技术领域
本发明涉及生物技术领域,具体地说是一种栉孔扇贝热休克蛋白基因 启动子。
背景技术
栉孔扇贝是我国重要的海水养殖种类,在我国北方有广大的养殖面积, 具有重要的经济意义。当前,栉孔扇贝的养殖业存在着种质退化、病害频 发的难题,严重制约了我国栉孔扇贝养殖业的健康发展(张福绥,杨红生. 栉孔扇贝大规模死亡问题的对策及应急措施.海洋科学,1999,2:1-5.)。
转基因是物种种质改良的重要手段,其一般指将人工构建的基因功能 元件导入到生物体基因组中,达到改变生物体的性状的目的。当前,转基 因技术在经济动植物的性状改良中表现出了巨大的潜在应用价值,如转抗 病害基因农作物,转生长因子鲑鱼以及可以在乳腺中分泌药物的转基因动 物(生物反应器)等。转基因技术在栉孔扇贝中也有着广阔的应用前景, 如将抗病基因导入扇贝中,产生抗病品系,将有可能从根本上解决当前扇 贝养殖业中夏季病害频发的顽疾;将生长因子类的基因导入扇贝中,有希 望培育出高产、低生长周期的品系,缩小养殖成本,增加养殖效益。
当前,在栉孔扇贝中尚无转基因的应用。除导入及整合方法的限制外, 可用基因元件(包括扇贝源启动子和功能基因)的缺乏也是重要的限制因 素之一。启动子是人工构建转基因载体的不可或缺的重要组成成份,它决 定了所转入的基因的表达情况,如表达时间、部位、强度等等。热休克蛋 白HSP70是一种重要的生物活性蛋白,参与了生物体内众多的生理过程。 Hsp70基因表达的一个重要特征是呈诱导型表达,在高温或病原刺激下有明 显的上调表达;而这种表达特征主要取决于hsp70基因的启动子组成。将 hsp70基因的启动子元件应用于转基因研究中,可以通过控制温度的高低方 便地改变导入基因的表达时机和表达量,使生物体的性状按照人类的意志 进行改变,有重要的应用价值。
发明内容
本发明目的在于提供一种栉孔扇贝热休克蛋白基因启动子。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
一种栉孔扇贝热休克蛋白基因启动子:栉孔扇贝热休克蛋白基因启动 子为下述任一项:
(1)栉孔扇贝热休克蛋白基因启动子为序列表中SEQ ID NO.1碱基序 列;
(2)与序列表中SEQ ID NO.1限定的DNA序列具有80%以上同源性的 DNA序列;
(3)是序列表中SEQ ID NO.1的片段、遗传变体或缺失体,且能控制 下游基因转录的DNA分子。
所述启动子作为启动海洋生物组织特异性地表达目标基因的启动子的 用途。
所述启动子与与之进行可操作的有效基因连接,而后插入载体中构成 表达载体。所述有效基因如免疫相关基因LGBP、hsp70、lectin、toll等, 生长相关基因如myostatin、actin、tubulin、EGF等,其它重要生理基因 如vasa、SOX、BMP、NOTCH等;载体为表达载体如pCMVp-NEO-BAN、pEGFP、 pEGFT-Actin、pSV2、CMV4等。。
而后以可表达的方式将有效基因与所述的启动子连接,得重组片段; 将上述重组片段插入载体中;用该载体转化宿主细胞,培养该细胞表达有 效基因。
本发明具有如下优点:
1.本发明获得栉孔扇贝热休克蛋白基因启动子,其采用BAC克隆全测 序及启动子预测方法,比传统的染色体步移方法更简单快捷。
2.本发明将栉孔扇贝热休克蛋白基因启动子用于转基因载体构建的优 势在于:
(1)热休克蛋白hsp70是一种诱导表达的基因,其基因启动子在热刺 激后表现出高表达现象。相比于一些持续性表达的载体,其在表达某些对 扇贝有害的基因时就体现出较强的优势,如caspase基因,可以诱导其在 特殊时期表达,避免持续表达导致机体伤亡。另外,热休克蛋白参与了扇 贝体内多种生理过程,必定为一个高效表达的调控元件;用热休克蛋白基 因启动子构建转基因载体,所携带的外源基因表达效率很可能会大大提高。
(2)在扇贝转基因实验中使用扇贝自身启动子,不会带入病毒等其他 生物的核酸序列,具有更高的生物安全性,有利于将来转基因扇贝进入市 场。
3.本发明使用EGFP基因为报告基因构建转基因载体的优点在于EGFP 是加强型绿色荧光蛋白,容易观察和检测,能极大地提高转基因动物的筛 选效率,有利于扇贝转基因技术的建立。
附图说明
图1为栉孔扇贝转基因表达载体pCfHs pP1-EGFP构建示意图。图2为 栉孔扇贝热休克蛋白基因启动子表达载体pCfHs pP1-EGFP转染昆虫细胞sf9 的荧光观察结果图(其中,栉孔扇贝热休克蛋白基因启动子载体转染昆虫 细胞sf9的荧光观察。a为未热激组荧光表达情况;b为热激后6h荧光表 达情况;c为热激后48h荧光表达情况)。
具体实施方式
本发明利用BAC克隆筛选技术、启动子预测技术、DNA扩增及测序技术 克隆了栉孔扇贝热休克蛋白基因启动子;在此基础上利用载体构建技术将 所克隆的启动子与携带加强型绿色荧光蛋白(Enhanced Green Fluorescent Protein,EGFP)的质粒结合,构建了携带栉孔扇贝自源启动子和EGFP报 告基因的表达载体。
实施例1含栉孔扇贝热休克蛋白基因hs p70的BAC克隆的筛选
根据栉孔扇贝hsp70基因序列(GenBank No.:AY206871)设计Overgo 探针(正向引物5′- TAGGAGATGCCGCCAAGAACCAA-3′,反向引物5′- GGGATTCATTGCCACTTGGTTCT-3′),对BAC文库高密度DNA薄膜进行Overgo 探针杂交,筛选以确定含有hsp70基因的阳性克隆在文库中的位置,并进 行PCR验证。步骤如下:
1.预杂交:将高密度DNA薄膜正面向上放入杂交盒,杂交盒内倒入预 热至50℃的杂交液,将杂交盒放到杂交炉中,50℃缓慢转动,预杂交至少 2h。
2.探针制备:将Overgo的两条单链等摩尔数混合,95℃10min,然 后室温放置10min。
稀释Overgo探针至25ng/μl,按照以下体系进行探针标记,37℃延 伸1h:LSO 12μl;0.5U/ul Klenow 2μl;[32P]-dCTP 2μl;Overgo probe DNA 6μl;ddH2O 3μl;总体积25μl。
3.标记反应体系中加入等体积(25μl)0.4M NaOH,室温放置10min;
4.将放射性同位素探针小心加入杂交液,50℃杂交炉内缓慢转动杂交 48h。
5.洗脱:将含有放射性[32P]探针的杂交液小心倒入放射性废液存储罐 中,加入预热到50℃的杂交洗脱液,放回杂交炉缓慢洗脱30min;
6.将高密度DNA薄膜正面向上放到吸水纸上,待上表面多余洗脱液被 吸水纸吸收后用塑料保鲜薄膜将高密度DNA薄膜密封包裹起来,在暗室中 用X光底片曝光。
7.对照X底片上的阳性信号位置,找到相应的阳性克隆编号。
8.挑取阳性克隆进行活化、PCR验证并保种。根据公布的hsp70基因序 列(GenBank No.DQ466080)设计正向引物:5′- TCTCGACACTAGGCACTTC-3′; 反向引物:5′-AGCACTCAGGTAGGCGTTT-3′。以阳性克隆菌液为模板,进行 PCR扩增。将PCR产物测序,证实确为扇贝热休克蛋白基因hsp70序列。对 确定含有栉孔扇贝热休克蛋白基因序列的BAC克隆进行全测序。
栉孔扇贝热休克蛋白基因启动子,如SEQ ID NO 1.所示序列:
1 GCTCACTCTACAGTTGGTCGCCCCGATGTCCACACCAAATACTCGTGGACGGGCTGGTTT 60
61 CAGTTTAGGAGCTATGTTGTTCATTCTCGTTATCTGTATTGATTACAAATCGCTGCAACA 120
12 AACAGTTTTTTTTTGTTGACAAAAAGTGTCGATTTGACGAAAGTGGGGAAAAAAGATGGG 180
181 AAATTGTTTGGTGGACACAAGAAAACACTCTCAACAACTTTGAAAATGATTAATATACTT 240
241 GGATTCAAAACTTTAGCATTCGCATTCACAAGTAGTCCGAATAAACGTTATTCGACGACA 300
301 GGCCGATATTAAAAACAGTCGATATAACGTCAGAATAATTCGGACTAACTTACGTTGTAC 360
361 ATGTGTTGTACAAATCGAAACACTGGACTGTGATATCTCGACACATATCCATAGTACTTC 420
421 ATCCACGAACTATTCTAGATTAGTACTCTATGTCAAATAAACGTTTTATTTAACTATTTT 480
481 CAAGTCACAGACATACACAAGAATCAACCCAACCGCCAAATTTGTATCTAACCTGAAAGG 540
541 TGTACAAAAAATGCTCGTCTAAATGGAAGTATAACGCATGGTAAGACGTTTTGAAATTTA 600
601 ATTCTAATTCATCTTAAGGTAAATTCTTTTTACCTCAGGTTAAGTTTTTTTTTAAATTAA 660
661 AAAATAGTTTTTACTTAAGTGAAACAAAAAAAATTATAATTTTACTCTGATACATTAGTT 720
721 TAAATGGTCGAAAGTAAAACACACATGGACCCCGGTTTCATCAACGTTCCTTAACTTAAA 780
781 ATTTTCCATATGAAAGCATTACAGAATTTTAAGAAAAAGCCTTAGTTGAGGAACCTTCCT 840
841 TAAATTATTTAATTATTTTTCTCTTAAATTTTAAGTTAAGGAGTTTCCTTAAGTTAATGA 900
901 ACGTTGATGAAACCGGCTGATGATCAGTTAATAACTGGACTAGACCATTTTGTCTTATAA 960
961 GAAAGAACAAAGATATTATTTGCATATTCACTTAAGCGAAAAAGAATTCCTAATAAGGTT 1020
1021 ATAAAACATATTTAACTTAAATGAAATTCATTTGACTTAAGCAGAATTTAACATAATGCA 1080
1081 AATTATAATGATTATTTACATTCGTTTAAAATGGAAAAAAAATATGCGAATAATTTAACC 1140
1141 TAATGGTGAAAACGGTTTGCCATAATTACGCAACATTAAAAGAAAAGAATACAACACATC 1200
1201 AGCACAAGCTATTACAATGTAGATATCTTAGGTGGATTCCCTGAAAACCAACTTACATCT 1260
1261 TACAACGATGTGTTTTGATAATGTAGTTAGTCAGTGCAACCTGCCAAGTCTAAACTTTTG 1320
1321 GTTATCTATAAATGTAAAAGTGGAGAGTATAAAGTCATCTTACTAGCTCAGTCTAGCGGG 1380
1381 AATTTCCCTTTAGCCTAGTTTGTCATTAGTGAGATGTCGTAGTAGTTTGAACCACGGCAC 1440
1441 GAACAGGCCGGGTTTTTTCATTACTCCTTTAATTACTAATCCTATTACATAAGAAATACA 1500
1501 TTTGTACACTGTGCTAGTCAACCTCCGATTCGAAAATTAAATTCCTTATTGCCAAAACAC 1560
1561 CATTCAAGTAGCTATAGGTTACATCCACACACACACATCCACACATTTACACACATATCA 1620
1621 CATACACAGGTATGAGCTTTATTGCATACATGTAGATCTATGTGTGTTCATTTCAAATAC 1680
1681 ATACTAGGCCTAATACACTTTGGACTGTCACAAAATGACAAACAGAAACGTACATATATA 1740
1741 TACTAACATGTCATCTTGTTAGTCTCGTCTTATATTATGACTTTCCGCGTCCTAATCTTG 1800
1801 CCTTTTTTTAACATAGTACCTGTACGTTTCTTATTTACCTGTATCGGTCCTTGTTTGTTG 1860
1861 ACATGTTGCCAAGTCACATAATTCTGTTAGAGTTGTTTCCCTTCAAATCGTTATTTGGGG 1920
1921 TGCACGGGTTCATGCATCATCGAACAAATTAAGAAAACCATACTGATAACTGAGTTTGAG 1980
1981 TAACGGCTTTATTTTGTTATTTTACTTTCATAAAAAACACGATTAATCTACTACAGAAAA 2040
2041 AATGATGCATGGATACTATGTTTTCTTATATTAAATCATTGATTTGCTCGGTGACAATTT 2100
2101 TTTTATTGATCTAAGCCTACGTTATTACCTGTTAAATTTATCCAATTTGGATACTAATCC 2160
2161 AATTTGATTACTGCTTCCTTGTTAAGTTGTACAATGCGATATTATGAAAGAAATTTTATT 2220
2221 ATGATGATAGGGAATCAAGTATTTTTCTTCTAATAGGCTTAGTTATGGTCACGAATATTC 2280
2281 GCCAAGTTTCACGAAGTAGGCCGATTATTTAACATAATTGAGCACGTGACTTACTTCTCT 2340
2341 TCTCTGATTGGTACATTGATTGTGTTCTGGAATCTTCCAGAAGTGATGTCATATCCTCCG 2400
2401 GTGCGCATAAAAACGAGTCGCATAACGCCGGGAACCAAGAACAGACCGGAGCGAGGGGTT 2460
2461 TAAGCTGTGATAAGAACATATAATATTTGGCTCTACTATTCAAGTAAACTCATCAAAACA 2520
2521 CAGGTAAGATACGTAAATCATCCCAAGGAACATTTGATTATATTTGAAGAATCGGGAATA 2580
2581 ATATTGAGAAATCAAATTAAAATTGAATTATTTTCTGGGGAGTAGTGCTCTCATGCATTG 2640
2641 ATGGGGTGTTACCACAATGGCCGCACCAACGCGAAACCGTGTAATTATTAGAAGAAAGTT 2700
2701 CAATGAAAGGCAAACTAATTCA 2722
(a)序列特征:
*长度:2722碱基对
*类型:核苷酸
*链型:单链
*拓扑结构:线性
(b)分子类型:DNA
(c)假设:否
(d)反义:否
(e)最初来源:栉孔扇贝(Chlamys farreri)
(f)特异性名称:Promoter
实施例2栉孔扇贝热休克蛋白基因启动子片段的克隆
分析测得的BAC克隆全长,将编码热休克蛋白基因hsp70的第一个碱基 记为+1。取-4000至0位置的碱基序列进行启动子预测。在-1700和-2400碱 基处分别预测到两个分值很高(分别是1.008和1.116)的启动子区域。因 该基因在-1400碱基处还有转录,故将-3900至-1200间的碱基序列定为热休 克蛋白基因的启动子区。
在该启动子区两侧设计引物,并加上不同的酶切位点(Xho I和BamH I), 用聚合酶链式反应(PCR)扩增启动子区。设计正向引物F1: 5′-CTCGAGGCTCACTCTACAGTTGGTCGCC-3′;及反向引物R1: 5′-GGATCCTGAATTAGTTTGCCTTTCATTGAAC-3′,并在以下的反应体系中进行聚 合酶链式反应(PCR)扩增SEQ ID NO 1.所示序列表中启动子区,PCR产物 电泳并进行胶回收。
反应体系:模板(BAC质粒)1μl;正向引物(10pmo l/μl)0.5μl;反向 引物(10pmol/μl)0.5μl;10xTaq DNA聚合酶缓冲液2.5μl; MgCl 2(2.5μmol/L)1.5μl;脱氧核苷酸混合物dNTP(10mmol/L)0.5μl; Taq DNA聚合酶0.25μl;灭菌水18.25μl;总体积25μl。
将胶回收纯化所得PCR产物连接pMD19-T simple载体过夜;将连接产物 转化DH5α大肠杆菌菌株,涂布含氨苄青霉素的平板,37℃培养过夜;挑选 含重组子的阳性克隆,利用载体引物M13(正向引物:5′-GTTTTCCCAGTCACGAC -3′;反向引物:5′-CAGGAAACAGCTATGAC-3′)及启动子序列特异引物PCR 扩增并测序验证,具体为步骤如下:
挑取10个单克隆,并以挑取的单克隆细菌为模板,分别用上述两组引 物对其进行PCR扩增。反应体系为:模板(单克隆菌液)1μl;正向引物 (10pmol/μl)0.5μl;反向引物(10pmol/μl)0.5μl;10xTaq DNA聚 合酶缓冲液2.5μl;MgCl2(2.5μmol/L)1.5μl;脱氧核苷酸混合物 dNTP(10mmol/L)0.5μl;Taq DNA聚合酶0.25μl;灭菌水18.25μl;总 体积25μl。
两组引物都有扩增、且电泳条带大小与序列长度一致的的单克隆视为 阳性克隆。提取阳性克隆的质粒(用TIANGEN普通质粒小提试剂盒,目录号 DP103),对提取的质粒进行测序,证实质粒中所含的序列为目标启动子序 列。
实施例3启动子表达载体与转基因载体pCfHspP1-EGFP的构建
用限制性内切酶Xho I和BamH I对提取的质粒进行双酶切,并回收SEQ ID NO 1.所示序列表中启动子片段;
再用限制性内切酶Xho I和BamH I对载体pEGFP-1进行双酶切,并回 收被线性化的pEGFP-1载体;
用T4连接酶过夜连接回收的启动子片段和pEGFP-1载体。连接体系如 下,pEGFP-1与启动子片段的摩尔比控制在1∶2-6之间。将连接产物转化 DH5α大肠杆菌菌株,涂布含卡那霉素的平板,37℃培养过夜。挑选含重组 子的阳性克隆。利用pEGFP-1载体引物和启动子特异引物同时检测。
连接体系:T4连接酶1μl;10x Buffer 1μl;pEGFP-11μl;启动子 片段7μl;总计,10μl。
其中pEGFP-1载体引物如下:
正向引物F1:5′-CTGCGTTATCCCCTGATTCTGTGG-3′
反向引物R 1:5′-CCTTGATGCCGTTCTTCTGCTTGTC-3′。
实施例4转基因载体pCfHspP1-EGFP的活性验证
(1)昆虫细胞sf9的培养及传代,将对数生长期的sf9细胞经计数,以 6x105/ml的细胞密度传代至6孔板中,27℃过夜培养。
(2)转染,在细胞密度达到铺板面积80-90%时开始转染。
转染mix的配制:用超纯水配制100ul浓度为20ng/ul转染载体。混合均 匀后加Fugene HD转染试剂7ul,混合均匀。室温放置15分钟。加入到6孔板 中,培养基液面以下,混合均匀。
(3)转染18小时后对一组进行热激42℃30分钟,另一组不做处理。热 激后6小时观察两组荧光表达情况,未热激组没有发现荧光,热激组有荧光 表达。热激后48小时观察荧光表达情况,未热激组还是未发现荧光,热激 组有荧光表达(参见图2)。