2024年4月10日发(作者:却华灿)
232
LE rrrERS IN B10TECHN0LOGY Vo1.23 No.2 Mar.,2012
生 物 技 术 通 讯
doi:10.3969 ̄.issn.1009—0002.2012.02.020
研究报告
芜菁UF3GT基因的克隆及表达特性
许志茹,佟玲,侯杰,崔国新
东北林业大学生命科学学院,林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室,黑龙江哈尔滨150040
[摘要] 目的:克隆‘津田’芜菁和‘赤丸’芜菁的UDP一葡萄糖:类黄酮3—0一葡萄糖基转移酶(UF3GT)基因并研究其
表达特性。方法:利用RT—PCR方法克隆‘津田’芜菁BrUF3GT1基因和‘赤丸’芜菁BrUF3GT2基因,并进行生物信息
学分析;通过Northern杂交检测BrUF3GT1和BrUF3GT2基因的UV—A诱导表达特性;对BrUF3GT1和BrUF3GT2基因
进行原核诱导表达。结果:BrUF3GT1和BrUF3GT2的开放读框为1407 bp,编码468个氨基酸残基;氨基酸序列分析
显示,BrUF3GT1和BrUF3GT2与拟南芥UF3GT的同源性为87%,从第16~453位氨基酸残基的肽段具有糖基转移酶
家族成员的结构域;BrUF3GT1和BrUF3GT2基因具有高度同源性,核苷酸序列在7个位点存在差异,推导的氨基酸序
列在1个位点存在差异;Northern杂交结果显示,UV—A可以诱导BrUF3GT1和BrUF3GT2基因表达,基因的表达量与
处理时间相关;原核诱导表达及纯化后可以获得相对分子质量分别约为51.88×10 和51.89x10。的BrUF3GT1和
BrUF3GT2蛋白。结论:克隆了‘津田’芜菁和‘赤丸’芜菁的UF3GT基因,为初步阐明2种芜菁的花青素生物合成机理
奠定了实验基础。
[关键词] 芜菁;UDP一葡萄糖:类黄酮3一D一葡萄糖基转移酶;基因克隆;序列分析;基因表达
[中图分类号]Q943.2 [文献标识码]A [文章编号] 1009—0002(2012)02—0232—06
Cloning and Expression of UDP-Glueose:Flavonoid 3一O—Glucosyl-
transferase Gene(UF3GT)in Turnip
xu Zhi—Ru ,TONG Ling,HOU fie,CUI Guo-Xin
College of Life Sciences,Northeast Forestry University,Key Laboratory of Forest Tree Genetic Improvement
and Biotechnology,Ministy of Educatiron,Harbin 150040,China
Corresponding author.E—mail:xuzhiru2003@126.com
[Abstract] Objective:To clone the UDP—glucose:flavonoid 3-O—glucosyltransferase(UF3GT)genes of‘Tsuda’
turnip and‘Yurugi Akamaru’turnip,and to study the expression trait of the genes.Methods:BrUF3GT1 gene of
‘Tsuda’turnip and BrUF3GT2 gene of‘Yurngi Akamarn’turnip were cloned by RT-PCR method and analyzed
by bioinformatics method.The expression characteristics of the genes induced by UV-A were detected by Northern
blot.Prokaryotic induced expression of BrUF3GT1 and BrUF3GT2 genes were conducted.Results:The open read—
ing frame of BrUF3GT1 and BrUF3GT2 genes contained 1407 bp encoding proteins of 468 amino acids.Amino ac—
id sequence analysis showed that BrUF3GT1 and BrUF3GT2 were 87%identitied to UF3GT of Arabidopsis thali—
ana,and the glycosyhransferase protein family domain was in the sequence from 16 to 453.BrUF3GT1 and
BrUF3GT2 genes had high identity.The nucleotide sequence of BrUF3GT1 and BrUF3GT2 genes had 7 differene—
es,as well as 1 in deduced amino acid sequence.The Northern blotting resuhs showed that the expression of
BrUF3GT1 and BrUF3GT2 genes could be induced by irradiation of UV—A,and the expression of the genes was
correlated with light-exposure time.The 51.88 kD and 51.89 kD proteins of BrUF3GT1 and BrUF3GT2 were sue—
cessfully puriied aftfer prokaryotie induced expression.Conclusion:The UF3GT genes were cloned from‘Tsuda’
turnip and‘Yurugi Akamarn’turnip successfully,which established the experiment foundation of preliminarily clar—
ifying the mechanism of anthocyanin biosynthesis of these two turnips.
[Key words]turnip;UDP—glucose:lfavonoid 3-O-glucosyltransferase;gene clone;sequence analysis;expression
植物花青素是重要的类黄酮类物质,积累在维
收稿日期:2011-06—10
基金项E1:黑龙江省博士后科研启动金(LBH—Q08146);中央高校基
本科研业务费专项资金(DL10CA03)
作者简介:许志茹(1972一),女,副教授
管植物液泡中,决定花卉、果实和种子的颜色 。花
青素的生物合成由一系列酶催化,UDP一葡萄糖:类
黄酮3-0一葡萄糖基转移酶(UDP—glucose:flavonoid
3-0一gluc0syltransferase,UF3GT)是花青素合成晚期
途径的重要催化酶,负责将糖基连接到不稳定的花
通信作者:许志茹,(E—mail)xuzhiru2003@126.con
许志茹等:芜菁UF3GT基因的克隆及表达特性 233
青素上使之变成花青素糖苷,由此,糖基化的花青素
才能稳定存在并运输到液泡中贮存 。目前,一些植
ACCAATGCCCTC一3 )。原核表达载体构建引物为
F 1(5 一TGCAAATGGGTGTTTTTGGATCC-3 )、R 1
(5 一GCATGAACTCATGACTTCACAAGTTC一3 )、F2
物的UF3GT基因已经被克隆 。植物中,花青素的
生物合成还与转录因子密切相关 。
(5 一GGAATTCCATATGCAAATGGGTG一3 ) 和 R2
光不仅提供植物光合作用所需的能量,同时也
提供植物适应周围环境正常生长所需的信息。花和
果实中的花青素生物合成与光受体和光信号传导因
子密切相关 。紫外线可以调节植物中花青素的生
物合成[10]o UV—B照射可以诱导大豆(Glycine max
(5 一TAAAAGTTGCGGCCGCATGAACTC一3 )(由于
原核诱导表达引物引入酶切位点和保护碱基后序列
过长,所以分2次PCR反应将引物序列加全)。
1.3 UF3GT全长cDNA的克隆及序列分析
按许志茹等的方法克隆‘津田’和‘赤丸’芜菁的
eultivar Sinpalda1)花青素合成相关催化酶基因的上
调表达 “。另外,‘津田’芜菁 J和BrF3"14 基
因的表达量随着UV—A处理时间的延长而增加 ,
这种现象与花青素含量的增加是协同的。目前依光
型和非依光型花青素的生物合成机理还不清楚。
芜菁别名小蔓菁,十字花科芸苔属芜菁亚种。
‘津田’芜菁(‘Tsuda’turnip)块根着色时需要光,受
光照部分呈紫红色,背光部分呈白色。‘赤丸’芜菁
(‘Yurugi Akamaru’turnip)块根无论受光与否都呈
红色,块根在黑暗条件下即可着色。我们以‘津田’
芜菁和‘赤丸’芜菁为试材,通过RT—PCR方法克隆
了2种芜菁的 乃G 基因,利用Northern杂交检测
了UV—A处理条件下UF3GT基因的表达变化,同时
通过原核诱导表达纯化了2种芜菁的UF3GT蛋白。
这些工作将为分离依光型和非依光型花青素合成关
键催化酶基因,研究依光型和非依光型花青素生物
合成机理奠定基础。
1材料与方法
1.1 材料
温室种植芜菁(Brassica campestris L.ssp.ra.
pn)‘津田’和‘赤丸’2个品种纯系,块根始终在土中
避光生长。块根膨大2个月后,用352 nm的UV—A
[光照强度13.5 ̄xmol/(m ・s)]分别处理块根0、6、
12、18、24和48 h。
LA—Taq DNA聚合酶及DNA Marker等购自宝
生物工程有限公司(大连);pBS—T载体购自北京
TIANGEN生化科技有限公司;PowerScript反转录酶
购自Clontech公司;Northren杂交部分试剂购自
Roche公司;原核表达蛋白纯化柱HisTrap HP购自
GE公司。
1.2 引物序列
在Database数据库中选取拟南芥的 乃G 基因
序歹0设计RT—PCR弓l物F(5 一AAATGGGTGTTTTTG
GATCG一3 )和R(5 一ATGAACTCATGACTTCACAA
GTTC一3 )。探针合成的引物序列为F(5"-TGTTTG
CTACAATACCGTCAGC一3 )和R(5 一GAAGAAAGA
UF3G 基因,测序后的核苷酸序列进行BLAST比
对、开放读框(ORF)寻找、分子进化树绘制及蛋白性
质预测等生物信息学分析 。
1.4 Northern杂交
利用地高辛标记探针,通过Northern杂交检测2
种芜菁中 3G 基因的表达变化情况 ,重复3次。
1.5 ‘津田’芜菁UF3G 基因 , G 和‘赤丸’芜
菁UF3GT基因BrUF3GT2的原核诱导表达
通过2次PCR反应将含有Nde I和NotII酶切位
点及保护碱基的核苷酸序列加到目的基因的两侧。
回收纯化PCR产物后,利用Nde I和NotU酶切PCR
纯化产物和载体pET一14b,回收酶切后的目的片段,
在T DNA连接酶的作用下连接PCR产物和载体酶
切后的目的片段。连接产物热激转化大肠杆菌
DH5 感受态细胞,提取质粒后通过PCR和酶切验证
筛选阳性克隆,测序验证阳性克隆。将测序正确的
质粒转化到大肠杆菌BL21中,PCR验证。在LB液
体培养基(含50 mg/L氨苄西林)中接种含重组质粒
pET一14b—BrUF3GT1和pET一14b—BrUF3GT2的大肠
杆菌BL21,37oC培养至D 为0.5 0.6,留取0.5 mL
菌液作为诱导前样品,剩余菌液加IPTG至终浓度为
1 mmol/L,继续培养诱导目的蛋白表达。3 h后取
500 L诱导后样品,与诱导前样品一起经12 000 r/
min离心1 min收集菌体。弃上清,用60 L lxSDS
上样缓冲液吸打悬浮沉淀。100oC加热5 min,室温
离心1 min,取上清进行SDS—PAGE,分析诱导结果,
利用HisTrap HP(GE Heahhcare)His标签亲和层析
柱纯化融合蛋白BrUF3GT1和BrUF3GT2t 】,
SDS—PAGE检测纯化结果。
2 结果
2.1 ‘津田’芜菁和‘赤丸’芜菁 GT基因全长
cDNA的克隆
提取2种芜菁总RNA后利用基因特异性引物进
行RT—PCR反应,结果(图1)显示,扩增的cDNA产
物约为1400 bp,大小与预期吻合。RT—PCR产物经
纯化、连接、转化和扩大培养后提取重组质粒。以质
266
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BIOTECHN
0LOG
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术
通
讯
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许志茹,佟玲,侯杰,崔国新
东北林业大学生命科学学院,林木遗传育种与生物技术教育部重点实验室,黑龙江哈尔滨150040
[摘要] 目的:克隆‘津田’芜菁和‘赤丸’芜菁的UDP一葡萄糖:类黄酮3—0一葡萄糖基转移酶(UF3GT)基因并研究其
表达特性。方法:利用RT—PCR方法克隆‘津田’芜菁BrUF3GT1基因和‘赤丸’芜菁BrUF3GT2基因,并进行生物信息
学分析;通过Northern杂交检测BrUF3GT1和BrUF3GT2基因的UV—A诱导表达特性;对BrUF3GT1和BrUF3GT2基因
进行原核诱导表达。结果:BrUF3GT1和BrUF3GT2的开放读框为1407 bp,编码468个氨基酸残基;氨基酸序列分析
显示,BrUF3GT1和BrUF3GT2与拟南芥UF3GT的同源性为87%,从第16~453位氨基酸残基的肽段具有糖基转移酶
家族成员的结构域;BrUF3GT1和BrUF3GT2基因具有高度同源性,核苷酸序列在7个位点存在差异,推导的氨基酸序
列在1个位点存在差异;Northern杂交结果显示,UV—A可以诱导BrUF3GT1和BrUF3GT2基因表达,基因的表达量与
处理时间相关;原核诱导表达及纯化后可以获得相对分子质量分别约为51.88×10 和51.89x10。的BrUF3GT1和
BrUF3GT2蛋白。结论:克隆了‘津田’芜菁和‘赤丸’芜菁的UF3GT基因,为初步阐明2种芜菁的花青素生物合成机理
奠定了实验基础。
[关键词] 芜菁;UDP一葡萄糖:类黄酮3一D一葡萄糖基转移酶;基因克隆;序列分析;基因表达
[中图分类号]Q943.2 [文献标识码]A [文章编号] 1009—0002(2012)02—0232—06
Cloning and Expression of UDP-Glueose:Flavonoid 3一O—Glucosyl-
transferase Gene(UF3GT)in Turnip
xu Zhi—Ru ,TONG Ling,HOU fie,CUI Guo-Xin
College of Life Sciences,Northeast Forestry University,Key Laboratory of Forest Tree Genetic Improvement
and Biotechnology,Ministy of Educatiron,Harbin 150040,China
Corresponding author.E—mail:xuzhiru2003@126.com
[Abstract] Objective:To clone the UDP—glucose:flavonoid 3-O—glucosyltransferase(UF3GT)genes of‘Tsuda’
turnip and‘Yurugi Akamaru’turnip,and to study the expression trait of the genes.Methods:BrUF3GT1 gene of
‘Tsuda’turnip and BrUF3GT2 gene of‘Yurngi Akamarn’turnip were cloned by RT-PCR method and analyzed
by bioinformatics method.The expression characteristics of the genes induced by UV-A were detected by Northern
blot.Prokaryotic induced expression of BrUF3GT1 and BrUF3GT2 genes were conducted.Results:The open read—
ing frame of BrUF3GT1 and BrUF3GT2 genes contained 1407 bp encoding proteins of 468 amino acids.Amino ac—
id sequence analysis showed that BrUF3GT1 and BrUF3GT2 were 87%identitied to UF3GT of Arabidopsis thali—
ana,and the glycosyhransferase protein family domain was in the sequence from 16 to 453.BrUF3GT1 and
BrUF3GT2 genes had high identity.The nucleotide sequence of BrUF3GT1 and BrUF3GT2 genes had 7 differene—
es,as well as 1 in deduced amino acid sequence.The Northern blotting resuhs showed that the expression of
BrUF3GT1 and BrUF3GT2 genes could be induced by irradiation of UV—A,and the expression of the genes was
correlated with light-exposure time.The 51.88 kD and 51.89 kD proteins of BrUF3GT1 and BrUF3GT2 were sue—
cessfully puriied aftfer prokaryotie induced expression.Conclusion:The UF3GT genes were cloned from‘Tsuda’
turnip and‘Yurugi Akamarn’turnip successfully,which established the experiment foundation of preliminarily clar—
ifying the mechanism of anthocyanin biosynthesis of these two turnips.
[Key words]turnip;UDP—glucose:lfavonoid 3-O-glucosyltransferase;gene clone;sequence analysis;expression
植物花青素是重要的类黄酮类物质,积累在维
收稿日期:2011-06—10
基金项E1:黑龙江省博士后科研启动金(LBH—Q08146);中央高校基
本科研业务费专项资金(DL10CA03)
作者简介:许志茹(1972一),女,副教授
管植物液泡中,决定花卉、果实和种子的颜色 。花
青素的生物合成由一系列酶催化,UDP一葡萄糖:类
黄酮3-0一葡萄糖基转移酶(UDP—glucose:flavonoid
3-0一gluc0syltransferase,UF3GT)是花青素合成晚期
途径的重要催化酶,负责将糖基连接到不稳定的花
通信作者:许志茹,(E—mail)xuzhiru2003@126.con
许志茹等:芜菁UF3GT基因的克隆及表达特性 233
青素上使之变成花青素糖苷,由此,糖基化的花青素
才能稳定存在并运输到液泡中贮存 。目前,一些植
ACCAATGCCCTC一3 )。原核表达载体构建引物为
F 1(5 一TGCAAATGGGTGTTTTTGGATCC-3 )、R 1
(5 一GCATGAACTCATGACTTCACAAGTTC一3 )、F2
物的UF3GT基因已经被克隆 。植物中,花青素的
生物合成还与转录因子密切相关 。
(5 一GGAATTCCATATGCAAATGGGTG一3 ) 和 R2
光不仅提供植物光合作用所需的能量,同时也
提供植物适应周围环境正常生长所需的信息。花和
果实中的花青素生物合成与光受体和光信号传导因
子密切相关 。紫外线可以调节植物中花青素的生
物合成[10]o UV—B照射可以诱导大豆(Glycine max
(5 一TAAAAGTTGCGGCCGCATGAACTC一3 )(由于
原核诱导表达引物引入酶切位点和保护碱基后序列
过长,所以分2次PCR反应将引物序列加全)。
1.3 UF3GT全长cDNA的克隆及序列分析
按许志茹等的方法克隆‘津田’和‘赤丸’芜菁的
eultivar Sinpalda1)花青素合成相关催化酶基因的上
调表达 “。另外,‘津田’芜菁 J和BrF3"14 基
因的表达量随着UV—A处理时间的延长而增加 ,
这种现象与花青素含量的增加是协同的。目前依光
型和非依光型花青素的生物合成机理还不清楚。
芜菁别名小蔓菁,十字花科芸苔属芜菁亚种。
‘津田’芜菁(‘Tsuda’turnip)块根着色时需要光,受
光照部分呈紫红色,背光部分呈白色。‘赤丸’芜菁
(‘Yurugi Akamaru’turnip)块根无论受光与否都呈
红色,块根在黑暗条件下即可着色。我们以‘津田’
芜菁和‘赤丸’芜菁为试材,通过RT—PCR方法克隆
了2种芜菁的 乃G 基因,利用Northern杂交检测
了UV—A处理条件下UF3GT基因的表达变化,同时
通过原核诱导表达纯化了2种芜菁的UF3GT蛋白。
这些工作将为分离依光型和非依光型花青素合成关
键催化酶基因,研究依光型和非依光型花青素生物
合成机理奠定基础。
1材料与方法
1.1 材料
温室种植芜菁(Brassica campestris L.ssp.ra.
pn)‘津田’和‘赤丸’2个品种纯系,块根始终在土中
避光生长。块根膨大2个月后,用352 nm的UV—A
[光照强度13.5 ̄xmol/(m ・s)]分别处理块根0、6、
12、18、24和48 h。
LA—Taq DNA聚合酶及DNA Marker等购自宝
生物工程有限公司(大连);pBS—T载体购自北京
TIANGEN生化科技有限公司;PowerScript反转录酶
购自Clontech公司;Northren杂交部分试剂购自
Roche公司;原核表达蛋白纯化柱HisTrap HP购自
GE公司。
1.2 引物序列
在Database数据库中选取拟南芥的 乃G 基因
序歹0设计RT—PCR弓l物F(5 一AAATGGGTGTTTTTG
GATCG一3 )和R(5 一ATGAACTCATGACTTCACAA
GTTC一3 )。探针合成的引物序列为F(5"-TGTTTG
CTACAATACCGTCAGC一3 )和R(5 一GAAGAAAGA
UF3G 基因,测序后的核苷酸序列进行BLAST比
对、开放读框(ORF)寻找、分子进化树绘制及蛋白性
质预测等生物信息学分析 。
1.4 Northern杂交
利用地高辛标记探针,通过Northern杂交检测2
种芜菁中 3G 基因的表达变化情况 ,重复3次。
1.5 ‘津田’芜菁UF3G 基因 , G 和‘赤丸’芜
菁UF3GT基因BrUF3GT2的原核诱导表达
通过2次PCR反应将含有Nde I和NotII酶切位
点及保护碱基的核苷酸序列加到目的基因的两侧。
回收纯化PCR产物后,利用Nde I和NotU酶切PCR
纯化产物和载体pET一14b,回收酶切后的目的片段,
在T DNA连接酶的作用下连接PCR产物和载体酶
切后的目的片段。连接产物热激转化大肠杆菌
DH5 感受态细胞,提取质粒后通过PCR和酶切验证
筛选阳性克隆,测序验证阳性克隆。将测序正确的
质粒转化到大肠杆菌BL21中,PCR验证。在LB液
体培养基(含50 mg/L氨苄西林)中接种含重组质粒
pET一14b—BrUF3GT1和pET一14b—BrUF3GT2的大肠
杆菌BL21,37oC培养至D 为0.5 0.6,留取0.5 mL
菌液作为诱导前样品,剩余菌液加IPTG至终浓度为
1 mmol/L,继续培养诱导目的蛋白表达。3 h后取
500 L诱导后样品,与诱导前样品一起经12 000 r/
min离心1 min收集菌体。弃上清,用60 L lxSDS
上样缓冲液吸打悬浮沉淀。100oC加热5 min,室温
离心1 min,取上清进行SDS—PAGE,分析诱导结果,
利用HisTrap HP(GE Heahhcare)His标签亲和层析
柱纯化融合蛋白BrUF3GT1和BrUF3GT2t 】,
SDS—PAGE检测纯化结果。
2 结果
2.1 ‘津田’芜菁和‘赤丸’芜菁 GT基因全长
cDNA的克隆
提取2种芜菁总RNA后利用基因特异性引物进
行RT—PCR反应,结果(图1)显示,扩增的cDNA产
物约为1400 bp,大小与预期吻合。RT—PCR产物经
纯化、连接、转化和扩大培养后提取重组质粒。以质
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