植物類鈣調素CML37 的轉錄激活活性分析

蘇智宏 黎圣金 田長恩 周玉萍

植物鈣調素和類鈣調素是細胞內最重要的一類Ca2+感受器，CaM/CML 通過與鈣調素結合蛋白結合來調節細胞生理過程[1]。擬南芥有4 個CaM 蛋白和50 個CML 基因，干旱脅迫下類鈣調素CML37 突變體積累的ABA含量顯著低于野生型，表明CML37 正向調節植物對生物和非生物脅迫的響應，參與JA和ABA信號調節[2]。擬南芥IQM4 是一個Ca2+不依賴型鈣調素結合蛋白，通過參與ABA合成調節種子休眠和萌發，但IQM4 上游CaM 或CML尚未鑒定[3]。在通過酵母雙雜交實驗來研究CML37 與IQM4 的相互作用時，觀察到轉化了pGBKT7- CML37 和pGADT7 質粒的酵母菌在四缺培養基(SD- Ade/His/Leu /Trp)上正常生長并激活了報告基因LacZ 的表達。同時，酵母單雜交實驗也證實了擬南芥類鈣調素CML37 具有轉錄激活活性。

1 材料與方法

1.1 材料

擬南芥為Columbia 生態型；大腸桿菌為E.coli DH5α；酵母雙雜交系統為Clontech公司的Matchmaker Gal4 Two- Hybrid System3；Carrier DNA 購自Sigma 公司；實驗所使用的膠回收試劑盒、DNA 片段純化試劑盒、限制性核酸內切酶、DNA 連接酶、PRIMER STAR 高保真DNA 聚合酶、rTaq DNA 聚合酶均為TaKaRa 公司產品。

1.2 方法

1.2.1 擬南芥CML37 與IQM4 基因克隆

從TAIR 數據庫獲取CML37 和IQM4 的CDS 序列，分別設計克隆引物。以擬南芥cDNA 為模板，利用PRIMERSTAR 高保真DNA 聚合酶進行PCR 擴增，PCR 反應結束后，取少量產物進行瓊脂糖凝膠電泳分析。

1.2.2 酵母表達載體構建

PCR 產物分別用DNA 片段純化試劑盒純化后，其中AD- CML37 片段用EcoR I 和BamH I 定向插入酵母表達載體pGADT7 質粒，BD- CML37 片段用EcoR I 和Pst I 定向插入pGBKT7 質粒，而IQM4 片段用Nde I 和Xma I 分別定向插入pGADT7 和pGBKT7 質粒。4 種連接產物分別轉化E.coli DH5α 感受態細胞，涂布至含相應抗生素的LB 固體培養基（pGADT7 為氨芐青霉素抗性；pGBKT7為硫酸卡那霉素抗性），使用克隆用引物直接菌落PCR 鑒定陽性轉化子并送至華大公司測序證實。

1.2.3 酵母單雜交分析

采用PEG/LiAC 法將BD- CML37 和BD 質粒分別轉化酵母感受態細胞AH109（圖1），涂布于SD- Trp；將AD- CML37和AD 質粒分別轉化酵母感受態細胞并涂布于SD- Leu，30℃培養4 d 至菌落形成。從SD- Trp 平板上挑取長勢良好的單菌落接種于SD- Ade/His/Trp，從SD- Leu 平板挑取長勢良好的單菌落接種于SD- Ade/His/Leu，30℃繼續培養4 d。

2 結果

2.1 擬南芥CML37 與IQM4 基因克隆及載體構建

擬南芥CML37 的CDS 序列長558bp，IQM4 的CDS 序列長1599bp，克隆產物經PCR 擴增和瓊脂糖凝膠電泳后，得到的條帶符合預期。連接產物轉化E.coliDH5α 感受態細胞，采用菌落直接PCR 鑒定陽性轉化子，陽性克隆送至華大公司測序，測序結果證明CML37、IQM4 基因序列內部沒有發生改變。

2.2 酵母雙雜交分析

前期酵母雙雜交實驗結果表明，含有AD- IQM4+BD- CM L37 和AD+BD- CML37 質粒組合的酵母菌不僅在四缺培養基上正常生長，還能分解X- α- gal 產生藍色菌落；但AD- CML 37+BD- IQM4 質粒組合的酵母不能在四缺培養基上生長。結果表明：在酵母細胞內，CML37 不能與IQM4 蛋白相互作用，BD- CML37 融合蛋白具有轉錄因子功能，而AD- CML37 不具備轉錄因子功能。

2.3 酵母單雜交分析

酵母單雜交實驗中將AD- CML37 質粒轉化酵母細胞后，涂布于SD- Leu 上培養4d 后，將轉化酵母轉接到SD- Leu/His/Ade 上繼續培養4d 后沒有觀察到酵母菌落（圖1A）；將BD- CML37 質粒轉化酵母細胞后，涂布于SD- Trp 上培養4d 后，挑取篩選培養基上的酵母接種另一種三缺培養基SD- Trp/His/Ade 上繼續培養4d 后觀察到酵母菌落（圖1B）。轉化有BD- CML37 質粒的酵母菌能夠在三缺培養基上生長，但轉化AD- CML37 質粒的酵母菌不能生長。酵母單雜交分析表明，擬南芥CML37 蛋白缺少DNA 結合活性，但具有激活活性；在酵母細胞中，CML37 與BD（DNA 結合域）融合后具有轉錄因子的功能。

圖1 CML37 的酵母單雜交分析

3 結論和討論

酵母雙雜交技術交廣泛應用于蛋白分子之間相互作用的研，酵母單雜交實驗能夠應用于驗證轉錄因子的DNA 結合活性和自激活活性[4]，擬南芥CML37 蛋白有3 個EF- hand 基序，沒有其他功能結構域，但酵母雙雜交和單雜交分析都證明CML37具有轉錄激活功能，說明CML37 基因功能研究還存在未認識的問題。