不同启动子及其组合在水稻悬浮细胞中驱动外源基因的表达分析

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启动子是基因表达调控的重要顺式作用元件,对于目的基因的表达至关重要。在基因工程的研究和应用中,选用合适的启动子对于外源基因的高效表达具有重要意义。植物悬浮细胞系是研究细胞分化、代谢、死亡等问题的重要材料。因此,研究适用于植物悬浮细胞系的启动子,对于如何提高表达量、防止蛋白降解和如何实现高效、可诱导、定向表达具有重要意义。因为绿色荧光蛋白(GFP)具有检测方便、荧光稳定、无毒害、易于构建、共用性和通用性等特点,现在已经成为分子生物学中最常用的报告基因之一。  本研究以日本晴粳稻悬浮细胞系为材料,以常用的花椰菜花叶病毒(CaMV)35S启动子为对照,通过PCR的方法在植物基因组DNA中扩增得到玉米泛素蛋白启动子(Ubi)、水稻肌动蛋白启动子(Actin)以及水稻Oscc1启动子,通过单个启动子和串联启动子的方式,构建了10个含有GFP报告基因的植物表达载体:pCAMBIA130435S-GFP、Ubi-GFP、Actin-GFP、Oscc1-GFP、35S/Ubi-GFP、35S/Actin-GFP、35S/Oscc1-GFP、Ubi/Actin-GFP、Ubi/Oscc1-GFP、Actin/Oscc1-GFP。同时采用根瘤农杆菌介导的方法,将10个携带有GFP报告基因的植物表达载体导入日本晴水稻悬浮细胞,经悬浮培养得到转基因的日本晴悬浮细胞系。最后利用荧光显微镜、荧光酶标仪检测GFP荧光强度,通过免疫印迹分析(western blot)检测GFP蛋白的表达水平,研究不同启动子组合在日本晴水稻悬浮细胞中驱动外源基因表达的差异。本研究旨在通过基因工程的手段优化启动子组合,为在日本晴水稻悬浮细胞中高效表达外源基因奠定基础。  研究结果表明,PCR鉴定结果显示得到了10种转基因日本晴水稻悬浮细胞系。在荧光显微镜下观察发现,野生型日本晴水稻悬浮细胞(作为对照)几乎没有绿色荧光,其他的转基因日本晴水稻悬浮细胞均有绿色荧光,证明GFP在不同启动子的驱动下均有表达,而且双元启动子驱动的GFP荧光强度要强于单个启动子驱动的GFP荧光强度。通过荧光酶标仪定量检测GFP荧光强度发现,GFP在pCAMBIA1304-Ubi/Oscc1中荧光值最高,在野生型中最低。双元启动子驱动的GFP的表达强度是单个启动子驱动GFP的表达强度的2-4倍。三种双元启动子(pCAMBIA1304-Ubi/Oscc1、pCAMBIA1304-CaMV35S/Ubi、pCAMBIA1304-Ubi/Actin)驱动的GFP的表达强度是四种单个启动子(pCAMBIA1304-Ubi、pCAMBIA1304-Oscc1、pCAMBIA1304-Actin、pCAMBIA1304-CaMV35S)驱动的GFP的表达强度的3倍。通过western blot检测GFP蛋白的表达水平发现,野生型日本晴水稻悬浮细胞没有GFP蛋白表达条带,其他转基因日本晴水稻悬浮细胞均有大小约为26.9 kDa的GFP蛋白表达条带。通过免疫印迹条带灰度分析发现pCAMBIA1304-Ubi/Oscc1、pCAMBIA1304-CaMV35S/Ubi、pCAMBIA1304-Ubi/Actin表达量相比于其他其他组合要高。western blot的试验结果与荧光显微镜和酶标仪检测GFP荧光表达强度结果基本一致,从而我们可以选出优化的启动子组合。以上结果表明,pCAMBIA1304-Ubi/Oscc1、pCAMBIA1304-CaMV35 S/Ubi、pCAMBIA1304-Ubi/Actin三种启动子组合能较强驱动GFP的表达,Ubi启动子更适合驱动外源基因在日本晴水稻悬浮细胞中的高效表达。
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