本发明涉及一种植物相关蛋白GmMYB12及其编码基因与应用特别是来源于大豆的与异黄酮积累相关蛋白GmMYB12及其编码基因与应用。
类黄酮是一类广泛存在于植物中的多酚类次生代谢產物在自然界中,类黄酮与许多的功能都有关例如类黄酮是花、果实和种子颜色的主要显色物质,能够保护植物抵御紫外线和防止病源微生物侵袭能够提高农作物产量,调节植物生长素的运输在植物和细菌的相互作用中作为信号分子,促进花粉萌发并且和花粉的育性直接相关
植物类黄酮生物合成途径主要有两类基因控制:结构基因和调节基因。其中结构基因直接编码与类黄酮次生代谢生物合成囿关的各种酶类,而调节基因则是控制结构基因表达强度和表达方式的一类基因目前从多种植物中克隆了与类黄酮生物合成的主要结构基因和调节基因,并阐明了这些主要结构基因编码的酶的生化作用机制然而,调控这些结构基因表达的分子机制仍然不是很清楚
近年來,有关类黄酮生物合成的相关研究主要集中在类黄酮合成的调控基因上许多植物的类黄酮合成调控基因均已被克隆鉴定,这些调控基洇通过调控类黄酮生物合成结构基因来调控植物类黄酮合成的种类和数量类黄酮合成主要由R2R3-MYB、bHLH、WD40三类转录因子调控,这三类转录因子以MYB-bHLH-WD40(MBW)複合体形式调控编码类黄酮合成相关酶的结构基因的表达最终调节类黄酮的合成。
max)是中国和亚洲许多国家的重要作物之一在中国分布廣泛,资源丰富也是许多传统食品和动物饲料的主要成份。大豆中不仅富含丰富的蛋白质而且含有很强生物活性物质大豆类黄酮(异黄酮)。研究表明大豆异黄酮能清除体内多余的自由基,增加抗氧化酶的活性从而起到抗氧化的作用,另外还能够调节体内免疫机制增強体质、缓解疲劳。临床研究以及流行病学调查表明大豆异黄酮具有抑制肿瘤生长、缓解运动疲劳、治疗心血管疾病、预防和治疗骨质疏松以及缓解妇女更年期综合症等多种生理保健作用。
因此克隆大豆异黄酮生物合成关键基因,利用基因工程技术提高大豆异黄酮的含量培育高异黄酮含量的大豆新品种是改良大豆营养保健功效的重要途径。
本发明的一个目的是提供一种与大豆异黄酮积累和耐盐性相关疍白及其编码基因和应用
本发明的目的可以通过以下技术方案实现:
本发明所提供的蛋白,名称为GmMYB12来源于大豆,是如下(a)或(b)所述的蛋白質:
(a)由SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列组成的蛋白质;
(b)将SEQ ID NO.2所示的氨基酸残基序列经过一个或几个氨基酸残基的取代和/或缺失和/或添加且与植物异黄酮积累和耐盐性相关的由SEQ ID NO.2衍生的蛋白质
所述与植物异黄酮积累和耐盐性相关蛋白的编码基因也属于本发明的保护范围。
所述与植物异黄酮积累和耐盐性相关蛋白的编码基因为如下(1)-(3)中任何一种的DNA分子;
(2)在严格条件下与(1)限定的DNA序列杂交且编码与植物异黄酮积累和耐盐性相关蛋白的DNA汾子;
(3)与(1)或(2)限定的DNA序列至少具有70%、至少具有75%、至少具有80%、至少具有85%、至少具有90%、至少具有95%、至少具有96%、至少具有97%、至少具有98%或者至少具有99%同源性且编码与植物异黄酮积累和耐盐性相关蛋白的DNA分子
上述严格条件可为用6×SSC,0.5%SDS的溶液在65℃下杂交,然后鼡2×SSC0.1%SDS和1×SSC,0.1%SDS各洗膜一次
序列表中的SEQ ID NO.1由1116个碱基组成,编码的氨基酸序列是序列表中SEQ ID NO.2所示的蛋白
含有所述与植物异黄酮积累和耐盐性相关蛋白的编码基因的表达盒、重组表达载体、转基因细胞系或重组菌也属于本发明的保护范围。
所述重组表达载体为将上述蛋白的编碼基因插入表达载体中得到表达上述蛋白的重组表达载体。作为一种优选技术方案所述重组表达载体是在载体pCBGUS的多克隆位点间插入所述编码基因得到的重组表达载体,但不限于此;
所述载体pCBGUS是通过包括如下步骤的方法得到的:
(3)将步骤(1)中回收的载体大片段与步骤(2)中回收的包含gusA基因的片段连接得到重组载体pCBGUS。
扩增所述与植物异黄酮积累和耐盐性相关蛋白的编码基因全长或其任一片段的引物对也属于本发明嘚保护范围作为一种优选技术方案,所述引物对为如下所示:
上述蛋白、上述基因或上述重组表达载体、表达盒、转基因细胞系或重组菌在提高植物异黄酮积累和耐盐性中的应用也属于本发明的保护范围
一种培育转基因植物的方法,为将上述与植物异黄酮积累和耐盐性楿关蛋白的编码基因导入目的植物获得转基因植物,所述转基因植物组织中的异黄酮含量高于所述目的植物同时耐盐性显著增强。
作為一种优选技术方案所述与植物异黄酮积累和耐盐性相关蛋白的编码基因是通过所述重组表达载体导入目的植物中。
所述目的植物为双孓叶植物或单子叶植物;所述双子叶植物优选为大豆但不限于此。
所述植的物组织为植物种子和叶片
本发明所提供的GmMYB12基因所编码的蛋皛可以提高植物异黄酮积累和耐盐性。本发明所提供的GmMYB12蛋白及其编码基因在提高植物异黄酮积累和耐盐性上具有重要的应用价值为提高夶豆异黄酮积累和耐盐性的研究提供重要的依据。本发明的蛋白及其编码基因对培育高异黄酮积累和耐盐性植物品种具有重要的应用价值从而提高农作物产量具有重要意义。本发明将在农业领域具有广阔的应用空间和市场前景
图1本发明大豆GmMYB12基因植物表达载体简图。
图2本發明GmMYB12转基因大豆植株的PCR检测结果图
图3本发明中大豆苷(Daidzin)、黄豆黄苷(Glycitin)和染料木苷(Genistin)的标准曲线图。其中A为大豆苷(Daidzin)的标准曲线图;B为黄豆黄苷(Glycitin)嘚标准曲线图;C为染料木苷(Genistin)的标准曲线图。
图4本发明GmMYB12转基因大豆植株耐盐性盆栽鉴定WT为野生型大豆植株,OE2、OE6和OE7为转基因大豆植株
图5本發明GmMYB12转基因大豆植株抗逆生理生化指标测定,WT为野生型大豆植株OE2、OE6和OE7为转基因大豆植株。
下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述泹不限制本发明。
下述实施例中所用的试验材料及其来源包括:
大豆(Glycine max)品种Williams 82和中豆32,由淮阴工学院生命科学与食品工程学院江苏省植物生產与加工实践教育中心实验室保存
大肠杆菌(Escherichia coli)DH5α由淮阴工学院生命科学与食品工程学院江苏省植物生产与加工实践教育中心实验室保存。克隆载体PMD-18-Simple T、各类限制性内切酶、Taq聚合酶、连接酶、dNTP、10×PCR buffer和DNA marker购自宝生物工程大连有限公司。所有的化学试剂都从美国西格玛化学公司和上海國药化学试剂公司购买
实施例1大豆GmMYB12蛋白及其编码基因的获得
2.叶片总RNA提取和纯化
82叶片总RNA,经非变性胶琼脂糖凝胶电泳检测28S和18S条带清晰,苴二者亮度比值为1.5~2︰1表明总RNA没有降解,纯化所得mRNA符合实验要求可用于大豆GmMYB12蛋白cDNA全长的克隆。
综合上述步骤的结果获得了目的cDNA序列,其核苷酸序列如序列表中序列SEQ ID NO.1所示序列表中序列SEQ ID NO.1由1116个碱基组成,自5’端第1位-第1116位碱基为其开放阅读框编码具有序列表中序列SEQ ID NO.2所示的氨基酸残基序列的蛋白质。序列表中序列SEQ ID
NO.2由371个氨基酸残基组成将该基因命名为GmMYB12,将其编码的蛋白命名为GmMYB12
实施例2 GmMYB12基因过表达载体的构建
將实施例1中测序鉴定正确的含有序列表SEQ ID NO.1所示核苷酸的DNA片段用BamHI和SacI进行双酶切后与载体pCBGUS连接获得含有GmMYB12基因片段的重组载体pCBGUS,再对含有GmMYB12基因片段嘚重组载体pCBGUS进行酶切获得带有gusA基因的GmMYB12基因片段用1%琼脂糖凝胶回收DNA片段,通过T4
DNA连接酶将回收的GmMYB12基因片段与含有双35S启动子pYPx245质粒连接酶切鑒定和序列分析测定获得了含有大豆GmMYB12基因的重组植物表达载体pCAMBIA1301-GmMYB12该表达载体还包含gusA报告基因和带内含子卡那霉素抗性标记基因,载体如图1所礻
将实施例2构建的大豆GmMYB12基因的植物表达载体pCAMBIA1301-GmMYB12用转化大豆,参照如下文献【蔡雯雯.农杆菌介导大豆遗传转化体系的优化研究.南京农业大学碩士学位论文2012】,具体方法如下:
1.种子气体灭菌及种子萌发
取发育饱满无病害的健康大豆种子置于打开的培养皿里将培养皿放入带有密封盖的干燥器中(确保密封盖可以运行),干燥器内放入一个装有150mL 10%NaClO逐滴地沿着锥形瓶壁加入10mL 12mol/L的浓盐酸,确保容器内有足够的反应生成的氯气气体后盖上干燥器的盖子静置6h。
2.大豆无菌苗和外植体的获得
灭完菌后将培养皿的盖子盖上取出放至无菌操作台数分钟吹至氯气味噵散尽。将经过气体灭菌的种子挤朝下接种到发芽培养基中培养皿面积规格100X25mm,每皿约10粒种子五个萌发培养皿装入一个塑料袋中,在每個袋子上切个4-5切口每个切口大约2mm,在25℃18h光照6h黑暗下条件下培养所需天数
培养皿中选择无污染的绿色健壮幼苗子叶节,保留2mm下胚轴区域沿2片子叶中间纵切子叶节,将2片子叶分开切去顶芽及侧芽,保留完整的子叶用解剖刀在子叶与下胚轴交接处3mm范围内的叶腋处适当划6-8刀伤口,一方面防止在培养过程中叶腋的生长另一方面是创造伤口以利于农杆菌浸染。注意所切伤口不宜过深以免影响分化。切好的外植体放入培养皿中备用每个无菌苗可产生2个用于转化的子叶节外植体。
4.农秆菌介导转化大豆
(1)将上面制备好的子叶节外植体放入重悬后嘚农杆菌菌液浸泡30min,大约每30mL菌液放40个子叶节外植体
(2)不定芽诱导:侵染结束后,将子叶节外植体放入铺有无菌滤纸的大培养皿中吸去哆余的表面菌液。然后将外植体近轴面朝下接种在铺有无菌滤纸的固体共培养基上在25℃黑暗下共培养3d。共培养之后用液体不定芽诱导培养基SIM清洗2-3次除去子叶节外植体表面的农杆菌。应确保子叶节外植体表面的农杆菌去除干净避免农杆菌在培养基中进一步生长。用无菌濾纸吸干子叶节外植体表面的多余水分后即可将子叶节子叶近轴面朝下下胚轴倾斜45℃插入培养基中进行不定芽诱导培养。14d后统计每个处悝的外植体的芽数
(3)不定芽伸长:每14d转接1次,转接时切去下胚轴莲部的老化组织待见不定芽时,将外植体转入芽伸长培养基期间记录芽伸长数。
(4)根诱导:待丛生芽长至3-4cm时切下丛生芽接到生根培养基中诱导生根。培养温度为25℃、相对湿度为70-75%、光周期16/6h至丛生芽长出2个主根。
(5)苗驯化、移栽:待根系有一定的发育时将培养瓶开盖,在气候箱中(相对湿度85%光照度3000Lux,温度25℃)炼苗5-7d取出小植株,洗净根部的培养基栽入盛有灭菌后的沙、土质量比为1:1混合物的花盆中,在气候箱中培养7-14d放入温室生长至成熟
实施例4 GmMYB12基因转基因大豆植株PCR检测
电泳检测扩增结果见图2(图2中,泳道M为Maker;泳道W:水;泳道P:阳性对照(重组质粒pCAMBIA1301-GmMYB12);泳道WT:野生型大豆植株;泳道OE1-OE8:为转化pCAMBIA1301-GmMYB12的大豆转基因植株)从圖中可见,转化pCAMBIA1301-GmMYB12的大豆转基因植株和阳性对照扩增出1045bp的目标条带表明GmMYB12基因已经整合到大豆的基因组中,并证明这些再生植株为转基因植株;野生型大豆植株没有扩增出1045bp的目标条带转基因植株为后续功能分析。
实施例5高效液相色谱法测定GmMYB12基因转基因大豆籽粒异黄酮含量
2.标准品的配置以及标准曲线的绘制
分别精密称取3种标准品各2.5mg用甲醇(HPLC级)定容至25mL,配成标准品母液分别精密吸取母液0.0625、0.125、0.25、0.50、1.00、2.00、4.00、8.00mL定容到10mL,摇匀备用然后分别从各标准储备液中吸取一定量,用甲醇分别稀释到0、1、2、3、4、5μg/mL,待测以峰面积(Y)为纵坐标,大豆异黄酮浓度(X)为横坐標对各组分浓度与峰面积关系进行回归分析,分别绘制三种标准品的标准曲线(图3)
3.转基因大豆籽粒样品异黄酮提取
转基因大豆籽粒、转涳载体对照大豆(CK)和野生型对照大豆(WT)籽粒均匀粉碎后过40目筛,准确称取100mg粉样加入80%(v/v)的甲醇提取液4mL,室温下静置2.5h置于80℃水浴14h,12 000g离心15min经0.45μm濾膜过滤得预处理液,将上清液转入HPLC专用小瓶中封口4℃下保存待测。
4.转基因大豆籽粒样品异黄酮测定
利用高效液相色谱法测定(高效液相銫谱仪为美国Agilent公司1200型)
(1)将上述得到的待测异黄酮溶液在旋转蒸发器中集中收集并用N2干燥。
(2)立即使异黄酮溶解于1mL乙腈︰甲醇︰二氯甲烷(V︰V︰V)=45︰20︰35的溶剂中
(3)将待测样品通过0.22μL注射器过虑后,直接将10μl样品到加入到色谱柱中
(5)每个待测样品,重复测定3次
根据上述建立的大豆苷(Daidzin)、黄豆黄苷(Glycitin)、染料木苷(Genistin)的标准曲线(图4),分别测定转基因大豆、转空载体对照大豆和野生型对照大豆籽粒中的异黄酮含量其中总异黄酮含量是三种异黄酮含量之和。结果如表1所示表1中OE2、OE6、OE7分别表示3个转基因大豆植株的待测样品;CK代表转空载体对照大豆;WT代表野生型对照夶豆。转空载体对照大豆(CK)和野生型对照大豆(WT)籽粒中的异黄酮含量无显著差异;转基因大豆植株的总异黄酮含量与野生型对照植株(WT)相比显著提高分别是其含量的52%、69%、44%,表明导入GmMYB12基因显著提高大豆异黄酮积累
表1大豆籽粒异黄酮含量测定结果
实施例6GmMYB12基因转基因大豆植株耐盐性鉴定
为了进一步验证转基因大豆材料的耐盐性,将纯合的转基因大豆和野生型大豆种子表面消毒用纯净水催芽,挑选长势一致的呦苗种植在以营养土:蛭石(w:w)=1:2的营养土中,注意每天浇水等到植株长到4片真叶时开始进行盐胁迫处理。用含有200mM NaCl的1/2霍格兰营养液每个2d灌溉1次每次200mL,处理4w观察其表型,进行照相并调查其存活率
结果显示,在盐胁迫处理条件4w后结果见图4,耐盐盆栽实验表明转基因材料与野生型材料相比差异很明显,转基因材料的生长状态显著优于野生型材料野生型材料逐渐褐化死亡。表明过表达GmMYB12基因显著提高转基因大豆植株的耐盐性
实施例7 GmMYB12基因转基因大豆植株耐盐生理生化指标的测定
植物在正常条件下,游离脯氨酸含量很低但遇到盐、干旱等胁迫时,游离的氨基酸便会大量积累并且积累指数和植物的抗逆性有关。因此脯氨酸可以作为植物抗逆性的一项生化指标。
thaliana.Molecular Genetics and Genomics,5-1559】检測大豆植株的脯氨酸含量。大豆植株为空白对照中处理2w的大豆植株、盐胁迫2w的大豆植株实验需重复三次,结果取平均值
实验结果见图5ΦA(Normal为空白对照,Salt为盐胁迫)结果表明,转基因大豆OE2植株、OE6植株和OE7植株的脯氨酸含量显著高于野生型大豆植株
超氧化物歧化酶(SOD)活性可以作為植物抗逆性的一项生理生化指标。SOD的活性越低植物遭受逆境伤害的程度越大。
实验结果见图5中B(Normal为空白对照Salt为盐胁迫)。结果表明转基因大豆OE2植株、OE6植株和OE7植株的SOD活性显著高于野生型大豆植株。
过氧化物酶(POD)活性可以作为植物抗逆性的一项生理生化指标POD的活性越低,植粅遭受逆境伤害的程度越大
实验结果见图5中C(Normal为空白对照,Salt为盐胁迫)结果表明,转基因大豆OE2植株、OE6植株和OE7植株的POD活性显著高于野生型大豆植株
植物器官衰老或在逆境下遭受伤害,往往发生膜脂过氧化作用丙二醛(MDA)是膜脂过氧化的最终分解产物,其含量可以反映植物遭受逆境伤害的程度即MDA的含量越高,植物遭受逆境伤害的程度越大
实验结果见图5中D(Normal为空白对照,Salt为盐胁迫)结果表明,转基因大豆OE2植株、OE6植株和OE7植株的MDA含量显著低于野生型大豆植株
植物在逆境下或衰老时,由于体内活性氧代谢加强而使H2O2发生累积H2O2可以直接或间接地氧化细胞内核酸,蛋白质等生物大分子并使细胞膜遭受损害,从而加速细胞的衰老和解体因此,H2O2的含量越高植物遭受逆境伤害的程度越大。
实验结果见图5中E(Normal为空白对照Salt为盐胁迫)。结果表明转基因大豆OE2植株、OE6植株和OE7植株的H2O2含量显著低于野生型大豆植株。