金鱼hAT家族转座子Tgf2的克隆及其结构

hAT家族转座子以果蝇hobo、玉米Ac和金鱼草(Ceratophyllum demersum L.)Tam3为代表,以"剪切-粘帖"方式进行DNA转座。1996年,日本学者首次在白化青鳉(Oryzias latipes)中发现具有天然活性的脊椎动物hAT家族转座子,即青鳉Tol2转座子,该转座子已在模式生物斑马鱼转基因、基因和启动子捕获方面进行了广泛应用。文章根据玉米Ac与青鳉Tol2转座子序列保守区设计一对引物,在19种不同鱼类物种或品系中进行PCR筛选,最后发现此类hAT家族转座子在我国不同品系金鱼中存在,命名为金鱼Tgf2转座子。金鱼Tgf2转座子全长4720bp,由4个阅读框组成,与青鳉Tol2转座子的相似度为97%。金鱼Tgf2与青鳉Tol2转座子在末端倒位重复和亚末端重复上存在一定差异,此外,金鱼Tgf2转座子的中间反向重复序列(1453bp到2091bp)可形成一种"十"字结构,明显有别于青鳉Tol2转座子形成的茎环结构,这些区域与转座活性密切相关。文章预示金鱼Tgf2转座子可能具有更高的天然转座活性,构建高效金鱼Tgf2转基因元件可供鱼类转基因和基因捕获研究。

Tgf2转座子多克隆位点的克隆与表达

以金鱼pTgf2-EF1α-EGFP转座子为基础,构建含有多克隆位点(Multiple cloning sites,MCS)序列以及外源目的基因肌醇-3-磷酸合成酶(Myo-inositol-3-phosphate synthase,MIPS)的重组表达载体并注射到斑马鱼1-2期受精卵,检测重组表达载体pTgf2-EF1α-MCS-EGFP和pTgf2-EF1α-MCS-MIPS-EGFP在斑马鱼中绿色荧光蛋白基因(EGFP)的表达情况以及外源基因MIPS在斑马鱼体内的整合情况。荧光观察结果显示,两个重组载体均不影响EGFP的表达,只是表达强度存在一定差异,表明对Tgf2转座子的改造是有效的。转基因斑马鱼PCR检测结果显示,靶基因MIPS的编码区能够完整地整合到斑马鱼基因组中,整合效率达31.4%。重组表达载体的成功构建显示金鱼Tgf2转座子可以介导外源基因在斑马鱼中的表达,为以后Tgf2转座子在鱼类基因功能研究方面奠定了基础。

Tgf2转座子在团头鲂基因组中的插入效率

文章通过构建带金鱼Tgf2转座子左右臂、斑马鱼肌球蛋白轻链2(Mlyz2)启动子和红色荧光蛋白(RFP)的供体质粒Tgf2-Mlyz2-RFP,与Tgf2转座酶mRNA共同显微注射入团头鲂1～2细胞期受精卵,检测金鱼Tgf2转座子在团头鲂基因组中的整合效率。在团头鲂出膜仔鱼、30 d和180 d幼鱼阶段,可在鱼体背部和侧面肌肉观察到荧光,红色荧光蛋白的表达率为48.1%,PCR检测结果显示,金鱼Tgf2转座系统在团头鲂成鱼基因组中的整合效率为31.5%;对5尾阳性团头鲂进行了RT-PCR检测,3尾团头鲂在12个组织均能检测到较高的RFP基因的表达,2尾团头鲂仅在肌肉、皮和肾脏中存在较高的RFP基因的表达,显示RFP基因在不同转基因团头鲂个体中的组织表达存在一定差异;通过检测Tgf2转座子在团头鲂基因组插入位置5′端的侧翼序列,检测出金鱼Tgf2转座系统在转基因团头鲂中的拷贝数至少为2个,每尾鱼的平均拷贝数大约为5个,50%以上插入位点的侧翼序列可找出其它脊椎动物的相关同源性序列。研究结果显示金鱼Tgf2转座子可高效介导基因在团头鲂基因组中插入,为开展团头鲂转基因和基因捕获研究奠定了一定的基础。

Tgf2转座系统在转RFP基因斑马鱼上的应用

提高目的基因的转植效率与可遗传效率是转基因鱼研制的关键点之一。本研究利用近年开发的金鱼转座子系统进行转基因斑马鱼的研制,探讨其在转基因鱼上应用的可行性。通过PCR方法,改造Tgf2转座子供体质粒pTgf2-EF1α-eGFP,将肌球蛋白轻链2启动子(mylz2)与红色荧光蛋白基因(RFP)定向插入其中,构建可在肌肉组织特异性表达红色荧光蛋白的Tgf2转座子供体质粒pTgf2-Mylz2-RFP。通过显微注射,将Tgf2转座子供体质粒与Tgf2转座酶mRNA共注射于斑马鱼(Danio ririo)受精卵中,共注射受精卵972粒,出膜后存活的仔鱼803尾,其中携带外源基因的仔鱼为615尾,阳性率为76.6%。转红色荧光蛋白基因斑马鱼首代F0培育至性成熟,将其中的10尾F0斑马鱼分别与野生型斑马鱼进行配对繁殖,其中1个组合产生了体表呈现均匀红色荧光的F1个体,因此RFP在F0的整合率为10%。将红色荧光F1个体培育至性成熟并与野生型鱼配对繁殖,F2的阳性个体占69%。本研究结果说明,由Tgf2转座子介导的转基因技术,可有效提高目的基因的转植效率与整合效率,在转基因鱼构建以及相关研究中具有开发应用前景。

Tgf2转座子介导鲤Fst1基因元件在鲤中的转基因效率研究

卵泡抑素(follistatin,Fst)蛋白具有拮抗TGF-β超家族许多成员的功能,通过直接的蛋白结合可抑制肌肉抑制素(myostatin)的活性,从而恢复肌肉的生长,表现出增肌效应。参照鲤高通量转录组测序数据的拼接结果,筛选出鲤卵泡抑素Fst1基因的编码框(ORF)序列(全长1 260 bp,编码320个氨基酸),构建了包含金鱼Tgf2转座子左臂(220 bp)、右臂(185 bp)、斑马鱼Mylz2启动子和鲤Fst1基因ORF的供体质粒pTgf2-Mylz2-ccfst1。通过显微注射方法,并在体外合成的Tgf2转座酶5'加帽mRNA的介导下,获得了一批转鲤Fst1基因的转基因鲤。经PCR检测,转基因鲤Fst1外源基因的整合率平均为44.7%,对其中4尾转基因阳性鲤的扩增产物进行回收、克隆和测序验证,结果表明阳性鲤中均含有转基因目的片段。说明Tgf2转座子转基因系统可在鲤中实现较高的转座效率,为进一步研究卵泡抑素在鲤肌肉发育中的功能奠定了基础。