侧翼序列获取技术研究进展

侧翼序列是指染色体中特定位点两侧的DNA序列,包含着候选基因、转录调控、染色体结构、生物安全等信息,在基因组学研究中具有重要的作用。侧翼序列获取技术主要应用于启动子和增强子等调控序列的克隆、鉴定T-DNA或转座子插入位点、染色体步移、全基因组空隙填补等,是结构基因组研究以及功能基因组研究的重要手段,在转基因动植物鉴定及安全管理等方面具有重要应用。随着分子生物学的发展,目前已经建立了许多侧翼序列的获取方法,依据技术原理可以分为质粒拯救法、反向PCR法、外源接头介导PCR法、半随机引物PCR法和基因组重测序法等5大类。本文系统总结了近年来侧翼序列获取技术的研究进展,并对这些技术的原理以及应用情况进行了较为系统的综述,为侧翼序列信息的获取提供参考。     

优化的反向PCR结合TAIL-PCR法克隆棉花线粒体atpA双拷贝基因及其侧翼序列

双拷贝基因及其侧翼序列的克隆是分子生物学中的一个难点。将优化的反向PCR(Inverse PCR,iPCR)与TAIL-PCR相结合,有效地克隆双拷贝基因及其侧翼序列。先用Southern blotting方法确定一种能获得合适长度片段的限制性内切酶,然后用优化的iPCR方法对该酶切产物进行自连和扩增,将2个拷贝的侧翼序列区分开。根据iPCR结果,进一步用TAIL-PCR扩增更远侧翼的序列。利用这套方法,获得了棉花可育胞质和不育胞质线粒体双拷贝atpA基因的所有EcoR I限制片段(2.2～5.1 kb)和HindⅢ限制片段(8.5～11.7 kb),克隆到2个拷贝各自的侧翼序列。研究结果说明,优化的iPCR与TAIL-PCR相结合是克隆双拷贝基因及其侧翼序列的一种高效方法。     

TAIL-PCR法快速分离红曲霉色素突变株T-DNA插入位点侧翼序列

采用热不对称交错PCR(thermal asymmetric interlaced PCR,TAIL-PCR)法分离红曲霉色素突变株T-DNA插入位点的侧翼序列,扩增到了长度介于500bp～1300bp之间的7个DNA片段,对这些DNA片段测序,并采用生物信息学方法对测序结果进行了分析,表明其中有1个片段与烟曲霉Af293发育调控子flbA的相似性较高。TAIL-PCR法成功应用于分离红曲霉突变株T-DNA插入位点的侧翼序列,为大规模获取插入位点侧翼序列建立了可行的方法,也为进一步研究红曲霉功能基因奠定了基础。     

团头鲂促性腺激素GtH Iβ亚基基因5'端启动子区克隆及表达载体构建

本研究利用改进的锚定PCR方法克隆了团头鲂（Megalobrama amblycephala）促性腺激素IB（GtHIβ）亚基基因5＇端侧翼序列,并在生物信息学方法分析的基础上构建了荧光素酶质粒表达载体。序列分析结果显示：克隆得到的GtHIβ亚基基因5’端侧翼序列长度为479bp,其中包括TATA盒、ARE、PRE、ERE、SF-1、Ptxl等可能对GtHIp亚基基因转录调控起重要作用的功能转录因子结合位点。利用PCR方法在基因组中扩增得到了3个缺失片段,并同全长片段一起分别连接至pGL3-Basic报告基因载体,成功构建了团头鲂GtHIp亚基基因5’端侧翼序列的表达载体,为进一步研究、分析其转录调控机制提供了基础。     

团头鲂促性腺激素GtH Iβ亚基基因5′端启动子区克隆及表达载体构建

本研究利用改进的锚定PCR方法克隆了团头鲂(Megalobrama amblycephala)促性腺激素Iβ(GtH Iβ)亚基基因5′端侧翼序列,并在生物信息学方法分析的基础上构建了荧光素酶质粒表达载体。序列分析结果显示:克隆得到的GtHIβ亚基基因5′端侧翼序列长度为479bp,其中包括TATA盒、ARE、PRE、ERE、SF-1、Ptx1等可能对GtH Iβ亚基基因转录调控起重要作用的功能转录因子结合位点。利用PCR方法在基因组中扩增得到了3个缺失片段,并同全长片段一起分别连接至pGL3-Basic报告基因载体,成功构建了团头鲂GtH Iβ亚基基因5′端侧翼序列的表达载体,为进一步研究、分析其转录调控机制提供了基础。       

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。     

利用PCR方法鉴定hiTAIL-PCR扩增产物中的质粒骨架片段

T-DNA突变体是研究基因功能的重要资源。高效热不对称交错PCR (hiTAIL-PCR)是克隆突变体中T-DNA插入位点侧翼序列的常用方法。然而我们发现, 利用hiTAIL-PCR克隆到的一些侧翼序列并不对应于宿主的染色体DNA序列, 而是质粒的骨架DNA片段。通过设置1组RB-S4/AC1或者LB-A4/AC1对照反应, 用PCR方法鉴定了hiTAIL-PCR扩增产物中位于T-DNA侧翼的质粒骨架片段。在后续分析中, 通过排除这些片段, 提高了利用hiTAIL-PCR获得宿主染色体DNA片段的效率。同时, 通过调整反应程序, 使得整个PCR的反应时间也大为缩短。在拟南芥(Arabidopsis thaliana) T-DNA突变体drf1侧翼序列的克隆实例中, 对照反应的引入将hiTAIL-PCR中需鉴定的22条扩增产物降至4条, 效率提高了81.8%。     

甘蔗UGPase5'侧翼序列克隆及缺失表达分析

以甘蔗(FN95;-1702)为材料,通过接头连接PCR方法克隆该基因不同长度5'侧翼序列。将不同长度的5'侧翼序列连同UGPase基因的外显子片段定向插入到GUS基因上游,在保证其后GUS编码框不发生偏移的情况下,插入的UGPase外显子融合GUS表达成为新的报告基因。根据此策略,构建了一系列表达结构为5'Flanking Sequence-UGPase Exon-GUS-Nos polyA的5'侧翼序列缺失表达载体,进行启动子活性分析。注射法转染烟草叶片组织检测GUS瞬时表达,分析结果表明,所克隆到的UGPase基因5'端侧翼序列不具有启动子活性。     

甘蔗 UGPase 5’侧翼序列克隆及缺失表达分析简

以甘蔗(FN95;-1702)为材料,通过接头连接PCR方法克隆该基因不同长度5′侧翼序列。将不同长度的5′侧翼序列连同UGPase基因的外显子片段定向插入到GUS基因上游,在保证其后GUS编码框不发生偏移的情况下,插入的UGPase外显子融合GUS表达成为新的报告基因。根据此策略,构建了一系列表达结构为5′ Flanking Sequence-UGPase Exon-GUS-Nos polyA的5′侧翼序列缺失表达载体,进行启动子活性分析。注射法转染烟草叶片组织检测GUS瞬时表达,分析结果表明,所克隆到的UGPase基因5′端侧翼序列不具有启动子活性。     

溶藻弧菌中类霍乱弧菌毒力岛转座酶基因及侧翼序列分子生物学特征分析

[目的]调查类似霍乱弧菌毒力岛(VPI)转座酶(vpiT)的基因是否在溶藻弧菌中分布,并了解其全序列及侧翼序列的分子生物学特征.[方法]对94株溶藻弧菌是否携带类似VPI的vpiT基因进行PCR检测,对阳性株进行了PCR产物直接测序,根据获得的部分已知序列,设计引物,通过反向PCR扩增出全长类似vpiT的基因valT及部分侧翼片段,对反向PCR产物进行克隆测序,然后对获得的valT及侧翼序列进行生物信息学分析.[结果]发现94株溶藻弧菌中只有从粤东对虾池水分离的2个株E06011、E0612在PCR检测中产生了预期扩增片段.测序表明两者序列(valT-S1)完全一致.根据反向PCR及克隆最终获得的溶藻弧菌E0601全长valT基因及部分侧翼序列valT-S3.对valT-S3生物信息学分析表明:valT是一个高度类似于霍乱弧菌毒力岛vpiT的转座酶基因.[结论]根据上述结果及相关文献,有理由相信valT基因及其侧翼片段是异源获得,霍乱弧菌VPI元件或整体很可能在包括溶藻弧菌在内的弧菌种间转移.     

长距离反向PCR技术高效扩增已知DNA片断的侧翼序列

为解决传统反向PCR技术扩增片段短、假阳性多的不足,建立了长距离反向PCR(LD I-PCR)扩增技术:0.5μg DNA/mL的反应体系使DNA酶解片段充分自身环化连接,其产物用25 nt~30 nt的序列特异引物进行长距离PCR。结果表明该方法能特异地扩增出长达16 kb的序列,在已知DNA片段的侧翼序列克隆方面具有高效、简便、特异的优点。     

TAIL-PCR的改良及其在分离小麦基因启动子中的应用

在经典TAIL-PCR(Thermal asymmetric interlaced PCR)的基础上, 对其进行了如下四处改进: 用10个碱基的RAPD引物代替16个碱基的随机兼并引物作为PCR中的随机引物; 将较低特异性循环的复性温度由44°C降至29°C; 增加5个高特异性反应循环, 减少5个较低特异性反应循环; 用单引物对第三轮PCR产物进行初步鉴定。利用改进的TAIL-PCR方法分离了小麦X基因的5′未知的侧翼序列, 与GUS基因融合后转入拟南芥, 通过组织化学检测分析表明分离到的5′侧翼序列具有启动子功能, 同时说明改进的TAIL-PCR能更好地应用到较复杂基因启动子的分离。     

转Xa21基因水稻中T-DNA整合的遗传定位

利用转抗白叶枯病基因Xa21的水稻材料,通过TAIL－PCR方法扩增T－DNA整合的侧翼序列。从中筛选属于水稻基因组DNA的T－DNA整合的侧翼序列作为探针,将外源基因整合位点定位到窄叶青／京系17DH群体构建的水稻分子连锁图谱上。共获得属于水稻基因组DNA的T－DNA侧翼序列22个,其中的19个序列在定位群体的两个亲本之间显示RFLP多态性,分别定位在水稻基因组的第3,4,5,7,9,10,11和12染色体上。带有转基因Xa21的T－DNA整合的定位为研究外源基因在不同染色体位点的位置效应和稳定遗传打下基础。     

TAIL-PCR的改良及其在分离小麦基因启动子中的应用

在经典TAIL-PCR(Thermal asymmetric interlaced PCR)的基础上, 对其进行了如下四处改进: 用10个碱基的RAPD引物代替16个碱基的随机兼并引物作为PCR中的随机引物; 将较低特异性循环的复性温度由44°C降至29°C; 增加5个高特异性反应循环, 减少5个较低特异性反应循环; 用单引物对第三轮PCR产物进行初步鉴定。利用改进的TAIL-PCR方法分离了小麦X基因的5′未知的侧翼序列, 与GUS基因融合后转入拟南芥, 通过组织化学检测分析表明分离到的5′侧翼序列具有启动子功能, 同时说明改进的TAIL-PCR能更好地应用到较复杂基因启动子的分离。     

水稻Ac×Ds后代基因组DNA中Ds侧翼序列的扩增及其Ds插入分析

采用TAIL-PCR技术从经鉴定含Ac/Ds双元件的材料中扩增Ds侧翼序列并测序, 对水稻Ac×Ds后代基因组DNA进行Ac和Ds插入的PCR分析。利用NCBI的BLAST软件, 以Ds侧翼序列为待查询序列进行GenBank在线搜索比对, 获得Ds插入相关基因的染色体定位和功能注释等信息。对扩增的93个有效Ds侧翼序列进行分析, 结果显示, 有21个水稻杂交后代中Ds插入于基因编码区, 其余72个插入在基因间序列, 其中12个插入在特定基因的上游3 kb以内的间隔区。本研究强调了提高Ds侧翼序列扩增和Ac/Ds植株筛选效率的技术关键。     

抗生素抗性基因连锁传播的侧翼保守元件分析

抗生素在医疗、畜牧和水产养殖业的大量使用造成了环境中耐药细菌和抗性基因的日益增加,也加速了抗性基因在环境细菌间的传播扩散.本研究以环境样本直接提取的总DNA为模板,运用热不对称交错PCR (thermal asymmetric interlaced PCR, Tail-PCR)技术直接扩增抗生素抗性基因上下游序列.通过优化Tail-PCR反应程序,单循环同时扩增出tetW基因的多条侧翼序列,包括6条上游序列和9条下游序列.基于序列的生物信息学分析发现,上游包括一段反向重复序列和已知的一段tetW调节肽序列以及一个已知的插入序列,下游包括一个保守的未知序列和一个开放式阅读框架(the open reading frame,ORF)编码甲基转移酶.结果不仅发现了可能协助tetW基因传播的功能元件,也提供了一个未知侧翼序列高效和便捷的研究方法,即采用Tail-PCR技术,一组样品即能便捷获得多条侧翼序列.     

转基因猪中外源基因拷贝数和整合位点的研究

主要采用了绝对定量PCR和热不均一交错PCR(thermal asymmetric interlaced PCR,TAIL-PCR),检测了体细胞核移植技术生产的绿色荧光蛋白转基因猪中外源基因拷贝数和整合位点,并利用旁侧PCR(Junction PCR)对整合位点进行确定,同时进一步分析了整合位点的纯合性．结果表明,绝对定量PCR可以准确有效地检测外源基因拷贝数,标准曲线为：log₂N (拷贝数) =-0.935 4ΔCt + 3.411 6 (R²=0.997 4,P < 0.001),两只转基因猪中外源基因拷贝数分别为30.85 ± 1.77和18.87 ± 1.34;TAIL-PCR能成功地克隆转基因猪中外源基因整合位点,得到25条特异性条带,经BLAST比对,共获得TgInS1 (1 440 bp)、TgInS2 (1 263 bp)和TgInS3 (1 861 bp) 3个整合位点．以整合位点侧翼序列特异性引物与外源基因特异性引物的组合引发Junction PCR,得到预计大小的特异性片段,确定了整合位点上、下游侧翼序列的准确性．采用整合位点5′上游和3′下游侧翼序列特异性引物与外源基因特异性引物的组合,进行Junction PCR,在两只转基因猪中都得到与野生型猪一致的侧翼序列特异性引物扩增片段,表明我们获得的转基因猪都为整合位点杂合子．初步建立了绝对定量PCR和TAIL-PCR对外源基因拷贝数和整合位点检测的体系,为今后研究外源基因在转基因猪中遗传和表达的稳定性打下了基础．     

番木瓜proteinase omega基因启动子的克隆及功能初步研究

采用PCR技术从番木瓜基因组中克隆了proteinase omega基因的部分序列及其5′侧翼序列。序列分析表明,克隆到的基因序列与GenBank中的序列同源性为96%,长1039bp的5′端侧翼序列在GenBank数据库中没有同源片段。预测5′端侧翼序列有两处基础启动子区域,转录起始位点(TSS)分别为是A,T。在基础启动子区域都存在TATA-box,上游发现多处CAAT-box,G-box,I-box等顺式作用元件和AT富含区。构建了植物表达载体并用基因枪轰击番木瓜的叶组织,GUS基因瞬间表达结果表明,该长1039bp的5′端侧翼序列具有驱动GUS基因在乳管中表达的功能。该启动子的发现对进一步研究启动子的功能和开发番木瓜作为生物反应器具有重要意义。     

Q 型烟粉虱扬州种群 cyp6cm1基因内含子抗性相关多态性检测及其5′侧翼序列克隆

【目的】烟粉虱 Bemisia tabaci（Gennadius）已对包括有机磷类、拟除虫菊酯类、新烟碱类和昆虫生长调节剂等多种杀虫剂产生了不同程度的抗药性,其中尤以对新烟碱类杀虫剂的抗性问题最为突出。本研究旨在克隆 Q 型烟粉虱扬州种群细胞色素 P450基因 cyp6cm1片段序列及其5′侧翼序列。【方法】分别应用 PCR 和基因组步移技术克隆 cyp6cm1基因片段序列及其5′侧翼序列。【结果】 cyp6cm1基因片段序列包括63 bp 的外显子片段和826~829 bp 的内含子片段。多重序列比对发现,在内含子第195、230和242等3个碱基处存在与新烟碱类杀虫剂抗性相关的单核苷酸多态性（SNPs）。进一步利用基因组步移技术获得了长度为962 bp 的 cyp6cm1基因5′侧翼序列,利用 NNPP 在线分析软件预测转录起始位点为位于起始密码子上游57 bp 处的碱基 A;ConSite 软件分析发现,cyp6cm1基因5′侧翼序列具有 XRE-AhR、CREB、Oct-1和 Broad-complex-4等多种转录因子结合位点。     

Q型烟粉虱扬州种群cyp6cm1基因内含子抗性相关多态性检测及其5′侧翼序列克隆

【目的】烟粉虱Bemisia tabaci(Gennadius)已对包括有机磷类、拟除虫菊酯类、新烟碱类和昆虫生长调节剂等多种杀虫剂产生了不同程度的抗药性,其中尤以对新烟碱类杀虫剂的抗性问题最为突出。本研究旨在克隆Q型烟粉虱扬州种群细胞色素P450基因cyp6cm1片段序列及其5′侧翼序列。【方法】分别应用PCR和基因组步移技术克隆cyp6cm1基因片段序列及其5′侧翼序列。【结果】cyp6cm1基因片段序列包括63 bp的外显子片段和826~829 bp的内含子片段。多重序列比对发现,在内含子第195、230和242等3个碱基处存在与新烟碱类杀虫剂抗性相关的单核苷酸多态性(SNPs)。进一步利用基因组步移技术获得了长度为962 bp的cyp6cm1基因5′侧翼序列,利用NNPP在线分析软件预测转录起始位点为位于起始密码子上游57 bp处的碱基A;Con Site软件分析发现,cyp6cm1基因5′侧翼序列具有XRE-Ah R、CREB、Oct-1和Broad-complex-4等多种转录因子结合位点。