本方案概述了以下方法的使用 根癌农杆菌介导的转化(AMT),用于将目的基因整合到绿色微藻的核基因组中 普通小球藻,从而产生稳定的转化子。
本方案概述了以下方法的使用 根癌农杆菌介导的转化(AMT),用于将目的基因整合到绿色微藻的核基因组中 普通小球藻,从而产生稳定的转化子。
根癌农杆菌介导的转化(AMT)是操控植物基因组的一种常用工具。然而 A. tumefaciens 表现出向多种物种进行基因转移的能力。许多微藻物种缺乏将目的基因稳定整合到其核基因组的成熟方法。为了充分利用微藻生物技术的潜在优势,简单高效的基因组操作工具至关重要。本文提出了一种针对工业微藻物种优化的AMT操作流程 Chlorella vulgaris,利用报告基因绿色荧光蛋白(mGFP5)和潮霉素B抗性标记。通过在含有潮霉素B和头孢噻肟的Tris-乙酸-磷酸盐(TAP)培养基上平板培养筛选突变体。mGFP5的表达量进行定量分析 通过 经过十代以上的继代培养后仍保持荧光,表明T-DNA盒已稳定转化。该方案可可靠地获得多个转基因植株 C. vulgaris 两周内形成菌落,使用市售的pCAMBIA1302植物表达载体。
Agrobacterium tumefaciens 是一种革兰氏阴性土壤细菌,具有独特的跨界基因转移能力,因此被誉为"天然的遗传工程师"1。该细菌可通过IV型分泌系统,将肿瘤诱导型质粒(Ti质粒)中的DNA(T-DNA)转移至宿主细胞,导致T-DNA整合到宿主基因组中并实现表达1,2,3,4。在自然条件下,该过程会导致植物产生肿瘤,即通常所说的冠瘿病。然而,在实验室条件下,Agrobacterium 还可将T-DNA转移至多种其他生物体中,包括酵母、真菌、藻类、海胆胚胎,甚至人类细胞5,6,7,8。
利用这一天然系统, Agrobacterium tumefaciens介导的转化(AMT)通过修饰Ti质粒上的T-DNA区域,实现目的基因在宿主细胞核基因组中的随机整合。为此,常用的AMT植物表达载体是pCAMBIA1302。9研究人员可以采用简单的克隆工作流程 E. coli 在将目标载体转入之前 A. tumefaciens 用于后续转移到目标宿主。
绿色微藻是真核生物,与陆地植物有许多相似之处,但其遗传改造极为困难。然而,遗传转化在微藻的基础研究和生物技术研究中均发挥着关键作用。在多种微藻物种中,尤其是 莱茵衣藻,遗传转化 通过 AMT 已成功导入了多种转基因,包括人白细胞介素-2(hIL-2)、严重急性呼吸综合征冠状病毒2的受体结合域(SARS-CoV-2 RBD)以及两种抗菌肽(AMPs)10,11,12,13其中 普通小球藻一种对培养条件要求较低且生长迅速的绿藻物种,在碳水化合物、蛋白质、营养补充剂、色素及其他高价值化合物的可持续生产方面具有重要意义14然而,目前缺乏用于创制转基因品系的可靠工具 C. vulgaris 阻碍其商业化进程。由于利用AMT的已发表研究工作十分有限, C. vulgaris15,鉴于植物与微藻培养之间存在显著差异,优化AMT方案变得至关重要。
在本研究中,研究人员将绿色荧光蛋白(mGFP5)插入花椰菜花叶病毒(CamV)35S启动子的下游,并添加了组氨酸标签,用作蛋白表达的报告基因。通过潮霉素B筛选转化子,继代培养二十代以上后,转化仍保持稳定。本研究所使用的pCAMBIA1302质粒可轻松改造以容纳任何目的基因。此外,该方法和材料可根据其他具有活性CamV35S启动子的绿藻物种进行调整,因为该启动子可用于潮霉素筛选。
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除非另有说明,所有培养基和溶液在使用前必须进行高压灭菌。所有离心管、移液器吸头等物品在使用前应为无菌或经过高压灭菌。为便于参考,本方案中使用的培养基配方列于表1中。
1. 准备 A. tumefaciens 电转感受态细胞
2. 电穿孔 A. tumefaciens
3. AMT 的 C. vulgaris
注意:请平行准备C. vulgaris(UTEX 395,参见材料表)和A. tumefaciens的培养物以进行共培养。C. vulgaris的培养物应比A. tumefaciens的培养物提前3天开始。本实验方案根据Kumar等人发表的方法进行了修改7。
4. 通过菌落PCR(cPCR)验证C. vulgaris转化子中的基因整合
5. 测定转化子的荧光
6. 粗蛋白提取、蛋白纯化及SDS-PAGE电泳
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为了展示使用上述方法实现成功的转化,C. vulgaris 分别与含有 pCAMBIA1302 质粒的 AGL-1 共培养,或不含有质粒的 AGL-1(野生型),并接种于添加了潮霉素B和头孢噻肟的 TAP 琼脂平板上(图1A)。最左侧的平板显示能够在潮霉素B/头孢噻肟平板上生长的转化菌落,中间的平板显示野生型 AGL-1 无法在潮霉素B/头孢噻肟平板上生长。最右侧的平板显示在未使用选择压力(仅含头孢噻肟)的情况下,C. vulgaris 转化子和野生型均能生长。将单菌落划线接种至含潮霉素B和头孢噻肟的 TAP 琼脂平板上(图1B)。从最右侧平板中挑取逃逸菌落(图1B)接种至含潮霉素B和头孢噻肟的 TAP 液体培养基中(图1C)。由于 T-DNA 随机整合后表达水平存在差异,最初在潮霉素B浓度梯度为 25–70 mg/L 的平板上筛选转化子。从每个平板中选取一个菌落,...
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转化效率与多个不同参数相关。A. tumefaciens 菌株的选择对农杆菌介导的转化(AMT)至关重要。AGL-1 是已发现的侵染能力最强的菌株之一,因此在植物 AMT 中被常规使用。在诱导培养基中添加葡萄糖(15–20 mM)对提高 AMT 效率也非常重要。考虑到C. vulgaris可在光能自养和异养条件下生长,微藻培养基中通常省略葡萄糖或其他碳源以防止污染。例如,Bold's Basal Medium(BBM)是C. vulgaris光能自养培养最常用的培养基19。然而,由于缺乏A. tumefaciens偏好的有机碳源和铵态氮源(BBM 使用硝态氮),BBM 无法支持该菌的生长20。因此,本研究采用 TAP 培养基,因其含有乙酸作为C. vulgaris的碳源、葡萄糖作为A. tumefaciens的碳源,以及两种物种均可利用的铵态氮源。TAP 琼脂平板还能显著加快C. vulgaris的生长速度,从而缩短 ...
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未声明任何利益冲突。
作者谨此感谢荷兰莱顿大学莱顿生物研究所的 Paul Hooykaas 教授慷慨提供了 pCAMBIA1302 载体和农杆菌(Agrobacterium tumefaciens)AGL1 菌株。作者还感谢 Eva Colic 在培养荧光转化子过程中提供的帮助。本研究由加拿大自然科学与工程研究理事会以及 Mitacs Accelerate 项目资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 1 Kb Plus DNA 标准品 | FroggaBio | DM015 | |
| 乙酰丁香酮 | 菲舍尔科技 | D26665G | |
| Agrobacterium tumefaciens | Gold Biotechnologies | 菌株:AGL-1;Paul Hooykaas 教授惠赠 | 基因型:C58 RecA (RifR/CarbR) pTiBo542DT-DNA |
| 生物素 | Enzo 生命科学 | 89151-400 | |
| CaCl2·2H2O | VWR | BDH9224-1KG | |
| 头孢噻肟 | AK Scientific | J90010 | |
| Chlorella vulgaris | 德克萨斯大学奥斯汀分校藻类培养中心 | 菌株:UTEX 395 | 野生型菌株 |
| CoCl2·6H2O | 西格玛奥德里奇 | C8661-25G | |
| CuSO4·5H2O | EMD Millipore | CX2185-1 | |
| FeCl3·6H2O | VWR | BDH9234-500G | |
| Gene Pulser Xcell 电穿孔仪 | Bio-Rad | 1652662 | 配备 PC 模块的主机单元。 |
| GeneJET 植物基因组纯化试剂盒 | Thermo Scientific | K0791 | |
| 冰乙酸 | VWR | CABDH3093-2.2P | |
| 甘油 | BioBasic | GB0232 | |
| HEPES 缓冲液 | 西格玛奥德里奇 | H-3375 | |
| 潮霉素 B | 菲舍尔科技 | AAJ6068103 | |
| K2HPO4 | VWR | BDH9266-500G | |
| 卡那霉素 | Gold Biotechnologies | K-250-25 | |
| KH2PO4 | VWR | BDH9268-500G | |
| MgSO4·7H2O | VWR | 97062-134 | |
| MnCl2·4H2O | JT Baker | BAKR2540-01 | |
| Na2CO3 | VWR | BDH7971-1 | |
| Na2EDTA·2H2O | JT Baker | 8993-01 | |
| Na2MoO4·2H2O | JT Baker | BAKR3764-01 | |
| NaCl | VWR | BDH7257-7 | |
| NaH2PO4 H2O | 默克生命科学 | CA80058-650 | |
| NaNO3 | VWR | BDH4574-500G | |
| NEBExpress Ni 树脂 | New England BioLabs | NEB #S1427 | |
| NH4Cl | VWR | BDH9208-500G | |
| pCAMBIA1302 | 莱顿大学 | Paul Hooykaas 教授惠赠 | pBR322,KanR,pVS1,T-DNA(CaMV 35S/HygR/CaMV polyA,CaMV 35S 启动子/mgpf5-6xhis/NOS 终止子) |
| 聚丙烯柱(5 mL) | QIAGEN | 34964 | |
| Precision Plus Protein 未染色蛋白标准品,Strep 标签重组蛋白,1 mL | Bio-Rad | 1610363 | |
| 利福平 | 默克生命科学 | R3501-1G | |
| SunBlaster LED 条形灯 48 英寸 | SunBlaster | 210000000906 | |
| Synergy 4 微孔板紫外/可见光分光光度计 | BioTEK | S4MLFPTA | |
| 四环素 | Thermo Scientific Chemicals | CAAAJ61714-14 | |
| TGX Stain-Free FastCast 丙烯酰胺试剂盒,12% | Bio-Rad | 1610185 | |
| 硫胺素 | TCI America | T0181-100G | |
| Tris 碱 | 菲舍尔科技 | BP152-500 | |
| 胰蛋白胨 | BioBasic | TG217(G211) | |
| 维生素 B12(氰钴胺) | Enzo 生命科学 | 89151-436 | |
| 酵母提取物 | BioBasic | G0961 | |
| ZnSO4·7H2O | JT Baker | 4382-01 |
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