小麦TILLING分析中CELⅠ酶切及PCR反应体系的优化

在小麦中建立稳定的基于CELⅠ酶切的目的基因突变位点检测技术,有助于高通量鉴定目的基因片段的点突变及提高突变检测效率。本研究以冬小麦品种新麦18空间诱变SP2群体为材料,以小麦糯质基因Waxy为目标片段,通过优化基因组DNA提取方法、调整PCR反应体系中dNTP、Mg2+及引物浓度、改变目标片段CELⅠ酶切缓冲液成分,以及调整纯化过程中的空气相对湿度等方式,优化了小麦TILLING技术体系。在利用PVP-40法提取DNA过程中,研磨器振动频率提高到30/s,KAc溶液的反应时间延伸为20min时,基因组DNA质量和纯度最佳;在设定的浓度范围内dNTP和Mg2+浓度对产物影响差异不明显,均能高效扩增出目的条带。引物浓度对产物影响差异显著,最佳引物浓度为0.4μmol/L。20μl酶切体系中,最佳CEL I酶浓度为0.1U且利用超纯水代替CELⅠ缓冲液。最终在小麦中建立起了基于CELⅠ酶切的高通量TILLING筛选技术体系。

CELⅠ酶对提高基因合成正确率的影响

利用CEL Ⅰ核酸内切酶能切割掉异源双链DNA分子中错配的单核苷酸碱基对的特性,研究了CELⅠ核酸内切酶是否能提高基因合成的正确率。结果表明,CEL Ⅰ核酸内切酶不仅能切割掉双链DNA分子中错配的单核苷酸碱基对,同时也能引入外源碱基对,使合成的目的双链DNA分子中错误率增加,不能达到提高基因合成正确率的目的。

CELⅠ酶的粗提取及其活性检测

CELⅠ酶是第一个从真核生物中提取的用于高效特异切割DNA双链碱基错配和DNA扭曲的内切酶,因而也是TILLING技术中用到的一种关键酶。文章对CELⅠ酶的粗提取及其活性检测进行了研究。错配切割实验表明,CELⅠ酶在包含有G→A点突变的杂合双链中,能有效地在错配位点进行切割,并可以通过ABI377测序仪获得直观的检测结果,从而可以用于TILLING分析。

芹菜不同器官、品种CELⅠ核酸酶提取的比较

随着TILLING技术的发展,发挥关键作用的芹菜CELⅠ核酸酶也得到了越来越广泛的应用。鉴于其活性直接影响突变体检测的效果,而芹菜粗提物中CELⅠ核酸酶的含量和活性因提取组织及提取程序不同而有较大变化,所以本研究分析了芹菜不同器官、品种等因素对CELⅠ核酸酶粗提物提取量的影响,并用只含有1个碱基差异的2个目的DNA片段形成的杂交链为底物对其活性进行了鉴定。结果表明:芹菜不同器官和品种间的CELⅠ核酸酶提取量存在较大差异。不同器官的榨汁率和提取量,以茎的出汁率最高,而叶片中的提取量显著高于根和茎中的提取量;在本研究所用的3个品种中,以山东地方品种马家沟芹的提取量最高,山芹次之,西芹的提取量最低;CELⅠ核酸酶的活性鉴定表明,CELⅠ核酸酶粗提物能有效切割DNA双链中的错配碱基。

采用CELⅠ酶粗提物高效鉴定CRISPR/Cas9介导的基因突变

CRISPR/Cas9是新兴的基因组编辑技术,该技术操作简单、效率高,已成为目前最主流的基因组编辑技术。利用该技术进行突变体创制,对基因功能研究和育种应用具有重要的意义,而快速、高效、低成本的基因编辑个体鉴定是其中的重要环节。本研究对影响CELⅠ粗提物鉴定CRISPR/Cas9介导的水稻基因编辑个体的条件,包括蛋白用量及作用时间、PCR反应缓冲液等条件进行了探索,并将整个检测体系集成于一管操作。同时,采用CELⅠ粗提物检测了CRISPR/Cas9介导水稻stn1突变的T_0代植株及后代,对杂合突变、纯合突变及双等位突变的鉴定策略进行了探讨;该方法检测正确率经测序验证达100%。上述结果表明,采用CELⅠ粗提物检测突变体与已有方法比较具有廉价、快速和高效的特点。

茶树简化EcoTILLING技术的建立

EcoTILLING(Ecotype Targeting Induced Local Lesions IN Genomes)可快速检测自然群体中的SNP(Single Nucleotide Polymorphism)等DNA变异。第一次建立了简化的茶树EcoTILLING技术体系:首先筛选扩增目的基因的特异PCR引物;然后通过CELⅠ酶切PCR产物优化实验,确定酶切时间20 min、10×buffer组成为250 mmol/L Tris-HCl(pH7.4)、150 mmol/L KCl、15 mmol/L MgSO4、4μg/mL BSA和0.04%Triton x-100,反应温度为47.5℃,酶量为1.8μL CJE(Celery Juice Extract)/10μL反应体系时,酶切的谱带信号较强、特异性高;初步确定合适的非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳检测条件为凝胶浓度5%、上样量4～5μL、有效分离长度要达到15 cm。利用上述简化的EcoTILLING对6份茶树种质870 bp的PPO基因片段实现了分型,经测序验证酶切产生的谱带与6份种质内部或不同种质间的SNP位置吻合。

基于聚丙烯酰胺凝胶电泳的棉花EcoTILLING技术体系创建

以棉花纤维发育相关基因GhSUS1为目标基因,从EcoTILLING技术中常用的关键酶CELⅠ的提取、活性检测、目标基因引物设计及酶切等方面入手,开展了棉花EcoTILLING技术体系的创建研究。结果表明:所提取的CELⅠ活性高,稳定性好。在42℃、酶切体系为8μL PCR扩增产物中加入2μL粗酶液,与缓冲液等量混合,酶切45 min,能有效地对单核苷酸多态性(single nucleotide polymorphism,SNP)所在的异源双链错配位点进行酶切。对棉花GhSUS1基因设计A和D染色体亚组特异性引物进行等位基因的多态性分析,结果表明:EcoTILLING结果与测序结果一致,说明建立的基于PAGE的Eco-TILLING技术体系稳定可靠,可用于棉花复等位基因发掘研究。

磁珠富集法随机筛选大菱鲆基因组SNP标记

利用磁珠富集法随机筛选了大菱鲆(Scophthalmus maximus)基因组7820bp的序列,获得了35个SNP标记,SNP标记的含量约为0.448%。超过68%的SNP标记由碱基转换造成,不足29%的SNP标记由碱基的颠换造成。使用磁珠富集法对目的基因KC70的检测发现,725bp的片段上发现7个SNP标记。此结果证实,该方法不仅能够随机筛选基因组SNP标记,还能筛选目的基因的SNP标记。