通过遗传操作提高植物代谢甲醛的能力

来源 :昆明理工大学 | 被引量 : 4次 | 上传用户:qiuyu19860916
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植物转基因操作中常用到组成型启动子自花椰菜花叶病毒(CaMV)35S启动子和光诱导型启动子1,5二磷酸核酮糖羧化酶(Rubisco)小亚基基因启动子(PrbcS)。使用通路克隆(Gateway)技术能快速构建表达载体,但目标基因组成型表达,目标蛋白定位在胞质中。本研究构建了一个Gateway技术入门质粒载体(pENTR*-PrbcS-*T-GFP),该载体含有PrbcS和绿色荧光蛋白(GFP)报告基因。通过Gateway技术利用该载体可以快速构建目的基因的光诱导型植物表达载体,实现目的基因在植物叶片中高水平表达,目的基因表达受光强度调节,目的蛋白定位到叶绿体或细胞质中。为了验证该入门载体的应用价值,本研究利用该入门载体通过Gateway技术构建了两个报告基因GFP、GUS的植物表达载体pK2-35S-PrbcS-*T-GFP和pK2-35S-PrbcS-*T-GUS。同时利用连接酶技术构建了GFP、GUS基因组成型和诱导型植物表达载体:pPZP211-PrbcS-*T-GFP、pK2-35S-GFP、pPZP211-PrbcS-*T-GUS、pK2-35S-GUS,通过农杆菌介导转入烟草和天竺葵中,用显微镜观察愈伤组织的荧光,结果说明pK2-35S-PrbcS-*T-GFP转化植物组织后可实现GFP基因的正常表达。本研究利用GUS染色技术分析了转基因烟草叶片中GUS的表达水平,结果说明pK2-35S-PrbcS-*T-GUS转基因烟草叶片中GUS基因的表达水平可以达到诱导型表达水平,而组成型启动子很难实现目的基因在叶片中的高水平表达。对GFP和GUS定量分析结果说明pK2-35S-PrbcS-*T-GFP的转基因植物叶片中GFP的荧光强度与pPZP211-PrbcS-*T-GFP转基因植物相似,是pK2-35S-GFP转基因植物2~3倍;pK2-35S-PrbcS-*T-GUS转基因植物叶片中GUS的活性与pPZP211-PrbcS-*T-GUS转基因植物相似,是pK2-35S-GUS转基因植物1~2倍。由此可见,利用此入门质粒载体构建的植物表达载体能实现目的基因在植物叶片中的高水平表达。核酮糖单磷酸途径(RuMP)是甲基营养菌同化甲醛的主要途径,该途径的关键酶是6-磷酸己酮糖合成酶(HPS)和6-磷酸果糖异构酶(PHI),最近研究表明在许多非甲基营养菌中也发现了HPS和PHI的同源基因,同源性搜索结果发现在大肠杆菌基因组中也有HPS和PHI同源序列。因此本研究用PCR方法从大肠杆菌基因组中扩增HPS和PHI同源序列,构建了大肠杆菌Ehps和Ephi基因原核表达载体pDEST17-Ehps和pDEST17-Ephi,表达和纯化重组蛋白,结果表明Ehps和Ephi的重组蛋白具有酶活性。构建了Ehps和Ephi基因的植物表达载体pK2-PrbcS-T-Ehps和pB2-PrbcS-T-Ephi,通过农杆菌介导转化拟南芥,获得Ehps和Ephi的转基因株系。丝氨酸羟甲基转移酶(SHMT)在甲基营养菌丝氨酸途径具有非常重要的作用。比较丝氨酸途径和植物的光呼吸途径后发现这两个途径有相似甚至是完全相同的反应步骤。推测植物光呼吸途径与甲基营养菌丝氨酸途径具有类似的功能,光呼吸途径SHMT是负责C1化合物同化作用的核心酶。因此本研究构建了线粒体型SHMT(shm)和细胞质型SHMT(smt)植物表达载体pB2-PrbcS-SHM和pK2-35S-SMT,通过农杆菌介导转化拟南芥,获得smt和shm的转基因株系。
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