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高效双启动子PLEGFP-N1-spMyoD1绿色荧光逆转录病毒载体构建及使用方法.docx


文档分类:医学/心理学 | 页数:约16页 举报非法文档有奖
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】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。高效双启动子PLEGFP-N1-spMyoD1绿色荧光逆转录病毒载体构建及使用方法专利名称:高效双启动子PLEGFP-N1-spMyoD1绿色荧光逆转录病毒载体构建及使用方法技术领域:本发明属于动物基因工程及动物分子育种工程技术领域。背景技术:随着人们生活水平的不断提高和膳食结构的改变,市场对畜产品的需求逐渐由数量向质量转变,传统的常规育种方法已经不能适应发展的需求。关于转基因动物的培育日益引起世界诸多国家的高度重视并已投入了大量人力物力进行开发研究。从Hammer等(1985)成功获得第1批转基因猪到现存,关于转基因猪的研究已经历20多年的历史,其中,从对猪生产性能的遗传改良到用猪作为异种器官移植的供者等方面,均取得了一系列突破性进展。1990年,我国首批转生长激素基因猪在湖北省农业科学院诞生。此后,多种转基因猪相继问世。1991年美国DNA公司成功获得了能生产人血红蛋白的转基因猪。通过这些能高效表达的转基因猪来提供大量安全、廉价的血红蛋白,既可节约医药费,又能避免使用过期、有传染性(如肝炎、艾滋病等)的血液。1993年,Suetlali等将含有编码小鼠Mxl蛋白的cDNA的3种基因构件分别转移到猪中,获得Mxl转基因猪。湖北省农业科学院畜牧研究所与中国农业科学院兰州兽医研究所合作,将抗猪瘟病毒(HCV)的核酶基因导入猪中,获得抗猪瘟病毒的转基因猪。1994年,德国成功培育出转入生长激素(GH)的转基因猪,使世界上出现了壮如小牛的“超级猪”。2001年,%。2004年日本近畿大学SaekiK等将菠菜Δ-12去饱和酶基因转入猪体内,培育出不饱和脂肪酸含量高的转基因猪。2006年底,东北农业大学教授刘忠华带领的团队研制出中国首只转基因“荧光猪”。这种“荧光猪”在紫外线的照射下,身体上会发散出晶莹的绿光。2006年3月,美国科学家培育出了体内含有大量ω-3脂肪酸去饱和酶基因转基因健康猪。2009年,湖北省农业科学院与国内科研机构合作,也培育出了含有ω-3脂肪酸去饱和酶基因的转基因保健猪,这种基因能在猪体内合成大量的ω-3脂肪酸;可降低胆固醇和血压,有助于预防人类的心血管疾病。在此过程中,动物转基因技术也同时得到了多方面的改进和创新。目前,优质转基因猪等的培育已经成为国内外研究的热点之一。优质转基因猪培育的目的在于提高猪肉的品质、嫩度和风味等,在转基因育种上游技术开发方面,具有重要育种价值的功能基因筛选和组织特异高效表达载体的构建,一直被视为优质转基因猪培育的核心技术竞争焦点之一。在具有重要育种价值的功能基因筛选方面,人们通过不同的技术手段筛选了许多与猪肉的品质、嫩度等密切相关的侯选基因或重要功能基因,其中,生肌决定因子(MyoD)基因家族控制着肌细胞的增殖和分化,与肌纤维的数量、大小有着密切的关系,因而对肉质和风味有非常重要的作用,MyoD基因家族可编码4种不同的转录因子,分别为MyoDl(Myf3)、Myogenin(MyoG)、Myf5、Myf6(MRF4),它们各自或协同控制着骨骼肌生成方面的关键调节因子。生肌因子I(MyoDl)是生肌调节因子(myogenicregulatoryfactors,MRFs)家族四成员(MyoD、MRF5、MyoG、MRF4)之一,1987年首次被克隆。MyoDl基因不仅可促使静止期的肌卫星细胞向成肌细胞转化,而且能把许多种类型细胞(如成纤维细胞、脂肪细胞等)转化为成肌细胞,并可促进成肌细胞进一步融合、分化为成熟的肌纤维。在肌肉特异性基因转录调控中起着总开关的作用。MyoDl可激活肌肉基因转录,使非肌细胞转变为肌细胞,因骨骼肌细胞和心肌细胞具有基本相同的收缩装置,通过外源MyoDl诱导心肌成纤维细胞向骨骼肌细胞转变。肌纤维早在胚胎发育早期就已经形成,并通过成肌细胞的增生和分化得以生长。胎儿出生后,肌肉细胞的生长是基于成肌细胞和卫星细胞的增生和分化。肌卫星细胞的增殖和分化可以影响个体的肌肉生长速度和产量,MyoDl基因的变异可能会影响一些与肌肉相关的生产性状,在畜牧生产中具有潜在的应用价值。Knoll报道,猪的MyoDl内含子1有1个DdeIPCR-RFLPs位点,MyoDl的A突变基因具有使肌纤维生长更充分,肌纤维变粗,面积增大的作用。A基因还具有增加胴体瘦肉率和眼肌面积,降低皮脂含量,提高腿臀比例,增加胴体长度等提高胴体品质的效应,但A基因也会导致肉质的劣变。2005年,朱砺等对MyoDl基因在不同猪种中的PCR-RFLP遗传多态性及其遗传效应研究中,得到了相似的结果。这些效应可能与MyoD基因在肌肉生成的早期表达,参与早期肌肉分化的作用有关。但Jolanta等的研究表明,MyoDl基因对胴体性状的遗传效应依赖于所研究的品系。对此,还需要进一步的研究。Cieslak等对波兰2个种猪场内7个品种共229头猪进行了MyoD基因型与胴体等级性状间的相关性分析,结果表明MyoDl基因型会对胴体的分割肉产生显著影响,但是在两次重复试验间的试验结果却完全相反。据此,他们推断可能还存在一个未知的连锁位点在影响相关性状的表型。TePas等的研究表明猪高水平的MyoG、Myf5和MyoDl的mRNA表达,可以作为选择较高水平的增长率的一个指标。另外,在对瘦肉率进行选择的过程中,MyoG与MyoDl的比率也可以作为***与肌纤维组成比率的指标。MyoDl是生肌调节因子家族的一个重要的基因,在特异肌基因转录调控中起着总开关的作用。MyoDl介导的肌分化机制作为研究细胞分化的最佳模型,已成为当前研究的焦点。随着现代分子生物学的不断发展,人们越来越认识到MyoDl在成肌作用中的重要作用。有鉴于此,本研究对猪MyoDl基因(pMyoDl)全长⑶S序列进行了克隆、骨骼肌组织特异性高效表达启动子(SP)合成、SP与pMyoDl融合基因的重叠PCR扩增及逆转录病毒PLEGFP-Nl_spMyoDl表达载体构建与真核表达鉴定等,为今后进一步用于转基因(PMyoDl基因)动物的制作奠定了基础。在转基因载体构建方面,目前用于转基因目的真核表达载体种类较多,但概括起来,可用于外源性基因真核表达研究的载体分为病毒和非病毒载体两大类。病毒载体具有转染效率高,表达稳定等特点,但因其易整合到靶细胞染色体内,故安全性差。非病毒载体大部分为各种质粒,进入靶细胞后,以附加体的形式存在,具有安全性好,容量大等特点。此外,报告基因的选择也真核表达载体构建的关键之一。近几年来,报告基因已普通应用于分子生物学的研究中,常用的有β半乳糖苷酶(LacZ)、β_葡萄糖苷酸酶(⑶S)、分泌型胎盘磷酸脂酶(SSEAP)、萤火虫荧光素酶(LUC)等。1994年一种新的报告基因增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因引起了许多学者的注意,该蛋白能够自身催化形成发光结构,并在蓝色激光下发出绿色荧光。绿色荧光蛋白最初是在多管水母中发现的一种蛋白质。现已证实EGFP基因能够在多种生物,如细菌、粘菌、酵母、植物和哺乳动物中表达并发出荧光。EGFP之所以能够作为报告基因是因为它具有以下几个特性(1)种属不依赖性,能够在多种生物中表达;(2)荧光强度高,可在普通荧光显微镜下观测;(3)不需要反应底物与辅助因子,因此不同于以往常用的LacZ、LUC、CAT、GUS等报告基因;(4)相对较小的分子和单体蛋白使之易于融合;(5)EGFP肽链中一些特定氨基酸的替代可使之产生不同颜色的光。增强型绿色荧光蛋白(EGFP)是将Ser65用Thr代替,Phe64用Leu代替,使EGFP的荧光强度提高了35倍,而且转染16-24h后仍可稳定表达。由于EGFP作为报告基因具有直观、及时、应用范围广的特点,因而在基因整合、细胞分选及转基因动物的研究是其它报告基因所无法比拟的。PLEGFP-N1载体的结构特点包括(l)PLEGFP-Nl载体是逆转录病毒载体的一种。因在多克隆位点旁插入一个能表达绿色荧光的融合蛋白,所以能直接在荧光显微镜下进行目的基因转染和感染效率的观察,更有利于研究和应用。(2)LEGFP-NI是切除了gag、pol、env等病毒结构基因的缺陷型病毒载体,不能形成子代病毒颗粒,必须借助包装细胞提供的病毒结构蛋白完成包装,产生具有感染性但无复制能力的伪病毒颗粒;故安全性高。(3)含有人巨细胞病毒(CMV)即刻早期启动子。(4)MCS下游紧接EGFP,外源目的基因插入后与EGFP形成融合基因;若EGFP有表达,则外源目的基因一定是插人片段正确且有表达;EGFP起始点插有Kozak序列以提高在真核细胞的翻译效率。(5)含有Amp、Neo基因,前者可用氨苄青霉素筛选原核细胞;后者可用G418来筛选真核靶细胞。基于不同的研究和应用目的,张勇等(2003)构建鼠真核表达的双顺反子质粒载体pIRES2-EGFP-MyoD,为研究MyoD对肌损伤的修复作用提供物质基础。为研究MASHl在间充质干细胞神经分化中的作用,赵杰等(2006)构建了含小鼠MASHl基因的绿色荧光蛋白表达载体PEGFP2-C3-MASH-1。刘芳等(2006)进行了pEGFP-植酸酶基因质粒重组构建及其在C0S7细胞中表达分析。王国栋等(2007)构建了pEGFP-Nl-heNOS真核表达重组质粒。为分析ZNF580-EGFP融合蛋白在人胚肾HEK293细胞中的表达和亚细胞定位,张文成等(2008)构建了人ZNF580与增强型绿色荧光蛋白(EGFP)融合蛋白真核表达载体。唐小龙等(2008)构建了人胰腺十二指肠同源框蛋白l(pancreaticandduodenalhomeoboxfactorl,Pdxl)转录因子真核表达质粒,并检测其在真核细胞中的表达能力及其生物活性。为肿瘤的诊断及治疗提供新的线索,张姗妮等(2009)构建了人Caveolin-Ι基因PEGFP-Nl真核表达载体。为研究PPlα对骨肉瘤细胞凋亡影响,崔笑等(2010)构建了pEGFP-Nl-PPla真核表达载体。黎静等(2010)克隆人类ZNF217基因cDNA全长,构建ZNF217的真核表达载体,并在真核细胞中表达。韦光辉等(2010)克隆牛生长激素BGH基因并构建了pEGFP-Nl-BGH真核表达载体。综合以上的国内外研究资料可发现,绿色荧光PLEGFP-Nl-MyoDl转基因载体仍不够完备,现有的检测技术方法仍存在如下两个方面的不足1并非专用于猪的骨骼肌组织特异高效表达。2本方法制备的绿色荧光PLEGFP-Nl-spMyoDl转基因载体是已经过包被处理的,可直接用于转染待转的靶细胞或靶组织,阳性标本的确定试验仍为绿色荧光观察及目的基因片段的PCR扩增方法检测鉴定。发明内容本发明的目的是提供一种高效双启动子PLEGFP-Nl-spMyoDl绿色荧光逆转录病毒载体构建及使用方法,它旨在克隆猪的MyoDl基因,构建含有CMV和骨骼肌特异启动子SP(双启动子)、以真核绿色荧光EGFP为标记、以猪MyoDl(pMyoDl)为外源基因的高效表达载体。在改进后的绿色荧光PLEGFP-Nl-SP-pMyoDl载体中,又增加了一个调控绿色荧光蛋白(EGFP)或其融合蛋白表达的骨骼肌组织特异性高效表达启动子(SP),从而实现了对绿色荧光蛋白(EGFP)或其融合蛋白双启动子(Pqw和SP启动子)控制的骨骼肌组织特异性表达目的。同过去的方法比较,不仅弥补了目的基因组织表达特异性的不足,而且提高了在特异组织(骨骼肌)中的表达强度和敏感度,同时提高了对目的基因功能研究的针对性和准确度。为进一步研究PMyoDl蛋白表达、重组蛋白活性鉴定和生物学功能奠定基础;同时为用于转PMyoDl基因的模型动物制备创造了条件。本发明的技术方案是首先人工合成一骨骼肌特异启动子SP序列、采用RT-PCR方法从猪的骨骼肌组织中扩增MyoDl基因全长CDs序列;设计融合引物、利用重叠PCR扩增方法获得启动子SP和pMyoDl的融合基因序列,T/A克隆到pMD18_T载体中,双酶切后将融合基因亚克隆入以真核表达绿色荧光蛋白为标记的逆转录病毒PLEGFP-N1载体,构建PLEGFP-Nl-spMyoDl双启动子高效表达载体,经限制性内切酶鉴定并测序。用脂质体法转染293T细胞系包装、扩增,对病毒滴度和感染效率进行监测。本发明的具体技术方案是1引物设计根据GenBank中已发表的猪MyoDl基因mRNA序列(),,,预期扩增长度为960bp。引物由上海生工生物工程技术服务有限公司合成。上游引物Pl:5'-GCTC-3‘;下游引物P2:5'-TGGTAGATAGG-3';2PCR扩增的反应条件用引物Pl和P2从RT-PCR产物cDNA扩增长度为960bp(lbp960bp)的编码区序列。反应程序95°C预变性5min,进入循环95°C变性30s,58°C退火40s,72°C延伸2min,循环总数:30circles;最后延伸72°C4min。3骨骼肌组织特异性高效表达启动子(SP)的合成参考GenBank中已发表的老鼠染色体1和2基因组的部分5、侧翼调控区的保守序列(,NW_001030694,NW_001030671)和鸡骨骼肌组织α-actin基因的顺式作用调控与转录控制区核心序列(),优化并合成了骨骼肌组织特异性高效表达启动子(SP)序列,启动子SP序列见附件2。在其;T末端人工接一长为24bp的寡聚核苷酸接头。接头序列5'-TCGACGACAGCGGTGGCGAG-3‘。4SP与pMyoDl融合基因的重叠PCR扩增根据已合成的带接头的SP启动子序列和扩增到的pMyoDl基因cDNA序列,,预期扩增长度为1240bp。在NCBIGENEBANK中找到基因序列后,看选择的酶切位点,在所要进行PCR的基因序列中是否存在;用Primerprimer5把序列反向互补;,上下游引物全长输入;上游引物位点的确定为5’端模板第一个碱基前面的所有碱基(包括酶切位点+保护碱基)的负数值+1下游引物位点的确定为下游引物-酶切位点-保护性碱基=A,序列全长-A+1=下游引物位点。引物设计时候要考虑到序列的起始碱基和末尾碱基中是否包含起始密码子(ATG)和终止密码子(TAA),如果有,要考虑是否需要删除或者保留。引物长度的选择要考虑到CG比例,酶切位点的选择要兼顾廉价,常用,而且要兼顾其加入后引物的GC比例

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