一种大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶及其编码基因与应用.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201110190640.X

申请日:

2011.07.08

公开号:

CN102321593A

公开日:

2012.01.18

当前法律状态:

驳回

有效性:

无权

法律详情:

发明专利申请公布后的驳回IPC(主分类):C12N 9/12申请公布日:20120118|||实质审查的生效IPC(主分类):C12N 9/12申请日:20110708|||公开

IPC分类号:

C12N9/12; C12N15/54; C12N15/82; C12N1/21; A01H5/00; C12R1/01(2006.01)N

主分类号:

C12N9/12

申请人:

南京农业大学

发明人:

邢邯; 薛晨晨; 王灿; 赵晋铭; 郭娜; 徐筋燕

地址:

210095 江苏省南京市玄武区卫岗1号

优先权:

专利代理机构:

南京天华专利代理有限责任公司 32218

代理人:

夏平

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内容摘要

本发明属于植物基因工程领域,公开了一种大豆GDP-D-甘露糖焦磷酸化酶及其编码基因与应用。该大豆GDP-D-甘露糖焦磷酸化酶,具有SEQ ID NO.2所述氨基酸序列,其编码基因GmGMP1具有SEQ ID NO.1所示的DNA序列。转GmGMP1基因拟南芥和野生型拟南芥相比,转基因植株叶片中总维生素C含量明显高于野生型拟南芥。可见本发明大豆GDP-D-甘露糖焦磷酸化酶及其编码基因可用于培育高维生素C含量的植物品种特别是大豆品种。

权利要求书

1: 一种大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶, 其特征在于具有 SEQ ID NO.2 所示的氨基酸序 列。
2: 编码权利要求 1 所述的大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶的基因 GmGMP1。
3: 根据权利要求 2 所述的基因 GmGMP1, 其特征在于具有 SEQ ID NO.1 所示的 DNA 序列。
4: 含有权利要求 2 或 3 所述的编码大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶的基因的表达载体。
5: 根据权利要求 4 所述的表达载体, 其特征在于所述的表达载体是以 pBI121 为出发载 体, 将编码所述的大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶的基因 GMGMP1 插入到 pBI121 质粒的 Xba I 和 BamH I 酶切位点间得到的植物过量表达载体 pBI-GmGMP1。
6: 含有权利要求 2 或 3 所述的编码大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶的基因的工程菌。
7: 根据权利要求 6 所述的工程菌, 其特征在于该工程菌是利用基因工程手段将 GMGMP1 基因转入的根癌农杆菌菌株 EHA105 所得。
8: 权利要求 1 所述的大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶在培育高维生素 C 含量的植物中 的应用。
9: 权利要求 2 或 3 所述的大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶编码基因在培育高维生素 C 含量的植物中的应用。

说明书


一种大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶及其编码基因与应用

    技术领域 本发明属于植物基因工程领域, 涉及一种大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶及其编 码基因与应用。
     背景技术 维生素 C 又叫抗坏血酸 (L-ascorbic acid, AsA), 是植物和大多数动物体内合成 的一类己糖内酯化合物。维生素 C 在生物体中不仅具有抗氧化作用而且具有重要的代谢功 能。研究发现, 植物中, 维生素 C 与植物的抗逆性表现为正相关性, 提高植物细胞内的维生 素 C 的含量, 能使植物耐炎热、 寒冷和盐碱等逆境的能力得到增强。维生素 C 是人类和动物 维持生长、 繁殖和保证健康所必需的营养物质。 植物、 微生物和大多数动物体内可自行合成 维生素 C, 但是人类、 猿猴、 天竺鼠等自身已经丧失了合成能力, 必须从食物中摄取, 而新鲜 蔬菜和水果是维生素 C 最好的来源。 因此维生素 C 含量已成为衡量农产品品质的重要指标。
     GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶 (GMPase) 是植物中维生素 C 合成途径 L- 半乳糖途 径中第一步反应所需要的酶, 催化 D- 甘露糖 -1-P 生成 GDP-D- 甘露糖。目前已经从烟草 (AB066279)、 土豆 (AF022716)、 拟南芥 (AF076484)、 金虎尾 (DQ229168)、 番茄 (AY605668) 等 多个物种中获得了编码 GMPase 的基因。大豆中 GMPase 基因的序列还未见报道。
     提高菜用大豆维生素 C 含量, 提高菜用大豆的营养品质, 对提高农业经济效益和 改善人类生活质量具有积极而深远的现实意义。
     发明内容
     本发明的目的是针对现有技术的上述不足, 提供一种大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶。 本发明的另一目的是提供该大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶的编码基因。
     本发明的又一目的是提供该基因的应用。
     本发明的目的可通过如下技术方案实现 :
     本发明所提供的大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶, 名称为 GmGMP1, 来源于大豆属大 豆 [Glycine max(L.)], 具有 SEQ ID NO.2 所述的氨基酸序列。
     上述大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶的编码基因 GmGMP1, 其 cDNA 基因具有 SEQ ID NO.1 所示的 DNA 序列, 该序列为 GmGMP1 基因的读码框, 编码具有 SEQ ID NO.2 所示氨基酸 序列的大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶。
     含有编码大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶的基因的表达载体。
     所述的表达载体优选以 pBI121 为出发载体, 将编码所述的大豆 GDP-D- 甘露糖焦 磷酸化酶的基因 GmGMP1 插入到 pBI121 质粒的 Xba I 和 BamH I 酶切位点间得到的植物过 量表达载体 pBI-GmGMP1。
     含有所述的编码大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶的基因的工程菌。
     该工程菌优选利用基因工程手段将 GmGMP1 基因转入的根癌农杆菌菌株 EHA105 所
     得。
     本发明所述的大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶在培育高维生素 C 含量的植物中的应用。 本发明所述的大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶编码基因在培育高维生素 C 含量的 植物中的应用。
     有益效果
     本发明首次从大豆中克隆出了 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶基因, 通过构建植物过 量表达载体 pBI-GmGMP1, 对该基因进行过量表达, 发现过量表达 GmGMP1 的拟南芥与野生型 拟南芥相比, 其维生素 C( 抗坏血酸 ) 含量显著提高, 说明 GmGMP1 基因在提高植物维生素 C( 抗坏血酸 ) 含量方面起着重要作用。
     本发明大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶 (GmGMP1) 及其编码基因 GmGMP1 对培育高 维生素 C( 抗坏血酸 ) 农作物, 提高农作物营养品质的影响特别是对菜用大豆营养品质的影 响具有重要意义。
     附图说明 图 1 为大豆 GMP1 与其他物种的 GMPase 的氨基酸序列多重比较。
     图 2 为含有 GmGMP1 的植物表达载体的结构示意图。
     图 3ASA 标 准 曲 线, 其 中 纵 坐 标 为 OD 对 照 -OD 反 应 后, 横 坐 标 为 ASA 含 量, 单位为 0.01mg/ml。
     图 4DHA 标 准 曲 线, 其 中 纵 坐 标 为 OD 对 照 -OD 反 应 后, 横 坐 标 为 DHA 含 量, 单位为 0.01mg/ml。
     图 5 为转 GmGMP1 拟南芥株系与野生型拟南芥的叶片中总维生素 C 含量示意图, 其 中纵坐标单位为 mg/100g。
     具体实施方式
     下述实施例中所用方法如无特别说明, 均为本领域的常规方法。
     实施例 1GmGMP1 基因的分离与克隆
     用已发表的拟南芥 GDP- 甘露糖焦磷酸化酶序列 (AtGMP, AF076484) 为探针, 搜 索 GenBank(http://www.ncbi.nlm.nih.gov.blast) 和 Gene Index(http://compbio. dfci.harvard.edu/tgi/) 数 据 库, 得 到 了 匹 配 的 大 豆 EST 序 列, 进 行 EST 片 段 拼 接, 得 到了一个 GMPase 基因片段, 该 GMPase 基因片段的 CDS 序列在大豆基因组上的位置为 Glyma14g07150, 设 计 PCR 扩 增 引 物, 正向引物F: 5‘-ATGAAGGCATTGATTCTGG-3’ (SEQ IDNO.3) ; 反向引物 R : 5 ‘-CATGACAATCTCCGGCTTC-3’ (SEQ ID NO.4)。以大豆品种波高 ( 来 自国家大豆改良中心种子库 ) 的总 cDNA 为模板, 进行 PCR 获得 GmGMP1 读码框序列, PCR 扩增反应体系为 : 1μl 大豆 cDNA(0.05μg)、 1μl 引物对 (10μM)、 2.5μl 10×PCR 缓冲 2+ 液、 2.5μl Mg 、 4μl dNTP(10mM) 和 1.25U LA Taq DNA 聚合酶, 用超纯水补足 25μl。反 应在 BIO-RADPTC-200 型 PCR 仪上进行, 其程序为 95 ℃变性 5min ; 再 94 ℃ 30s, 58 ℃ 30s, 72℃ 2min, 共 30 个循环 ; 然后 72℃延伸 10min ; 4℃保存。PCR 产物回收后经链接 PMD19-T 载体 (TaKaRa)、 转化大肠杆菌 DH5α、 蓝白斑筛选、 摇菌、 测序、 序列分析, 结果表明 PCR 产物具有序列表中 SEQ ID NO.1 的核苷酸序列, 命名为 GmGMP1 基因。
     实施例 2GmGMP1 基因植物表达载体 pBI-GmGMP1 的构建和鉴定
     将 pBI121 质粒 ( 购自北京拜尔迪生物技术有限公司 ) 分别经过 Xba I、 BamH I 单酶切, 用核酸共沉剂 DNAmate 沉淀回收酶切后的 pBI121 线性质粒。将测序正确的含有 GmGMP1 基因的大肠杆菌进行 PCR 扩增 ( 上游引物 F 含有 XbaI 的酶切位点 :
     5’ -GCTCTAGACACATCACAATGAAGGCATTG-3’ (SEQ ID NO.5), 下游引物 R 含有 BamHI 的酶切位点 : 5’ -CGGGATCCTGACCTCACTCACATGACAAT-3’ (SEQ ID NO.6), 对扩增产物胶回收 后进行 Xba I、 BamH I 双酶切得到含 Xba I/BamH I 酶切位点的 GmGMP1, 将酶切产物含 Xba I、 BamH I 酶切位点的 GmGMP1 与酶切后的 pBI121 线性质粒连接, 并转化大肠杆菌 DH5α。 蓝白斑筛选及 PCR 检测得到阳性克隆, 命名为 pBI-GmGMP1。用限制性内切酶 Xba I/BamH I 双酶切 pBI-GmGMP1 得到 1,100bp 左右的条带, 与预期的值相符, 所以确认所构建的载体是 正确的, 即得到了由 CaMV35S 启动子驱动的 GmGMP1 基因的表达载体 pBI-GmGMP1, 载体构造 如图 2 所示。
     实施例 3 转 GmGMP1 基因拟南芥阳性植株的获得以及功能验证
     用冻融法将 pBI-GmGMP1 转入根癌农杆菌菌株 EHA105 中。 pBI-GmGMP1 通过农杆菌 介导浸染法转化拟南芥, PCR 检测 T1 代结果表明获得阳性植株。将转基因拟南芥植株和野 生型拟南芥植株种植于同等环境条件下 ( 人工气候箱, 白 22℃, 10h/ 夜 19℃, 14h)。
     30d 后取叶片用以下方法进行维生素 C 含量测试 ( 方法参照秦诚拟南芥 NH4+ 超敏 突变体 hsn1 分子机制的相关研究 [D]. 浙江大学, 2008, (12)) :
     1. 标准曲线的制作
     试剂配置 :
     维生素 C(L-ascorbic acid, AsA) 购自北京鼎国生物技术公司
     脱氢抗坏血酸 (DHA) 购自 Sigma 公司
     维生素 C 氧化酶 (ascorbate oxidase, AO) 购自 Sigma 公司
     二硫苏糖醇 (DTT) 购自南京基天生物技术公司
     其他药剂均购自国药集团化学试剂有限公司
     6%偏磷酸 : 6g 偏磷酸溶解于水定容至 100ml, 加 2ml 100mM EDTA-Na2,
     10%柠檬酸钠 : 10g 柠檬酸钠溶解于水中定容至 100ml,
     磷酸钾缓冲液 : 1mol/L K2HPO4 ∶ 1mol/L KH2PO4 = 8.5 ∶ 91.5(v ∶ v), PH = 5.8,
     混 合 液 ∶ 6 % 偏 磷 酸 ∶ 10 % 柠 檬 酸 钠 ∶ 磷 酸 缓 冲 液 = 75.6 ∶ 50.4 ∶ 14(v ∶ v ∶ v),
     100mg AsA 溶于混合液中, 定容至 100ml( 含 AsA 1mg, /ml),
     100mg DHA 溶于混合液中, 定容至 100ml( 含 DHA 1mg/ml),
     10ml 的 1mg/ml ASA 溶于混合液中, 定容到 100ml( 含 AsA 0.1mg/ml),
     10ml 的 1mg/ml DHA 溶于混合液中, 定容到 100ml( 含 DHA 0.1mg/ml),
     稀释至各个浓度 (0mg/ml ~ 0.1mg/ml), 酶标仪板加样体积 : 150ul/ 每孔, 另每份 样品 3 个一组, 共三组, 分别加入 20ul 的 ddH2O、 250U/10ml AO 溶液以及 100mM 的 DTT 溶液 反应 30min ~ 45min, 在: 265nm 波长处检测, 并绘制 ASA 和 DHA 的标准曲线。ASA 标准曲线 结果见图 3, DHA 标准曲线结果见图 4。2. 样品中维生素 C 含量的测定
     1) 称空管的质量 M1 ;
     2) 大约 0.1 克样品 ( 叶片 ) 在液氮中碾磨, 加入 6%偏磷酸钠 1ml( 质量为 M0), 称 重 M2, 冰浴 30 分钟 ;
     3)M2-M1-M0 为样品的净重 ;
     4)4℃, 12000rpm, 15 分钟, 离心 ;
     5) 取 750μl 上清, 加入 500μl 的 10%柠檬酸钠, 中和 ;
     6) 取 900μl 中和液加入 100μl 磷酸钾缓冲液 (pH = 5.8) ;
     7) 测 OD265(OD1)( 准备两份样品, 一份加入 DTT 后, 再重复 7-8) 步骤 ;
     8) 加入维生素 C 氧化酶 (ascorbate oxidase, AO, Sigma)1μl, 室温反应 45 分钟 ;
     9) 测 OD265(OD2) ;
     10)OD1-OD2 绝对值, 根据 AsA 标准曲线 ( 图 3) 计算 ASA 的含量 ;
     11) 加 DTT 的样品, 室温 45min 后, 测 OD265(OD3), OD1-OD3, 根据 DHA 标准曲线 ( 图 4) 计算 DHA 的含量。
     总维生素 C 含量= ASA 含量 +DHA 含量
     背景技术 维生素 C 又叫抗坏血酸 (L-ascorbic acid, AsA), 是植物和大多数动物体内合成 的一类己糖内酯化合物。维生素 C 在生物体中不仅具有抗氧化作用而且具有重要的代谢功 能。研究发现, 植物中, 维生素 C 与植物的抗逆性表现为正相关性, 提高植物细胞内的维生 素 C 的含量, 能使植物耐炎热、 寒冷和盐碱等逆境的能力得到增强。维生素 C 是人类和动物 维持生长、 繁殖和保证健康所必需的营养物质。 植物、 微生物和大多数动物体内可自行合成 维生素 C, 但是人类、 猿猴、 天竺鼠等自身已经丧失了合成能力, 必须从食物中摄取, 而新鲜 蔬菜和水果是维生素 C 最好的来源。 因此维生素 C 含量已成为衡量农产品品质的重要指标。
     GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶 (GMPase) 是植物中维生素 C 合成途径 L- 半乳糖途 径中第一步反应所需要的酶, 催化 D- 甘露糖 -1-P 生成 GDP-D- 甘露糖。目前已经从烟草 (AB066279)、 土豆 (AF022716)、 拟南芥 (AF076484)、 金虎尾 (DQ229168)、 番茄 (AY605668) 等 多个物种中获得了编码 GMPase 的基因。大豆中 GMPase 基因的序列还未见报道。
     提高菜用大豆维生素 C 含量, 提高菜用大豆的营养品质, 对提高农业经济效益和 改善人类生活质量具有积极而深远的现实意义。
     GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶 (GMPase) 是植物中维生素 C 合成途径 L- 半乳糖途 径中第一步反应所需要的酶, 催化 D- 甘露糖 -1-P 生成 GDP-D- 甘露糖。目前已经从烟草 (AB066279)、 土豆 (AF022716)、 拟南芥 (AF076484)、 金虎尾 (DQ229168)、 番茄 (AY605668) 等 多个物种中获得了编码 GMPase 的基因。大豆中 GMPase 基因的序列还未见报道。
     提高菜用大豆维生素 C 含量, 提高菜用大豆的营养品质, 对提高农业经济效益和 改善人类生活质量具有积极而深远的现实意义。
    【发明内容】
    本发明的目的是针对现有技术的上述不足, 提供一种大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶。 本发明的另一目的是提供该大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶的编码基因。
     本发明的又一目的是提供该基因的应用。
     本发明的目的可通过如下技术方案实现 :
     本发明所提供的大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶, 名称为 GmGMP1, 来源于大豆属大 豆 [Glycine max(L.)], 具有 SEQ ID NO.2 所述的氨基酸序列。
     上述大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶的编码基因 GmGMP1, 其 cDNA 基因具有 SEQ ID NO.1 所示的 DNA 序列, 该序列为 GmGMP1 基因的读码框, 编码具有 SEQ ID NO.2 所示氨基酸 序列的大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶。
     含有编码大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶的基因的表达载体。
     所述的表达载体优选以 pBI121 为出发载体, 将编码所述的大豆 GDP-D- 甘露糖焦 磷酸化酶的基因 GmGMP1 插入到 pBI121 质粒的 Xba I 和 BamH I 酶切位点间得到的植物过 量表达载体 pBI-GmGMP1。
     含有所述的编码大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶的基因的工程菌。
     该工程菌优选利用基因工程手段将 GmGMP1 基因转入的根癌农杆菌菌株 EHA105 所
     得。
    本发明所述的大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶在培育高维生素 C 含量的植物中的应用。 本发明所述的大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶编码基因在培育高维生素 C 含量的 植物中的应用。
     有益效果
     本发明首次从大豆中克隆出了 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶基因, 通过构建植物过 量表达载体 pBI-GmGMP1, 对该基因进行过量表达, 发现过量表达 GmGMP1 的拟南芥与野生型 拟南芥相比, 其维生素 C( 抗坏血酸 ) 含量显著提高, 说明 GmGMP1 基因在提高植物维生素 C( 抗坏血酸 ) 含量方面起着重要作用。
     本发明大豆 GDP-D- 甘露糖焦磷酸化酶 (GmGMP1) 及其编码基因 GmGMP1 对培育高 维生素 C( 抗坏血酸 ) 农作物, 提高农作物营养品质的影响特别是对菜用大豆营养品质的影 响具有重要意义。
    附图说明 图 1 为大豆 GMP1 与其他物种的 GMPase 的氨基酸序列多重比较。
     图 2 为含有 GmGMP1 的植物表达载体的结构示意图。
     图 3ASA 标 准 曲 线, 其 中 纵 坐 标 为 OD 对 照 -OD 反 应 后, 横 坐 标 为 ASA 含 量, 单位为 0.01mg/ml。
     图 4DHA 标 准 曲 线, 其 中 纵 坐 标 为 OD 对 照 -OD 反 应 后, 横 坐 标 为 DHA 含 量, 单位为 0.01mg/ml。
     图 5 为转 GmGMP1 拟南芥株系与野生型拟南芥的叶片中总维生素 C 含量示意图, 其 中纵坐标单位为 mg/100g。
    具体实施方式
     下述实施例中所用方法如无特别说明, 均为本领域的常规方法。
     实施例 1GmGMP1 基因的分离与克隆
     用已发表的拟南芥 GDP- 甘露糖焦磷酸化酶序列 (AtGMP, AF076484) 为探针, 搜 索 GenBank(http://www.ncbi.nlm.nih.gov.blast) 和 Gene Index(http://compbio. dfci.harvard.edu/tgi/) 数 据 库, 得 到 了 匹 配 的 大 豆 EST 序 列, 进 行 EST 片 段 拼 接, 得 到了一个 GMPase 基因片段, 该 GMPase 基因片段的 CDS 序列在大豆基因组上的位置为 Glyma14g07150, 设 计 PCR 扩 增 引 物, 正向引物F: 5‘-ATGAAGGCATTGATTCTGG-3’ (SEQ IDNO.3) ; 反向引物 R : 5 ‘-CATGACAATCTCCGGCTTC-3’ (SEQ ID NO.4)。以大豆品种波高 ( 来 自国家大豆改良中心种子库 ) 的总 cDNA 为模板, 进行 PCR 获得 GmGMP1 读码框序列, PCR 扩增反应体系为 : 1μl 大豆 cDNA(0.05μg)、 1μl 引物对 (10μM)、 2.5μl 10×PCR 缓冲 2+ 液、 2.5μl Mg 、 4μl dNTP(10mM) 和 1.25U LA Taq DNA 聚合酶, 用超纯水补足 25μl。反 应在 BIO-RADPTC-200 型 PCR 仪上进行, 其程序为 95 ℃变性 5min ; 再 94 ℃ 30s, 58 ℃ 30s, 72℃ 2min, 共 30 个循环 ; 然后 72℃延伸 10min ; 4℃保存。PCR 产物回收后经链接 PMD19-T 载体 (TaKaRa)、 转化大肠杆菌 DH5α、 蓝白斑筛选、 摇菌、 测序、 序列分析, 结果表明 PCR 产物具有序列表中 SEQ ID NO.1 的核苷酸序列, 命名为 GmGMP1 基因。
     实施例 2GmGMP1 基因植物表达载体 pBI-GmGMP1 的构建和鉴定
     将 pBI121 质粒 ( 购自北京拜尔迪生物技术有限公司 ) 分别经过 Xba I、 BamH I 单酶切, 用核酸共沉剂 DNAmate 沉淀回收酶切后的 pBI121 线性质粒。将测序正确的含有 GmGMP1 基因的大肠杆菌进行 PCR 扩增 ( 上游引物 F 含有 XbaI 的酶切位点 :
     5’ -GCTCTAGACACATCACAATGAAGGCATTG-3’ (SEQ ID NO.5), 下游引物 R 含有 BamHI 的酶切位点 : 5’ -CGGGATCCTGACCTCACTCACATGACAAT-3’ (SEQ ID NO.6), 对扩增产物胶回收 后进行 Xba I、 BamH I 双酶切得到含 Xba I/BamH I 酶切位点的 GmGMP1, 将酶切产物含 Xba I、 BamH I 酶切位点的 GmGMP1 与酶切后的 pBI121 线性质粒连接, 并转化大肠杆菌 DH5α。 蓝白斑筛选及 PCR 检测得到阳性克隆, 命名为 pBI-GmGMP1。用限制性内切酶 Xba I/BamH I 双酶切 pBI-GmGMP1 得到 1,100bp 左右的条带, 与预期的值相符, 所以确认所构建的载体是 正确的, 即得到了由 CaMV35S 启动子驱动的 GmGMP1 基因的表达载体 pBI-GmGMP1, 载体构造 如图 2 所示。
     实施例 3 转 GmGMP1 基因拟南芥阳性植株的获得以及功能验证
     用冻融法将 pBI-GmGMP1 转入根癌农杆菌菌株 EHA105 中。 pBI-GmGMP1 通过农杆菌 介导浸染法转化拟南芥, PCR 检测 T1 代结果表明获得阳性植株。将转基因拟南芥植株和野 生型拟南芥植株种植于同等环境条件下 ( 人工气候箱, 白 22℃, 10h/ 夜 19℃, 14h)。
     30d 后取叶片用以下方法进行维生素 C 含量测试 ( 方法参照秦诚拟南芥 NH4+ 超敏 突变体 hsn1 分子机制的相关研究 [D]. 浙江大学, 2008, (12)) :
     1. 标准曲线的制作
     试剂配置 :
     维生素 C(L-ascorbic acid, AsA) 购自北京鼎国生物技术公司
     脱氢抗坏血酸 (DHA) 购自 Sigma 公司
     维生素 C 氧化酶 (ascorbate oxidase, AO) 购自 Sigma 公司
     二硫苏糖醇 (DTT) 购自南京基天生物技术公司
     其他药剂均购自国药集团化学试剂有限公司
     6%偏磷酸 : 6g 偏磷酸溶解于水定容至 100ml, 加 2ml 100mM EDTA-Na2,
     10%柠檬酸钠 : 10g 柠檬酸钠溶解于水中定容至 100ml,
     磷酸钾缓冲液 : 1mol/L K2HPO4 ∶ 1mol/L KH2PO4 = 8.5 ∶ 91.5(v ∶ v), PH = 5.8,
     混 合 液 ∶ 6 % 偏 磷 酸 ∶ 10 % 柠 檬 酸 钠 ∶ 磷 酸 缓 冲 液 = 75.6 ∶ 50.4 ∶ 14(v ∶ v ∶ v),
     100mg AsA 溶于混合液中, 定容至 100ml( 含 AsA 1mg, /ml),
     100mg DHA 溶于混合液中, 定容至 100ml( 含 DHA 1mg/ml),
     10ml 的 1mg/ml ASA 溶于混合液中, 定容到 100ml( 含 AsA 0.1mg/ml),
     10ml 的 1mg/ml DHA 溶于混合液中, 定容到 100ml( 含 DHA 0.1mg/ml),
     稀释至各个浓度 (0mg/ml ~ 0.1mg/ml), 酶标仪板加样体积 : 150ul/ 每孔, 另每份 样品 3 个一组, 共三组, 分别加入 20ul 的 ddH2O、 250U/10ml AO 溶液以及 100mM 的 DTT 溶液 反应 30min ~ 45min, 在: 265nm 波长处检测, 并绘制 ASA 和 DHA 的标准曲线。ASA 标准曲线 结果见图 3, DHA 标准曲线结果见图 4。2. 样品中维生素 C 含量的测定
     1) 称空管的质量 M1 ;
     2) 大约 0.1 克样品 ( 叶片 ) 在液氮中碾磨, 加入 6%偏磷酸钠 1ml( 质量为 M0), 称 重 M2, 冰浴 30 分钟 ;
     3)M2-M1-M0 为样品的净重 ;
     4)4℃, 12000rpm, 15 分钟, 离心 ;
     5) 取 750μl 上清, 加入 500μl 的 10%柠檬酸钠, 中和 ;
     6) 取 900μl 中和液加入 100μl 磷酸钾缓冲液 (pH = 5.8) ;
     7) 测 OD265(OD1)( 准备两份样品, 一份加入 DTT 后, 再重复 7-8) 步骤 ;
     8) 加入维生素 C 氧化酶 (ascorbate oxidase, AO, Sigma)1μl, 室温反应 45 分钟 ;
     9) 测 OD265(OD2) ;
     10)OD1-OD2 绝对值, 根据 AsA 标准曲线 ( 图 3) 计算 ASA 的含量 ;
     11) 加 DTT 的样品, 室温 45min 后, 测 OD265(OD3), OD1-OD3, 根据 DHA 标准曲线 ( 图 4) 计算 DHA 的含量。
     总维生素 C 含量= ASA 含量 +DHA 含量
    结果如图 5 所示 : 部分转基因拟南芥叶片的总维生素 C 含量显著高于野生型拟南 芥叶片, 说明转基因株系与野生型相比总维生素 C 含量显著提高, 过量表达 GmGMP1 基因能 提高转基因拟南芥的总维生素 C 含量。6102321593 A CN 102321599
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1、10申请公布号CN102321593A43申请公布日20120118CN102321593ACN102321593A21申请号201110190640X22申请日20110708C12N9/12200601C12N15/54200601C12N15/82200601C12N1/21200601A01H5/00200601C12R1/0120060171申请人南京农业大学地址210095江苏省南京市玄武区卫岗1号72发明人邢邯薛晨晨王灿赵晋铭郭娜徐筋燕74专利代理机构南京天华专利代理有限责任公司32218代理人夏平54发明名称一种大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶及其编码基因与应用57摘要本发明属于植。

2、物基因工程领域,公开了一种大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶及其编码基因与应用。该大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶,具有SEQIDNO2所述氨基酸序列,其编码基因GMGMP1具有SEQIDNO1所示的DNA序列。转GMGMP1基因拟南芥和野生型拟南芥相比,转基因植株叶片中总维生素C含量明显高于野生型拟南芥。可见本发明大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶及其编码基因可用于培育高维生素C含量的植物品种特别是大豆品种。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书4页序列表4页附图2页CN102321599A1/1页21一种大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶,其特征在于具有SEQIDNO。

3、2所示的氨基酸序列。2编码权利要求1所述的大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶的基因GMGMP1。3根据权利要求2所述的基因GMGMP1,其特征在于具有SEQIDNO1所示的DNA序列。4含有权利要求2或3所述的编码大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶的基因的表达载体。5根据权利要求4所述的表达载体,其特征在于所述的表达载体是以PBI121为出发载体,将编码所述的大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶的基因GMGMP1插入到PBI121质粒的XBAI和BAMHI酶切位点间得到的植物过量表达载体PBIGMGMP1。6含有权利要求2或3所述的编码大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶的基因的工程菌。7根据权利要求6所述的工程菌,其特。

4、征在于该工程菌是利用基因工程手段将GMGMP1基因转入的根癌农杆菌菌株EHA105所得。8权利要求1所述的大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶在培育高维生素C含量的植物中的应用。9权利要求2或3所述的大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶编码基因在培育高维生素C含量的植物中的应用。权利要求书CN102321593ACN102321599A1/4页3一种大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶及其编码基因与应用技术领域0001本发明属于植物基因工程领域,涉及一种大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶及其编码基因与应用。背景技术0002维生素C又叫抗坏血酸LASCORBICACID,ASA,是植物和大多数动物体内合成的一类己糖内酯化合物。

5、。维生素C在生物体中不仅具有抗氧化作用而且具有重要的代谢功能。研究发现,植物中,维生素C与植物的抗逆性表现为正相关性,提高植物细胞内的维生素C的含量,能使植物耐炎热、寒冷和盐碱等逆境的能力得到增强。维生素C是人类和动物维持生长、繁殖和保证健康所必需的营养物质。植物、微生物和大多数动物体内可自行合成维生素C,但是人类、猿猴、天竺鼠等自身已经丧失了合成能力,必须从食物中摄取,而新鲜蔬菜和水果是维生素C最好的来源。因此维生素C含量已成为衡量农产品品质的重要指标。0003GDPD甘露糖焦磷酸化酶GMPASE是植物中维生素C合成途径L半乳糖途径中第一步反应所需要的酶,催化D甘露糖1P生成GDPD甘露糖。。

6、目前已经从烟草AB066279、土豆AF022716、拟南芥AF076484、金虎尾DQ229168、番茄AY605668等多个物种中获得了编码GMPASE的基因。大豆中GMPASE基因的序列还未见报道。0004提高菜用大豆维生素C含量,提高菜用大豆的营养品质,对提高农业经济效益和改善人类生活质量具有积极而深远的现实意义。发明内容0005本发明的目的是针对现有技术的上述不足,提供一种大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶。0006本发明的另一目的是提供该大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶的编码基因。0007本发明的又一目的是提供该基因的应用。0008本发明的目的可通过如下技术方案实现0009本发明所提供的大豆。

7、GDPD甘露糖焦磷酸化酶,名称为GMGMP1,来源于大豆属大豆GLYCINEMAXL,具有SEQIDNO2所述的氨基酸序列。0010上述大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶的编码基因GMGMP1,其CDNA基因具有SEQIDNO1所示的DNA序列,该序列为GMGMP1基因的读码框,编码具有SEQIDNO2所示氨基酸序列的大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶。0011含有编码大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶的基因的表达载体。0012所述的表达载体优选以PBI121为出发载体,将编码所述的大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶的基因GMGMP1插入到PBI121质粒的XBAI和BAMHI酶切位点间得到的植物过量表达载体PBIG。

8、MGMP1。0013含有所述的编码大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶的基因的工程菌。0014该工程菌优选利用基因工程手段将GMGMP1基因转入的根癌农杆菌菌株EHA105所说明书CN102321593ACN102321599A2/4页4得。0015本发明所述的大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶在培育高维生素C含量的植物中的应用。0016本发明所述的大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶编码基因在培育高维生素C含量的植物中的应用。0017有益效果0018本发明首次从大豆中克隆出了GDPD甘露糖焦磷酸化酶基因,通过构建植物过量表达载体PBIGMGMP1,对该基因进行过量表达,发现过量表达GMGMP1的拟南芥与野生型拟南。

9、芥相比,其维生素C抗坏血酸含量显著提高,说明GMGMP1基因在提高植物维生素C抗坏血酸含量方面起着重要作用。0019本发明大豆GDPD甘露糖焦磷酸化酶GMGMP1及其编码基因GMGMP1对培育高维生素C抗坏血酸农作物,提高农作物营养品质的影响特别是对菜用大豆营养品质的影响具有重要意义。附图说明0020图1为大豆GMP1与其他物种的GMPASE的氨基酸序列多重比较。0021图2为含有GMGMP1的植物表达载体的结构示意图。0022图3ASA标准曲线,其中纵坐标为OD对照OD反应后,横坐标为ASA含量,单位为001MG/ML。0023图4DHA标准曲线,其中纵坐标为OD对照OD反应后,横坐标为DH。

10、A含量,单位为001MG/ML。0024图5为转GMGMP1拟南芥株系与野生型拟南芥的叶片中总维生素C含量示意图,其中纵坐标单位为MG/100G。具体实施方式0025下述实施例中所用方法如无特别说明,均为本领域的常规方法。0026实施例1GMGMP1基因的分离与克隆0027用已发表的拟南芥GDP甘露糖焦磷酸化酶序列ATGMP,AF076484为探针,搜索GENBANKHTTP/WWWNCBINLMNIHGOVBLAST和GENEINDEXHTTP/COMPBIODFCIHARVARDEDU/TGI/数据库,得到了匹配的大豆EST序列,进行EST片段拼接,得到了一个GMPASE基因片段,该GMP。

11、ASE基因片段的CDS序列在大豆基因组上的位置为GLYMA14G07150,设计PCR扩增引物,正向引物F5ATGAAGGCATTGATTCTGG3SEQIDNO3;反向引物R5CATGACAATCTCCGGCTTC3SEQIDNO4。以大豆品种波高来自国家大豆改良中心种子库的总CDNA为模板,进行PCR获得GMGMP1读码框序列,PCR扩增反应体系为1L大豆CDNA005G、1L引物对10M、25L10PCR缓冲液、25LMG2、4LDNTP10MM和125ULATAQDNA聚合酶,用超纯水补足25L。反应在BIORADPTC200型PCR仪上进行,其程序为95变性5MIN;再9430S,5。

12、830S,722MIN,共30个循环;然后72延伸10MIN;4保存。PCR产物回收后经链接PMD19T载体TAKARA、转化大肠杆菌DH5、蓝白斑筛选、摇菌、测序、序列分析,结果表明PCR产物说明书CN102321593ACN102321599A3/4页5具有序列表中SEQIDNO1的核苷酸序列,命名为GMGMP1基因。0028实施例2GMGMP1基因植物表达载体PBIGMGMP1的构建和鉴定0029将PBI121质粒购自北京拜尔迪生物技术有限公司分别经过XBAI、BAMHI单酶切,用核酸共沉剂DNAMATE沉淀回收酶切后的PBI121线性质粒。将测序正确的含有GMGMP1基因的大肠杆菌进行。

13、PCR扩增上游引物F含有XBAI的酶切位点00305GCTCTAGACACATCACAATGAAGGCATTG3SEQIDNO5,下游引物R含有BAMHI的酶切位点5CGGGATCCTGACCTCACTCACATGACAAT3SEQIDNO6,对扩增产物胶回收后进行XBAI、BAMHI双酶切得到含XBAI/BAMHI酶切位点的GMGMP1,将酶切产物含XBAI、BAMHI酶切位点的GMGMP1与酶切后的PBI121线性质粒连接,并转化大肠杆菌DH5。蓝白斑筛选及PCR检测得到阳性克隆,命名为PBIGMGMP1。用限制性内切酶XBAI/BAMHI双酶切PBIGMGMP1得到1,100BP左右的条。

14、带,与预期的值相符,所以确认所构建的载体是正确的,即得到了由CAMV35S启动子驱动的GMGMP1基因的表达载体PBIGMGMP1,载体构造如图2所示。0031实施例3转GMGMP1基因拟南芥阳性植株的获得以及功能验证0032用冻融法将PBIGMGMP1转入根癌农杆菌菌株EHA105中。PBIGMGMP1通过农杆菌介导浸染法转化拟南芥,PCR检测T1代结果表明获得阳性植株。将转基因拟南芥植株和野生型拟南芥植株种植于同等环境条件下人工气候箱,白22,10H/夜19,14H。003330D后取叶片用以下方法进行维生素C含量测试方法参照秦诚拟南芥NH4超敏突变体HSN1分子机制的相关研究D浙江大学,。

15、2008,1200341标准曲线的制作0035试剂配置0036维生素CLASCORBICACID,ASA购自北京鼎国生物技术公司0037脱氢抗坏血酸DHA购自SIGMA公司0038维生素C氧化酶ASCORBATEOXIDASE,AO购自SIGMA公司0039二硫苏糖醇DTT购自南京基天生物技术公司0040其他药剂均购自国药集团化学试剂有限公司00416偏磷酸6G偏磷酸溶解于水定容至100ML,加2ML100MMEDTANA2,004210柠檬酸钠10G柠檬酸钠溶解于水中定容至100ML,0043磷酸钾缓冲液1MOL/LK2HPO41MOL/LKH2PO485915VV,PH58,0044混合液。

16、6偏磷酸10柠檬酸钠磷酸缓冲液75650414VVV,0045100MGASA溶于混合液中,定容至100ML含ASA1MG,/ML,0046100MGDHA溶于混合液中,定容至100ML含DHA1MG/ML,004710ML的1MG/MLASA溶于混合液中,定容到100ML含ASA01MG/ML,004810ML的1MG/MLDHA溶于混合液中,定容到100ML含DHA01MG/ML,0049稀释至各个浓度0MG/ML01MG/ML,酶标仪板加样体积150UL/每孔,另每份样品3个一组,共三组,分别加入20UL的DDH2O、250U/10MLAO溶液以及100MM的DTT溶液反应30MIN45。

17、MIN,在265NM波长处检测,并绘制ASA和DHA的标准曲线。ASA标准曲线结果见图3,DHA标准曲线结果见图4。说明书CN102321593ACN102321599A4/4页600502样品中维生素C含量的测定00511称空管的质量M1;00522大约01克样品叶片在液氮中碾磨,加入6偏磷酸钠1ML质量为M0,称重M2,冰浴30分钟;00533M2M1M0为样品的净重;005444,12000RPM,15分钟,离心;00555取750L上清,加入500L的10柠檬酸钠,中和;00566取900L中和液加入100L磷酸钾缓冲液PH58;00577测OD265OD1准备两份样品,一份加入DTT。

18、后,再重复78步骤;00588加入维生素C氧化酶ASCORBATEOXIDASE,AO,SIGMA1L,室温反应45分钟;00599测OD265OD2;006010OD1OD2绝对值,根据ASA标准曲线图3计算ASA的含量;006111加DTT的样品,室温45MIN后,测OD265OD3,OD1OD3,根据DHA标准曲线图4计算DHA的含量。0062总维生素C含量ASA含量DHA含量0063结果如图5所示部分转基因拟南芥叶片的总维生素C含量显著高于野生型拟南芥叶片,说明转基因株系与野生型相比总维生素C含量显著提高,过量表达GMGMP1基因能提高转基因拟南芥的总维生素C含量。说明书CN102321593ACN102321599A1/4页700010002序列表CN102321593ACN102321599A2/4页80003序列表CN102321593ACN102321599A3/4页90004序列表CN102321593ACN102321599A4/4页10序列表CN102321593ACN102321599A1/2页11图1图2说明书附图CN102321593ACN102321599A2/2页12图3图4图5说明书附图CN102321593A。

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