象草肉桂醇脱氢酶CAD基因克隆及RNAi载体构建

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象草(Pennisetum purpureum)为禾本科多年生C4草本植物,具有耐旱能力强,再生性好和生物量大等特点。因此作为一种优良的牧草和能源作物,降低其本身的木质素含量对提高象草的饲用性和在造纸工业、生物能源方面的应用具有重大意义。   肉桂醇脱氢酶(Cinnamyl Alcohol Dehydrogenase,CAD)是控制木质素生物合成途径中的最后一步关键酶。通过降低或提高CAD活性,可减少或增加木质素含量或者改变木质素的结构。确定象草CAD基因的表达特性,对于培育各种适合不同利用方式的象草品种具有重要的指导意义。   RNA干涉(RNA interference,RNAi)技术,是通过双链RNA的介导特异地降解mRNA,导致转录后水平的基因沉默的一种方法。RNAi具有简单快速、特异、高效、经济、效果可预测的优点,已被广泛使用。   本文以华南象草(P. purpureum cv. Huanan)为试验材料,对木质素合成关键酶CAD进行基因克隆、生物信息学分析及RNAi表达载体构建。研究结果表明:   (1)根据己知近缘物种的CAD基因序列设计引物,经过PCR扩增得到了长940bp的EST序列;再据此序列设计3'-RACE特异性引物,利用RACE技术扩增得到了长791bp的含有3'末端的基因序列;根据所得到的象草的序列和己知的柳枝稷、玉米和高梁的完整序列设计了扩增5'端编码序列的引物,得到了长514bp的含有起始密码子的基因片段;利用软件DNAMAN将上面得到的3段基因片段进行拼接,最终获得了长1342bp的完整基因序列。经NCBI-Blast分析证明是象草CAD基因序列(GenBank登录号:HQ840705)。   (2)生物信息学分析结果表明,象草CAD基因与柳枝稷、玉米、高梁、甘蔗等的相似性和同源性指数都比较高,说明禾本科黍亚科植物间的CAD基因具有较高的保守性。蛋白序列的生物信息学分析结果表明,CAD蛋白中含有两个明显的α-螺旋及一个含Zn的醇脱氢酶位点,证明CAD是属于依赖Zn的酶。CAD还是一种存在于细胞质中无信号肽的非可溶性的跨膜蛋白。其次,在系统进化树的分析中,证明CAD基因家族的存在早于双子叶植物和单子叶植物分化之前。   (3)对克隆出的长度为384bp的CAD片段进行TOPO克隆,将目的片段转入到入门载体中,进行菌液PCR检测,结果表明目的片段己成功整合到入门载体中。利用LR反应将入门载体成功的转入到表达载体pCB2004B中,进行菌液PCR检测,经测序分析表达载体构建成功。最后通过液氮冻融法将表达载体进行农杆菌转化,菌液PCR检测结果表明,表达载体成功的转入到农杆菌EHA105菌液中。通过继代培养,对含有表达载体的农杆菌进行PCR检测,结果表明,含有表达载体的农杆菌EHA105菌液具有良好的遗传稳定性。
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