基因编辑技术介导的转录因子靶基因筛选技术研究

来源 :南京农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lzc
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转录因子在基因的表达调控方面具有重要的作用,它能够与其靶基因附近DNA上的特定序列结合来调节转录起始从而确保在适当的时间正确的基因表达正确的量。因此转录因子功能分析是研究生物的生长发育及与环境互作机理的一个重要环节。转录因子既受上游基因的调控表达,又对下游基因的表达具有一定的影响,其所处的调控网络较为繁杂。目前已经有许多转录因子靶基因的筛选方法被开发出来,但有些方法存在着繁琐、效率低等一些缺点,如果能探索出一种快速高效且较为准确的筛选转录因子靶基因的工具会为转录因子的研究工作带来较大的便利。本文主要致力于探索出一种由基因编辑技术介导的转录因子靶基因筛选技术。
  本研究中,主要运用了两种新兴的碱基编辑酶(腺嘌呤碱基编辑酶ABE7.10和胞嘧啶碱基编辑酶BE3)进行转录因子靶基因的实验研究。这两种碱基编辑酶能够以一种可编程的方式有效且特异地将目的基因组上的一个碱基转变为另一个碱基。通过这两种碱基编辑酶和转录因子OsSPL9、转录因子OsSPL14,我们构建出了两种碱基编辑体系,分别为ABE7.10碱基编辑体系(pOX-ABE7.10、pOX-ABE7.10-SPL9、pOX-ABE7.10-SPL14)和BE3碱基编辑体系(pOX-BE3、pOX-BE3-SPL9、pOX-BE3-SPL14)。其中pOX-ABE7.10与pOX-BE3为阴性对照,因为转录因子OsSPL14因靶基因已知,pOX-ABE7.10-SPL14与pOX-BE3-SPL14为参考对照。
  除此之外,本研究采用两种不同的表达方式来构建筛选转录因子靶基因的材料。一种是稳定转化的方式,用农杆菌介导的遗传转化构建了以上六种质粒的转基因株系,通过精提其叶片组织的DNA进行全基因组测序,对测序结果比对分析并进行转录因子下游靶基因的筛选;另一种是瞬时转化的方式,将以上六种质粒分别与GFP质粒等量共转至水稻原生质体中,通过激光共聚焦显微镜观察确认质粒成功转入后提取原生质体的全基因组DNA进行重测序分析,同样对测序结果比对分析进行转录因子下游靶基因的筛选。两种表达方式互为验证,增加了实验的可靠性。
  通过对基因组中发生的两种碱基突变(A·T转换为G·C和C·G转换为T·A)的频率进行分析,我们揭示了编辑酶ABE7.10和编辑酶BE3的编辑存在一定的特异性,同时也对这两种编辑酶编辑效果的可信度进行了初步验证。通过将pOX-BE3-SPL14的植物样品和原生质体样品的分析结果与文献中已报道的OsSPL14的靶基因进行比对,发现植物样品pOX-BE3-SPL14中有19个基因在已报道的OsSPL14的靶基因中可以找到,而原生质体样品pOX-BE3-SPL14中有74个基因在已报道的OsSPL14的靶基因中可以找到,这一结果证明了我们运用编辑酶BE3来筛选转录因子下游靶基因的这种尝试是可行的。通过将植物样品(原生质体样品)pOX-ABE7.10-SPL9的结果与植物样品(原生质体样品)pOX-BE3-SPL9的结果进行比较,我们再次证实了编辑酶ABE7.10筛选得到的结果是可信的。
  在本研究中,我们通过编辑酶BE3筛选得到2714个可能的OsSPL9下游靶标基因,通过编辑酶ABE7.10筛选得到5400个可能的OsSPL9下游靶标基因。COG功能分类分析发现筛选出的基因绝大部分是“复制、重组和修复的相关基因”,其次是“一般功能预测基因”、“转录相关基因”、“信号转导机制的相关基因”等等。GO功能分析发现这些靶基因大多数作用于水稻代谢过程,其次是细胞代谢过程、生物调控过程等生物学过程。
  这一系列的结果分析证明了这种通过基因编辑酶筛选转录因子靶基因的技术具有一定的可信度,但具体筛选出的基因是否真的是OsSPL9的下游靶标基因还需进一步的验证。
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