克隆單子葉植物啟動子及功能驗證

盧凌霄，高珊，于洋，王銀月，鄒春野，于鴻雪，呂小飛

（遼源市農業科學院，吉林 遼源 136200）

1 材料

1.1 植物材料

常規水稻、哥倫比亞生態型（Columbia，Col）擬南芥（Arabidopsis thaliana）種子均由本實驗室保存。

1.2 質粒與菌株

中間載體pUC-19、黃色熒光融合瞬時表達載體pSAT6-EYFP 均由本實驗室保存，pEASY-T5 cloning vector 購于北京Transgen 公司，大腸桿菌Trans1-T1 感受態細胞購于北京Transgen 公司。

1.3 試劑盒

PCR 擴增所需引物均在上海生工生物工程公司合成，KOD FX 及rTaq 購買于TOYOBO 生物技術公司，各種DNA 限制性內切酶、T4 連接酶均購買于美國New England Biolabs（北京）公司，DNA Marker 和蛋白Marker 購買于TaKaRa 公司。

質粒提取試劑盒購于GeneStar 公司，DNA 膠回收試劑盒購于Omega 公司。

2 試驗方法

2.1 克隆啟動子

1）Act2-1啟動子克隆。CTAB法提取水稻總DNA，NCBI檢索Os Actin2-1 序列（GenBank:EU259512.1 1 008 bp），設計引物，分段PCR 法擴增目標片段P1（880 bp）、P2（120 bp），膠回收片段P1、P2，T4 DNA 連接酶連接兩片段得到完整Actin2-1 啟動子，克隆載體測序與目標序列比對。啟動子序列中存在一個PstI 酶切位點，影響后續載體構建，設計引物突變掉克隆所得片段中的PstI 酶切位點，見表1。

表1 設計引物序列

2）Ubi 啟動子改造。玉米Ubiquitin 啟動子為實驗室保存，序列中有一個EcoR I 酶切位點，影響后續載體構建，需設計引物將酶切位點鈍化，改造后的Ubi 啟動子需進行功能驗證。

2.2 啟動子功能驗證

2.2.1 黃色熒光瞬時表達載體構建

利用 In-Fusion 方法構建瞬時表達載體pACT-EYFP 和pUBI-EYFP，利用AgeI 和EcoR V 酶切位點以In-Fusion 無縫克隆方法將35S 啟動子分別替換為克隆并改造得到的Act2-1 和Ubi 啟動子，利用QIAGEN 大提質粒試劑盒提取質粒。

2.2.2 原生質體制備及瞬時轉化所需母液

配制200 mL 0.8 mol/L 甘露醇，0.2 mol/L MES，1 mol/L CaCl2，1 mol/L KCl，2 mol/L MgCl2，5 mol/L NaCl，50 mL 10%BSA，滅菌室溫保存。

2.2.3 配制工作液

1）酶解液（20 mL）：取0.2 mol/L MES 母液20 mL于70 ℃預熱3 min后，加入1.5%Cellulase R10、0.4%Macerozyme R10、0.4 mol/L mannitol、1 mol/L KCl 母液0.4 mL，55 ℃水浴10 min，冷卻后加入1 mol/L CaCl2200 μL、10%BSA 200 μL。

2）W5 溶液（100 mL）：取0.2 mol/LMES 1 mL、5 mol/L NaCl 6.16 mL、1 mol/L CaCl212.5 mL、1 mol/L KCl 500μL，加入滅菌的ddH2O 至100 mL。

3）MMG 溶液（100 mL）：取0.2 mol/L MES 2 mL、0.8mol/L mannitol 50 mL、2 mol/L MgCl21.5 mL，加入滅菌的ddH2O 至100 mL。

4）WI 溶液（100 mL）：取0.2 mol/L MES 2 mL、0.8 mol/L mannitol 62.5 mL、1 mol/L KCl 2 mL，加入滅菌的ddH2O 至100 mL。

5）PEG 溶液（10 mL）：稱取PEG4 g、0.2 mol/Lmannitol 1 mL、1 mol/L CaCl21 mL，加入滅菌的ddH2O 8 mL，55 ℃水浴促進溶解，提前1 h 配制。

2.2.4 制備擬南芥原生質體，并瞬時轉化表達載體

1）剪取21 d 左右的未抽薹擬南芥葉片，用刀片將葉片切成細條，浸于5 mL 酶解液中，輕輕搖晃。

2）放入25 ℃培養箱中，用錫箔紙包住避光酶解3 h 后形成綠色酶/原生質體溶液，期間可以汲取少量液體在顯微鏡下觀察原生質體狀態。

3）加入W5 溶液5 mL，用75 μm 過濾篩過濾到圓底離心管中。

4）使用水平低速離心機，配平后100 rpm 離心2 min，小心吸出上清液。

5）加入W5 溶液2 mL 重懸，冰上放置30 min，原生質體會沉降至管底。

6）小心吸出清液，加入MMG 溶液2 mL 重懸，按轉化的質粒數均勻地分到無菌的離心管中。

7）按每100 μL 原生質體細胞轉化1 μg 質粒，將質粒稀釋后加到原生質體細胞中，輕輕混勻后，緩慢加入PEG 溶液110 μL（邊加邊混勻），避光放置10 min。

8）加入W5 溶液400 μL，輕輕混勻后，終止轉化反應。

9）以離心力100 g 離心2 min，吸出上清液，加入WI 溶液1 mL 重懸，轉移到培養板中。

10）25 ℃避光過夜孵育。

11）取100 μL 溶液于激光共聚焦顯微鏡下觀察啟動子啟動表達熒光蛋白的情況。

3 結果與分析

3.1 Act2-1 啟動子的克隆、改造及測序結果分析

PCR 擴增出的P1、P2 片段進行瓊脂糖凝膠電泳，見圖1（a），HindⅢ和BamHⅠ雙酶切中間載體pUC-19，與酶切處理過的P1、P2 片段連接，獲得pUC-Act，菌落PCR 和雙酶切驗證，見圖1（b）和圖1（c）。

使用突變PstI 位點引物PCR 擴增，可分別得到830 bp 和210 bp 的兩個片段，見圖1（d），回收兩個片段作為模板擴增得到突變了酶切位點的完整Act2-1啟動子片段，回收片段連接到克隆載體pEASY-Blunt Zero上，進行菌落PCR 和雙酶切驗證，經測序驗證獲得突變了PstI 位點完整Act2-1 啟動子，見圖2。

圖1 Act2-1 啟動子的克隆

圖2 Act2-1 啟動子序列

3.2 Ubi 啟動子的改造及測序結果分析

Ubi 啟動子全長2 035 bp，使用鈍化酶切位點EcoR I 引物擴增兩片段大小分別為1 415 bp、651 bp，回收兩個片段作為模板，使用上下游引物第二輪擴增出Ubi 啟動子全長，連接到克隆載體上挑選陽性克隆進行測序，獲得突變EcoR I 酶切位點的Ubi 啟動子。

3.3 黃色熒光瞬時表達載體構建及啟動子啟動熒光蛋白表達能力觀察

利用In-Fusion 方法構建表達載體pACT-EYFP和pUBI-EYFP，大提質粒。與攜帶35s 啟動子的對照載體一起瞬時轉化到擬南芥原生質體，激光共聚焦顯微鏡下觀察啟動子是否能正常啟動黃色熒光蛋白表達。對照35S::YFP 能夠正常表達熒光蛋白，經克隆改造得到的Act2-1 和Ubi 啟動子也均觀測到黃色熒光蛋白，見圖3，證明試驗所得啟動子具有啟動蛋白表達功能。

圖3 擬南芥原生質體瞬時表達黃色熒光蛋白

4 結論

根據NCBI 檢索Os Actin2-1 序列，PCR 法克隆得到Actin2-1 啟動子，與檢索序列同源性達100%，在此基礎上突變掉礙于下一步載體構建的酶切位點，得到新的Act2-1 啟動子；在已有的玉米Ubiquitin 啟動子基礎上使用PCR 法突變掉EcoR I 酶切位點，使其便于下一步自有載體構建體系的應用。

使用擬南芥原生質體瞬時轉化Act2-1、Ubiquitin啟動子構建的黃色熒光瞬時表達載體，以黃色熒光蛋白基因作為報告基因，激光共聚焦顯微鏡下觀察瞬時轉化的原生質體，可觀測到黃色熒光蛋白的表達，證明克隆得到的新啟動子具有啟動功能，可以用于單子葉植物表達載體的構建。