不同啟動(dòng)子eGFP載體在羅氏沼蝦活體內(nèi)的表達(dá)效率比較

任晉東，牛寶龍，樓寶

(浙江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水生生物研究所，浙江 杭州 310021)

羅氏沼蝦(Macrobrachiumrosenbergii)是世界上最大形的淡水蝦之一。原產(chǎn)于印度洋-太平洋熱帶地區(qū)，自1976年引入我國(guó)后，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，市場(chǎng)需求不斷上升，目前已成為我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)淡水蝦類，年均總產(chǎn)值達(dá)到80多億元[1]。羅氏沼蝦的性別決定屬于ZW型，雌雄個(gè)體表型差異較大，雄性個(gè)體體形較大，在生長(zhǎng)速度、抗病性等方面都有著顯著的優(yōu)勢(shì)[2]，因此，利用生物技術(shù)探索羅氏沼蝦性別決定機(jī)理，對(duì)培育羅氏沼蝦單性群體具有重要的意義。但由于羅氏沼蝦細(xì)胞培養(yǎng)技術(shù)體系的缺乏，目前常用的脂質(zhì)體轉(zhuǎn)化、病毒轉(zhuǎn)染進(jìn)行基因功能研究的方法在甲殼類動(dòng)物上效率較低[2-3]，探索有效的外源基因表達(dá)體系是羅氏沼蝦發(fā)育、繁殖等分子遺傳機(jī)理研究的基礎(chǔ)。

已有相關(guān)研究表明，慢病毒表達(dá)體系能夠攜帶外源基因進(jìn)入對(duì)蝦體內(nèi)進(jìn)行表達(dá)[4]，也有研究進(jìn)行精子介導(dǎo)的CMV啟動(dòng)子表達(dá)質(zhì)粒能夠整合到羅氏沼蝦體內(nèi)基因組中[5]，但該研究未進(jìn)行表達(dá)效果驗(yàn)證研究。在蝦類疾病-白斑病毒研究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其囊膜蛋白VP28啟動(dòng)子IE1在蝦類體內(nèi)具有較強(qiáng)的促轉(zhuǎn)錄表達(dá)作用[6]，節(jié)肢類動(dòng)物家蠶上同名的IE1啟動(dòng)子也有較好的促轉(zhuǎn)錄表達(dá)效果，但是表達(dá)效率不如融合了hr5增強(qiáng)子的IE1轉(zhuǎn)錄活性強(qiáng)[7]，而目前關(guān)于羅氏沼蝦的外源基因高效表達(dá)啟動(dòng)子效果的研究尚未有報(bào)道。

因此，本文利用當(dāng)前常用啟動(dòng)子為研究對(duì)象構(gòu)建表達(dá)載體，進(jìn)行活體注射，并通過(guò)熒光報(bào)告基因和基因轉(zhuǎn)錄相對(duì)表達(dá)量來(lái)探索不同啟動(dòng)子在羅氏沼蝦活體的表達(dá)效率，為羅氏沼蝦開展基因功能驗(yàn)證研究提供有效的分子工具。

1 材料與方法

1.1 質(zhì)粒構(gòu)建

構(gòu)建分別包含hr5-IE1、IE1、SV40啟動(dòng)子和下游表達(dá)基因eGFP及終止信號(hào)的表達(dá)質(zhì)粒(圖1)。

圖1 不同啟動(dòng)表達(dá)質(zhì)粒的結(jié)構(gòu)

1.2 活體注射

按照構(gòu)建的啟動(dòng)子質(zhì)粒分3個(gè)組別和1個(gè)對(duì)照組，每組選擇6只體重為5～7 g的羅氏沼蝦個(gè)體注射表達(dá)質(zhì)粒，對(duì)照組注射同樣體積的PBS作為參照。注射部位選擇頭胸甲與后驅(qū)間的肌肉組織，注射量為每克體重1 μg的DNA濃度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行注射，注射12 h后采集所有個(gè)體肌肉組織，并立即置于液氮中用于后續(xù)分析。

1.3 組織熒光檢測(cè)及定量分析

利用綠色熒光燈在黑色背景下檢測(cè)各個(gè)組別樣品的熒光特性。利用全式金Trizol UP試劑盒，提取各樣品總RNA。并利用諾唯贊RT-PCR試劑盒反轉(zhuǎn)錄合格RNA樣品，20 μL體系添加總RNA量控制在1 μg以內(nèi)。

以β-Actin基因?yàn)閮?nèi)參基因，對(duì)eGFP基因表達(dá)量進(jìn)行qPCR定量分析，qPCR引物序列如表1所示。按照10 μL 2×Mix buffer，2 μL Primer-F，2 μL Primer-R，2 μL cDNA和4 μL高純水配制成20 μL的qPCR反應(yīng)體系，利用Bio-Rad的CFX96型qPCR儀進(jìn)行所有樣品的兩步法定量反應(yīng)，程序運(yùn)行結(jié)束記錄所有樣品β-Actin和eGFP基因Ct值用于后續(xù)統(tǒng)計(jì)分析。

表1 基因表達(dá)量qPCR用引物的序列

1.4 相對(duì)表達(dá)量統(tǒng)計(jì)分析

利用各樣品測(cè)定的eGFP和β-Actin基因Ct值計(jì)算，以對(duì)照組為內(nèi)參計(jì)算各組別內(nèi)所有樣品eGFP基因相對(duì)表達(dá)量2-ΔΔCt值。利用方差分析比較不同組間的相對(duì)表達(dá)量差異。

2 結(jié)果與分析

2.1 熒光檢測(cè)

對(duì)實(shí)驗(yàn)個(gè)體注射12 h后，利用綠色熒光檢測(cè)設(shè)備進(jìn)行羅氏沼蝦活體檢測(cè)，結(jié)果表明，攜帶hr5-IE1啟動(dòng)子的樣品組熒光亮度最大，IE1啟動(dòng)子組注射個(gè)體僅有微弱熒光，SV40和對(duì)照組看不到熒光效果(圖2)。

圖2 不同啟動(dòng)子組個(gè)體活體注射后的熒光檢測(cè)

2.2 定量分析

對(duì)注射個(gè)體以對(duì)照組為參照，以β-Actin基因?yàn)閮?nèi)參對(duì)3個(gè)不同啟動(dòng)子組質(zhì)粒注射個(gè)體eGFP基因表達(dá)量進(jìn)行比較分析，結(jié)果表明，hr5-IE1組eGFP基因的相對(duì)表達(dá)量極顯著高于SV40組，顯著高于IE1組，而IE1組也顯著高于SV40組(圖3)。

*和**分別表示差異達(dá)到顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平。圖3 不同啟動(dòng)子組eGFP相對(duì)表達(dá)量比較結(jié)果

3 小結(jié)與討論

同一個(gè)啟動(dòng)子在不同物種之間存在著顯著轉(zhuǎn)錄效率和關(guān)鍵保守域上的差異[8]，也具有在不同物種之間活化和引導(dǎo)特異性RNA聚合酶進(jìn)行下游基因表達(dá)的調(diào)控功能[9]。因此，進(jìn)行不同物種啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性研究是進(jìn)行外源基因體內(nèi)表達(dá)的重要依據(jù)。羅氏沼蝦作為重要的淡水養(yǎng)殖生物，特別是其單基因調(diào)控性別決定機(jī)制的獨(dú)特性，成為性別決定分子機(jī)制研究的重要對(duì)象。而本文章通過(guò)對(duì)常見節(jié)肢動(dòng)物啟動(dòng)子IE1、hr5-IE1及Sv40攜帶外源基因表達(dá)效率的研究，篩選出了羅氏沼蝦活體表達(dá)更加高效的啟動(dòng)子。

IE1是羅氏沼蝦白斑病毒研究中發(fā)現(xiàn)的在其體內(nèi)復(fù)制組裝的關(guān)鍵調(diào)控元件[10]，并且在家蠶等動(dòng)物中都具有轉(zhuǎn)錄外源基因的活性[7]，瞬時(shí)轉(zhuǎn)錄活性較家蠶肌動(dòng)蛋白Actin4(A4)、α微管蛋白、絲素H鏈(Fib-H)啟動(dòng)子較弱[11]，在家蠶遺傳轉(zhuǎn)化研究中其轉(zhuǎn)錄活性也較hr5-IE1有所下降，該結(jié)果與本研究結(jié)果一致，表明插入了增強(qiáng)子hr5的IE1啟動(dòng)子攜帶外源基因進(jìn)行轉(zhuǎn)錄表達(dá)的效率顯著提高，也表明hr5這個(gè)來(lái)源于苜蓿丫紋夜蛾核型多角體病毒的轉(zhuǎn)錄調(diào)控元件[12]，在羅氏沼蝦水生動(dòng)物體內(nèi)也具有增強(qiáng)下游啟動(dòng)子的功能，和RNA聚合酶結(jié)合增強(qiáng)表達(dá)的效率可以達(dá)到219%以上。

SV40啟動(dòng)子是來(lái)源于哺乳動(dòng)物猿猴病毒40的啟動(dòng)子，是哺乳動(dòng)物分子生物工程重要的強(qiáng)啟動(dòng)元件[13]，也在植物細(xì)胞中具有轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)活性[14]，在水生動(dòng)物上的轉(zhuǎn)錄啟動(dòng)活性還未見報(bào)道，在本研究中該啟動(dòng)子和對(duì)照組不具有啟動(dòng)外源基因在羅氏沼蝦體內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)錄表達(dá)的作用，因此，在羅氏沼蝦體內(nèi)進(jìn)行外源基因表達(dá)研究時(shí)建議不作為主要考慮啟動(dòng)子，而IE1啟動(dòng)子和含有hr5增強(qiáng)子的啟動(dòng)子可以重點(diǎn)考慮，但對(duì)于hr5為何在羅氏沼蝦體內(nèi)具有增強(qiáng)IE1啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄活性的作用機(jī)制還尚不清楚，還需進(jìn)一步探索研究。