PiggyBac转座酶转基因小鼠模型的建立

目的 建立表达PiggyBac转座酶转基因小鼠模型,为研究PiggyBac转座子介导基因修饰在小鼠中的应用提供工具.方法 利用Cytomegalovirus( CMV)启动子驱动PiggyBac转座酶基因的表达,经显微注射法建立C57BL/6J表达PiggyBac转座酶的转基因小鼠.PCR鉴定转基因小鼠的基因型,RT-PCR检测PiggyBac转座酶在小鼠生殖系睾丸中的表达情况.PiggyBac转座酶转基因小鼠活性的检测,是通过与转座子供体转基因小鼠杂交检测供体位置变化来确定的.结果 显微注射产生7只转基因小鼠并能传代,经RT-PCR筛选出一株在睾丸中相对高表达PiggyBac转座酶的转基因小鼠.随后与转座子供体转基因小鼠杂交,子代双阳小鼠与野生型小鼠杂交基因型分离,产生的子代转座子供体单阳性小鼠中具有转座子供体片段的转座反应.结论 成功建立了表达PiggyBac转座酶转基因小鼠动物模型,该模型为PiggyBac转座子技术在小鼠中的应用提供了有价值的工具动物.     

利用Tol2转座子构建转基因草金鱼初探

青鳉Tol2转座子是脊椎动物中发现的第一例天然具有活性的转座子,目前已经被成功应用于多种模式动物的转基因研究中。采用PCR的方法以质粒pCAgcGH为模板亚克隆出一段含有草鱼生长激素(GH)5个外显子、鲤鱼β-actin启动子及多个酶切位点的序列,并将这段序列与经双酶切处理的质粒pTol2-MCS-EGFP进行重组连接,得到重组质粒pTol2-GH-EGFP。采用显微注射的方法将重组质粒pTol2-GH-EGFP与体外合成的Tol2转座酶mRNA一起注入草金鱼受精卵中。通过观察绿色荧光和PCR检验绿色荧光蛋白和GH基因的表达,筛选出成功转入外源基因的草金鱼。阳性表达检出率为17.3%。利用Tol2转座子构建转基因草金鱼,不仅丰富了Tol2转座子的应用范围,而且为进一步利用Tol2转座元件进行观赏鱼转基因及基因表达研究奠定了基础。     

“自我剪切”2A肽介导的Δ-12和ω-3脂肪酸脱氢酶以及过氧化氢酶在转基因小鼠肌肉表达研究

哺乳动物因为缺乏Δ-12和ω-3脂肪酸脱氢酶,不能自身合成必需的多不饱和脂肪酸．目前,通过转基因技术在哺乳动物体内表达ω-3脂肪酸脱氢酶,能将长链的n-6多不饱和脂肪酸转化成n-3多不饱和脂肪酸,造成体内长链的n-6多不饱和脂肪酸含量显著减低．本研究通过自我剪切2A肽介导Δ-12和ω-3脂肪酸脱氢酶(FAT-2和FAT-1)以及人过氧化氢酶(human catalase,hCAT)在小鼠的肌肉同时表达．结果表明,转基因小鼠肌肉中长链n-3多不饱和脂肪酸含量提高2.6倍,长链n-6多不饱和脂肪酸含量没有显著变化,而n-6/n-3比例显著降低(P < 0.01)．同时蛋白质印迹检测到人过氧化氢酶hCAT在小鼠的肌肉组织中表达,且过氧化氢酶活性比野生型小鼠显著提高(P < 0.01)．     

利用Tol2转座子构建斑马鱼心脏组织特异表达转基因载体及其表达分析

为了制备用于在斑马鱼心脏中特异表达目的基因的转基因载体,通过分子克隆的方法对能够在斑马鱼心脏中特异表达EGFP报告基因的Tol2载体进行了改造,在原有的CMLC2启动子与EGFP编码区之间插入带有多克隆位点的IRES序列,获得pTol2-CMLC2-IRES-EGFP转基因表达载体,该载体可以实现在同一个启动子CMLC2的驱动下分别同时表达目的基因和EGFP;为了验证该表达载体的有效性,进一步在CMLC2启动子与IRES序列之间插入DsRed-Monome编码区,利用得到的pTol2-CMLC2-RED-IRES-EGFP转基因载体显微注射到斑马鱼单细胞期胚胎中进行表达分析,结果表明外源目的基因DsRed-Monome和报告基因EGFP均能以相同的表达模式在斑马鱼心脏组织中特异表达。pTol2-CMLC2-IRES-EGFP转基因表达载体的成功构建对于建立心脏发育候选基因的斑马鱼转基因实验模型具有重要意义。     

哺乳动物细胞多不饱和脂肪酸合成酶系的重建将亚油酸代谢转变为二十二碳六烯酸

二十二碳六烯酸(DHA,22:6n-3)是一种长度为22个碳原子且含有6个双键的ω-3系多不饱和脂肪酸,在人体中具有重要生物学功能。人体及其他哺乳动物体内只能合成少量的DHA,更多的需求必须从食物中获取。然而,DHA的天然资源(主要是深海鱼类等海洋产品)日趋枯竭,开发新型资源以满足不断扩大的市场需求势在必行。本研究利用转基因技术,在哺乳动物细胞中使Δ6和Δ5脂肪酸去饱和酶以及Δ6和Δ5脂肪酸延长酶超表达,同时表达来源于秀丽隐杆线虫Caenorhabditis elegans的Δ15去饱和酶和小眼虫Euglena gracilis的Δ4去饱和酶,结果表明,这6种酶的表达或超表达能将ω-6系的亚油酸(LA,18:2n-6)有效地转化为DHA(22:6n-3),后者的含量从对照组的16.74%提高到实验组的25.3%。本研究的策略及技术路线为将来利用遗传改造的哺乳动物生产珍稀的DHA(22:6n-3)等长链多不饱和脂肪酸产品提供了重要的启示。     

球等鞭金藻中Δ5去饱和酶基因的克隆与功能鉴定

球等鞭金藻(Isochrysis galbana)是一类单细胞海洋微藻,富含二十二碳六烯酸(DHA,22:6Δ4,7,10,13,16,19)。我们利用RACE的方法从球等鞭金藻cDNA文库中同源克隆到一个大小为1329 bp的cDNA片段,编码442个氨基酸的多肽,分子量约49.9 kD。生物信息学分析表明,其编码产物N端具有细胞色素b5结构域,以及与电子传递有关的三个富含组氨酸的结构域,与Pavlova salinaΔ5去饱和酶同源性最高,达56%,故将该基因命名为IgD5。酿酒酵母功能鉴定实验表明,其编码的蛋白质具有Δ5去饱和酶活性,能够将二高-γ-亚麻酸(DGLA,20:3Δ8,11,14)转化成花生四烯酸(AA,20:4Δ5,8,11,14),转化效率平均为34.6%,最高可达40.3%。     

脂肪酸去饱和酶的研究进展

多不饱和脂肪酸由于其在生物体内具有重要的生物活性而越来越受到研究者的关注,特别是n-3系列的脂肪酸EPA（二十碳五烯酸）和DHA（二十二碳六烯酸）。脂肪酸去饱和酶在多不饱和脂肪酸的生物合成过程中起着重要的作用,本文对其目前研究进展进行了阐述。     

四个脂肪酸合成酶基因在哺乳动物细胞中的超表达提高长链多不饱和脂肪酸生物合成效率

DHA(22:6n-3)、EPA(20:5n-3)和ARA(20:4n-6)三种长链多不饱和脂肪酸在生物体内活性最强,它们在促进大脑发育和功能维持以及在预防和治疗心血管疾病、炎症、癌症等多种疾病方面有着重要作用。然而,尽管哺乳动物体内有完整的长链多不饱和脂肪酸合成酶系,但哺乳动物合成这些长链多不饱和脂肪酸的效率很低而主要依赖于食物获取。本研究应用转基因方法,将哺乳动物来源的Δ6和Δ5脂肪酸去饱和酶以及Δ6和Δ5脂肪酸延长酶这4种酶的编码基因构建成为一个多基因表达载体,然后转染哺乳动物细胞HEK293T,实现了4个目的基因的超表达,再通过气质联用(GC-MS)分析证实了DHA、EPA和ARA等长链多不饱和脂肪酸的合成效率及水平显著增加,DHA的水平更是提高了2.5倍。由此可见,哺乳动物具有某种抑制长链多不饱和脂肪酸高水平合成的机制,但通过Δ6和Δ5脂肪酸去饱和酶以及Δ6和Δ5脂肪酸延长酶的超表达,能够打破哺乳动物这种抑制机制,从而显著提高DHA、EPA、ARA等的合成水平。同时,本研究的思路也为在转基因动物中生产长链多不饱和脂肪酸提供了重要的启示。     

Tol2转座子系统在转基因动物中的应用

Tol2是在青鳉鱼基因组中发现的一种具有自主性的转座子元件.它编码转座酶,催化Tol2转座子结构中5’端200 bp和3’端150 bp序列发生转座反应.Tol2的多种特性,如可携带大片段外源DNA、单拷贝整合效率高、转座子活性强等,使得以Tol2特座子系统为载体的转基因技术在多种生物中得到应用.综述了Tol2转座子系统的结构、特性以及近年来在多种动物转基因中的应用.     

STK15转基因小鼠模型的建立

STK15基因是丝/苏氨酸激酶家族成员之一,其扩增和高表达能引起中心体复制扩增,染色体不稳定性增加,最终导致细胞的恶性转化,从而诱发恶性肿瘤。而且,STK15基因在多种恶性肿瘤组织中都具有高表达。目前,研究者们都是通过取人体不同部位的肿瘤组织来研究STK15基因与恶性肿瘤发生发展的关系,本次实验首次以建立STK15转基因小鼠模型,来进一步研究STK15基因与恶性肿瘤的关系,为今后的基因诊治提供理论基础。实验方法是首先提取人胚肺细胞总RNA作为模版,根据GenBank中STK15基因序列设计一对引物,用RT-PCR技术扩增出1200bp的STK15基因片段,克隆到pTZ57R/T载体,通过测序证实序列的正确性。用BamH1和XbaI双酶切载体pcDNA3.1和pTZ57R/T载体-STK15,然后回收、连接pcDNA3.1-STK15、转化、鉴定,从而成功构建了pcDNA3.1-STK15表达载体。然后对小鼠进行超排获得其原核期胚胎,应用显微注射法进行转基因操作,结果是注射成功率77%（701/907）,移植鼠共30只,新生小鼠为106只,PCR检测转基因阳性为3只,经过Southern杂交检测有1只转基因阳性鼠,从而建立了转STK15的转基因小鼠模型。通过建立STK15肿瘤动物模型,找出与人类肿瘤相近的病理生理变化以及控制这些变化的遗传基础,为今后所有的恶性肿瘤的基因诊治提供坚实、有力的理论依据。     

小眼虫藻Δ8-脂肪酸脱氢酶基因的克隆及其在酿酒酵母中的表达

Δ8途径是合成多不饱和脂肪酸的替代途径,Δ8-脂肪酸脱氢酶是该途径的关键酶之一。根据已报道的Δ8-脂肪酸脱氢酶基因设计引物,分别从小眼虫藻基因组DNA和cDNA中扩增得到该基因片段,序列分析表明：结构基因长1 266 bp,编码421个氨基酸;该基因没有内含子,比已经报道的Δ8-脂肪酸脱氢酶基因长6 bp,并且N末端序列也有所不同。利用酿酒酵母的载体pYES2.0构建Δ8-脂肪酸脱氢酶表达载体pYEFD,并转化到营养缺陷型酿酒酵母菌株INVSc1中,在选择培养基中筛选得到酿酒酵母转化菌株YD8。YD8在合适的培养条件下,添加外源底物二十碳二烯酸和二十碳三烯酸并诱导基因表达。脂肪酸甲酯气相色谱分析表明小眼虫藻Δ8-脂肪酸脱氢酶基因在酿酒酵母中获得了高效表达,将二十碳二烯酸和二十碳三烯酸分别转化成二高-γ-亚麻酸和二十碳四烯酸,其底物转化率分别达到了31.2％和46.3％。     

piggyBac转座子介导的转基因叉尾斗鱼的构建

为探讨piggyBac转座子在鱼类动物中应用的可能性,以包含家蚕(Bombyx mori)肌动蛋白3启动子驱动的增强型绿色荧光蛋白(enhance green fluorescent protein,EGFP)基因的piggyBac质粒为载体,以及一个包含piggyBac转座酶的辅助质粒,采用显微注射的方法将其导入叉尾斗鱼(Macropodusopercularis)受精卵中,利用PCR技术证实了piggyBac转座子能够介导EGFP基因进入叉尾斗鱼基因组,并能够稳定遗传到下一代,符合孟德尔遗传规律。EGFP基因遗传到G1代的阳性鱼占交配鱼比率,即外源基因整合率为12.30%。实验证明,piggyBac质粒有可能成为水产动物转基因实验的新型载体。     

利用Ac/Ds转座子系统在水稻中获得无选择标记转基因植株的方法

获得无选择标记转基因植株是进行重复转基因及消除转基因植株中标记基因潜在危害性的关键。实验采用了Ac／Ds转座子系统在水稻(Oryza sativa,L．)中进行无hpt选择标记的转基因。将含有目的基因bar的Ds元件和hpt标记基因置于同一个T-DNA中,通过农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)EHAl05介导将Ac-T-DNA及Ds-T-DNA分别转入到不同的水稻植株,再将单拷贝的Ac-T-DNA植株与单拷贝的Ds-T-DNA植株杂交得到同时含有Ac和Ds元件的F1植株,Fl自交产生F2后代,F2植株中转座后的Ds元件与T-DNA独立分离,在总共100株F2水稻植株中筛选得到2株只含有Ds元件插入而无hpt标记基因的转基因水稻植株。结果表明,利用Ac／Ds转座子系统在水稻中获得无选择标记的转基因植株是可行的。     

Elovl5转基因果蝇产生更长链的脂肪酸

大多数昆虫体内的多不饱和脂肪酸 (Polyunsaturated fatty acids,PUFAs) 主要是碳链长为18个碳原子的多不饱和脂肪酸 (C18-PUFAs),几乎不含价值更高、生物活性更强的C20、C22等长链的多不饱和脂肪酸。文中利用黑腹果蝇Drosophila melanogaster (Fruit fly) 作为生物模型,将来源于小鼠的Δ6-脂肪酸延长酶Elovl5基因优化后转移到果蝇中使其表达。结果表明通过显微注射法成功将含有Elovl5基因的载体导入果蝇胚胎中,在荧光显微镜下检测到在果蝇整个发育阶段均有增强型绿色荧光蛋白 (Enhanced green fluorescent protein,EGFP) 表达,同时Elovl5基因的表达显著地促使果蝇体内C18多不饱和脂肪酸向着更长链多不饱和脂肪酸的生物合成方向转化。使用转基因技术得到体内富含C20、C22等长链多不饱和脂肪酸的转基因果蝇模型,将为进一步开展果蝇多不饱和脂肪酸生物合成的机制提供研究基础。     

锦鲤Δ6脂肪酸去饱和酶基因克隆及表达研究北大核心CSCD

旨在揭示变温鱼类合成HUFAs过程中的关键酶及其功能,以锦鲤(Cyprinus carpiokoi)为材料,通过RT-PCR扩增获得了一段长度为854 bp的Δ6脂肪酸去饱和酶基因的c DNA序列片段,并对其进行了序列分析和蛋白产物结构预测。结果显示,该片段与南亚野鲮(Labeo rohita)Δ6脂肪酸去饱和酶基因有93.5%的同源性,编码的蛋白产物具有典型的Δ6脂肪酸去饱和酶结构特点,包含2个组氨酸保守区(HDFGH、HFQHH)和2个跨膜结构域。荧光定量PCR表明,Δ6脂肪酸去饱和酶在锦鲤肝脏中的表达量最高,在肠、脑和心脏中表达量依次降低,而在肌肉和鳃的表达量相对较低。幼鱼在不同培养水温下,各组织中该基因的表达量均随温度的下降而升高,以适应低温环境。     

三角褐指藻Δ6脂肪酸延长酶基因的克隆与序列分析

多不饱和脂肪酸具有重要的生理和保健功能.利用基因工程手段在植物和微生物中生产多不饱和脂肪酸是研究的热点.Δ6脂肪酸延长酶是多不饱和脂肪酸合成中的关键酶,克隆了三角褐指藻的Δ6脂肪酸延长酶基因的cDNA和DNA序列,并对该基因的基因结构、翻译后修饰及起源进化进行了分析.结果显示,三角褐指藻的Δ6脂肪酸延长酶基因有两个内含子,该酶属于ELO系列延长酶,具有磷酸化及N-乙酰葡萄糖胺(O-GlcNAc)修饰等翻译后修饰.BLAST结果表明,在三角褐指藻中很有可能存在两个Δ6脂肪酸延长酶基因.     

绵羊高效转基因通用型piggyBac转座子载体构建及功能验证

piggyBac (PB)是一种能在多种动物细胞中进行转座的DNA转座子,作为一种转基因工具已被广泛应用于各种哺乳动物转基因研究中。针对不同物种对PB转座子进行改造,是提升其通用性的必要手段。为构建基于绵羊细胞进行转基因操作的通用型PB转座子载体,本研究对PB转座酶(PBase)基因进行绵羊密码子偏好性优化并将其克隆到pBNW-TP1载体中,成功构建了PB转座子载体pBNW-TP2。将pBNW-TP2转染到绵羊成纤维细胞和乳腺上皮细胞中,利用G418筛选获取稳定转染细胞株;利用Tail-PCR检测稳定转染细胞株的PB转座位点,对细胞阳性克隆进行亚甲蓝染色;利用非配对t检验确认其转座效率。结果表明,pBNW-TP2成功介导了绵羊成纤维细胞和乳腺上皮细胞转基因阳性细胞株的生产;PB转座位点检测表明pBNW-TP2能特异性整合到绵羊基因组TTAA位点,其整合位点倾向于功能基因间;亚甲蓝染色统计分析结果提示pBNW-TP2介导的转基因效率显著提升。本研究成功构建了绵羊通用型PB转座子载体pBNW-TP2,并在绵羊体细胞中对其特性进行验证和分析,为PB转座子在绵羊体细胞中开展转基因相关研究提供了科学依据。     

蓖麻和线虫的两种不同结构脂肪酸去饱和酶的原核表达

目的:通过在原核表达系统中表达蓖麻的可溶性脂肪酸去饱和酶基因和线虫的fat-1脂肪酸去饱和酶基因,为脂肪酸去饱和酶序列结构与功能的研究奠定基础。方法:将蓖麻RCD△9脂肪酸去饱和酶和线虫fat-1脂肪酸去饱和酶基因亚克隆到大肠杆菌BL21表达载体pET32a+中,获得重组表达载体pET32a+-R9,pET32a+- F1,并通过SDS-PAGE和Western Blotting鉴定蛋白的表达情况。结果:经PCR和测序鉴定,证实两个重组质粒含有目的基因片段;SDS-PAGE和Western Blotting证实两种蛋白在大肠杆菌中获得表达,但表达量具有明显的不同;Anthepro软件对蛋白跨膜结构的分析,验证蓖麻△9脂肪酸去饱和酶和线虫fat-1脂肪酸去饱和酶在结构上的不同。结论:蓖麻的RCD脂肪酸去饱和酶和线虫的fat-1脂肪酸去饱和酶都得到了表达,但线虫fat-1脂肪酸去饱和酶表达量偏低;这可能与fat-1脂肪酸去饱和酶是一类跨膜蛋白的性质直接相关。因此,对于线虫fat-1脂肪酸去饱和酶的基于蛋白纯化的结构分析有待进一步的研究。     

深黄被孢霉Δ6-脂肪酸脱氢酶基因在转基因烟草中的表达

γ 亚麻酸 (GLA)是人体和动物饮食中具有营养作用的重要的多烯不饱和脂肪酸 ,在大多数油料作物种子中不含有GLA ,而只含有其前体物亚油酸 ,只有少数油料植物种子中含有GLA ,如夜来香 (Oenotheraspp) ,琉璃苣(Boragoofficinalis)等。Δ6 脂肪酸脱氢酶可将亚油酸转化为γ 亚麻酸 ,为了能够在传统的油料作物种子中产生GLA ,我们将从深黄被孢霉中克隆的Δ6 脂肪酸脱氢酶基因 ,与植物表达载体pGA6 43连接 ,构建了重组质粒pGAMICL6 ,将其通过农杆菌介导法 ,导入模式植物烟草中。经PCR和Southern杂交分析表明该基因已导入并整合到烟草的基因组中 ,Northern杂交结果表明该基因在转基因烟草的mRNA水平上获得表达。对转基因植株进行脂肪酸分析 ,结果显示 ,GLA和十八碳四烯酸 (OTA)分别占总脂肪酸含量的 19 7%和 3 5 %。     

一种包含转座子Sleeping Beauty和PiggyBac的新型多功能载体的构建

DNA转座子作为一种遗传学工具对脊椎动物的转基因、突变体产生、癌基因发现和基因治疗方面都有巨大的贡献. 目前,哺乳动物中应用最为广泛、活性最高的DNA转座子为重构于鲑鱼的Sleeping Beauty (SB)转座子和来源于甘蓝蠖度尺蛾 (cabbage looper moth Trichoplusia ni)的PiggyBac (PB)转座子. 本研究中,我们成功构建了包含PB和SB两种转座子的杂合转座载体,命名为PBSBD. 在杂合转座载体中融入了基因捕获框及loxp/Frt元件,用以实现转座过程中的基因捕获和条件性敲除. 在HepG2细胞中通过检测报告基因的表达情况及阳性克隆的定位,对构建的杂合转座载体PBSBD进行了活性的初步验证. 结果表明,PBSBD能够有效被2种转座酶识别,并能检测到报告基因的表达. 本研究所构建的杂合转座载体PBSBD结合2种转座酶,可以应用于大规模筛选突变基因和研究基因功能. 并且该杂合转座载体还可以利用SB转座酶的邻近转座特性,结合载体内所包含的loxp/Frt元件用以邻近区域DNA片段的条件性敲除,研究大片段DNA在生物体中的作用.