋白屬于葉綠體中一個(gè)不穩(wěn)定的疏水蛋白,無明顯信號(hào)肽,無跨膜結(jié)構(gòu),并且含有一個(gè)pap-fibrillin結(jié)構(gòu)域,預(yù)示其可能參與花藥內(nèi)源激素調(diào)節(jié)、蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)、蛋白互作、活性氧積累及花藥的發(fā)育。
將cspap-fib導(dǎo)入黃瓜中,使其過表達(dá),得到轉(zhuǎn)基因后代黃瓜。cspap-fib過表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株雌花節(jié)率明顯高于對(duì)照植株,促使轉(zhuǎn)基因黃瓜植株具有更高的產(chǎn)量。進(jìn)而為培育強(qiáng)雌性黃瓜新品種,提供一種新的解決途徑。
附圖說明
圖1為提取的rna的電泳圖;
圖2為菌液pcr檢測結(jié)果;
圖3為轉(zhuǎn)cspap-fib基因抗性植株的pcr檢測;
圖4為cspap-fib亞細(xì)胞定位結(jié)果。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明技術(shù)方案不局限于以下所列舉具體實(shí)施方式,還包括各具體實(shí)施方式間的任意組合。
具體實(shí)施方式一:本實(shí)施方式黃瓜雌性相關(guān)基因cspap-fib的cdna的核苷酸序列如序列表中seqidno:1所示。
具體實(shí)施方式二:本實(shí)施方式黃瓜雌性相關(guān)基因cspap-fib編碼蛋白的氨基酸序列如序列表中seqidno:2所示。
以下實(shí)施例中如無特別說明均為常規(guī)方法。
實(shí)施例1.trizol法提取黃瓜溫敏型材料‘c09-123’的rna
(1)采用trizol法提取黃瓜葉片總rna:取100mg新鮮黃瓜葉片組織,加入液氮充分研磨,將粉末轉(zhuǎn)入1.5ml無菌離心管中;加入1mltrizol,充分震蕩,15~30℃靜置5min;加入300μl氯仿,劇烈搖蕩15s,12000rpm4℃離心15min;取上清移入新的無菌離心管中,加入等體積預(yù)冷的異丙醇,-20℃放置20min,12000rpm4℃下離心15min;棄上清,加入1ml75%depc-乙醇,渦旋洗滌10s,7500rpm4℃離心5min(重復(fù)操作2次);棄乙醇,將離心管導(dǎo)致于干凈濾紙上晾干;用30μl1‰depc水溶解,-80℃保存?zhèn)溆谩?/p>
(2)rna電泳檢測:取1μlrna,使用sma3000紫外分光光度計(jì)檢測提取的rna質(zhì)量與濃度,將檢測合格的rna樣品(rna量≥6μg,濃度≥300ng/μl,2.1≥od260/280≥1.8,od260/230≥1.8)。表明黃瓜‘c09-123’的rna提取成功。提取的rna的電泳圖如圖1所示。
實(shí)施例2.兩步法反轉(zhuǎn)錄(toyobo反轉(zhuǎn)錄試劑盒)
(1)反轉(zhuǎn)錄體系為:總rna1ml,5×rtbuffer2μl,rtenzymemix0.5μl,primermix0.5μl,nuclease-freewater6μl,total10μl。
(2)反應(yīng)程序?yàn)椋?7℃溫浴15min,然后98℃加熱5min,冰上放置5min終止反應(yīng),即獲得相應(yīng)的反轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物cdna。
實(shí)施例3.熱啟動(dòng)pcr擴(kuò)增cspap-fib基因
根據(jù)cspap-fib基因中內(nèi)含子的分布情況,利用引物設(shè)計(jì)軟件primerpremier5.0設(shè)計(jì)克隆全長的特異性引物(cspap-fib-f,cspap-fib-r)。引物序列如下:
cspap-fib-f:5′-atggaaattatggaacacaacag-3′
cspap-fib-r:5′-tcaagagatgaaatctagagagtca-3′
(1)pcr克隆反應(yīng)體系為:10×pcrbuffer2μl(含20mmol·l-1mg2+),dntps(10mmol·l-1)2μl,上游引物(20μmol·l-1)0.5μl,下游引物(20μmol·l-1)0.5μl,taq酶(2u)0.2μl,加ddh2o至20μl。
(2)pcr反應(yīng)程序?yàn)椋?4℃預(yù)變性3min;94℃變性1min,56℃退火1min,72℃延伸1min,35個(gè)循環(huán);72℃延伸10min;4℃保存。
擴(kuò)增后的產(chǎn)物在含有0.5mg/l溴化乙錠(ethidiumbromide)的1%瓊脂糖凝膠上電泳。cspap-fibcdna全長為870bp,其核苷酸序列如序列表中seqidno:1所示。其編碼289個(gè)氨基酸,編碼蛋白的氨基酸序列如序列表中seqidno:2所示。
實(shí)施例4.pcr擴(kuò)增產(chǎn)物的回收
使用1%瓊脂糖凝膠電泳,在紫外燈下快速切下目的條帶,回收cspap-fib基因的目的片段,具體方法參照北京全式金膠回收試劑盒說明書進(jìn)行。步驟如下:
切取凝膠:用刀片切取瓊脂糖凝膠中的目的基因條帶,放入已知重量的離心管中,再次稱重,二者之差為切取的凝膠重量,100mg凝膠,視為100μl;溶解凝膠:加入3倍體積gsb,55℃水浴10min,2-3min震蕩1次,至凝膠全部溶解;降至室溫后,轉(zhuǎn)移到離心柱內(nèi),靜置1min后,10000g離心1min,棄掉流出液;清洗dna:加入650μlwb,12000g離心1min,棄掉流出液;再離心2min;洗脫dna:將離心柱置于一個(gè)干凈離心管中,開蓋靜置1min,加入40μl預(yù)先預(yù)熱(65℃)的eb,靜止1min后10000g離心1min,將洗脫的dna于-20℃保存?zhèn)溆谩?/p>
實(shí)施例5.pcr擴(kuò)增片段的純化
首先進(jìn)行瓊脂糖凝膠電泳,分離要純化的片段;用干凈的無菌手術(shù)刀切下目的dna條帶放入預(yù)稱重的1.5mleppendorf管;每0.1g瓊脂糖凝膠需加入200μls1溶液;50℃溫育,直至瓊脂糖完全融解;每5μl(不足5μl,以5μl計(jì))dna需加入5μldna結(jié)合液(玻璃粉懸液),輕輕顛倒混勻,冰上放置10min;室溫6000rpm離心20s;棄上清,加700μl乙醇洗液,輕輕抽吸,使玻璃粉懸浮,冰上放置5min;重復(fù)上述步驟6000rpm,離心20s;棄上清,小心去除全部殘液;加30-50μlte,輕輕吹打懸浮玻璃粉,50℃溫育10min;室溫6000rpm離心20s,吸上清至新的eppendorf管,于4℃或–20℃保存?zhèn)溆谩?/p>
實(shí)施例6.連接peasy-t3載體與陽性克隆篩選
將cspap-fib基因回收產(chǎn)物與peasy-t3克隆載體進(jìn)行連接。反應(yīng)程序16℃16h。
(1)連接反應(yīng)體系為:回收產(chǎn)物4μl,
(2)酶切反應(yīng)體系為:buffer1μl,ecori1μl,質(zhì)粒3μl,ddh2o6μl,總體系10μl。
用槍頭挑取白色單個(gè)菌落至液體lb(含有amp)的離心管中,200rpm/min、37℃震蕩培養(yǎng)6h,進(jìn)行pcr檢驗(yàn)及ecori酶切驗(yàn)證。pcr反應(yīng)體系同cspap-fib基因克隆反應(yīng)體系,將模板更換為菌液。質(zhì)粒提取方法參照質(zhì)粒小量提取試劑盒(em101)說明書(北京全式金生物技術(shù)有限公司)進(jìn)行。將鑒定獲得的cspap-fib基因的陽性菌液,送至蘇州金唯智有限公司進(jìn)行測序。
實(shí)施例7.植物過量表達(dá)載體的構(gòu)建
將上述純化的cspap-fib基因全長序列,分別pcr擴(kuò)增peasy-t3-cspap-fib質(zhì)粒,用xcmⅰ單酶切pcxsn-1250載體。t4連接酶連接目的片段與載體,連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)入trans1-t1感受態(tài)細(xì)胞。通過菌液pcr及測序鑒定出構(gòu)建成功的pcxsn-cspap-fib過量表達(dá)載體。
8.植物表達(dá)載體轉(zhuǎn)化根癌農(nóng)桿菌lba4404
采用凍融法將pcxsn-cspap-fib質(zhì)粒轉(zhuǎn)入到根癌農(nóng)桿菌lba4404中。
(1)感受態(tài)細(xì)胞的制備將根癌農(nóng)桿菌lba4404在yeb培養(yǎng)基(含利福平)上劃線,28℃培養(yǎng)48h;挑取單菌落于yeb液體培養(yǎng)基(含利福平)中,28℃,200r/mim震蕩過夜培養(yǎng),直至菌液的od600=0.5;將菌液分裝,冰浴10min;12000rpm離心30s,棄上清,20mm預(yù)冷cacl2懸浮,冰浴20min;12000rpm離心30s,棄上清,100μl20mm預(yù)冷cacl2重懸,-80℃保存。
(2)表達(dá)載體轉(zhuǎn)化農(nóng)桿菌eh105:將10μl重組質(zhì)粒加入到100μl農(nóng)桿菌感受態(tài)細(xì)胞中,輕輕混勻后,冰上靜置10min;液氮速凍5min,37℃水浴鍋中熱激2.5min;加入1ml液體yeb培養(yǎng)基,在28℃,200rpm振蕩培養(yǎng)3.5h;6000rpm離心1min,棄上清;重懸菌液,涂在含有50mg/mlkan和50mg/mlrif的yeb固體培養(yǎng)基上,28℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)36-48h。
(3)陽性克隆的鑒定挑取單菌落并以菌液為模板進(jìn)行pcr鑒定。將轉(zhuǎn)化成功的菌液置于-80℃冰箱保存,用于黃瓜遺傳轉(zhuǎn)化。菌液pcr檢測結(jié)果如圖2所示,圖2中m:dnamarker2k;1-2:pcr產(chǎn)物。
實(shí)施例9.農(nóng)桿菌介導(dǎo)的黃瓜遺傳轉(zhuǎn)化方法
將過量表達(dá)載體pcxsn-cspap-fib轉(zhuǎn)入到溫敏型黃瓜材料‘c09-123’中。
(1)種子發(fā)芽:將黃瓜種子置于55-65℃水中浸泡1h,去種皮,70%酒精消毒1min,滅菌水清洗1遍,3%的次氯酸鈉消毒10min,滅菌水清洗5遍,平鋪到發(fā)芽培養(yǎng)基上,28℃黑暗培養(yǎng)1-2d。
(2)農(nóng)桿菌的活化:將農(nóng)桿菌按1:100的比例加入50mlyeb(含rif和kan)液體培養(yǎng)基中,28℃,200rpm震蕩培養(yǎng)36-48h。6000rpm離心10min,棄上清,1/2ms緩沖液重懸,菌液od600=0.2-0.3。
(3)侵染子葉節(jié):無菌操作臺(tái)中,用小刀將黃瓜種子子葉分開,去除全部下胚軸及生長點(diǎn),置于重懸的菌液中,28℃,200rpm侵染12-15min左右。
(4)子葉節(jié)共培養(yǎng)與分化培養(yǎng):將侵染后的子葉節(jié)置于共培養(yǎng)培養(yǎng)基中,28℃黑暗培養(yǎng)1-2d。長出白色斑點(diǎn)時(shí)轉(zhuǎn)入分化培養(yǎng)基中,25℃,光照16h,黑暗8h條件下培養(yǎng)28d左右。
(5)植株生根培養(yǎng)與馴化:在無菌操作臺(tái)中,用小刀切下分化芽,移入生根培養(yǎng)基中。5-7d左右進(jìn)行移栽,注意保濕。置于28/18℃,光照16/8h的光照培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。完成馴化后,移栽到溫室中定值。
實(shí)施例10.轉(zhuǎn)基因植株的鑒定
采用ctab法和trizol法分別提取黃瓜葉片dna和rna,進(jìn)行pcr和qrt-pcr鑒定。轉(zhuǎn)cspap-fib基因抗性植株的pcr檢測如圖3所示。圖3中m:dna2000mark;y:質(zhì)粒陽性對(duì)照;c:未轉(zhuǎn)基因?qū)φ?;w:水對(duì)照;1-3:轉(zhuǎn)正義基因植株檢測;4-6:轉(zhuǎn)反義基因植株檢測。
實(shí)施例11.轉(zhuǎn)基因黃瓜雌花節(jié)率的調(diào)查分析
黃瓜雌花節(jié)率調(diào)查方法:黃瓜植株主蔓上第1朵雌花出現(xiàn)的節(jié)位即第1雌花節(jié)位雌花率為主蔓上著生雌花節(jié)位數(shù)占有花節(jié)位數(shù)的比例,計(jì)算公式為:
雌花節(jié)率=主蔓上有雌花節(jié)位總數(shù)/主蔓上有花節(jié)位數(shù)×100%。
表1低夜溫(26℃/12℃晝/夜)條件下雌花節(jié)率
表2正常夜溫(26℃/18℃晝/夜)條件下雌花節(jié)率
以上結(jié)果表明cspap-fib過表達(dá)轉(zhuǎn)基因植株雌花節(jié)率明顯高于對(duì)照植株,促使轉(zhuǎn)基因黃瓜植株具有更高的產(chǎn)量。從而提供了一種獲得黃瓜強(qiáng)雌性植株品系的方法。
實(shí)施例12.cspap-fib的亞細(xì)胞定位
1、擬南芥原生質(zhì)體提取步驟:
(1)將擬南芥種子播種于ms培養(yǎng)基上,4℃黑暗春化兩天后轉(zhuǎn)移到光照培養(yǎng)室(22℃,16/8(l/d光強(qiáng)130μlmol.m-2s-1))中培養(yǎng),7d后,將萌發(fā)的擬南芥幼苗移栽到基質(zhì)土(蛭石:土=1:2)中生長。當(dāng)植株長至8~10個(gè)葉片時(shí),取材葉片制備原生質(zhì)體;
(2)剪取中部生長良好的葉片用刀片切成0.5-1mm寬的葉條;
(3)將切好葉條置于預(yù)先配置好的纖維素酶解液中,并用鑷子幫助使葉子完全浸入酶解液,25℃,低于8rpm,黑暗條件下酶解至少3個(gè)小時(shí);
(4)用w5溶液潤濕35-75um的尼龍膜或60-100目篩子,然后用它過濾含有原生質(zhì)體的酶解液;將過濾完的原生質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)移至50ml離心管中,100×g離心3min;
(5)棄上清,緩慢加入10ml預(yù)冷的w5溶液,重懸原生質(zhì)細(xì)胞;
(6)重復(fù)步驟(5),冰上靜至原生質(zhì)體30分鐘,期間可以取少量原生質(zhì)細(xì)胞在顯微鏡下觀察,以檢驗(yàn)細(xì)胞的完整性擬南芥葉肉體大小大約30-50μm。
2、質(zhì)粒轉(zhuǎn)化擬南芥原生質(zhì)
(1)將上步檢驗(yàn)好的擬南芥原生質(zhì)細(xì)胞100×g離心3min,棄上清,盡量去除w5溶液,加入2mlmmg溶液,重懸原生質(zhì)體,使之最終濃度在2×105個(gè)/ml;
(2)cspap-fib-pcambia1302質(zhì)粒的制備:
cspap-fib質(zhì)粒制備:
將帶有handiii和bamhi酶切位點(diǎn)的cspap-fib基因片段連接到克隆載體t3(購自北京全式金生物技術(shù)有限公司),得到的連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化到t1感受態(tài)細(xì)胞(購自北京全式金生物技術(shù)有限公司),挑斑測序,對(duì)完全正確的菌液利用質(zhì)粒提取試劑盒(easypurehipureplasmidmaxiprepkit購自北京全式金生物技術(shù)有限公司)提取得到cspap-fib質(zhì)粒。
cspap-fib-pcambia1302質(zhì)粒制備:
分別用handiii和bamhi內(nèi)切酶(購自neb公司)對(duì)cspap-fib質(zhì)粒和pcambia1302載體質(zhì)粒(購自北京華越洋生物公司)進(jìn)行雙酶切。酶切條件為37℃,2h;酶切體系為buffer2μl、handiii1μl、bamhi1μl、質(zhì)粒16μl。然后跑電泳,分別回收cspap-fib和pcambia1302目的條帶,將兩個(gè)回收產(chǎn)物利用t4dna連接酶(購自neb公司)連接,連接條件為16℃,16h;連接體系為buffer1μl、cspap-fib產(chǎn)物4μl、pcambia1302產(chǎn)物4μl、t4連接酶1μl。將連接產(chǎn)物轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化到t1感受態(tài)細(xì)胞(購自北京全式金生物技術(shù)有限公司),挑斑pcr驗(yàn)證,對(duì)正確的菌樣再次使用質(zhì)粒提取試劑盒(easypurehipureplasmidmaxiprepkit購自北京全式金生物技術(shù)有限公司)提取得到cspap-fib-pcambia1302質(zhì)粒。
(3)取干凈的2ml離心管,加入20μl(約30μg)cspap-fib-pcambia1302質(zhì)粒dna和200μl原生質(zhì)細(xì)胞,輕柔混勻,25℃靜止5min;
(4)加入220μl(等體積)的40%peg4000溶液,輕柔混勻,25℃靜止5min;
(5)加入1ml預(yù)冷的w5溶液,輕柔混勻;
(6)重復(fù)步驟(5),加入加入1ml預(yù)冷的w5溶液,1%bsa,輕柔混勻,25℃光照培養(yǎng)16h。
(7)激光共聚焦顯微鏡下觀察融合蛋白表達(dá)情況。
cspap-fib亞細(xì)胞定位結(jié)果如圖4所示,其中bright為明場,gfp為綠色熒光,chlorophy為葉綠素自發(fā)熒光,merged為疊加結(jié)果,圖中標(biāo)尺為10μm。由圖4可知cspap-fib基因在葉綠體中表達(dá)。
序列表
<110>東北農(nóng)業(yè)大學(xué)
<120>黃瓜雌性相關(guān)基因cspap-fib及編碼蛋白和應(yīng)用
<160>4
<210>1
<211>870
<212>cdna
<213>黃瓜(cucumissativusl.)
<220>
<223>黃瓜雌性相關(guān)基因cspap-fib
<400>1
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<210>2
<211>289
<212>prt
<213>黃瓜(cucumissativusl.)
<220>
<223>黃瓜雌性相關(guān)基因cspap-fib編碼蛋白
<400>2
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