本发明属于基因工程技术领域,涉及一种桑树类驱动蛋白mmkin-14n及其编码基因和应用。
背景技术:
在自然界,多倍体也是一种常见的生物学现象,在植物进化中起重要作用,约70%的被子植物具有多倍体的发生。多倍体育种也成为改善植物性状,选育经济性状优良新品种的有效方法之一。植物体细胞中含有3个或3个以上染色体组的叫做多倍体植物多倍体的形成源于有丝分裂或减数分裂的异常,而这种异常直接导致染色体数目的改变。多倍体植物中的染色体数目的变化常导致形态、生理等遗传特性的变异,具体表现为相对“巨大性”、某些代谢物的产量增多、可孕性低、抗逆性增强等特点,由于多倍体的这些特性,多倍体育种在现代植物育种中具有主要地位和广阔前景,特别是对于无性繁殖的植物,由于可以避免多倍体的高度不育或性状分离等带来的繁殖困难,在利用多倍体的特性上更为有利。植物多倍体的判别和鉴定方法从原理上是依据其外在和内在的特征特性衍生而来的。一般而言,可以以形态外形观察为基础,生理生化指标、生长状况为辅助、细胞学观察染色体数、分子水平鉴定来确定,鉴定方法分为间接与直接鉴定两者的配合会减少许多工作量。
秋水仙素在细胞分裂中所起作用是与微管形成或解聚密切相关的,秋水仙素一方面能阻滞微管(纺锤丝)形成,或使已形成的微管解聚;另一方面,秋水仙素的作用又能促使dna的复制和有关蛋白质合成。因此,秋水仙素无论在细胞分裂间期、前期、中期、后期均能发挥作用,最终使细胞中染色体数目加倍。秋水仙素使染色体的着丝点延迟分裂,于是已复制的染色体的两条染色单体分离,而着丝点仍连在一起,形成“x”形染色体图像(称为c-有丝分裂,即秋水仙素效应有丝分裂),后来着丝点自动分开,结果两个姐妹染色单体虽然彼此分开形成染色体,却不能移向两极,而重组成一个双倍性的细胞核,这时候细胞加大而不分裂,或者分裂成一个无细胞核的子细胞和一个有双倍性细胞核的细胞,经过一个时期以后,这种染色体数目加倍了的细胞再分裂增长时,就构成了双倍性的细胞和组织,并在此基础上进一步发育成为多倍体植物。
中国农业科学院作物科学研究所作物功能基因组研究创新团队利用水稻极度矮化突变体std1,揭示了类驱动蛋白通过影响细胞分裂进而调控水稻叶片大小和植株高度,进一步深化了人们对植物矮化机理的认识。相关研究发表在《植物学报(theplantjournal)》上。该研究通过对水稻极端矮化突变体std1的组织细胞学观察、基因克隆及蛋白功能研究,发现类驱动蛋白的atp酶活性降低后,可导致植物体产生含有多个细胞核、体积膨大、形态异常的细胞,同时细胞分裂速率显著降低,植株能够产生叶片但不能形成茎从而呈现极度矮化的表型。
驱动蛋白(kinesin)是分子马达蛋白质超家族成员,主要参与囊泡与细胞器的运输、纺锤体组装、有丝分裂和减数分裂等过程。在减数分裂期,不同驱动蛋白发挥功能的调控机制并不十分清楚。其中,kinesin-6家族的唯一成员kin11(ttherm00637750),在营养生长期低表达,饥饿期不表达,有性生殖期表达上调。kin11编码1608个氨基酸,包含1个n端保守的马达蛋白结构域,c端卷曲螺旋(coiled-coil)结构域,并在n端和c端分别含有核定位信号nls1和nls2。kin11在营养生长期和有性生殖期,定位在有丝分裂和减数分裂的小核和纺锤体上,并在有性生殖后期alignment阶段定位于小核上。kin11与微管蛋白共定位于有丝分裂和减数分裂的纺锤体上。
桑树(morusl.)是多年生落叶木本植物,与蚕业发展密切相关,其经济、生态和药用价值较高,地理分布广泛。长期以来,桑树主要作为家蚕饲料利用,因而增加桑叶产量、改善桑叶品质,可直接影响养蚕收成和茧丝绸行业的经济效益,也是选育和栽培桑树优良新品种的主要目标。然而,以前多倍体的选育大多集中在桑叶的产量和叶质的优劣,培育新品种进行养蚕成绩的鉴定。现在,多倍体的选育面更加广阔,不再集中于养蚕业的发展,而是多元化发展。
关于在秋水仙素诱导下的四倍体桑树kin-14n基因转录水平的变化,四倍体桑树中mda含量、pro含量、sod活性、pod活性以及可溶性蛋白含量与正常桑树相比均出现不同程度的变化趋势。为挖掘桑树的优良基因资源和桑树抗性的分子育种提供坚实的理论依据和应用基础。
以前多倍体的选育大多集中在桑叶的产量和叶质的优劣,培育新品种进行养蚕成绩的鉴定。现在,多倍体的选育面更加广阔,不再集中于养蚕业的发展,而是多元化发展。桑树因其生长特性,导致分子层面的研究耗时长,难以进行,在桑树的基因定位等方面有很多的空缺。
技术实现要素:
解决的技术问题:本发明提供一种桑树类驱动蛋白mmkin-14n及其在秋水仙素诱导下代谢检测和表达调控中的应用。
技术方案:桑树类驱动蛋白mmkin-14n,所述桑树类驱动蛋白mmkin-14n的氨基酸序列如seqidno.1所示。
编码上述桑树类驱动蛋白mmkin-14n的基因,所述基因序列如seqidno.2所示。
上述桑树类驱动蛋白mmkin-14n作为表达标志物在秋水仙素诱导条件下桑树选育中的应用。
上述编码桑树类驱动蛋白mmkin-14n的基因作为表达标志物在秋水仙素诱导条件下桑树选育中的应用。
一种秋水仙素诱导条件下桑树选育中的试剂盒,包括上述基因。
有益效果:秋水仙素在细胞分裂中所起作用是与微管形成或解聚密切相关的,秋水仙素一方面能阻滞微管(纺锤丝)形成,或使已形成的微管解聚;另一方面,秋水仙素的作用又能促使dna的复制和有关蛋白质合成,因此,秋水仙素无论在细胞分裂间期、前期、中期、后期均能发挥作用,最终使细胞中染色体数目加倍。本发明公开一种类驱动蛋白mmkin-14n,完善桑树生理生化指标检测数据以及基因组,研究发现,秋水仙素诱导后的四倍体桑树在mda含量、sod活性、pro含量、pod活性、可溶性蛋白含量均有变化。可以用于桑树中的类驱动蛋白在秋水仙素诱导下的表达调控,为挖掘桑树的优良基因资源和桑树多倍体的分子育种提供坚实的理论依据和应用基础。
附图说明
图1为桑树在秋水仙素诱导后丙二醛含量检测结果图;
图2为桑树在秋水仙素诱导后超氧化物歧化酶活性检测结果图
图3为桑树在秋水仙素诱导下脯氨酸含量检测结果图
图4为类驱动蛋白mmkin-14n的扩增结果图:m:5000bpdna分子标记,1:rt-pcr产物;
图5为类驱动蛋白mmkin-14n基因原核表达检测结果图,其中,m:proteinmarker,1:诱导前样品,2~6:诱导后样品;
具体实施方式
实施例1:桑树在秋水仙素诱导后的样本基因组大小检测及生理生化含量检测
本实验样品采用的是鲁桑(morusalbal)品种育71-1嫁接苗,保存于中国农业科学院蚕业研究所国家种质镇江桑园圃。在供试桑苗的新梢生长至约20cm长时,对桑苗分别进行试验条件处理,实验条件分别为:对照组蒸馏水处理;用浓度为0.2%的秋水仙素溶液处理。实验组在生长点的位置滴秋水仙素溶液分别5,10,15天,对照组滴水5,10,15天,取实验组与对照组叶片样品(均有三个生物学重复)进行后续试验需要。将采摘的新鲜样品对照组跟实验组送至中国科学院昆明植物研究所检测,应用流式细胞术测定植物的基因组大小及倍性。以番茄内参,将待测样品的悬液和内参样品的悬液按适当比例混合。利用bdfacscalibur流式细胞仪对染色后的细胞核悬浮液样品上机检测,采用488nm蓝光激发,检测碘化丙啶的发射光荧光强度,每次检测收集10000个颗粒。变异系数cv%控制在5%以内。使用modifit3.0分析软件作图分析。如表1所示对照组结果为二倍体,实验组检测结果均为四倍体。
表1桑树处理样本倍性检测
(1)丙二醛(mda)含量检测
由苏州科铭生物技术有限公司提供丙二醛(mda)含量检测试剂盒提取mda,具体提取及测定步骤如下:
1)加1ml提取液至称好的0.1g样品叶片中,进行冰浴匀浆。在提前预冷至4℃的离心机内8000g离心10分钟,吸取上清液,置冰上待测。
2)吸取300μl试剂一于1.5ml的离心管内,然后加入100μl样本,混匀。
3)在提前预热到95℃的水浴锅内保温30分钟,之后冰浴冷却,10000g,25℃,离心10分钟。
4)取200μl上清液至96孔板中,用酶标仪测定其在532nm和600nm处的吸光度,记为a532和a600,δa=a532-a600。
5)mda含量=51.6×δa÷w
(2)超氧化物歧化酶(sod)含量检测
根据苏州科铭生物技术有限公司提供sod含量检测试剂盒测定,具体步骤如下:
1)称取叶片组织0.1g,加入1000μl提取液进行冰浴匀浆。在提前预冷至4℃的离心机下8000g离心10分钟,吸取上清液,置冰上待测。
2)将酶标仪提前预热30分钟,调节波长至560nm。
3)将试剂二用蒸馏水按照1:1稀释,用多少配多少。
4)将一瓶试剂四用5ml蒸馏水溶解(溶解后一周内用完),再将试剂四和蒸馏水1:3稀释,用多少配多少。
5)测定前将试剂一、三和四在25℃水浴5分钟以上。
6)在96孔板中进行样本测定。
表2超氧化物歧化酶活性检测加样表
1)将上述样品充分混匀,室温静置30分钟后在560nm处测定各管的吸光值a
2)抑制百分率=(a对照管-a测定管)÷a对照管×100%
3)sod酶活性计算:sod活性(u/g鲜重)=11.11×抑制百分率÷(1-抑制百分率)÷w,w:样本质量(g)
(3)脯氨酸(pro)含量检测
根据苏州科铭生物技术有限公司提供pro含量检测试剂盒测定,具体步骤如下:
1)称取0.1g组织,加入1000μl提取液,匀浆;将匀浆后的样品在水浴锅中95℃下振荡提取10分钟,将离心机调至10000g并在25℃离心10分钟,吸取上清液并放在冰中冷却后待测。
2)提前将酶标仪打开预热30分钟,并将波长调至520nm,用蒸馏水调零。
3)将样本、试剂一、试剂二分别都吸取250μl于1.5ml离心管内,在95℃水浴锅中保温30分钟,并在期间每10分钟振荡一次。30分钟保温后取出样品至冰上冷却,之后加入试剂三500μl,振荡30s后静置一会,将色素转到试剂三中;向96孔板中加入200μl的上层溶液,并测波长在520nm处的吸光值a。
4)pro含量(μg/g鲜重)=38.4×(a 0.0021)÷w,w:样本质量(g)。
上述三种生理生化指标检测结果:分别采取对照组跟实验组的样品按照苏州科铭生物技术有限公司提供的检测试剂盒进行检测,三种生理生化检测结果如图1、2、3所示经秋水仙素分别诱导5,10,15天后mda的含量都比对照组的含量低,说明诱导后四倍体叶片的抗氧化性变强了。因为sod在生物抗氧化系统中具有重要作用,sod含量经检测实验组比对照组含量都要高,说明实验组四倍体的抗氧化性比对照组强。pro的增加量在一定程度上反映了植物体的抗逆性,因此pro增加量可以作为抗逆育种的生理指标之一,pro含量经检测实验组比对照组的含量都要高,说明诱导后的四倍体的抗逆性要更好。
实施例2:桑树类驱动蛋白mmkin-14n基因的克隆
供试桑树品种为鲁桑(morusmulticaulis)品种育71-1嫁接苗,保存于中国农业科学院蚕业研究所国家种质镇江桑树圃。利用已获得的桑树kin-14n基因cdna片段的cds序列,设计全长引物,并加以验证,引物序列如下:
mmkin-14n-f:5'-atggttggtacggcaaca-3';
mmkin-14n-r:5'-tcaaccgtagctcaatcg-3';
取鲁桑(morusmulticaulis)品种育71-1嫁接苗顶端幼叶,用rna试剂盒提取桑树总rna。先准备1mlrnaiso抽提液于无菌离心管中冰置预冷,把桑树嫩叶放入研钵加液氮研磨成粉末状,将粉末加入抽提液的无菌离心管振荡,冰盒上放30min,4℃,12000rpm,离心5min;抽取上清800μl,到新无菌离心管,然后加入200μl氯仿,充分振荡,冰盒上放置10min,4℃,12000rpm,20min离心;吸取上清300μl至另一个无菌离心管内,加入等体积预冷的异丙醇,混匀后冰上静置10min,12000rpm,4℃,离心20min;弃上清,缓缓加入1ml预冷的75%冰乙醇,4℃,12000rpm,离心5min;弃上清,室温干燥沉淀2-5min,加入适量ddh2o,轻弹管壁,以充分溶解rna。
rna自身不能作为pcr反应的模板,须现将其反转录为cdna。以提取总rna9μl为模板,oligo(dt)184μl为引物进行反转录;于水浴锅70℃保温10min后,迅速放入冰上冷却2min以上,离心数秒;在上述13μl的模板rna/oligo(dt)18变性溶液中加入5×m-mlv-buffer4μl、10mmdntp混合物1μl、40u/μlrnaseinhibitor1μl、200u/ulrnasem-mlv(rnaseh-)1μl,总体积20μl;离心后,在42℃1h,70℃15min后冰上冷却,得到cdna,-20℃保存备用。
以合成的cdna为模板,利用上述设计的mmkin-14n-f和mmkin-14n-r为引物进行rt-pcr扩增。pcr扩增程序为:95℃预变性3min;95℃15s,57℃20s,72℃2min18s,循环35次;72℃延伸5min;4℃保存。取5μl的rt-pcr产物进行琼脂糖凝胶电泳检测目的片段的大小,检测目的片段大小与预测大小是否相符(图4)。条件相符后,用tae缓冲液制作的1%琼脂糖凝胶,取40μlrt-pcr产物进行电泳,采用上海生工生物工程有限公司sanprep柱式dna胶回收试剂盒进行目的片段的胶回收和纯化。胶回收产物通过dna连接酶与pmdtm18-t载体连接。连接产物转化到宿主菌e.colitop10菌株感受态细胞,涂布于在含有x-gal、iptg、amp的lb固体平板上。挑取单菌落白斑培养后送样,由浙江尚亚生物技术有限公司完成测序,测序结果blast分析并与原始序列比对验证,获得基因cdna序列。
桑树类驱动蛋白mmkin-14n基因序列如下所示:
实施例3:桑树类驱动蛋白mmkin-14n基因的生物信息学分析
利用在线工具psort,根据已报道的文献对目的基因进行核定位序列的预测及相关保守基因序列的分析;运用ncbi的blast工具对其进行同源搜索和比对,并下载部分同源氨基酸序列;利用clustalx软件将基因编码的氨基酸序列与桑树类驱动蛋白mmkin-14n基因相关蛋白的氨基酸序列进行同源比对;利用dnastar软件和在线分析(http://www.expasy.org)对桑树类驱动蛋白mmkin-14n基因进行较全面的分析,比如:该基因所编码的氨基酸及orf预测,基因编码蛋白质的等电点及分子质量的预测等;然后,用mega4.1软件构建进化树,并研究相关蛋白的关系。
桑树类驱动蛋白mmkin-14n氨基酸序列如下所示:
mvgtatkngrtrqafslvnggydmspssappsnagsecggieftredveallrekpkrkdkfnlkekcdllteyikrlklcikwfqeletsyvfeqeklhnrlekaemkcgeteiqlrnkeeelnstiqelrknyaslqekfeqeecdkleamdtltkerqarldiersqnslseelgraqrelssanqkilslndmykrlqdyiaslqqynsklhtdlstveddlkriekekasmtenlnnlkgqltmckashdeavkqrdalvneaaglkmelqqvrddrdrlilqvqnltdevvqykeytenscseldsltvktnqledkclsqsneistlkdqlmnaqeklqvsdisvletkteyeeqkrliselqsrladaefklvegemlrkklhntilelkgnirvfcrvrpllpdygssgegkvisyptsmealgrgidlvqsgqkhsftfdkvfmaeasqedvfeeisqlvqsaldgykvcifaygqtgsgktytmmgkpgqpeqkgliprslqqifqtrqsllsqgwkyemqvsmleiynetirdllstnrssldllrsengiggkqytikhdangnthvsdltivdvrsarevsylleraaqsrsvgktqmneqssrshfvftlrisgvnesteqqvqgvlnlidlagserlsksgstgdrlketqsinkslsslsdvifalakkedhvpfrnskltyllqpclggdsktlmfvnispelssageslcslrfasrvnaceigvprrqtnirfsesrlsyg
桑树类驱动蛋白mmkin-14n基因的原核表达
通过测序结果blast分析并与cds原始序列比对验证,确定鲁桑(morusmulticaulis)品种育71-1嫁接苗,桑树中类驱动蛋白mmkin-14n基因序列。交由安徽环球基因科技有限公司进行序列优化合成,酶切位点为kpni-xbai,将目的序列pcr克隆至pet-28a( )载体,酶切位点选择无缝克隆-xhoi,融合载体上的n-his标签,用于检测蛋白。由安徽环球基因科技有限公司进行检测和原核表达。
序列表
<110>江苏科技大学
<120>桑树类驱动蛋白mmkin-14n及其编码基因和应用
<160>4
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1.桑树类驱动蛋白mmkin-14n,其特征在于所述桑树类驱动蛋白mmkin-14n的氨基酸序列如seqidno.1所示。
2.编码权利要求1所述桑树类驱动蛋白mmkin-14n的基因,其特征在于所述基因序列如seqidno.2所示。
3.权利要求1所述桑树类驱动蛋白mmkin-14n作为表达标志物在秋水仙素诱导条件下桑树选育中的应用。
4.权利要求2所述编码桑树类驱动蛋白mmkin-14n的基因作为表达标志物在秋水仙素诱导条件下桑树选育中的应用。
5.一种秋水仙素诱导条件下桑树选育中的试剂盒,其特征在于包括权利要求2所述的基因。
技术总结