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        梨Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶序列的克隆及分析

        2012-12-31 00:00:00張靖國胡紅菊田瑞陳啟亮楊曉平
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2012年19期

        摘要:根據(jù)Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶的保守區(qū)設(shè)計簡并引物,從10份梨屬(Pyrus)材料中擴(kuò)增該逆轉(zhuǎn)座子片段。擴(kuò)增產(chǎn)物經(jīng)純化后克隆于pMD18—T質(zhì)粒載體,選擇陽性克隆,再經(jīng)菌落PCR鑒定、測序及序列分析,獲得了14條梨Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶序列。這些核苷酸序列長度為250~267 bp,具有較高的異質(zhì)性,主要表現(xiàn)為缺失突變,通過核苷酸聚類可將14條序列分為4個家族。對這些片段的氨基酸序列進(jìn)行分析,結(jié)果顯示有2個序列發(fā)生了終止密碼子突變。該研究獲得的梨屬植物Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶氨基酸序列與已報道的其他生物的相應(yīng)序列有較高的一致性。

        關(guān)鍵詞:Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶;梨(Pyrus);克??;序列分析

        中圖分類號:S661.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:0439—8114(2012)19—4388—03

        逆轉(zhuǎn)座子(Retrotransposon)是真核生物中種類最多、分布最廣的轉(zhuǎn)座因子,也是高等植物核基因組的重要組成部分[1]。各種生物和非生物因子的脅迫都可能誘導(dǎo)逆轉(zhuǎn)座子發(fā)生轉(zhuǎn)座,導(dǎo)致基因突變、基因組擴(kuò)增及重排等,造成植物的遺傳變異,從而成為自然選擇的源泉[2—5],其序列的克隆與分析研究對于植物基因組組成、進(jìn)化與基因的表達(dá)調(diào)控研究均有重要的意義。迄今已在蘋果[6,7]、柑橘[8]、柿[9]、葡萄[10]等主要果樹作物中研究分析了逆轉(zhuǎn)座子的種類和組成。其中Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子在植物界廣泛分布,是研究最多的一類[3—5]。目前關(guān)于梨逆轉(zhuǎn)座子的報道較少,該研究依據(jù)Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶的保守序列設(shè)計簡并引物,采用PCR方法進(jìn)行梨屬植物Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶序列的分離克隆,并通過序列分析初步研究其變化特點,以期為梨屬植物的逆轉(zhuǎn)座子研究奠定基礎(chǔ)。

        1 材料與方法

        1.1 材料

        本研究材料包括2個西洋梨(Pyrus communis L.)品種早紅考密斯和康福倫斯,2個砂梨(P. pyrifolia Nakai.)品種豐水和蒲瓜梨,2個白梨(P. bretschneideri Rehd)品種雪花梨和鴨梨,2個秋子梨(P. ussuriensis Maxim)品種安梨和花蓋梨,以及兩個砧木種杜梨(P. betulaefolia Bge.)和豆梨(P. calleryana Dcne.),共10份材料。

        1.2 方法

        1.2.1 梨基因組DNA的提取及Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶的擴(kuò)增 取剛展開的嫩葉,采用CTAB法[11]提取基因組DNA,并用紫外分光光度計測定DNA濃度。參照文獻(xiàn)[12]設(shè)計Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶的引物,上下游引物序列分別為:5′—ACNGCNTTPyPyTNCAPyGG—3′,5′—APuCATPuTC

        PuTCNACPuTA—3′,其中N=A+T+C+G,Py=A+G,Pu=T+C。PCR反應(yīng)體系為:DNA 20 ng,dNTPs 0.2 mmol/L,引物0.3 μmol/L,2.0 μL 10×Buffer,2.5 mmol/L Mg2+,1 U Taq DNA聚合酶(上海Sunny公司生產(chǎn)),加雙蒸水至20 μL。PCR擴(kuò)增程序為:94 ℃ 120 s;94 ℃ 30 s,53 ℃ 60 s,72 ℃ 90 s,35個循環(huán);72 ℃ 5 min。反應(yīng)在Bio—Rad S1000型PCR儀上完成。

        1.2.2 PCR產(chǎn)物的回收、克隆及轉(zhuǎn)化 用1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測PCR產(chǎn)物,并用TaKaRa凝膠回收試劑盒回收早紅考密斯的PCR擴(kuò)增產(chǎn)物?;厥债a(chǎn)物經(jīng)純化后連接于pMD18—T載體上,轉(zhuǎn)化大腸桿菌DH5α感受態(tài)細(xì)胞,37 ℃培養(yǎng)16~20 h后藍(lán)白斑篩選,挑取白色單克隆,在含有100 mg/L氨芐青霉素的LB液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)過夜后PCR鑒定陽性克隆。

        1.2.3 Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶序列測定及序列分析 將鑒定為陽性的菌液送往北京六合華大基因科技股份有限公司測序。利用DNAStar和DNAMAN軟件對獲得的逆轉(zhuǎn)錄酶序列進(jìn)行分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶序列的PCR擴(kuò)增結(jié)果

        采用1%瓊脂糖凝膠電泳對Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶序列的PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行檢測,結(jié)果如圖1,供試的10份梨屬植物材料均能擴(kuò)增出長度約為260 bp的Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶片段,與之前的報道一致,說明Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子在梨屬植物中普遍存在。

        2.2 Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶序列測定結(jié)果

        將以早紅考密斯基因組DNA為模板擴(kuò)增得到的Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶序列進(jìn)行回收純化、克隆、測序后,共得到14條序列,全部序列信息已經(jīng)提交GenBank數(shù)據(jù)庫,登錄號為JN639033~ JN639046(表1),這些序列與已知植物的Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶序列有較高的同源性,說明其逆轉(zhuǎn)座子是真實的。14條序列均富含A、T堿基,其中A、T、C、G堿基的個數(shù)分別為55~83、70~99、33~68、44~67,AT與GC比例范圍為1.09~1.69。

        2.3 Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶的核苷酸序列和氨基酸序列分析

        為了闡明梨Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶間的相互關(guān)系,利用DNAStar對分離到的14條逆轉(zhuǎn)錄酶序列進(jìn)行聚類分析,構(gòu)建梨該類逆轉(zhuǎn)座子的系統(tǒng)發(fā)育進(jìn)化樹(圖2)。根據(jù)進(jìn)化樹Branch的長度把這14條序列分成4個家族,其中Ⅰ、Ⅱ、Ⅳ家族各包括4個序列,第Ⅲ家族只有2個序列。14條Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶核苷酸序列長度為250~267 bp,短于之前報道的273 bp[4],說明缺失是造成梨Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶序列長度變化的主要原因。進(jìn)一步分析表明,Pcrt3在第25、27、32和59個氨基酸處發(fā)生了4個終止密碼子突變;Pcrt14在第10、55、71和89個氨基酸處也存在4個終止密碼子突變(圖3),由此推測終止密碼子突變可能是逆轉(zhuǎn)座子發(fā)生突變及不能表達(dá)的主要原因之一。從GenBank中搜索到已登錄的其他生物的Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列,與本研究獲得的14條梨Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶的氨基酸序列比對,結(jié)果顯示本試驗所克隆到的梨Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶氨基酸序列與蘋果、草莓、柑橘、桃等的有較高的一致性,表明它們可能有共同的起源[13],也可能是不同物種間逆轉(zhuǎn)座子橫向傳遞的結(jié)果[14]。

        3 討論

        本研究首次對梨屬植物中的Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶基因進(jìn)行了PCR擴(kuò)增,從10份材料中均擴(kuò)增出長度為260 bp左右的目標(biāo)片段,說明Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶基因在梨屬植物中廣泛存在。從西洋梨品種早紅考密斯中獲得了14條Ty1—copia類逆轉(zhuǎn)座子逆轉(zhuǎn)錄酶序列,這些序列表現(xiàn)出較大的變異性,其核苷酸序列為250~267 bp,存在缺失突變;其中2個序列發(fā)生了4個終止密碼子突變,由此推斷缺失突變和終止密碼子突變可能是造成逆轉(zhuǎn)座子異質(zhì)性的重要原因。

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