植物转座子及其在番茄功能基因组的应用

转座子作为插入突变原或分子标签被广泛应用于基因的分离和克隆,已成为发现新基因和基因功能分析的有效工具。该文综述了植物转座子及其在基因分离中的研究进展,并讨论其在番茄功能基因遗传资源、功能基因组分离等研究中的应用。     

转座子标签法克隆分离植物基因的研究进展

转座子标签法是克隆与分离植物基因的一项十分有效的方法。概述了转座子标签技术克隆与分离植物基因的基本原理与方法 ,介绍了可用于转座子标签技术的转座子 ,对于转座子标签系统以及在克隆与分离异源植物基因方面的主要成就进行了综述 ,并对将来的研究方向进行了讨论。     

转座子挽救法对苜蓿中华根瘤菌与耐盐有关基因的定位

用含Tn5转座子的质粒pRL1063a诱变苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)042BM,得到盐敏感突变株042BML-2。采用转座子挽救法对Tn5插入位点两边的序列进行克隆与测序,获得了1179bp的转座子插入位点侧翼DNA序列。在GenBank中进行序列同源性和基因定位分析,结果表明：转座子插入在一个功能未知的基因内部,此基因长6270bp。研究证明：该基因与042BM的耐盐性有关,并定名为rtsC。氨基酸疏水性分析表明,在RtsC蛋白的N端有两个跨膜区,该蛋白与细菌趋化性相关蛋白的功能域有同源性。并对RtsC蛋白在苜蓿中华根瘤菌042BM耐盐性中的作用进行了讨论。     

限制酶介导的插入突变及其在丝状真菌中的应用

克隆基因的方法很多,通过突变是克隆基因的常用方法,如转座子标签法常用于克隆植物病原细菌致病相关基因及植物的抗病基因。尽管转座因子在丝状真菌中也普遍存在,但对它们的转座作用和功能了解不多,迄今转座子标签法还没有发展成为标记真菌突变体和基因克隆的常规技术。而一般的ＵＶ或化学突变方法又将使突变基因的鉴定和克隆遇到许多问题。用质粒ＤＮＡ转化真菌时,也会发生非同源随机插入真菌基因组而形成标记的突变体,但往往由于转化频率较低等因素而难以广泛应用。新近的研究发现,在限制酶介导下大多数真菌的质粒ＤＮＡ转化频率明…     

转座子标签法突变呋喃丹降解菌CFDS-1

通过接合使供体大肠杆菌DH5α中的质粒pSC123上的转座子插入到受体菌CFDS-1基因组DNA中,以引起该菌株的基因插入突变。利用转座子上的卡那霉素抗性基因和呋喃丹降解过程中红色物质的产生与否初步筛选出6株突变株,分别命名为CFDS—M1～CFDS—M6。紫外扫描和气谱检测结果进一步证明这些突变子确实失去了对呋喃丹的降解能力。根据转座子的序列设计引物,以6株突变株的基因组DNA为模板进行PCR扩增,并对PCR产物进行限制性酶切分析,结果表明这些突变子中呋喃丹降解基因的失活就是由于转座子的插入而导致的。     

转座子挽救法对转座子突变菌株中插入位点的定位分析

为寻找谷氨酸棒杆菌转座子插入突变菌株中的转座子插入位点,采用了转座子挽救法对转座子及其插入位点附近的序列进行分离,并测定插入位点相邻DNA序列,获得了三个转座子插入位点DNA序列,其中一个是柠檬酸合成酶基因,另两个为目前未知基因,暂命名为orfA和orfB。该方法简便易行,是分析转座子插入位点的理想方法。     

植物基因工程中的转座子标签

195 1年ＢａｒｂａｒａＭｃｌｉｎｔｏｃｋ首先在玉米中发现了控制元件 ,后来命名为转座元件或转座子 (ｔｒａｎｓｐｏｓｏｎ)。转座子是基因组中一段可移动的ＤＮＡ序列 ,可以通过切割、重新整合等一系列过程从基因组的一个位置“跳跃”到另一个位置。这一元件不仅可用于分析生物遗传进化上分子作用引起的一些现象 ,还为基因工程和分子生物学研究提供了强有力的工具 ,可以在不了解基因产物的生化性质和表达模式的情况下 ,分离克隆植物基因 ,即转座子标签 (ｔｒａｎｓｐｏｓｏｎｔａｇｇｉｎｇ) ,又称为转座子示踪法。其原理是利用转座子的…     

转座子标签法突变呋喃丹降解菌CFDS-1*

通过接合使供体大肠杆菌DH5α中的质粒pSC123上的转座子插入到受体菌CFDS1基因组DNA中,以引起该菌株的基因插入突变。利用转座子上的卡那霉素抗性基因和呋喃丹降解过程中红色物质的产生与否初步筛选出6株突变株,分别命名为CFDSM1～CFDSM6。紫外扫描和气谱检测结果进一步证明这些突变子确实失去了对呋喃丹的降解能力。根据转座子的序列设计引物,以6株突变株的基因组DNA为模板进行PCR扩增,并对PCR产物进行限制性酶切分析,结果表明这些突变子中呋喃丹降解基因的失活就是由于转座子的插入而导致的。     

转座子相关技术在微生物功能基因组研究中的应用

转座子是DNA插入因子的一种,是指能在基因组间或组内跳跃的DNA片段。转座子作为插入突变剂或分子标签已被广泛地应用于基因的分离和克隆,且因其独特的性质已成为发现新基因和基因功能分析的有效工具。这使得转座子无论是在单基因水平还是全基因组水平,都成为细菌、酵母和其他微生物研究的有力工具。简单而有效的体外转座反应可以对一些以往难以进行分析的顽固微生物进行转座诱变分析。而建立在转座子基础上的信号标签诱变技术和遗传足迹法的应用则发现了一些新的病原微生物毒力因子,从而可以更好地对这些病原微生物的致病机理进行阐述。这些再次说明转座子是微生物功能基因组研究中的有力工具。本文综述了转座子及其衍生载体介导的一些技术,并讨论其在微生物功能基因组研究中的应用。     

TAIL-PCR方法快速分离Xcc致病相关基因序列

以mini-Tn5 gfp-km转座子中nptⅡ片段作为探针,对已获得的五株野油菜黄单胞菌野油菜黑腐病致病型（Xcc)非致病突变体进行了Southern blot分析,结果表明,这五株突变体确由mini-Tn5 gfp-km转座子插入致病相关基因所致,且为单拷贝不同位点的插入。提取这五株突变体总DNA作为模板,采用改进的热不对称交错PCR（TAIL－PCR）方法从其中克隆到了各自转座子插入区侧翼序列,对这些侧翼序列进行了序列测定并将分析结果与GenBank database及Xcc全基因组序列做了比较,结果表明,五个侧翼序列所在的基因确与Xcc致病性有关。这种改进后的TAIL－PCR方法为突变体特别是转座子插入突变体中目的基因的克隆提供了一种简要高效的新方法。     

阴沟肠杆菌B8拮抗活性基因‘admA’及上游调控序列的克隆与功能鉴定

为了阐明水稻白叶枯病拮抗菌阴沟肠杆菌B8的作用机理,文章采用转座子标签法和染色体步移技术克隆到突变株B8B中Tn5插入位点周边拮抗活性相关片段,并通过基因敲除验证了获得的拮抗相关片段admA’上游调控序列的功能。以转座子中Kan抗性基因为标签,克隆了B8B菌株中Tn5插入位点左侧2 608 bp序列,经两次染色体步移得到Tn5插入位点右侧的2 354 bp序列。序列拼接后获得B8菌株拮抗相关序列4 611 bp的Bcontig。生物信息学分析显示该序列含有7个ORF,分别对应于3-磷酸甘油醛脱氢酶(GADPH)基因的部分编码区、2个LysR家族转录调控因子、弧菌假设蛋白VSWAT3-20465及成团泛菌(Pantoea agglomerans)andrimid生物合成基因簇的admA、admB和部分admC基因序列。B8B菌株Tn5插入分别位于同源于弧菌假设蛋白的anrPORF及‘admA’基因上游200 bp和894 bp处。通过同源重组技术,借助敲除质粒pMB-BG,获得拮抗活性消失的突变株B-1和B-3。结果表明B8B突变株中Tn5的插入可能影响了anrP蛋白的转录和表达,进而调控拮抗物质编码基因簇的生物合成。B8菌株中拮抗物质相关基因是类似于andrimid生物合成基因簇的基因家族,其上游调控区对该抗生素的生物合成具有重要的作用。     

霍乱弧菌中调控aphB 的基因筛选及其功能

【目的】筛选霍乱弧菌C6706-中调控LysR家族蛋白AphB表达的基因。【方法】将霍乱弧菌埃尔托型菌株C6706-aphB启动子区克隆到2个报告质粒pBBRLux和pKP302上,并将其导入霍乱弧菌C6706-中,以此作为出发菌株。利用出发菌株与转座子pSC123接合构建LZV630-302转座子随机突变文库,通过测定化学发光强度检测aphB启动子的表达水平,筛选aphB表达受影响的突变株。利用随机PCR方法检测转座子插入位点,并测序比对分析基因。【结果】从7个转座子库中(共约4万个突变株)得到能影响aphB表达(均导致下降)的2株突变株T1和T2。测序比对发现T1中转座子插入在vc1585读码框内,T2中转座子插入在距vc1602基因末端7 bp处。【结论】获得aphB表达改变的突变株,基因vc1585和vc1602可能直接或间接影响aphB表达,为进一步研究aphB表达调控影响因素奠定了基础。     

PNP降解相关基因温敏突变株的分离及其特性研究

通过接合转移将质粒pSC123上的转座子Tn5随机插入到DLL-E4基因组DNA中,从大约8,000个突变株中得到1株温度敏感型突变株MT54。根据转座子上的已知序列设计引物以MT54基因组DNA为模板进行PCR扩增,证实MT54的染色体中有转座子插入。MT54在30℃条件下能够以对硝基苯酚(p-nitrophenol,PNP)为唯一碳源生长,但在37℃不能生长。格里斯试色剂法检测NO_2~-的生成情况进一步证明了MT54的这种特性。通过30℃和37℃两种温度条件下MT54和原始出发菌株DLL-E4对PNP和对苯二酚降解情况的比较,推测温敏突变位点可能发生在与PNP降解相关的基因中。     

TAIL-PCR方法快速分离Xcc致病相关基因序列

以miniTn5gfp-km转座子中nptII片段作为探针,对已获得的五株野油菜黄单胞菌野油菜黑腐病致病型（Xcc）非致病突变体进行了Southern blot分析,结果表明,这五株突变体确由mini-Tn5gfp-km转座子插入致病相关基因所致,且为单拷贝不同位点的插入。提取这五株突变体总DNA作为模板,采用改进的热不对称交错PCR （TAIL-PCR）方法从其中克隆到了各自转座子插入区侧翼序列,对这些侧翼序列进行了序列测定并将分析结果与GenBank database及Xcc全基因组序列做了比较,结果表明,五个侧翼序列所在的基因确与Xcc致病性有关。这种改进后的TAIL-PCR方法为突变体特别是转座子插入突变体中目的基因的克隆提供了一种简便高效的新方法。     

显性插入突变载体的设计

显性插入突变载体的设计陆建荣,金振华（中国科学院发育生物所,北京１０００８０）当可移动的ＤＮＡ片段（如转座子）插入到基因组其它基因座位,破坏了后者表达所需的完整性时,就产生了插入突变效应。由于插入的ＤＮＡ可以作为内置的标签（ｂｕｉｌｔ－ｉｎｔａｇ）,使得分离相应的基因极为简便。近年来插入突变在高等真核生物研究中得到广泛的应用,［１］除转座子外,一些转基因载体如动物的逆病毒载体,植物农杆菌的Ｔi或Ri质粒都能将外源DNA稳定整合到宿主基因组,也成为极有用的插人突变载体。     

利用Tn5-1063转座诱变法分离苜蓿中华根瘤菌042BM noeB基因的研究

采用三亲本杂交方法将带有Tn5-1063(含luxAB)的质粒pRL1063a导入苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meldoti)042BM,进行转座子插入诱变,在含有氯霉素、卡那霉素的TY平板上筛选接合子。通过结瘤试验,从1000个突变株中,筛选到3个结瘤突变株042BMR5、042BMR11和042BRM29。它们都表现出发光酶活性,表明转座子正向插入到基因组中的某个启动子下游。Southern杂交结果证实,转座子均为单一位点插入。对042BMR5突变株基因组进行反向PCR,扩增位于Tn5-1063两端的侧翼序列。测序结果表明,转座子插入到苜蓿中华根瘤菌的共生质粒pSymA noeB基因内。根据基因组中noeB上游和下游序列扩增出042BM noeB,其与苜蓿中华根瘤菌1021 noeB的同源性为98％,而与NoeB蛋白的氨基酸序列相似性为95％。疏水性分析发现,NoeB是一个跨膜蛋白,在N末端有4个跨膜区,其中包含3个初级螺旋和1个次级螺旋。     

利用Tn51063转座诱变法分离苜蓿中华根瘤菌042BMnoeB基因的研究

采用三亲本杂交方法将带有Tn51063（含luxAB）的质粒pRL1063a导入苜蓿中华根瘤菌(Sinorhizobium meliloti)042BM,进行转座子插入诱变,在含有氯霉素、卡那霉素的TY平板上筛选接合子。通过结瘤试验,从1000个突变株中,筛选到3个结瘤突变株042BMR5、042BMR11和 042BRM29。它们都表现出发光酶活性,表明转座子正向插入到基因组中的某个启动子下游。Southern杂交结果证实,转座子均为单一位点插入。对042BMR5突变株基因组进行反向PCR,扩增位于Tn51063两端的侧翼序列。测序结果表明,转座子插入到苜蓿中华根瘤菌的共生质粒pSymA noeB基因内。根据基因组中noeB上游和下游序列扩增出042BM noeB,其与苜蓿中华根瘤菌1021 noeB的同源性为98％,而与NoeB蛋白的氨基酸序列相似性为95％。疏水性分析发现,NoeB是一个跨膜蛋白,在N末端有4个跨膜区,其中包含3个初级螺旋和1个次级螺旋。     

鱼腥藻PCC7120基因组中一个影响异形胞发育和图式形成的新区域

以Tn5 10 87b诱变鱼腥藻PCC712 0 ,筛选不能利用氮气生长、异形胞图式发生变化的突变株。突变株 # 180 1经缺氮诱导 2 4h后无异形胞形成 ,48h后沿藻丝形成少量成熟异形胞 ,占藻细胞总数比例为 2 .8% ,其异形胞发育速度和形成频率均与野生型有显著区别。以ClaⅠ酶切该突变株总DNA、自环化后以电泳冲法转化大肠杆菌 ,回收带有插入位点两侧DNA片段的转座子Tn5 10 87b。经测序确定转座子位于未知功能基因alr0 0 99第 14 8和 14 9碱基之间。为证明突变性状确由alr0 0 99内的插入突变引起而不是由于其他二次突变 ,通过同源双交换将含新霉素抗性基因的C .K2片段定向插入基因组中alr0 0 99的EcoRV位点 ,获得重构的鱼腥藻突变株DR2 14 ,其表型与原突变株 # 180 1相同。以上结果表明alr0 0 99或其下游基因是鱼腥藻PCC712 0基因组中与异形胞发育和图式形成相关的一个新区域。     

绿豆Ty1／Copia类反转录转座子逆转录酶序列的克隆和分析

利用Ty1/copia类反转录转座子的保守位点设计简并引物,从绿豆(Vignaradiata(L.)Wilczek)基因组中扩增得到了反转录转座子的逆转录酶序列。对扩增得到的约270bp的片段进行分离和克隆,并随机挑选了40个克隆进行测序,结果得到了36个单独的核酸序列,其中18个含有移码突变或终止子。根据序列比对,这些克隆可分为9组以及单个的9种。这40个克隆中,核酸序列相似性从8%到100%,显示出其核酸序列的高度异质性。将这些克隆的核酸序列与来自其他种植物的相应序列进行谱系分析,发现有些克隆与来自其他种植物的相应序列的亲缘关系比这些克隆之间更为接近。斑点杂交显示Ty1/copia反转录转座子约占绿豆基因组的9.3%。     

绿豆Ty1/Copia类反转录转座子逆转录酶序列的克隆和分析

利用Ty1/copia类反转录转座子的保守位点设计简并引物,从绿豆(Vigna radiata(L.)Wilczek)基因组中扩增得到了反转录转座子的逆转录酶序列.对扩增得到的约270bp的片段进行分离和克隆,并随机挑选了40个克隆进行测序,结果得到了36个单独的核酸序列,其中18个含有移码突变或终止子.根据序列比对,这些克隆可分为9组以及单个的9种.这40个克隆中,核酸序列相似性从8%到100%,显示出其核酸序列的高度异质性.将这些克隆的核酸序列与来自其他种植物的相应序列进行谱系分析,发现有些克隆与来自其他种植物的相应序列的亲缘关系比这些克隆之间更为接近.斑点杂交显示Ty1/copia反转录转座子约占绿豆基因组的9.3%.