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茄子青枯病誘導(dǎo)的cDNA文庫(kù)構(gòu)建與鑒定

2014-07-11 00:49蔣晶等
江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué) 2014年4期
關(guān)鍵詞:青枯病文庫(kù)菌液

蔣晶等

摘要:以茄子抗青枯病自交系E-31為材料,在4葉期接種青枯病菌,48 h后采集葉片提取RNA,利用Gateway技術(shù)構(gòu)建茄子uncut型cDNA文庫(kù)。經(jīng)檢測(cè),本研究獲得的茄子葉片cDNA文庫(kù)滴度達(dá)到0.01億CFU/mL,總庫(kù)容量為0.15億CFU,平均插入片段長(zhǎng)度在1.2 kb以上,重組率為100%。說(shuō)明構(gòu)建的文庫(kù)能達(dá)到所需要的標(biāo)準(zhǔn),可用于分離茄子的功能基因。

關(guān)鍵詞:uncut型cDNA文庫(kù);Gateway技術(shù);茄子;青枯病

中圖分類(lèi)號(hào): S641.101 文獻(xiàn)標(biāo)志碼: A 文章編號(hào):1002-1302(2014)04-0022-03

收稿日期:2013-08-31

基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(編號(hào):30972005);廣東省自然科學(xué)基金(編號(hào):9151064201000063);廣東省自然科學(xué)基金研究團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目(編號(hào):S2011030001410);廣東省教育廳華南園藝作物種質(zhì)資源利用與改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目(編號(hào):KBL11008)。

作者簡(jiǎn)介:蔣晶(1990—),女,湖南寧鄉(xiāng)人,碩士研究生,主要從事茄子抗青枯病基因功能鑒定。E-mail:92157135@qq.com。

通信作者:曹必好,教授。Tel:(020)85280228;E-mail:caobh01@163.com。茄子(Solanum melongena L.)是一種在亞洲、地中海、中歐及東南歐地區(qū)廣泛栽培的蔬菜作物[1]。在高溫高濕的季節(jié),茄子易受青枯病害的侵襲,發(fā)病嚴(yán)重時(shí)可造成產(chǎn)量和品質(zhì)的大幅下降,已成為影響茄子高產(chǎn)的主要因素[2]。目前,有關(guān)茄子抗青枯病的分子育種進(jìn)展緩慢,茄子對(duì)青枯病的抗性分子機(jī)制仍然不清楚,若要解析這些機(jī)理,必須分離出相關(guān)抗性基因以及互作基因,并對(duì)它們進(jìn)行功能鑒定,這對(duì)開(kāi)展持久、廣譜的茄子抗病分子育種具有重要的意義[3]。構(gòu)建一個(gè)完整的cDNA文庫(kù)是開(kāi)展分子生物學(xué)研究的基礎(chǔ),也是克隆新基因和研究基因功能的有效策略之一[4-6]。未剪切cDNA文庫(kù)構(gòu)建的基本原理是采用Invitrogen專(zhuān)利的Gateway位點(diǎn)特異性重組技術(shù),將mRNA轉(zhuǎn)變成兩頭帶有attB重組位點(diǎn)的雙鏈cDNA,通過(guò)定點(diǎn)重組,cDNA被定向克隆到Gateway的供體載體,從而產(chǎn)生初級(jí)文庫(kù),該初級(jí)文庫(kù)可以通過(guò)和各種Gateway目的載體進(jìn)行Gateway LR重組,構(gòu)建成為不同的表達(dá)文庫(kù)[7-9]。未剪切cDNA文庫(kù)的全長(zhǎng)比例和庫(kù)容量等均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)cDNA 文庫(kù)。目前有關(guān)茄子cDNA 文庫(kù)的構(gòu)建報(bào)道不多,本研究應(yīng)用 Gateway 技術(shù)構(gòu)建高質(zhì)量的茄子未剪切型 cDNA 文庫(kù),旨在為未來(lái)分離有用的功能基因打下基礎(chǔ)。

1材料與方法

1.1材料

1.1.1供試材料本試驗(yàn)材料為茄子高抗自交系E-31,由華南農(nóng)業(yè)大學(xué)曹必好教授提供。

1.1.2試劑pDONR222,CloneMiner Ⅱ cDNA Library Construction Ki,TRIzol Reagent,F(xiàn)astTrack MAG mRNA isolation Kit,SuperScript Ⅲ,Platinum Taq DNA Polymerase均購(gòu)自 Invitrogen 公司。

1.2方法

1.2.1青枯病接種青枯病菌為生理小種1,從田間發(fā)病植株中分離得到。青枯病菌在斜面培養(yǎng)基上培養(yǎng),培養(yǎng)基為肉汁胨培養(yǎng)基(基本培養(yǎng)基成分:牛肉浸膏3 g、蛋白胨5~10 g、蔗糖 10 g、瓊脂17~20 g、蒸餾水1 000 mL、 pH值7.0),在恒溫 30 ℃ 下增殖培養(yǎng)24 h。分離時(shí)在基本培養(yǎng)基上加入005%氯化三苯四氮唑(TZC),挑起白色流動(dòng)性強(qiáng)菌落,在未加瓊脂的上述培養(yǎng)基上進(jìn)行培養(yǎng)。將增殖培養(yǎng)的病原菌菌液加無(wú)菌水稀釋。用紫外分光光度計(jì)在波長(zhǎng)650 nm處測(cè)定病菌濃度,將菌液濃度調(diào)制成1億CFU/mL懸濁液。在幼苗為4葉期時(shí),采用傷根-蘸根法人工接種,菌液濃度為1億CFU/mL浸根,時(shí)間為20 min。把幼苗定植于營(yíng)養(yǎng)缽中,放入恒溫培養(yǎng)箱中30 ℃培養(yǎng)48 h,采集葉片提取RNA。

1.2.2總RNA的提取及mRNA的分離取1 g組織樣品,采利用Trizol提取樣品的總RNA。取500 μg提取的總RNA,冰上融化放置,加DEPC水置總體積500 μL,參照FastTrack MAG mRNA isolation Kit說(shuō)明書(shū)進(jìn)行mRNA的分離純化。用1% 瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)總RNA及mRNA的純度和質(zhì)量。

1.2.3cDNA的合成(1)cDNA第一鏈的合成參照CloneMiner說(shuō)明書(shū)進(jìn)行。將2 μg mRNA溶于10 μL DEPC水中,加入 biotin-attB2-Oligo(dT) Primer (30 pmol) 1 μL混勻,65 ℃ 5 min,降溫到45 ℃孵育2 min,加入5 × First Strand Buffer 4 μL,0.1 mol/L DTT 2 μL,dNTPs(10 mmol/L)1 μL,45 ℃ 孵育2 min;最后加入200 U/μL SuperScript Ⅱ RT 2 μL 混勻,置于PCR儀上反應(yīng)45 ℃ 20 min、50 ℃ 20 min、55 ℃ 20 min。(2)cDNA第二鏈的合成。在上述溶液中加入DEPC水 91 μL,5×Second Strand Buffer 30 μL,dNTPs (10 mmol/L)3 μL,大腸肝菌DNA Ligase(10 U/μL) 1 μL,大腸桿菌DNA PolymeraseⅠ(10 U/μL) 4 μL 大腸桿菌RNaseH(2 U/μL)1 μL混勻,16 ℃條件下反應(yīng)2 h;最后加入T4 DNA Polymerase 2 μL,16 ℃,反應(yīng) 5 min。將獲得的雙鏈cDNA純化,溶解于DEPC水中。

1.2.4cDNA與attB1重組接頭連接將下列組分加入到 6 μL 雙鏈cDNA中,使得cDNA雙鏈加入attB1接頭:5×Adapter Buffer 10 μL,attB1 Adapter (1 μg/μL) 10 μL,0.1 mol/L DTT 7 μL,T4 DNA Ligase(1 U/μL)5 μL,DEPC水12 μL混勻后 16 ℃ 保溫20 h。

1.2.5BP重組反應(yīng)及文庫(kù)的構(gòu)建取cDNA 13 μL于 20 μL 反應(yīng)體系[pDONR222 (250 ng/μL)2 μL,BP Clonase Ⅱ enzyme mix 5 μL]混勻后置于25 ℃下反應(yīng)20 h,進(jìn)行BP重組。利用電轉(zhuǎn)化法將重組質(zhì)粒轉(zhuǎn)入大腸桿菌DH10B中。將轉(zhuǎn)化的大腸桿菌置于37 ℃、225~250 r/min搖床上培養(yǎng) 1 h,加入甘油至終濃度20%存于-80 ℃,即得文庫(kù)菌液。

1.2.6cDNA文庫(kù)質(zhì)量鑒定

1.2.6.1庫(kù)容量的鑒定取轉(zhuǎn)化后細(xì)菌原液10 μL稀釋 1 000 倍后,從中取出50 μL涂布LB平板(卡那霉素,工作濃度是50 μg/mL)上,第2天計(jì)數(shù)。文庫(kù)菌液的單位菌落數(shù)(CFU/mL)=平板上的克隆數(shù)/50 μL×1 000倍×1 000 μL,文庫(kù)總菌落數(shù)(CFU)=文庫(kù)菌液的單位菌落數(shù)(CFU/mL)×文庫(kù)菌液總體積(mL)。

1.2.6.2重組率和插入片段長(zhǎng)度鑒定隨機(jī)挑取24個(gè)克隆進(jìn)行菌落PCR鑒定,在Microtube中配制總體積為20 μL的反應(yīng)液[ddH2O 16.2 μL,10×PCR Buffer 2.0 μL,dNTP(10 mmol/L)0.5 μL,M13F(20 μmol/L)0.5 μL,M13R(20 μmol/L)0.5 μL,DNA Polymerase(5 U/μL)0.3 μL],放置在Thermal Cycler PCR儀上進(jìn)行PCR反應(yīng),擴(kuò)增程序?yàn)椋?4 ℃ 預(yù)變性5 min;94 ℃ 30 s,58 ℃ 30 s,72 ℃ 2 min,35個(gè)循環(huán);72 ℃保溫5 min。擴(kuò)增結(jié)束后,擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行1%瓊脂糖凝膠電泳分析。M13F:TGTAAAACGACGGCAGT;M13R:CAGGAAACAGCTATGACC。

2結(jié)果與分析

2.1RNA及mRNA質(zhì)量

提取的總 RNA 在瓊脂糖凝膠上進(jìn)行電泳,從電泳結(jié)果中可看到 28S、18S、5S等3條清晰的電泳條帶(圖1),28S與18S的亮度比接近2 ∶1,D260 nm/D280 nm及D260 nm/D230 nm的值在1.9~2.0之間,表明該樣品總RNA基本上沒(méi)有降解,完整性良好,無(wú)蛋白質(zhì)和多糖的污染,可以作為起始樣品用于文庫(kù)構(gòu)建。mRNA電泳結(jié)果為一片模糊的拖帶(圖1),這是由于mRNA的長(zhǎng)度不一所造成的,且拖帶最亮部分的范圍在較大的分子量范圍內(nèi)(大于500 bp),由此可以認(rèn)定mRNA未出現(xiàn)降解,完整性較好。

2.2文庫(kù)質(zhì)量鑒定

2.2.1總克隆數(shù)CFU的鑒定LB平板37 ℃ 過(guò)夜培養(yǎng),在平板上長(zhǎng)出75個(gè)單一克?。▓D2)。根據(jù)公式得到其單位菌落數(shù)(平板稀釋度1 ∶1 000)=75/50 μL×1 000×1 000=0015億CFU/mL,文庫(kù)總庫(kù)容量=0.015億CFU/mL×10 mL=0.15億CFU。

2.2.2插入片段大小及重組率鑒定隨機(jī)挑取的24個(gè)克隆PCR產(chǎn)物經(jīng)凝膠電泳檢測(cè),平均插入片段長(zhǎng)度在1.2 kb以上,重組率為100%(圖3)。

按照CloneMiner cDNA Library Construction Kit的要求,一個(gè)高質(zhì)量文庫(kù)的滴度應(yīng)大于0.01億CFU/mL,文庫(kù)總?cè)萘看笥?00萬(wàn)CFU,陽(yáng)性克隆率大于95%,平均插入片段大于或等于1.5 kb。由此可見(jiàn),本研究構(gòu)建的茄子葉片cDNA文庫(kù)是一個(gè)質(zhì)量較高的文庫(kù)。

3結(jié)論與討論

植物組織中的RNA含量較低,且離體植物組織的 RNA 降解速度很快。RNA提取是分子生物學(xué)的基本技術(shù)之一,其困難首先是RNA非常容易降解而RNase又無(wú)處不在,并且非常穩(wěn)定;其次是組織中的次生物質(zhì)如酚類(lèi)、多糖等也會(huì)影響RNA的質(zhì)量[10-11]。

在本試驗(yàn)中cDNA的分級(jí)分離是一個(gè)不可忽視的環(huán)節(jié)。用凝膠柱除去已消化的接頭碎片和小片段的cDNA分子,收集片段大小合適的cDNA樣品。這樣保證了文庫(kù)中cDNA具有較大的分子,對(duì)篩選有重要意義,可明顯減少后期篩選的工作量。

未剪切cDNA文庫(kù)構(gòu)建的基本原理是采用Invitrogen專(zhuān)利的Gateway位點(diǎn)特異性重組技術(shù),其優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需使用限制性?xún)?nèi)切酶和連接酶,基本克服了常規(guī)cDNA文庫(kù)構(gòu)建方法中存在的被限制性?xún)?nèi)切酶切開(kāi)而無(wú)法得到完整的基因序列,以及連接效率不高的缺陷[12]。一個(gè)高質(zhì)量cDNA文庫(kù)的關(guān)鍵就是要保證文庫(kù)的完整性與覆蓋度[13]。本試驗(yàn)所構(gòu)建的茄子cDNA文庫(kù),插入片段絕大多數(shù)在1.2 kb以上,文庫(kù)總?cè)萘窟_(dá)到0.15億CFU,重組率達(dá)到100%,而一般的普通的cDNA文庫(kù)滴度只需要0.01億CFU/mL,重組率達(dá)到80%以上,插入片段的大小達(dá)到500 bp以上的標(biāo)準(zhǔn),由此可見(jiàn),本研究所構(gòu)建的cDNA是高質(zhì)量的cDNA文庫(kù)。

cDNA便于克隆和大量表達(dá),它不像基因組含有內(nèi)含子而難以表達(dá),因此,可以從cDNA文庫(kù)中篩選到所需要的目的基因,并且可直接用于該目的基因的表達(dá)[14]。cDNA文庫(kù)構(gòu)建目前己廣泛應(yīng)用于不同發(fā)育階段基因表達(dá)的變化、某特定發(fā)育期基因表達(dá)的分子機(jī)制、克隆新型細(xì)胞因子、分離新的組織特異基因等方面的研究[15-21]。隨著cDNA文庫(kù)構(gòu)建技術(shù)的日益提高和普及,cDNA文庫(kù)已成為克隆相關(guān)基因的一種首選方法,在基因操作過(guò)程中具有十分廣泛的基礎(chǔ)性作用,近年來(lái),構(gòu)建cDNA文庫(kù)已在植物抗病蟲(chóng)、抗逆境分子機(jī)理等研究領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[22-26]。

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