应用于染色体步移的PCR扩增技术的研究进展

各种建立在PCR基础上染色体步移的方法能够根据已知的基因序列得到侧翼的基因序列。染色体步移技术主要应用于克隆启动子、步查获得新物种中基因的非保守区域、鉴定T-DNA或转座子的插入位点、染色体测序工作中的空隙填补,从而获得完整的基因组序列等方面。其方法主要有3种:反向PCR的方法,连接法介导的PCR的方法以及特异引物PCR的方法。文章就各种方法进行举例说明并加以分析比较。

利用基因组文库加速Xa23基因定位的染色体步移

用距离水稻抗白叶枯病基因Xa230.8 cM的EST标记C189,扩增Xa23的近等基因系CBB23的基因组片段(0.8 kb)为探针,筛选水稻明恢63的TAC文库和广陆矮4号的PAC文库,对获得的7个阳性克隆用酶切法和Tail-PCR法进行末端片段分离,获得15个末端片段,用于感病亲本金刚30和抗病亲本CBB23之间的多态性检测,发现7个末端片段在双亲间有多态性,分别为69B、70N、81N、45B、45N、84N和84B。用这些末端片段作RFLP标记,对金刚30/CBB23的F2群体进行检测和连锁分析,结果表明这些标记与Xa23的遗传距离依次为0.4、0.4、0.4、0.5、0.6、0.6和1.1 cM。虽然69B、70N和81N与Xa23的遗传距离均为0.4 cM,但序列比对揭示69B与70N的物理距离为35 kb,与81N为95 kb,69B距Xa23最近。三者与Xa23的遗传距离虽然相同,但物理距离存在很大差异。这些末端片段标记加密了Xa23基因一侧的遗传图谱,并使其遗传距离缩短到0.4 cM,加速了Xa23的定位进程,为Xa23的分离克隆奠定了重要基础。讨论了这种染色体步移方法的适用条件。

染色体步移技术研究进展

染色体步移技术是一种常用的克隆已知片段旁侧序列的技术。综述了近年来染色体步移技术的发展情况,介绍了结合基因组文库的染色体步移技术和基于PCR的染色体步移技术。同时总结了物理剪切法和限制性内切酶法构建亚克隆文库的优化步骤,以及连接成环PCR法、外源接头介导PCR法和半随机引物PCR法的原理,并且比较分析了他们之间的优缺点,以期对实际操作起到借鉴作用。

利用染色体步移PCR检测辐射松的单核苷酸多态性

用染色体步移技术(chromosome walking)的基本原理以辐射松(Pinus radiata)肌动蛋白基因(actin)为例,利用获得的EST序列设计定向引物,向上游和下游进行了染色体序列的步移.获得了包括启动子、5′端非编码区和编码区及3′端非编码区辐射松肌动蛋白基因基因组序列2154 bp.通过对200株不同辐射松个体进行PCR扩增及测序,共获得了21个SNPs,其中启动子区域3个,编码区15个,3′端非编码区4个.实验结果为今后染色体步移技术在基因非编码区SNP的检测提供了理论与技术参考.

基于PCR的染色体步移中单引物扩增的克服与非特异引物的利用

基于PCR的染色体步移(PCR-Walking)方法已有许多种,包括反向PCR、连接介导的PCR、随机引物PCR等.在众多的方法中,经常存在由通用引物引起的单引物非特异扩增现象.本文综述了连接介导的PCR-Walking中单引物扩增的形成原理及克服方法.克服单引物扩增主要是使接头引物在DNA两端的接头上只有1个结合位点,从而避开单引物扩增.常用的方法有3′端加氨基修饰的不对称接头、泡泡状接头或Y字型接头及单寡核苷酸接头等方法.还介绍了2种利用通用引物非特异扩增克隆目的序列的方法:引物错配法及基于RAPD原理的单引物PCR法.

基于PCR的染色体步移技术研究进展

基于PCR的染色体步移技术主要用于分离已知序列侧翼的未知序列,为分离基因、步移调控区域及填补基因组测序的空隙提供极大便利。基于PCR的染色体步移技术依照原理可分成依赖连接介导PCR法和不需要酶切连接PCR法。综述了近年来以PCR为基础的染色体步移技术,比较了这些方法的原理及操作步骤,同时总结了依赖连接介导PCR法和不需要酶切连接PCR法的优点与缺点,以期对研究起到借鉴作用。

利用RFLP数据进行定向染色体步移

染色体步移是分子遗传学一个十分重要的技术,它在分子克隆上运用得日益广泛.但是,通常我们不能决定染色体步移的方向,从两个方向步移既费时又费力.本文阐述了一个能够确定染色体步移方向的方法.借助于这个方法,在粗糙脉孢霉成功地克隆了os-1基因.这个方法对其它生物也有借鉴意义.os-1突变株对高渗透压敏感,它在含4%氯化钠的固体培养基上不能生长.os-1在表型上与野生型很不相同.os-1突变株的无性孢子聚集成团,并带橘红或紫色.在非允许温度下,一个温度敏感型os-1突变(等位基因:NM233t)

基于PCR的非酶连型基因组步移技术研究进展

基于PCR的基因组步移(或染色体步移)技术常用于克隆已知DNA片段的旁侧序列,是一项重要的的基因组学研究技术。根据原理可将其分为依赖酶连介导和不需酶连介导两大类。目前后者发展迅速,方法种类较多而且各具特色,但根据步移引物与模板DNA的结合特点,可将其统分为基于简并引物的或依赖特定位点的基因组步移技术。综述了当前主要或典型的非酶连PCR介导的基因组步移方法以及最新进展,以期为相关研究提供方法借鉴。

白木香愈创木烯合酶基因(AsSGS)启动子的克隆及功能初步鉴定

利用染色体步移的方法克隆了一种白木香倍半萜合酶——愈创木烯合酶基因(AsSGS)791 bp的启动子序列,序列分析表明,获得的序列中A/T含量达64.6%,与真核生物启动子序列的特征相符合。该序列除具有启动子核心序列TATA-box和增强子元件CAAT-box等典型的真核生物启动子基本元件外,还含有如赤霉素反应元件GARE-motif、ABA的应答元件G-Box、生长素响应元件TGA-element和脱落酸响应元件ABRE等参与激素调控元件,光应答元件Box I、GA-motif、TCT-motif,热胁迫反应的HSE,厌氧诱导元件ARE和增强诱发厌氧反应的GC-motif等顺式作用元件。利用农杆菌介导的本生烟草瞬时表达系统对所获得的启动子功能进行鉴定,结果表明,所有缺失片段都能驱动β-葡萄糖苷酸酶(GUS)基因表达,GUS活性与启动子片段的长度呈正相关。

白木香查尔酮合成酶基因(AsCHS1)启动子克隆及激素应答元件功能的初步鉴定

利用染色体步移法克隆了白木香查尔酮合成酶基因（As CHS1）ATG上游1 082 bp的启动子序列,该启动子序列中AT含量高达69.03%,符合真核生物启动子的序列特征。通过启动子预测软件分析可知,该序列的转录起始位点位于翻译起始位点-65 bp处,并且其上游-25-30 bp区域存在TATA-box等典型的真核生物启动子核心元件,同时含有一些顺式作用元件如赤霉素应答元件GARE-motif、茉莉酸甲酯应答元件CGTCA-motif、水杨酸应答元件TCA-element等激素调控元件,光应答元件BoxⅠ、G-Box、ACE,厌氧诱导元件ARE等。通过构建p C-1 082pro As CHS1植物表达载体,借助农杆菌将重组载体转化到烟草叶片中。蛋白定量结果表明,该序列可以驱动GUS的表达,具有启动子活性;脱落酸显著增强该启动子的活性,乙烯则显著抑制该启动子的活性。

盐穗木盐相关转录因子HcSCL13基因启动子的克隆及活性初步分析

为探明盐穗木盐相关转录因子基因Hc SCL13的表达调控规律,利用基因组步移法成功克隆获得该基因2 200 bp的启动子序列。Plant CARE数据库分析结果表明,该启动子不仅含有启动子区的核心元件CAAT-box和TATA-box,还包含多个与逆境应答有关的顺式调控元件。将克隆获得的Hc SCL13转录因子基因启动子序列定向替换p BI121载体上的35S启动子,构建融合表达载体并转染模式植物拟南芥,对转基因拟南芥进行GUS组织化学染色。结果显示转基因拟南芥整株被染色,提示该启动子具有表达活性且可能为组成型启动子。

转HaNAC基因棉花的分子鉴定及遗传稳定性分析

棉花是世界上重要的经济作物之一。为创制和改良棉花抗旱新品种提供种质资源及遗传育种研究提供理论依据,通过染色体步移技术明确外源基因在棉花染色体上的插入位点、序列及染色体信息,研究了转梭梭HaNAC基因的棉花材料对干旱胁迫的响应能力,确定了HaNAC基因的物理位置,鉴定了其遗传稳定性。研究结果如下:(1)本研究对转HaNAC38转录因子基因棉花材料进行了分子鉴定,通过PCR扩增、电泳检测及测序证实了转基因植株中分别存在标记基因和目的基因序列。应用半定量PCR,证明了HaNAC38基因在棉花受干旱胁迫后表达量上调。这些结果说明转HaNAC38基因T6代棉花植株的遗传稳定性。(2)通过标记基因的初步筛选获得阳性植株后,对转基因棉花进行外源基因的检测鉴定,利用获得的序列设计染色体步移引物,通过巢式PCR方法获得转HaNAC38基因棉花的T-DNA序列在基因组中的插入位置,结果定位到棉花基因组A11染色体第26202323 bp处。根据已知的棉花基因组信息,通过鉴定,共筛选转HaNAC38基因的棉花材料5个株系,为创制和改良棉花抗旱新品种提供了亲本材料。

产微球茎属(Microbulbifer sp.)FG4菌株琼胶酶功能基因的克隆与表达

以FG4菌株琼胶酶基因侧翼序列为基础,构建重组质粒与载体,从而获得高效产琼胶酶的表达菌株。本研究利用染色体步移法获得FG4菌珠琼胶酶基因功能的侧翼序列之后,将基因组端序列克隆基因片段与表达载体进行重组,并转入到受体细胞BL21中,在鉴定表达菌株的成功构建后利用IPTG诱导表达琼胶酶。实现产微球茎属(Microbulbifer sp.)FG4菌株琼胶酶功能基因的克隆与表达,以期为琼胶酶类在不同领域的实际应用提供理论支持。

一个与稻瘟病菌无毒基因AVR-Pik^m连锁的SCAR标记的分离

本研究将以前在稻瘟病菌菌株S1522获得的与决定对水稻品种梅雨明无毒性的基因(AVR-Pik^m)相连锁的1个RAPD标记OPO12_(1000)进行了克隆和鉴定。核苷酸序列测定与分析结果表明:OPO12_(1000)的大小为946个碱基,不含有与已报道的稻瘟病菌Mg-SINE、Fosburry、Magyy、Grasshopper、Pot2以及Pot3等同源的重复序列。根据OPO12_(1000)的核苷酸序列,设计了1对24个核苷酸的特异引物,对无毒表型亲本S1522和毒性表型亲本S159、无毒表型群体基因池、毒性表型基因池以及有性杂交后代108个菌株进行了PCR扩增,所有无毒表型的菌株均能特异性地扩增出1条与OPO12_(1000)大小相同的DNA条带,而毒性表型的菌株除5个重组个体外,均不能扩增出这条特异带。此结果表明,与稻瘟病菌无毒基因AVR-Pik^m连锁的RAPD标记OPO12_(1000)被成功地转化为SCAR标记,为进一步通过染色体步移克隆该无毒基因奠定了基础。

菊花CmDFR与CmANS基因启动子序列克隆与瞬时表达分析

DFR和ANS是花青素合成途径下游两个关键的结构基因,其不仅决定花青素苷最终结构及其呈色,还在花器官中特异性表达,研究其启动子区域对花色改良的分子育种具有重要参考价值。利用接头染色体步移法(genome walking),从菊花的叶片基因组DNA中克隆到了2个DFR基因同源序列CmDFR的启动子片段,1个ANS基因同源序列CmANS的启动子片段。生物信息学软件分析结果显示,这3个启动子片段除了含有多个TATA-box、CAAT-box等基本的启动子元件,还含有很多与MYB转录因子相结合的元件,以及G-box等参与光响应的顺式作用元件。利用双酶切方法,将克隆到的启动子片段替换载体pBI121上的35S启动子,将新构建的植物表达载体转入农杆菌中,采用叶盘法侵染菊花叶片和花瓣进行瞬时表达研究。结果表明,这3个启动子片段均具有驱动下游报告基因表达的功能。因此,可以开发成菊花分子育种的有效基因构件。

青枯菌拮抗菌2-Q-9的分子鉴定及抑菌相关基因的克隆

通过16SrDNA碱基序列的测定和同源性分析,鉴定青枯菌拮抗菌2-Q-9与桥石短芽孢杆菌(Brevibacillus choshinensis)亲缘关系最近,其16SrDNA序列提交GenBank,登录号为FJ613127.根据已测得的该拮抗菌外泌抗菌肽氨基酸序列中的一段设计简并引物,利用染色体步移法得到全长序列780bp,经测序和BLAST比对分析表明,该基因属于CodY家族,与已鉴定的转录因子抑制剂CodY(ZP_01171531)的同源性最高;表现在氨基酸水平的相似性为77%,其序列全长已提交GenBank,登录号为FJ613128.

生防细菌NCD-2中抑菌功能相关基因的定位及克隆

枯草芽孢杆菌NCD-2菌株是一株有效防治棉花黄萎病的细菌,它通过产生抑菌物质达到对大丽轮枝菌的抑制作用。以该菌株作为有效成分的微生物农药已通过国家农药登记。通过原生质体转化法将含有转座子mini-Tn10的质粒pHV1249转入枯草芽孢杆菌NCD-2中,获得转化子。对转化子通过高温诱导转座子转座,获得4 000个NCD-2菌株的突变子。对这些突变子进行对大丽轮枝菌的抑菌作用测定,筛选到2株抑菌作用增强的突变子和4株抑菌作用降低的突变子。采用染色体步移技术对此6个突变子中转座子插入位点基因的侧翼序列进行克隆和测序,结合枯草芽孢杆菌168菌株的全基因组序列对测序结果进行序列同源性和基因定位分析,结果表明:抑菌作用增强的2个突变子中,转座子插入到一个功能未知的基因内部,此基因与枯草芽孢杆菌168菌株中的yvoA基因的同源性为98%;抑菌作用降低的4个突变子中,转座子插入位点对应于枯草芽孢杆菌168菌株中的phoP基因内部,插入位点的侧翼序列与枯草芽孢杆菌168菌株中的phoP基因的同源性达到98%。

树舌灵芝免疫调节蛋白基因克隆,生物信息学分析及真核表达载体构建

树舌灵芝(Ganoderma applanatum)为灵芝属内独特的一类,克隆树舌灵芝免疫调节蛋白(fungal immunomodulatory protein,FIP)基因,对其进行生物信息学分析并构建真核表达载体,将为高效表达重组树舌灵芝FIP和揭示其生物学功能奠定基础。采用染色体步移的方法从树舌灵芝菌丝体基因组DNA中扩增得到1个新型真菌免疫调节蛋白基因—FIP-gap,对其核苷酸序列进行生物信息学分析,结果表明,FIP-gap基因属于灵芝属FIP家族,含有342 bp,编码113个氨基酸。对其氨基酸序列分析表明:树舌灵芝免疫调节蛋白FIP-gap分子量为12.7 k D,理论等电点为4.93,富含丝氨酸,缬氨酸和苏氨酸,不含组氨酸和半胱氨酸。另外将FIP-gap与其他灵芝属FIP进行蛋白质序列比对分析,其具有FIP典型的保守序列,并与灵芝(G.lucidum)、松杉灵芝(G.tsugae)、紫灵芝(G.japoncium)、紫芝(G.sinensis)、小孢子灵芝(G.microsporum)和黑灵芝(G.atrum)具有78%、78%、78%、79%、78%和77%的同源性,为一新型的FIP。构建灵芝属真菌免疫调节蛋白系统进化树,结果表明树舌灵芝FIP-gap与其他灵芝属FIP均不聚类,说明其与其他灵芝属FIP的亲缘性相对较远。同时,构建了毕赤酵母重组表达载体p PIC9-FIP-gap,为进一步研究FIP-gap的生物学功能提供基础,为全面了解真菌免疫调节蛋白提供理论依据。

Pseudomonas putida GM6多聚磷酸盐激酶(ppk)基因的克隆及表达

以一株高效聚磷菌Pseudomonas putidaGM6为研究材料。为获得其多聚磷酸盐激酶(polyphos-phate kinase,ppk)基因,并验证该基因在磷酸盐转运系统中的作用,根据已报道的ppk基因保守区域设计引物,从其总DNA中成功扩增到ppk基因的部分片段(约528 bp)。随后采用快速染色体步移方法(Self-formed adap-tor PCR,SEFA-PCR)技术扩增片段的上下游基因序列,将三个序列拼接,用OMIGA软件分析其ORFs,推测ppk基因全长为2 220 bp(GenBank accession number DQ133537)。构建的多聚磷酸盐激酶表达菌株E.coliBL21(DE3)/pET29a-ppk经IPTG诱导后3 h时,明显出现分子量约为81 kDa的表达产物。且表达菌株在12 h时的磷去除率高达80%(对照菌株的磷去除率仅为18%),远高于已报道的40%的去除率。这表明ppk基因在E.coli中的过量表达,导致了E.coli菌体中poly-P的大量聚集,从而大大去除了培养基中的磷酸盐。

两种策略分别克隆紫花苜蓿光敏色素A、B基因

短日照是苜蓿秋眠性的主要影响因子,故苜蓿秋眠被认为是一种光周期反应。光敏色素是光周期反应的主要受体,因而探究光敏色素与苜蓿秋眠性之间的关系可能是揭示苜蓿秋眠性机理的有效途径之一。紫花苜蓿光敏色素A、B基因尚未被克隆,本研究采用2种不同的试验策略,分别以mRNA和基因组DNA为起点,根据比较基因组学原理和生物信息学方法,利用RACE和染色体步移等手段,克隆得到了紫花苜蓿光敏色素A全长和光敏色素B近全长基因序列,为进一步探讨两者在苜蓿生长发育,特别是苜蓿秋眠性的光周期调控机制中的作用奠定了基础,并为克隆紫花苜蓿其他未知基因等研究提供思路和参考。