维普资讯 http://www.cqvip.com 第4O卷 第2期 河南农业大学学报 Vo1.40 No.2 2006拄 4月 Journal of Henan Agricultural University Apt. 2006 文章编号:1000—2340(2006)02—0130—03 PAP基因cDNA克隆及烟草转基因研究 王燕萍,曹俊剑,刘海礁,崔 红 (河南农业大学国家烟草栽培生理生化研究基地,河南郑州450002) 摘要:以美洲商陆(Phytolacca americana L.)为材料,利用RT-PCR方法克隆商陆抗病毒蛋白(PAP)的cDNA,并构 建双元植物表达载体pBinARpap.用捕获谊质粒的根癌农杆茵菌株LBA4404与烟草叶片外植体共培养,并在附加 30 mg・L Kan的MS+0.1 nag・L IAA+1.5 mg・L BA的培养基上诱导植株分化,再生芽在附加30 mg・L Kan 的MS培养基上生根,实现再生植株 Kan阳性植株经PCR—Sourthern检测筛选,得到PCR阳性植株,证明异源PAP 基因在烟草基因组中的整合;经过RT-PCR检测,证明PAP基因在RNA转录水平上有表达;攻毒试验表明,转基 因烟草植株对供试病毒TMV具有明显抗性. 关键词:烟草;商陆抗病毒蛋白(PAP);cDNA克隆;基因转导;烟草花叶病 中图分类号:S 572 文献标识码:A The cDNA Cloning of Pokeweed Antiviral Protein Gene and Research on Gene-Transforming Tobacco WANG Yan-ping,CAO Jun-jian,LIU Hai-jiao,CUI Hong (National Tobacco Cultivation Physiology and Biochemistry Research Centre,Henan Agricultural University,Zhengzhou 450002。China) Abstract:Pokeweed antiviral protein gene of Phytolacca amerwana L.was one of the antiviral protein genes.Using the method of RT-RCR,it was cloned and inseaed into binary vector under CaMV35 S promoter to construct the plant constitutive expression vector pBinAR pap.The leave discs of tobacco were transformed with PAP gene via Agrobacterium-mediated transformation.Shoots were regenerated on MS medium supple— mented with 30 mg。L~Kan.0.1 mg‘L~IAA and 0.5 mg’L一 BA and rooted ̄on MS medium without hormone.PCR-Southem analysis proved PAP gene intergration in one Kanamycin resistance plantlet.RT— PCR indicated the PAP gene of transgenic plantlet had expressed at the transcriptional leve1.Disease cha1. 1enge test of the detached leaves of transgenic plantlet by inoculation of tobacco mosaic virus showed that the resistance was dramatically enhanced compared with non—transgenic plants. Key words:tobacco;pokeweed antiviral protein(PAP);cDNA cloning;gene transformation;tobacco mosaic Virlls 烟草是中国的重要经济作物之一,但由于 洲商陆(Phytolacca americana L.)植株体内分离出 TMV(Tobacco mosaic viurs)等多种病毒的侵染,导致 来的碱性蛋白质,属于I型核糖体失活蛋白[ ,分 产量与品质严重下降,造成巨大的经济损失.商陆 子量约为30 ku.PAP具有广谱的抗病毒能力,它对 抗病毒蛋白(Pokeweed antiviral protein,PAP)是从美 TMV,CMV,AMV,PVX,PVY等病毒都具有一定的 收稿日期:2005—11—20 作者简介:1三燕萍(1978一),女,河南焦作人, 读硕f.研究书.从 烟啦, 物技术研究;通讯作者:崔 l 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 王燕萍等:PAP基因eDNA克隆及烟草转基因研究 抑制作用.烟草抗病毒基因工程足快速改良烟草抗 病毒性状的一条有效途径l2 J.因此,作者拟采用农 杆菌介导法将对病毒具广谱抗性的商陆抗病毒蛋 白基因导人烟草,以获得能够抵抗多种病毒侵染的 工程植株. 1材料与方法 1.1材料 烟草品种K326(Nicotinan tabacum)种子;美洲 商陆种子;农杆菌株LBA4404,由本实验室保存. 1.2方法 1.2.1 PAP基因克隆与载体构建 采用异硫氰酸 胍.苯酚一氯仿法提取美洲商陆叶片总RNA,以其为 模板,oligo(dT)为引物,在AMV逆转录酶的作用下, 合成eDNA第一链.参照已发表的PAP基因序列,设 计了两端引物:5’端引物I 5’cGGGATccATGAAG. GTGA11Gcr1]: 队GT(28 bp)。3’端引物U 5’AAAGTC— GAcTcAGA cc ITcAA 虹IAG cAc(32 bp).以合成 的eDNA第一链为模板进行PCR,反应条件为94 e【= 变性40 s,50 oC退火5 min,72 oC延伸1.5 min,共3O 个循环.以Barn//I和Sal I双酶切pUCpap及植物双 元载体BinAR,宝生物回收试剂盒(Code No.D301 CA)回收PAP片段和双酶切后的BinAR,使用宝生物 DNA连接试剂盒(Code No.6022 CA)连接. 1.2、2 农杆菌的转化 采用冻融法转化.制备 LBA4404菌株感受态,加入pBinARpap质粒,冰浴3O nfin,置液N,中冷冻2 min,迅速移入37℃浴中孵育5 min.加1 mL YEB培养液,28℃,轻轻摇动培养3~4 h,收集菌体,重悬于0.1 mL YEB培养基中,涂布于 含卡那霉素20 mg・L 的YEB平板上,于28℃培养 2 d后挑选抗性菌落,并进行分子检测. 1.2.3 烟草转化 采用叶盘转化法.取烟草无菌 苗叶片,剪成5 mm×5 mm小块,在活化稀释后的 农杆菌菌液中浸泡,吸干表面菌液,在MS培养基 上共培养2 d,转入附加500 mg・L 羧苄青霉素的 Ms培养基上除菌,后转至附加3O mg・L 卡那霉素 的MS+0.1 mg・L IAA+1.5 mg・L BA培养基上 分化,不定芽长到1 cm以上时转入附加3O mg・L Kan的MS培养基上,在25℃,2 000 lx光照12 h条 件下进行生根培养. 1.2.4 DNA提取和PCR—Southem检测 采用 CTAB法DNA提取.以PAP基因特异引物扩增其问 约1 kb大小的片断.反应条件:94℃变性50 rain, 55℃退火1 min,72 oC反应1.5 min,72 oC延伸5 min,3O个循环.PCR扩增产物在质量分数为0.8% 琼脂糖凝胶上分离,吸印法将扩增产物转移至尼龙 膜,以PAP基凶为探针,采用地高辛标记DNA杂交 试剂盒(Boehringer Mannheim公司,货号:17438),按 规定程序进行预杂交、杂交洗膜和显色. 1.2.5 RNA提取和RT—PCR检测 采用Trizol法 提取烟草叶片的总RNA.采用TaKaRa RNA PCR Kit (AMV)Ver.3.0反转录PCR试剂盒将总RNA按规 定程序进行RT反应和PCR反应,通过琼脂糖凝胶 电泳分析PCR扩增产物. 1.2.6 转基因植株TMV抗性鉴定 分别将普通 栽培品种K326、转基因阳性幼苗移栽入土15 d后, 接种TMV病毒.以该病毒侵染心叶烟(Nicotiana glutinosa),TMV病毒极易侵染此种野生品种,l并在 其中大量积累.将感病叶片在磷酸缓冲液中磨碎, 以石英砂摩擦接种法接毒,进行观察记载. 2结果与分析 2.1 PAP基因克隆与载体构建 提取美洲商陆RNA,经反转录合成第一链cD— NA。以其为模板,用特异引物扩增,得到1 kb左右 的DNA片断(图1).将PCR扩增产物回收、纯化。 克隆到pUC19载体上,经测序,PAP eDNA全长945 bp,编码314个氨基酸. 1.DL 2000 DNA Ma ̄er 2.PCR广:物PCR produt-t 图1 PCR产物凝胶电泳 Fig.1 Agrose gel electrophoresis of PCR product 质粒pUCpap经BamH I和S。z I双酶切后回收 的PAP片断,与同样经BamH I和Sal i双酶切后 植物双元载体BinAR连接.所得的重组子pBi— nARpap,经酶切得到了1 kb左右的目的片断,经测 序,证明PAP片断已插入植物双元表达载体BinAR 中(图2). 2.2烟草遗传转化及Kan阳性植株筛选 烟草叶片外植体与农杆菌的共培养后,在附加 30 mg・L Kan的分化培养基(MS+0.1 mg・L IAA +1.5 mg・L BA)上进行光照培养,未经共培养的 维普资讯 http://www.cqvip.com 132 河南农、 人学学报 第4O卷 叶叶片外植体在相同培养条件下培养,作为阴性对 l T-borde r(R) 图2植物表达载体pBinARpap的构建 Fig.2 Construction of plant expressing vector pBinARpap 照;未经共培养的叶片外植体在无Kan筛选压力的 分化培养基中培养,作为阳性对照.2周后,在叶片 边缘出现少量芽点,但分化频率要明显低于阳性对 照,而阴性对照则没有分化,叶片逐渐黄化直至灰 白色.待芽点分化出小叶后,将其剥离,接种在MS 培养基中进行生根,得到颜色浓绿、根系发达的 小苗. 2.3烟草Kan阳性植株的分子检测 随机选择Kan阳性苗进行PCR检测,1株检测 到预期的1 kb片段,阴性对照未扩增出任何谱带 (图3).为证实扩增条带为目的产物,将PCR产物 M M.DI2000 DNA Marker 1.PAP质粒PAP plasmid 2.无菌苗Asepsis plantlet 3.转基因植株Transgenic plantlet 图3转基因植株PCR检测 Fig.3 PCR test of the transgenic plantlet 凝胶分离后,转移到尼龙膜上,与地高辛标记的 PAP探针杂交,杂交结果证明PAP外源基因已整 合进烟草细胞核基因组中(图4). 提取转基因株系的总RNA 20 g,进行反转录 RT—PCR反应,结果如图5所示.可以看出,转基因 株系出现预期的1 kb片段的条带,证明PAP外源 基因在RNA水平上有表达. 1.PAP质粒PAP plasmid 2转基因植株Transgenic plantlet 图4转基因植株PCR-Southern杂交 Fig.4 PCR-Southern analysis of hte transgenic plantlet 1 2 3 4 1.DL2000 DNA Marker 2.PAP质粒PAP plasmid 3.无菌苗Asepsis plantlet 4.转基因植株Transgenic plantlet 图5转基因植株RT-FCR Fig.5 RT・PCR analysis of the trap ̄sgenic plantlet 2.4转基因烟草的抗病性分析 用新鲜TMV毒汁对转基因植株及阴性对照植 株叶片进行室内接毒实验,对照叶片15 d后出现 典型的病斑,而转基因叶片无显著症状,说明转基 因植株对TMV有一定的抗性. 3 讨论 烟草抗病毒转基因研究己有了一套比较系统 的程序和方法,并已取得了一定的成就,如北京大 学植物基因工程与蛋白质工程国家重点实验室与 辽宁丹东农科所协作,利用TMN—CP基因转育出抗 TMV香料烟品系“PK一873”,又以转基因材料MSG28 为母本与90082(转CMN—CP基因)杂交选育出抗 CMV的烤烟品系“PK一863”l3 J.但当前抗病毒转基 因烟草抗病能力主要表现为延迟和减轻发病,且抗 性单一l4j.近年来,随着分子生物学的向前发展,人 们对PAP的认识也不断地得到深化,许多研究者 在PAP测序后,都开始了PAP的转基因研究【 ,将 PAP基因转入植物体内后,受体可以产生对多种病 毒的抗性,就可以避免目前绝大多数抗病毒转基因 植物只抗单个病害而对多种病害无抗性的局面. (下转第141页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 第2期 范围强等:植物牛长调节物质对泡桐丛枝病株幼苗形态和叶片蛋白质含量变化的影响 l4 (上接第132页) [3] r国华.烟草转基冈研究的动态与展单[J].黑龙江 1993年Monsanton公司成功地将PAP基因导人马 农垦师专学报,2000(2):81—83. 铃薯,使其转基因植株及其后代获得了广谱的植物 [4] NELSIN R S.Lesions and virus accumulation in inoculated 病毒抗性l ,在国内也有此类报道,张海燕等l7, ] transgenic tobacco plant expressing the coat protein gene of 对PAP的eDNA进行克隆、测序,而后构建了植物 tobacco mosaic virus【J J.Virology,1987,158:176—132. 表达载体Pbp21,采用农杆菌介导法和激光微束穿 [5]付呜佳,吴组建,林奇英,等.美洲商陆抗病毒蛋白研 究进展[J].生物技术通讯,2002,13(1):66—69. 刺法,将PAP的eDNA导入油菜获得抗芜菁花叶病 【6 J L1DGE J K,KANIEWSKI W K,TUMER N E.Bread—spec— 毒(TuMV)的油菜植株.可见,对于将PAP基因导入 trum viurs resistance in transgenic plants expressing poke‘ 植物的研究已获得一定进展.本试验只是对 代 weed antiviral protein[J].Proc Natl Acad Sci,1993,9O 苗期阳性植株进行攻毒试验,对于T.代性状分离、 (15):7089—7093. 其基因遗传稳定性及大田实际生产抗病性,还有待 [7]张海燕,刘桂珍,陈正华.商陆抗病毒蛋白eDNA的 于进一步检测. 克隆、测序及其植物表达载体的构建fJ].植物学报, 1999.41(2):226—228. 参考文献 [引 张海燕,田颖JII,周奕华,等.将商陆抗病毒蛋白 【1] IRVIN J D.Puriifcation and partial characterization of the (PAP)eDNA导人油菜获得抗病毒转基因植株[J],科 antiviral protein from phytolacca anericana which inhibits 学通报,1998,43(23):2534—2537. eukaryotic protein synthesis[J].Arch Biochem Biophys, 1975,169:522—528. [2] 黄文川,论我国烟草抗病毒基因工程[J].安徽师范大 学学报,1999,22(3):283—284.