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        水稻廣譜抗性負調(diào)控基因OsSSI2的克隆及原核表達

        2016-08-05 09:54:42陳亞紅劉早利王春臺劉新瓊
        廣東農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年4期
        關(guān)鍵詞:原核可溶性克隆

        陳亞紅,劉早利,王春臺,劉新瓊

        (中南民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/武陵山區(qū)特色資源植物種質(zhì)保護與利用湖北省重點實驗室/生物技術(shù)國家民委重點實驗室,湖北 武漢 430074)

        水稻廣譜抗性負調(diào)控基因OsSSI2的克隆及原核表達

        陳亞紅,劉早利,王春臺,劉新瓊

        (中南民族大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/武陵山區(qū)特色資源植物種質(zhì)保護與利用湖北省重點實驗室/生物技術(shù)國家民委重點實驗室,湖北 武漢 430074)

        水稻OsSSI2基因負調(diào)控水稻的抗病反應(yīng),為了研究該基因的抗性機理,構(gòu)建pGEX-6P1-OsSSI2原核表達載體,轉(zhuǎn)化大腸桿菌BL21細胞后利用IPTG誘導(dǎo)外源蛋白表達并優(yōu)化表達條件,使用SDS-PAGE和Western Blot檢測分析表達產(chǎn)物。結(jié)果表明:成功構(gòu)建了pGEX-6P1-OsSSI2原核表達載體后進行原核表達,在IPTG濃度為0.3 mmol/L,溫度為25℃,誘導(dǎo)表達7 h,通過SDS-PAGE和Western Blot檢測發(fā)現(xiàn)OsSSI2蛋白的可溶性表達量最多,為進一步研究水稻OsSSI2蛋白的抗性機理奠定了基礎(chǔ)。

        水稻;OsSSI2基因;原核表達載體;誘導(dǎo)表達

        陳亞紅,劉早利,王春臺,等.水稻廣譜抗性負調(diào)控基因OsSSI2的克隆及原核表達[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué),2016,43(4):33-37.

        稻瘟病是由真菌Magnaporthe oryzae 引起的水稻病害,是全球最具影響力和破壞力的水稻病害之一[1]。目前,稻瘟病的防治主要采用化學(xué)防治和抗病新品種培育兩種途徑?;瘜W(xué)防治通常成本高、效果差而且污染環(huán)境。因此發(fā)掘水稻自身的廣譜抗性基因資源,培育持久高抗品種,是最經(jīng)濟有效的病害控制措施[2-3],但對于水稻的廣譜抗性機理不甚清楚。

        植物在抗病過程中通過激活不同的防御通路來對抗病原體感染,其中水楊酸(SA)、茉莉酸(JA)和乙烯(ET)等植物激素是誘導(dǎo)植物抗病反應(yīng)的重要的信號分子[4-5]。每種激素調(diào)節(jié)不同的防御通路但相互配合。除了植物激素,一些研究也表明脂肪酸(FA)及其衍生物在植物抗病反應(yīng)中也起著重要作用,扮演了一個重要信號分子的作用。已經(jīng)有報道證明,抑制硬脂酰-ACP去飽和酶基因(SACPD)的表達提高了擬南芥(SSI2)和大豆對多種病原體的抗性[6-8]。

        OsSSI2基因是脂肪酸去飽和基因SSI2在水稻中的同源基因,OsSSI2的RNAi轉(zhuǎn)基因水 稻表現(xiàn)對稻瘟病及白葉枯的廣譜抗病性,說明OsSSI2基因參與并且負調(diào)控水稻的抗病反應(yīng)[9-13]。因此該基因是研究廣譜抗性機理的一個很好材料。本研究以前期得到的水稻OsSSI2基因為對象,構(gòu)建pGEX-6P1-OsSSI2原核表達載體并嘗試不同的表達條件,得到可溶性GST-OsSSI2融合蛋白,以期為下一步獲取與OsSSI2蛋白相互作用的蛋白及研究該蛋白的抗性機理奠定基礎(chǔ)。

        1  材料與方法

        1.1 試驗材料

        原核表達載體pGEX-6P-1,大腸桿菌菌株BL21和DH5α由中南民族大學(xué)國家民委生物技術(shù)重點實驗室提供。

        限制性內(nèi)切酶BamH I、EcolR I,DNA分子量Marker,購自寶生物工程有限公司(大連);PCR擴增酶KOD,連接酶Ligation high都購自TOYOBO公司(日本);Pageruler?Prestained 預(yù)染蛋白分子量Marker購自FERMENTAS公司(美國);凝膠回收試劑盒、凝膠清潔試劑盒與反轉(zhuǎn)試劑盒均購自Axygen公司(美國);Anti-GST Antibody 抗體和二抗購自天根生化科技有限公司(北京)和Abbkine公司(美國);超敏ECL化學(xué)發(fā)光即用型底物購自博士德生物公司(武漢);引物合成及測序都在金斯瑞生物有限公司(南京)進行。

        1.2 pGEX-6P1-OsSSI2原核表達載體的構(gòu)建

        以O(shè)sSSI2質(zhì)粒DNA為PCR擴增模板,限制性內(nèi)切酶BamH I、EcoR I為酶切位點設(shè)計引物,利用PCR反應(yīng)擴增出目的片段,引物為:

        OsSSI26P-1-BamH IF:5'-GATAggatccGCGTC GAGGATGGCGCTCC-3'

        OsSSI26P-1-EcoR IR:5'-GCGAgaattcGAGTTG AACTTCCCTACC-3'

        (1)大學(xué)生企業(yè)家精神和創(chuàng)業(yè)價值觀培育情況普遍一般。在對10所省屬公辦本科高校大學(xué)生創(chuàng)業(yè)教育調(diào)研中發(fā)現(xiàn)只有1所高校大學(xué)生企業(yè)家精神和創(chuàng)業(yè)價值觀培育情況較好,另外9所高校情況一般;在對10所湖北省屬民辦本科高校大學(xué)生創(chuàng)業(yè)教育調(diào)研中發(fā)現(xiàn)只有2所高校情況較好,另外8所高校情況一般;而其他3種類型的高校在該指標上都表現(xiàn)一般。

        采用20 μL體系,共3管進行PCR反應(yīng),各反應(yīng)物用來如下:ddH2O 4.2 μL、2×KOD buffer 1.0 μL、OsSSI26P-1-BamH IF(10 μmol/L)0.6 μL、OsSSI26P-1-EcoR IR(10 μmol/L)0.6 μL、dNTP(2.5 mmol/L)3.2 μL、模板DNA 1.0 μL、KOD 0.4 μL、總體積 20.0 μL。

        PCR反應(yīng)程序:94℃預(yù)變性2 min;94℃變性15 s,60℃退火30 s,68℃延伸2.0 min,重復(fù)34個循環(huán),68℃延伸10 min。擴增反應(yīng)完成后進行1.0%瓊脂糖凝膠電泳檢測。使用清潔回收試劑盒對目的片段進行清潔回收,然后用限制性內(nèi)切酶BamH I和EcoR I同時雙酶切目的片段和pGEX-6P1空載體,37℃酶切2 h。使用凝膠回收試劑盒對酶切的目的片段及載體片段進行切膠回收,16℃用Ligation high連接酶連接OsSSI2目的片段和pGEX-6P1載體片段2 h后轉(zhuǎn)化DH5α感受態(tài)細胞,涂Amp+平板后于37℃恒溫培養(yǎng)箱倒置過夜培養(yǎng)。從平板上隨機挑取單克隆,提取質(zhì)粒并且進行PCR及雙酶切鑒定,鑒定結(jié)果為陽性的單克隆送公司測序。

        1.3 重組蛋白的原核表達

        1.3.1 重組蛋白的誘導(dǎo)表達 將構(gòu)建好的pGEX-6P1-OsSSI2的重組質(zhì)粒和pGEX-6P1載體轉(zhuǎn)化BL21表達菌株,涂Amp+平板后于37℃恒溫培養(yǎng)箱倒置過夜,隨機挑取6個單克隆菌落接種于3 mL含Amp+的液體 LB培養(yǎng)基中,于37 ℃搖床中180 r/min振蕩培養(yǎng)12 h作為種子液,按1∶1000的接種量接種至5 mL含Amp+的液體 LB培養(yǎng)基中,37 ℃搖床中180 r/min振蕩培養(yǎng)至OD600約為0.6,保存菌液后加入IPTG至終濃度為1 mmol/L,于37℃振蕩培養(yǎng)3 h誘導(dǎo)蛋白的表達。同時誘導(dǎo)不加IPTG的pGEX-6P1-OsSSI2和pGEX-6P1空載體的BL21菌株作為陰性對照。

        1.3.2 重組蛋白的誘導(dǎo)表達條件的優(yōu)化 選取上一步中表達量較好的一個克隆,用保存的菌液按1∶1000的接種量接種至5 mL含Amp+的液體 LB培養(yǎng)基中,37℃搖床中180 r/min振蕩培養(yǎng)至OD600約為0.6后,分別加入IPTG至終濃度為0、0.1、0.2、0.3、0.5、0.7、1.0 mmol/L誘導(dǎo)表達確定IPTG濃度后,分別于10、15、25、37℃條件下誘導(dǎo)蛋白表達,分別于1、3、5、7 h誘導(dǎo)時間取樣5 mL,利用SDS-PAGE電泳檢測比較誘導(dǎo)溫度和時間對可溶性蛋白表達的影響。

        1.3.3 重組蛋白的SDS-PAGE檢測 將誘導(dǎo)表達完成的菌液轉(zhuǎn)入離心管中,4 000 r/min離心10 min,棄上清收集菌體,加入3 mL PBS(pH7.4)緩沖液重新懸浮菌體,在冰浴中超聲波破碎細胞,破碎5 s,間隔5 s,每管破碎10 min,4 000 r/min離心15 min收集蛋白上清,在沉淀中加入1 mL bufferB,室溫靜置1 h,間隔震蕩幾次,12 000 r/min離心15 min,取上清為蛋白沉淀。各取上清100 μL加入適量Loading buffer于100℃沸水中煮10 min,瞬時離心后進行10% SDS-PAGE檢測。恒壓100 V電泳,用考馬斯亮藍染色液染色3 h后用脫色液進行脫色。

        2  結(jié)果與分析

        2.1 pGEX-6P1-OsSSI2原核表達載體的克隆

        將重組質(zhì)粒pGEX-6P1-OsSSI2通過PCR鑒定,OsSSI2大小為1 197 bp(圖1A);通過雙酶切鑒定顯示,重組質(zhì)粒經(jīng)過BamH I和EcoR I雙酶切,得到兩段大小分別為5 000、1 200 bp左右大小的條帶,與預(yù)期估計條帶大小相同(圖1B)。將構(gòu)建好的載體送公司測序,其測序結(jié)果100%匹配,說明pGEX-6P1-OsSSI2原核表達載體構(gòu)建成功。

        圖1 重組表達載體陽性克隆鑒定

        2.2 重組蛋白的SDS-PAGE檢測

        將構(gòu)建好的pGEX-6P1-OsSSI2的重組質(zhì)粒和pGEX-6P1載體轉(zhuǎn)化BL21表達菌株,隨機挑取6個單克隆菌落進行誘導(dǎo)表達,用SDS-PAGE檢測表達產(chǎn)物,經(jīng)染色和脫色后觀察,目的蛋白大小約為44.4 ku,GST標簽大小約為26 ku,所以表達目的蛋白大小約為70.4 ku,從圖2可見,在70 ku左右,誘導(dǎo)處理后的樣品與空載蛋白存在明顯差異,表明OsSSI2蛋白可能高效表達,其中2、3、7號克隆蛋白表達量較高,可用于下一步蛋白表達條件摸索。

        圖2 含GST標簽的OsSSI2融合蛋白的誘導(dǎo)表達SDS-PAGE檢測

        利用表達量較高的克隆進行蛋白表達IPTG濃度的摸索,發(fā)現(xiàn)該蛋白同時在上清和沉淀都有表達,當IPTG濃度為0.3 mmol/L時,上清中可溶性蛋白表達量最高,因此我們確定IPTG終濃度為0.3 mmol/L(圖3)。

        圖3 不同濃度 IPTG誘導(dǎo)pGEX-6P1-OsSSI2蛋白表達SDS-PAGE檢測

        在蛋白表達IPTG終濃度為0.3 mmol/L時,進行表達溫度和時間的優(yōu)化,經(jīng)過10、15、25、37℃不同溫度,1、3、5、7 h不同時間的摸索,確定25℃、7 h為最佳表達條件(圖4)。

        圖4 不同溫度時間誘導(dǎo)pGEX-6P1-OsSSI2蛋白表達SDS-PAGE檢測

        綜上所述,確定目的蛋白較適宜的誘導(dǎo)表達條件為:IPTG終濃度為0.3 mmol/L、誘導(dǎo)溫度和時間為25℃、7 h。

        2.3 重組蛋白的Western Blot檢測

        用GST單抗對誘導(dǎo)表達的蛋白孵育進行檢測,可以觀察到在20 ku和35 ku之間空載體及誘導(dǎo)后重組蛋白均有,分析該條帶為GST條帶。在70 ku附近,誘導(dǎo)處理后的pGEX-6P1-OsSSI2上清、沉淀中均出現(xiàn)單一的信號條帶,而未加IPTG誘導(dǎo)的pGEX-6P1-OsSSI2和空載體的蛋白樣品中未見信號表達(圖5)。此結(jié)果進一步表明載體構(gòu)建成功,水稻OsSSI2蛋白成功并高效的表達,并且該外源蛋白有可溶性和包涵體兩種表達形式。

        圖5 OsSSI2蛋白Western Blot檢測

        3 結(jié)論與討論

        本試驗采用pGEX-6P1原核表達載體,在目標蛋白的N端加上一個約26 ku的GST標簽蛋白,在原核表達時優(yōu)化誘導(dǎo)表達條件,從不同的IPTG濃度、誘導(dǎo)溫度、誘導(dǎo)時間去摸索,結(jié)果在表達條件為IPTG終濃度為0.3 mmol/L、誘導(dǎo)溫度為25℃、誘導(dǎo)時間為7 h時提高了目的蛋白的可溶性表達,為進一步去研究OsSSI2蛋白在水稻中的相關(guān)功能奠定了基礎(chǔ)。

        在原核細胞表達外源基因過程中,尤其是以大腸桿菌為宿主菌高效表達外源基因時,表達蛋白常常在細胞質(zhì)內(nèi)聚集,形成包涵體。以包涵體形式存在的蛋白質(zhì)分子不具有正確的天然三維結(jié)構(gòu),表達蛋白不具有生物活性,需要通過復(fù)性操作以得到具有預(yù)期生物活性的蛋白質(zhì)。而通常的包涵體復(fù)性過程中,復(fù)性條件難以控制,成本高,在復(fù)性過程中也很難保證包涵體蛋白形成正確的折疊結(jié)構(gòu),為后續(xù)的研究提供了諸多的不便[18-19]。外源表達OsSSI2蛋白時發(fā)現(xiàn)目的蛋白仍然以部分包涵體形式存在,而如果能從上清中表達出大量可溶性的OsSSI2蛋白則會避免這個問題,于是在原核表達時優(yōu)化誘導(dǎo)表達條件,最終提高了目的蛋白的可溶性表達。

        本研究室在前期研究中,通過酵母雙雜交技術(shù)初步篩選到與OsSSI2蛋白互作的潛在的互作蛋白,為了進一步研究其互作關(guān)系,本研究克隆該目的基因并利用原核表達成功表達出可溶性目的蛋白,下一步將進行兩個互作蛋白體外Pull-down的驗證,這對其抗病機理的研究具有重要意義。

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        (責任編輯 楊賢智)

        Cloning and prokaryotic expression of broad-spectrum resistance negative control gene OsSSI2 from rice

        CHEN Ya-hong,LIU Zao-li,WANG Chun-tai,LIU Xin-qiong
        (Hubei Provincial Key Laboratory for Protection and Application of Special Plants in Wuling Area of China/Key Lab for Biotechnology of State Ethnic Affairs Commission /College of Life Science,South-Central University for Nationalities,Wuhan 430074,China)

        The rice OsSSI2 gene regulates negatively rice disease resistance.In order to dissect the resistance mechanism of OsSSI2,the recombinant prokaryotic expression vector pGEX-6P1-OsSSI2 was constructed and transformed into E.coli strain BL21.The OsSSI2 protein was induced with IPTG,and confirmed by SDS-PAGE and Western Blot analysis.The results revealed that the prokaryotic expression vector pGEX-6P1-OsSSI2 was constructed and expressed successfully.In the condition that IPTG concentration was 0.3 mmol/L,the temperature was 25℃,and the time induced expression was 7 h,maximum expression of OsSSI2 soluble protein was detected by SDS-PAGE and Western Blot,which laid the foundation for further research of resistance mechanism of OsSSI2 protein from rice.

        rice;OsSSI2;prokaryotic expression vector;induced expression

        S511.01

        A

        1004-874X(2016)04-0033-05

        10.16768/j.issn.1004-874X.2016.04.008

        2015-11-02

        國家自然科學(xué)基金(31370306);湖北省自然科學(xué)基金重點項目(2013CFA098)

        陳亞紅(1989-),女,在讀碩士生,E-mail:896826843@qq.com

        劉新瓊(1972-),女,博士,教授,E-mail:liuxinqiong@mail.scuec.edu.cn

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