利用Cre/lox重组系统获得无选择标记的SKTI抗虫转基因烟草

将置于两个同向lox位点之间的Bar基因表达盒与大豆胰蛋白酶抑制剂SKTI基因表达盒融合后获得相应植物表达载体,转化烟草Wisconsin 38后获得对棉铃虫具有明显抗性的SKTI转基因植株。SKTI转基因植株通过叶盘二次转化法导入Cre基因,对再生植株叶盘进行Basta的抗性检测,检测Bar基因的删除情况。结果表明:绝大多数再生植株对应叶盘在含8 mg/L PPT的筛选培养基上无法再生,Bar基因被删除的效率在38%~100%之间。对Bar基因删除区域进行PCR及克隆测序后发现Bar基因表达盒被精确删除。对Bar基因删除植株开花自交获得的分离后代进行NPTⅡ抗性检测,5株NPTⅡ敏感植株分子检测显示均只含有SKTI基因而无Cre基因存在,为无选择标记基因的SKTI转基因植株。     

一种新的用于删除选择标记基因的Cre/lox系统

设计了一种新的诱导型Cre/lox系统,并在转基因烟草(Nicotianatabacum L.)中进行了验证.在诱导剂的作用下,位于同向lox位点之间的选择标记基因(hpt)和重组酶基因(Cre)在烟草愈伤组织中被删除.在该系统中,Cre基因在玉米乙酰苯胺类化合物诱导启动子(In5-2)的控制下表达.对转基因后代的分子检测结果表明,不论是否加入了诱导剂,目的基因(gus)均被整合到烟草基因组中;在诱导剂处理的48株转基因烟草To代中,45株的hpt基因被删除了.该系统只使用一个载体,克服了二次转化系统带来的问题.     

Cre/lox介导剔除转双价抗虫sck+cryIAc基因籼稻恢复系明恢86材料的选择标记基因

Cre/lox系统通过其Cre重组酶对lox序列进行切割和重新连接,介导lox序列发生特异性重组.利用重组报告基因系统Pactin-lox-hpt-lox-gusA,对Cre/lox系统在水稻(Oryzasativa L.)中介导转基因的剔除进行了研究.Pactin-lox-hpt-lox-gusA系统中选择标记hpt基因侧翼含两个同向lox位点,并位于水稻actinl启动子和gusA基因之间.当hpt在Cre酶作用下被剔除时,actinl启动子可以和gusA基因融合在一起从而驱动GUS表达.通过农杆菌介导获得了分别转cre基因、Pactin-lox-hpt-lox-gusA结构和双价抗虫基因lox-hpt-lox-sck-cryIAc结构的水稻.利用有性杂交方法将cre基因导入到转化lox结构的植株中.在4个转Pactin-lox-hpt-lox-gusA T0植株×转cre T0植株所配组合的30个杂交F1植株中,12个植株表达GUS活性,9个表现潮霉素敏感,表明hpt基因被剔除.研究进一步通过Cre/lox介导剔除转双价抗虫sck cryIAc基因籼稻恢复系明恢86材料基因组中的选择标记hpt基因.在9个转lox-hpt-lox-sck-cryIAcT2代纯合植株×转creT2代纯合植株所配组合的77个杂交F1植株中,56个植株表现潮霉素敏感.分子分析证实在这些对潮霉素敏感的植株中hpt基因已经被剔除.     

一种新的用于删除选择标记基因的Cre／lox系统

设计了一种新的诱导型Cre/lox系统,并在转基因烟草(NicotianatabacumL.)中进行了验证。在诱导剂的作用下,位于同向lox位点之间的选择标记基因(hpt)和重组酶基因(Cre)在烟草愈伤组织中被删除。在该系统中,Cre基因在玉米乙酰苯胺类化合物诱导启动子(In5-2)的控制下表达。对转基因后代的分子检测结果表明,不论是否加入了诱导剂,目的基因(gus)均被整合到烟草基因组中;在诱导剂处理的48株转基因烟草T0代中,45株的hpt基因被删除了。该系统只使用一个载体,克服了二次转化系统带来的问题。     

Cre／lox介导剔除转双价抗虫sck＋cryIAc基因籼稻恢复系明恢86材料的选择标记基因

Cre/lox系统通过其Cre重组酶对lox序列进行切割和重新连接,介导lox序列发生特异性重组。利用重组报告基因系统Pactin-lox-hpt-lox-gusA,对Cre/lox系统在水稻(Oryza　sativa　L.)中介导转基因的剔除进行了研究。Pactin-lox-hpt-lox-gusA系统中选择标记hpt基因侧翼含两个同向lox位点,并位于水稻actin1启动子和gusA基因之间。当hpt在Cre酶作用下被剔除时,actin1启动子可以和gusA基因融合在一起从而驱动GUS表达。通过农杆菌介导获得了分别转cre基因、Pactin-lox-hpt-lox-gusA结构和双价抗虫基因lox-hpt-lox-sck-cryIAc结构的水稻。利用有性杂交方法将cre基因导入到转化lox结构的植株中。在4个转Pactin-lox-hpt-lox-gusA　T0植株×转cre　T0植株所配组合的30个杂交F1植株中,12个植株表达GUS活性,9个表现潮霉素敏感,表明hpt基因被剔除。研究进一步通过Cre/lox介导剔除转双价抗虫sck　 cryIAc基因籼稻恢复系明恢86材料基因组中的选择标记hpt基因。在9个转lox-hpt-lox-sck-cryIAc　T2代纯合植株×转creT2代纯合植株所配组合的77个杂交F1植株中,　56个植株表现潮霉素敏感。分子分析证实在这些对潮霉素敏感的植株中hpt基因已经被剔除。     

利用Cre/loxP系统删除转Bt基因水稻中的选择标记基因

来源于噬菌体P1的Cre/loxP位点特异性重组系统是目前在植物遗传转化中应用较多,较成熟的一个标记基因删除系统。在这个系统中,Cre酶可以特异性的识别和切割位于两个lox位点之间的标记基因,整个系统重组仅需Cre和lox识别位点即可完成而无需其它辅因子的参加。利用农杆菌介导法成功地将cre基因导入供试材料"皖粳97",得到转hpt-cre基因水稻植株;将其与先期转基因育成的携带loxp-hpt-loxp-bt基因的"皖粳97"株系进行田间杂交,通过PCR分析,Cre/loxP重组系统定向删除了潮霉素抗性筛选标记基因。     

Cre/lox位点特异重组系统在植物基因工程中的应用

Cre/lox位点特异重组系统是植物基因工程中的重要工具,利用其可以在转基因植物中对目的基因实现精确删除和定点整合。概述Cre/lox系统的基本结构及作用方式,并以基因删除和定点整合为重点,详细介绍该系统在这两方面的应用。     

Cre/lox位点特异重组系统在转基因植物中的应用

位点特异重组系统由重组酶和相应的重组酶识别位点组成,通过两者间的相互作用,实现外源基因精确整合与切除等一系列遗传操作.主要可分为Cre/lox系统、FLP/frt系统、R/RS系统和Gin/gix系统.目前,研究最充分应用最广泛的位点特异重组系统为Cre/lox系统.此系统为位点特异重组系统家族中的一员,由38.5kDCre重组酶和34bplox位点组成,最早被应用于动物转基因研究,包括基因敲除、基因激活、基因易位等.近年来,随着研究的深入,Cre/lox系统被逐步应用到植物研究中,并在诸多领域取得重大进展.本文总结归纳了Cre/lox系统在定点整合、定点切除以及叶绿体转化等方面的最新研究成果,旨在为利用Cre/lox系统构建环境安全和高效表达的植物遗传转化体系提供参考.     

利用热诱导的位点专一性重组系统在烟草中控制基因表达

采用热激启动子Gmhsp17.5C控制Cre定位重组酶介导的DNA删除系统.在这个系统中,在热激启动子控制下的Cre重组酶的表达导致两侧带有相同方向loxp位点的CaMV35S-GUS片段从转基因烟草(Nicotiana tabacum L.cv.W38)的基因组中删除.通过定量PCR的方法鉴定这个转基因系统,显示了这个系统的重组效率.结果显示在两个小时热激处理后转基因烟草中有41%的CaMV35S-GUS片段被删除.由于热激诱导的定点重组系统有容易操作、对热敏感和无背景表达等优点,因此有利于采用这个系统在转基因植物中进行可诱导的基因操作.     

利用FLP/frt重组系统产生无选择标记的转基因烟草植株

在植物转基因植株产生过程中,对转化细胞进行抗性筛选是通用程序,转化细胞的抗性一般是抗生素抗性或除草剂抗性,将赋予转化细胞抗性的选择标记基因删除是提高转基因植物生物安全性的重要措施。来自于啤酒酵母的FLP/frt位点特异性重组系统可有效删除同向定点重组位点frt之间的基因。通过多步骤重组,建立了可在植物中广泛应用的FLP/frt位点特异性重组系统。该系统包括含有frt位点的植物表达载体pCAMBIA1300-betA-frt-als-frt和含有由热诱导启动子hsp启动的FLP重组酶基因的植物表达载体pCAMBIA1300-hsp-FLP-hpt。利用二次转化的方式将二者先后转入烟草植株,热激处理后,热诱导型启动子hsp调控的重组酶FLP基因的表达催化位于选择标记基因als两侧同向frt位点间的重组反应,有效地删除了选择标记基因als。41%的经热激处理的二次转化植株发生了选择标记基因的删除,表明该系统在获得无选择标记基因的转基因植株中有很好的应用价值。     

Cre/lox system and PCR-based genome engineering in Bacillus subtilis

We have developed a fast and accurate method to engineer the Bacillus subtilis genome that involves fusing by PCR two flanking homology regions with an antibiotic resistance gene cassette bordered by two mutant lox sites (lox71 and lox66). The resulting PCR products were used directly to transform B. subtilis, and then transient Cre recombinase expression in the transformants was used to recombine lox71 and lox66 into a double-mutant lox72 site, thereby excising the marker gene. The mutation process could also be accomplished in 2 days by using a strain containing a cre isopropyl-beta-d-thiogalactopyranoside (IPTG)-inducible expression cassette in the chromosome as the recipient or using the lox site-flanked cassette containing both the cre IPTG-inducible expression cassette and resistance marker. The in vivo recombination efficiencies of different lox pairs were compared; the lox72 site that remains in the chromosome after Cre recombination had a low affinity for Cre and did not interfere with subsequent rounds of Cre/lox mutagenesis. We used this method to inactivate a specific gene, to delete a long fragment, to realize the in-frame deletion of a target gene, to introduce a gene of interest, and to carry out multiple manipulations in the same background. Furthermore, it should also be applicable to large genome rearrangement.     

选择标记可去除的植物高效表达载体的构建

在常用的植物组成型表达载体pBI121的选择标记基因NPTII两侧插入同向的lox位点并用多克隆位点(MCS)取代了GUS基因序列,构建了NPTII基因可被去除的和可插入目的基因的通用植物表达载体pBI121-lox-MCS。替换pBI121-lox-MCS中驱动目的基因表达的35S启动子,可构建成一系列具有其他表达特性的植物表达载体,如本文描述的韧皮部特异表达载体pBdENP-lox-MCS。为方便地筛选去除选择标记基因的转基因植物,还构建了绿色荧光蛋白(GFP)表达框与NPTII表达框连锁的pBI121-gfp-lox-MCS载体。上述植物表达载体可广泛应用于培育选择标记可去除的转基因植物。     

Balancer-Cre transgenic mouse germ cells direct the incomplete resolution of a tri-loxP-targeted Cyp1a1 allele, producing a conditional knockout allele

To generate conditional alleles, genes are commonly engineered to contain recognition sites for bacteriophage recombinases, such as Cre recombinase. When such motifs (lox sites) flank essential gene sequences, and provided that Cre recombinase is expressed, Cre recombinase will excise the flanked sequence-creating a conditional knockout allele. Targeted conditional alleles contain a minimum of three lox sites. It would be desirable to have Cre recombinase perform partial resolution (i.e., recombination some of the time between only the two lox sites flanking the marker gene). Here we report use of the commercially available Balancer2-Cre transgenic mouse line to carry out this function from a tri-loxP-site-containing cytochrome p450 1A1 (Cyp1a1) targeted allele. Such incomplete resolution of this complex locus occurred progressively with age in germ cells of male mice; the conditional Cyp1a1 gene was recovered in offspring from mice containing the targeted Cyp1a1 allele and the Cre recombinase transgene. Removal of the marker gene resulted in a conditional Cyp1a1 allele whose expression was indistinguishable from that of the wild-type allele.     

The promiscuity of heterospecific lox sites increases dramatically in the presence of palindromic DNA

Heterospecific lox sites are mutated lox sites that in the presence of Cre recombinase recombine with themselves but not or much less with wildtype loxP. We here show that in Escherichia coli both lox511 and lox2272 sites become highly promiscuous with respect to loxP when in the presence of Cre one of the recombination partners is present in a larger stretch of an inverted repeat of non-lox DNA. In such a palindromic DNA configuration, also the occurrence of other DNA repeat-mediated recombination events is somewhat increased in the presence of Cre. The results indicate that in recombinase mediated cassette exchange or other double lox applications based on the exclusivity of heterospecific lox sites, or in research combining Cre-lox approaches with hairpin RNA for gene silencing, the presence of duplicated DNA around lox sites has to be taken into account. It is proposed that the presence of palindromic non-lox DNA interferes with the homology search of the Cre enzyme prior to the actual recombination event.     

DNA重组酶Cre介导载体间基因的重组转移

DNA重组酶Cre可以识别LoxP位点,使含有LoxP位点的DNA分子发生重组:2个同向LoxP之间的DNA片段被删除,2个环状DNA分子被整合为一个大分子.基于Cre酶的这些作用特性,构建了一套载体间基因的重组转移体系,在Cre酶的作用下,gfp基因被从基因供体pTLG上切除下来,然后转移到基因受体pET-LoxP上,从而快速、简便地完成了gfp基因高效表达载体pET-gfp的构建.gfp基因在大肠杆菌BL21(DE3)中被诱导表达,使菌落产生了可视的绿色荧光.通过对荧光菌落的计数分析,比较了环状基因供体pTLG和线性基因供体pTLG对有效重组率的影响.使繁琐的传统载体构建变为简单的酶促反应,极大地简化了载体构建步骤,为Cre酶在基因克隆和亚克隆中的应用提供了很好的研究基础.