安徽农业科学,Journal of Anhui Agri.Sci.2012,40(31):15139—15141 责任编辑朱琼琼责任校对 卢瑶 多聚磷酸盐激酶(PPK)基因植物表达载体的构建 曹访,杨志红 ,韩志萍,杨倩,费佳玲 (湖州币范学院,浙江湖州313000) 摘要[目的]构建融合表达PPK和绿色荧光蛋白的融合表达载体pCAMBIA1302一PPK。[方法]根据GenBank中登录的大肠杆菌P尸K 基因序列(ID3719)设计引物,以E.coli DI-I5c ̄基因组DNA为模板,通过PCR扩增得PP 基因,然后用In—Fusion HD’Cloning Kit将 PP 基因克隆到pCAMBIA1302载体的Nco I酶切位点。[结果]序列测定结果显示,pCAMBIA1302一PPK含有约2.0 kb的 基因片 段.说明PP 基因已插入植物表达载体pCAMBIA1302的绿色荧光蛋白基因前。[结论]成功构建了融合表达PPK和绿色荧光蛋白的融 合表达载体pCAMBIA1302一PPK。 关键词 大肠杆菌;多聚磷酸盐激酶基因;植物表达载体;构建 中图分类号S603.6 文献标识码A 文章编号0517—6611(2012)31—15139—03 Construction of Plant.based Expression Vector of Polyphosphate Kinase Gene CA0 Fang et ai (Huzhou Teachers Collage,Huzhou,Zheiiang 313000) Abstract 『Objective]The aim was to construct the fusion expression vector of polyphosphate kinase(PPK)and green fluorescent protein (GFP)genes.『Method]In this study,the primers were designed based on PPK gene sequence(L03719)0f E.co如DH5d in Genbank.Ge- norn]c DNA 0f .cD DH 5 was extracted as template for the ampliifcation of PPK gene by PCR method.By using In—Fusion@HD Cloning Kit,the PPK gene was directionally cloned into Nco I site of the pCAMBIA1302 vector.[Result]Sequencing results showed that the 2.0 kb long fragment of PPK gene was inserted into the plant—based expression vector pCAMBIA1302 in front of GFP gene.1 Conclusion I The fusion expression vector of PPK and GFP genes were successfully constructed. Key words Escherichia col :PPK gene;P1ant.based expression vector;Construction 聚磷是由3~1 000多个不等的正磷酸盐通过高能磷酸 1.2.2 PPK基因PCR引物的设计及扩增。根据GenBank 键连接而成的线性多聚体 ,由多聚磷酸盐激酶(Polypho— 中的大肠杆菌PPK基因序列(登录号:I1)3719),用primer sphate Kinase,PPK)催化而成。自然界中很多的微生物都有 premier5.0辅助设计一对PCR引物: 从环境中聚磷的能力,但大部分聚磷能力有限,或需厌氧和 P1:5'-CATGCCATGGGTCAGGAAAAGCTATACATCGAA一3 好氧交替的环境才能有效地聚磷。有研究表明,携带有PPK P2 5'-C GCC GGGqTCAGGTIGTFCGAGTGATFrGAT— 基因质粒的微生物或植物能过量的吸收环境中的磷酸盐形 GTAG-3 成大量聚磷,从而用于去除或降低废水中的磷 ,或利用 上游引物P1位于PPK基因序列起始密码子ATG位置, 聚磷的络合能力去除环境中的重金属污染 “ 。笔者从E. 下游引物P2位于PPK基因3 端终止子TAA前,上下游引物 coli DH5o ̄基因组中克隆出PPK基因,通过基因二[:程技术构 均引进了限制性酶切位点Nco I(下划线部分),同时下游 建了PP 基因的植物表达载体pCAMBIA1302一PPK,并通过 Nco I酶切位点的ATG还可作为载体上GFP基因的起始密 冻融法将其导入根癌农杆菌中,为进一步研究转PPK基因 码子,并添加了碱基G进行补齐,以保证 P基因不移 植物的聚磷能力奠定基础。 码 。引物由英潍捷基(上海)贸易有限公司合成。PCR反 1材料与方法 应体系参照PrimeSTAR HS DNA Polymerras说明书,反应条 1.1 材料 件为:95℃5 min;98℃10 s,55℃10 s,72℃1.5 min,30个 1.1.1 菌种和质粒。大肠杆菌受体菌株DH5c ̄和JM109、 循环;72℃延伸10 min。 植物表达载体pCAMBIA1302、农杆菌菌株LBA4404均由湖 1.2.3 植物表达载体的构建。用限制性内切酶Nco I对植物 州师范学院细胞工程研究所提供。 表达载体pCAMBIA1302进行酶切,切胶回收约l0.5 kb的 1.1.2 主要试剂。PrimeSTAR HS DNA Polymerras、 DNA片段,对PP 基因的PCR产物也进行切胶回收;然后使 MiniBEST Agarose Gel DNA Extractuin Kit Ver.3.0、In—Fu— 用In—Fusion HD Cloning Kit将目的基因和载体进行连接,50 sion HD Cloning Kit等试剂均购自TaKaRa公司;细菌基因 ℃下连接15 min,产物转化至E.coli JM109感受态细胞,涂布于 组DNA提取试剂盒购自北京百泰克生物技术有限公司。 含Kan(30 g/rn1)抗性的LB平板上,37℃过夜培养。 1.2方法 1.2.4 测序引物的设计与测序。根据目的基因插入位点前 1.2.1 E.coli DH5基因组DNA的提取。按照北京百泰克生 后的载体序列设计一对测序引物: 物技术有限公司细菌基因组提取试剂盒说明书操作。 P3:5 一GACTCTrGACCCATGGGTCAGGAAAA—GCTATA— CA rC_3 基金项目 国家自然科学基金(31070451);浙江省钱江人才计划项目 (2009R10016);浙江省自然科学基金(Y5110057)。 P4:5 一GTCAGATCTACCATGGGTI'CAGGTrGT—TCGAGT— 作者简介 曹访(1980一),男,江苏丰县人,实验师,硕士,从事植物转 基因技术的研究,E—mail:caofang@hutc.zj.ell。 通讯作者, GAT一3 讲师,博士,从事植物转基因技术的研究,E—mail:yangzhihong 挑取阳性克隆单菌落,转接于含Kan(30 g/m1)抗性的 @hutc.z.cr1 收稿日期 2012-08-28 液体LB培养基中,37℃下过夜培养,提取质粒送英潍捷基 1514() 2()I2年 (上海)贸易有限公刊测 2.2植物表达载体的构建及鉴定 挑取 陛免隆单菌落. 接种于含30 g/ml Kan的LB液体培养綦巾,37 c【:过伎培 养,碱裂解法提取质粒,经PCR和 、 1酶【]j 定,电泳结果 mas2.31等软件进行分析 1.2.5 表达载体质粒pCAMBIA1302一PPK冻融法转化根 癌农杆菌 将0.1 Ixg纯化的植物表达载体质粒加入到lo0 LLl农杆菌感受态细胞中,轻轻混 J,冰J 放置10 rain,于液氯 巾速冻5 rain,立即川28℃水浴热澈5 111in,7JJ】入500 Ixl无抗 与预期大小相符(『纠2),幸玎步判定载体构建 确 测序结果 表明(图3),插入到pCAMBIA1302巾的P,’ 基 序列与 GenBank登录的PPK基 序列的同源性为99.9%( 735 I,p 生素的YEB液体培养基,28℃缓慢振荡培养2~3 h,然后取 }}{100 l菌液均匀涂布 禽有Kal 的YEB选择平板培养基 上,28℃下培养48 11 2结果与分析 和1 547 bp处分别有T—c、A—C的突 ),}{_j雨人方向为 向插入,可进行后续的表 斌验试验上掉1 编码I'PK篮rI 基因的终止了TAA,使得,j, 坫 干¨GFP屣 在同一个开 放阅渎框内,可实现这2个基 的融合丧达( 4),GFP蛋 PCR产物经l%琼脂糖凝胶 一可为检测PPK毖 在转基 值物『Il的表达提供容易检测 的转基因分子标记、 Ml 1 , 3 M2 2.1 PPK基因的PCR扩增电泳后发现,所扩增片段约2.0 kl,,与预期大小卡H符(冈1), 且条带特异性良好,r f Hj于进行后续试验 Ml 5 000 bI1 0 000 bp 7 500 bp 2 000 bp 4 361 bp 2 322 bp 2 027 bO 5 000 bD 2 500 b【】 2 000 b。 1 000 bD 0()bp }O b1] M1.DIJl500()DNA Mmkf Jl:M2.I)12(xm I)N Mm t:I.1’rK M1.[/120(10 DNA Mmkm’;1、2 PPK PCR产物;M2. —ttind 111 酶切J :物 图1 PPK基因的PCR扩增结果 NcoI PCR产物:2 %MBI 、l302一 K幔粒;3.Ⅵ‘0 I I丫L酶 pCAM13IAI302一PI K 图2重组载体pCAMBIAI302一PPK的鉴定 c T T T T C c TG A CE三三三盈l G T c^矗G土G T c C C C c G T G T T C T C T C C 。rl=’^T G ^ _ -. I ?lI 肌帆v :Sco i 球』II C A T C A A矗T C A C T C G A A CA A C C T G c叵 匿 匝囝G C T“T L——— —一图3重组载体pCAMBIA1302一PPK部分测序结果 2.3 农杆菌的转化及鉴定HJ冻融法将pCAMBIA一1302 质粒转化农朴菌LB'\4404,28 F'tPi本48 I1 ,挑收,T,-I ̄I落 40卷31期 曹访等 多聚磷酸盐激酶(PPK)基因植物表达栽体的构建 1514l Nco I Nco I 该试验以植物表达载体pCAMBIA1302为基础,成功构建 了PPK基因的植物性表达载体pCAMBIA1302一PPK。pCAM- BIA1302植物表达载体插入有 1尸基因序列,在克隆PPK基 LB CaMv 35S CaMv 35S PPK越FP5 I{B 因的引物设计时,删除了编码PPK蛋白基因的终止子.rAA,使 图4 P脉基因植物表达载体pCAMBIA1302一PPK的构建 得PP 基因和G 基因在同一个开放阅读框内,以实现这2 个基因的融合表达,GFP蛋白可为检测PPK蛋白在转基因植 物的表达提供容易检测的转基因分子标记。目前,笔者已将构 建好的PPK基因重组植物表达载体成功地转入了根癌农杆菌 中,转基因植物的制备工作正在进行之中。 2 000 bp 1 000 bp 750 bp 参考文献 『1]STEPHEN J,DIEN V,KEASIJNG J D.Control of polyphosphale metabo— lism in genetically engineered Escherichia coli[Jj.Enzyme and Microbial Technology,1999,24(1/2):21—25. 『2]OGAWA N,TZENG C M,FRALEY C D,et a1.Inorganic polyphosphate in vibrio cholerae:genetic.biochemical,and physiologic features[J].Journal of Bacteriology,2O0O,182(23):6687—6693. 『3]GAVIGAN J A,MARSHALL L M,DOBSON A W.Regulation of polyphos— phate kinase gene expression in Acinetobaeter baumamdi 252[J].Microbi‘ 注:M.DI2000 DNA Marker;1~4.PPK PCR产物。 ology,1999,145:2931—2937. 图5农杆菌单茵落PCR鉴定 进行菌落PCR,电泳结果显示(图5),4个克隆均显示一条约 2 000 bp的PCR扩增条带,说明重组植物表达载体已成功转 化农杆菌。 3讨论 [4]王勤,赵 顷,肖琳,等.转聚磷激酶基因的大肠杆菌去除水体中的磷 [J].中国环 毫科学,2OO6,26(6):742—745. [5]管莉菠,蔡天明,李波,等,Pseudomonas putida GM6多聚磷酸盐激酶 (ppk)基因的克隆及表达[J].土壤学报,2007,44(4):727-733. [6]ARCHIBALD F s,FPdDOVICH I.Invest igations of the st ate of the ulan- ganese in Lactobacilha ̄plantarum[J].Arch Bioehem Biophys,1982,215: 589—596. 水体的富营养化是水体污染的主要原因之一。而水体中 氮磷营养物质不断积累和部分藻类及水生生物过度繁殖,最终 导致了水体的富营养化。当前,如何利用生物生长过程中吸收 氮磷营养物质这一自然过程来达到去除氮磷的目的,已成为研 [7]PAN HOU H,K/YONO M,KAWASE T,et a1.Evaluation of ppk speciifed polyphosphate as a mercury remedial too][J].Biol Pharm Bull,2001,24: 1423—1426. [8]PAN HOU H,KIYONO M,OMURA H,et a1.Polyphosphat e produced in recombinant Escherichia coli confers mercury resistance[J].FEMS Micro- biol Lett,20O2,207:159—164. [9]TAKESHI N,MASAKO K,HIDEMITSU P.Engineering expression of bac— tefial polyphosphate kinase in tobacco for mercu1'y remediation[J].Appl .究的热点。PPK是生物积累环境中的磷酸盐生成多聚磷酸盐 的催化剂。杜宏伟等 的研究表明,表达磷酸激酶的假单胞 菌可去除模拟污水中9o%以上的磷酸盐,是对照菌株的15倍; Micmbiol Biot echnol,2006,72:777—782. [10]BIZILY S P,PUGH C L,SUMMERS A O,et a1.Phytoremediation of meth— ylmercury pollution:merB expression in Arabidopsis thaliana coufeYs resist ante to organomercurilas[J].Proc Natl Acad Sci USA,1999,%:6808— 6813. 王勤等 的研究表明,转化PPK基因的大肠杆菌细胞内聚磷 含量比对照菌株高了20倍;任晶等 的研究表明,转化PPK 的大肠杆菌,对浓度高达35 mg/L的磷酸盐溶液在65 h内的 [11]BIZILY S P,PUGH C L,MEAGHER R B.Phytodetoxiifeation of hazard— OUS organomercurials by genetically engineered plants[J].Nat Bioteehn- o1.2000.18:213—217. 去除效果达99%以上,并以聚磷的形式积累在细胞内。因此, 通过转基因技术将PP 基因导入植物,以期转基因植物具有 高效聚磷能力的研究具有重要意义。 [12]韩小艳,赵娜,王永祥.接头序列及其在融合蛋白掏建中的应用[J]. 河北医科大学学报,2O07,28(3):224—227. [13]杜宏伟,武俊,肖琳,等.聚磷激酶基因在假单胞菌中的整合和表达 [J].环境科学,2OO9,30(10):3011—3015. [14]任晶,肖琳,郑/_、红,等.转聚 晦大肠杆菌诱导表达条件及磷浓度 对其除磷能力的影响[J].环境保护科学,2008,34(6):1—4. (上接第15135页) 中国.,200710019635.6lPj.2007—08—01. 解决的即农作物耐盐性、秸秆高效利用的关键科技问题。作 物远缘品种有利基因的挖掘与创新是目前作物品种改良的 一个重要途径。利用米草耐盐、水稻高产、甜高粱甜秆基因 进行远缘杂交,选育出耐盐、甜秆的优质粮饲兼用水稻新品 种,不但可解决沿海开发、盐碱地治理中急需解决的耐盐作 物品种问题,而且可解决草食动物精粗饲料问题,同时由于 稻草秸秆含糖量增加,草食动物可高效利用秸秆,还能解决 秸秆焚烧所带来的环境污染问题。因此该研究对于资源利 用、农业增效、粮食安全、耕地战略等方面有着重要的科学意 义,具有广阔的应用前景。 参考文献 [1]陈启康,沙文锋,戴晖,等.海涂大米草与水稻属间远缘杂交育种方法: [2]陈启康,沙文锋,顾拥建,等.海涂米草与水稻远缘杂交种质资源发掘 与创新[J].西南农业学报,2009,2(4):877—883. [3]刘正理,程汝宏,黄文胜,等.甜秆多穗型超早熟谷子新种质的创新 [J].中国农业 ,2005,38(1):l7—21. [4]祁适雨,辛文利,马有志,等.优质食、饲两用甜秆小麦——龙18588 [J].麦类作物学报,2004,24(3):138. [5]丘杰,杨必建,江良荣,等.水稻与高梁属间远缘杂交花粉管行为观察 [J].分子植物育种,2005,3(6):835—840. [6]关道明.中国滨海湿地米草盐沼生态系统与管理[M].北京:海洋出版 社,2009:1一l5. [7]仲崇信,卓荣宗.大米草在我国的二十二年[J].南京大学学报(米草研 究进展),1985(5):3】一34. [8]刘公社,周庆源,RAMAcHANDRA SRINCVASAN,等.能源植物甜高粱 种质资源和分子生物学研究进展[J].值物学报,2oo9(3):53—258.2 [9]袁隆平.超级杂交稻研究[M]__}=海:上海科学技术出版社,2OO6:4,194 —198. [10]张建国,刘向东,曹致中,等.饲料稻研究现状及发展前景[J].草业学 报,2008(5):151—155. [11]云锦凤.牧草育种技术[M1.北京:化学工业出版社,2004:105—107.