南京林业大学学报(自然科学版) ›› 2021, Vol. 45 ›› Issue (3): 79-86.doi: 10.12302/j.issn.1000-2006.202009006
收稿日期:
2020-09-02
修回日期:
2021-02-22
出版日期:
2021-05-30
发布日期:
2021-05-31
通讯作者:
陈赢男
基金资助:
GE Baozhu(), XU Qiang, CHEN Yingnan*()
Received:
2020-09-02
Revised:
2021-02-22
Online:
2021-05-30
Published:
2021-05-31
Contact:
CHEN Yingnan
摘要:
【目的】山新杨(Populus davidiana×P. bolleana)是林木基因工程育种基础和应用研究的良好材料;以山新杨蔗糖合酶基因(PdbSUS)为例研究聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)过程介导的重组现象,在此基础上区分每一个PdbSUS基因的两种单倍型,为后续研究提供准确的序列信息,并为判断木本植物基因真实的单倍型遗传信息提供参考。【方法】分别采集番茄(Lycopersicon esculentum)和山新杨新鲜嫩叶,以番茄基因组为内参,利用流式细胞仪测定山新杨基因组大小及其倍性水平。参考毛果杨(P. trichocarpa)蔗糖合酶序列设计引物,分别以山新杨基因组DNA和cDNA为模板进行同源克隆,将PCR扩增产物回收纯化,连接测序载体并转化大肠杆菌感受态细胞,挑取阳性克隆进行菌液PCR验证,将整合有外源片段的转化子进行一代测序。利用SnapGene及DNAMAN软件对测序结果进行分析比对。【结果】山新杨为二倍体植物,获得了7个PdbSUS基因的全长序列,并分别在基因组和转录水平鉴定出每个基因的两种单倍型序列。同时,检测到PCR介导的重组现象并通过限制性酶切多态性(RFLP)进行了验证。在测序的209个克隆中,发现有18个含有嵌合产物,占比8.6%,不同基因产生嵌合产物的概率为0~33.3%。检测到的嵌合产物均来自同一个位点的不同等位基因之间发生重组,未发现不同蔗糖合酶基因之间发生重组的现象。【结论】PCR介导的重组是PCR反应过程中能够衍生重组分子的一种高频事件,该现象可能是由于引物延伸不完全或聚合酶模板转换导致。在利用PCR技术克隆木本植物或其他基因组杂合度较高物种的基因时,需识别产物中重组分子才能够准确区分单倍型的遗传信息。
中图分类号:
葛宝柱,徐强,陈赢男. 山新杨蔗糖合酶基因PCR介导的重组现象研究[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2021, 45(3): 79-86.
GE Baozhu, XU Qiang, CHEN Yingnan. The phenomenon of PCR-mediated recombination by using SUS genes of Populus davidiana×P. bolleana[J].Journal of Nanjing Forestry University (Natural Science Edition), 2021, 45(3): 79-86.DOI: 10.12302/j.issn.1000-2006.202009006.
表1
扩增山新杨PdbSUS基因全长序列的引物序列及延伸时间"
项目 item | 基因名称 gene name | 引物 primer (5'-3') | 预期产物长度/bp expected amplicon length | 延伸时间/min extending time | |||
---|---|---|---|---|---|---|---|
基因组DNA全长 genomic DNA full length | PdbSUS1 | F: GAATAGTGTGGTTTCTCTG | 4 998 | 4.0 | |||
R: CCGTGTTTCCTCCATTTCTTCAGTT | |||||||
PdbSUS2 | F: CCTTTTGTTATGGAAACCTATTG | 5 570 | 4.5 | ||||
R: GGAGGATTTGTAAAGAACAGTGC | |||||||
PdbSUS3 | F: AGTGACAGTTTCCCAAT | 6 000 | 5.5 | ||||
R: TGTGATAGTGCTGCGTCTGA | |||||||
PdbSUS4 | F: GACCCTTTTCTGTTATCATTCGTT | 4 727 | 4.5 | ||||
R: ATCAGCCTAGTTAGTTTCCTTTCTTT | |||||||
PdbSUS5 | F: CGTATCAGGATTTCCAGCAGAGG | 3 187 | 3.0 | ||||
R: ATACAATGTGCTCCCGATGAAAT | |||||||
PdbSUS6 | F: TTGCGAGCACGGAAAGGA | 4 541 | 4.5 | ||||
R: GAGGAGAGAAGAAGCCGC | |||||||
PdbSUS7 | F: TCAGGGTGCCATTTAGGGTAGA | 2 263 | 2.0 | ||||
R: GAGCAGGTGAAAGTAGAGGA | |||||||
项目 item | 基因名称 gene name | 引物 primer (5'-3') | 预期产物长度/bp expected amplicon length | 延伸时间/min extending time | |||
cDNA全长 cDNA full length | PdbSUS1-c | F: ATGGCTGAACGTGCTCTTAC | 2 613 | 2.5 | |||
R: TCACTCCTTAGTCAAAGGAA | |||||||
PdbSUS2-c | F: ATGGCTGCACTTACTCGT | 2 412 | 2.5 | ||||
R: TTACTCGATAGTCAAAGGAACAGAATC | |||||||
PdbSUS3-c | F: ATGGCAAACCCTAAGCTTGA | 2 436 | 2.5 | ||||
R: TTAATGCCGGTCATCGATTG | |||||||
PdbSUS4-c | F: ATGGCTTCTGCACCAGTCCT | 2631 | 2.5 | ||||
R: TTATGGACTCCAGCCTTCATCTCTG | |||||||
PdbSUS5-c | F: ATGAGGTTGCTTTCTGAATCACTTCAA | 1 737 | 2.0 | ||||
R: CTACTTTGTCTGCTGCTTCCTG | |||||||
PdbSUS6-c | F: ATGGCAACCTTGAAGAGGTCTGA | 2 472 | 2.5 | ||||
R: TTAAGTAACGTCAGGTGGCGC | |||||||
PdbSUS7-c | F: ATGGCTGGTAAACTTGGGGT | 1 251 | 1.0 | ||||
R: TTAAGCTCCGAAAAACTTCTGCCA |
表2
山新杨蔗糖合酶基因测序结果统计"
基因名称 gene name | 预期产物 长度/bp expected amplicon length | 实际产物长度/bp actual amplicon length | 总测序克隆数 total number of sequenced clones | 含嵌合 产物克隆数 number of clones with chimeric products | 单倍型数目 number of genotypes | |
---|---|---|---|---|---|---|
单倍型Ⅰ Haplotype Ⅰ | 单倍型Ⅱ Haplotype Ⅱ | |||||
PdbSUS1 | 4 998 | 3 955 | 3 935 | 20 | 3 | 5 |
PdbSUS2 | 5 570 | 4 511 | 4 510 | 12 | 4 | 4 |
PdbSUS3 | 6 000 | 5 463 | 5 462 | 13 | 0 | 2 |
PdbSUS4 | 4 727 | 4 695 | — | 16 | 0 | 1 |
PdbSUS5 | 3 187 | 3 186 | 3 189 | 14 | 3 | 4 |
PdbSUS6 | 4 541 | 4 543 | 4 556 | 16 | 0 | 2 |
PdbSUS7 | 2 263 | 2 274 | 2 274 | 13 | 2 | 4 |
PdbSUS1-c | 2 613 | 2 418 | 2 418 | 17 | 0 | 2 |
PdbSUS2-c | 2 412 | 2 412 | 2 412 | 10 | 2 | 4 |
PdbSUS3-c | 2 436 | 2 436 | 2 436 | 8 | 1 | 3 |
PdbSUS4-c | 2 631 | 2 769 | 2 769 | 19 | 0 | 1 |
PdbSUS5-c | 1 737 | 1 923 | 1 923 | 18 | 2 | 4 |
PdbSUS6-c | 2 472 | 2 661 | 2 583 | 18 | 0 | 2 |
PdbSUS7-c | 1 251 | 1 251 | 1 251 | 15 | 1 | 3 |
总数total number | — | — | — | 209 | 18 | — |
[1] |
ODELBERG S J, WEISS R B, HATA A, et al. Template-switching during DNA synjournal by Thermus aquaticus DNA polymerase I[J]. Nucleic Acids Res, 1995,23(11):2049-2057. DOI: 10.1093/nar/23.11.2049.
doi: 10.1093/nar/23.11.2049 |
[2] | VON WINTZINGERODE F, GÖBEL U B, STACKEBRANDT E. Determination of microbial diversity in environmental samples: pitfalls of PCR-based rRNA analysis[J]. FEMS Microbiol Rev, 1997,21(3):213-229. DOI: 10.1111/j.1574-6976.1997.tb00351.x. |
[3] |
LENZ T L, BECKER S. Simple approach to reduce PCR artefact formation leads to reliable genotyping of MHC and other highly polymorphic loci: implications for evolutionary analysis[J]. Gene, 2008,427(1/2):117-123. DOI: 10.1016/j.gene.2008.09.013.
doi: 10.1016/j.gene.2008.09.013 |
[4] |
POTAPOV V, ONG J L. Examining sources of error in PCR by single-molecule sequencing[J]. PLoS One, 2017,12(1):e0169774. DOI: 10.1371/journal.pone.0169774.
doi: 10.1371/journal.pone.0169774 |
[5] |
JUDO M S, WEDEL A B, WILSON C. Stimulation and suppression of PCR-mediated recombination[J]. Nucleic Acids Res, 1998,26(7):1819-1825. DOI: 10.1093/nar/26.7.1819.
doi: 10.1093/nar/26.7.1819 |
[6] |
CRONN R, CEDRONI M, HASELKORN T, et al. PCR-mediated recombination in amplification products derived from polyploid cotton[J]. Theor Appl Genet, 2002,104(2/3):482-489.DOI: 10.1007/s001220100741.
doi: 10.1007/s001220100741 |
[7] | 李振海, 董元珍, 赵凌泉. 山新杨扦插育苗技术[J]. 东北林业大学学报, 2005,33(4):100-101. |
LI Z H, DONG Y Z, ZHAO L Q. Cuttage seedling-raising technique of Populus davidiana × bolleana[J]. J Northeast For Univ, 2005,33(4):100-101. DOI: 10.3969/j.issn.1000-5382.2005.04.036. | |
[8] | 何艺涛, 王广亚, 范春芬, 等. 植物蔗糖合酶研究进展[J]. 植物生理学报, 2020, 56(6), 56: 1165-1176. |
HE Y T, WANG G Y, FAN C F, et al. Research progress of sucrose synthase in plants[J]. Plant Physiol J, 2020, 56(6), 56: 1165-1176. DOI:10.13592/j.cnki.ppj.2019.0230. | |
[9] |
DPOOLEŽEL J, BINAROVÁ P, LCRETTI S. Analysis of nuclear DNA content in plant cells by flow cytometry[J]. Biol Plant, 1989,31(2):113-120. DOI: 10.1007/BF02907241.
doi: 10.1007/BF02907241 |
[10] |
Tomato Genome Consortium. The tomato genome sequence provides insights into fleshy fruit evolution[J]. Nature, 2012,485(7400):635-641. DOI: 10.1038/nature11119.
doi: 10.1038/nature11119 |
[11] |
TUSKAN G A, DIFAZIO S, JANSSON S, et al. The genome of black cottonwood,Populus trichocarpa (Torr. & Gray)[J]. Science, 2006,313(5793):1596-1604. DOI: 10.1126/science.1128691.
doi: 10.1126/science.1128691 |
[12] |
SAIKI R K, GELFAND D H, STOFFEL S, et al. Primer-directed enzymatic amplification of DNA with a thermostable DNA polymerase[J]. Science, 1988,239(4839):487-491. DOI: 10.1126/science.2448875.
doi: 10.1126/science.239.4839.487 |
[13] | YU W, RUSTERHOLTZ K J, KRUMMEL A T, et al. Detection of high levels of recombination generated during PCR amplification of RNA templates[J]. Bio Techniques, 2006,40(4):499-507. DOI: 10.2144/000112124. |
[14] |
MEYERHANS A, VARTANIAN J P, WAIN-HOBSON S. DNA recombination during PCR[J]. Nucleic Acids Res, 1990,18(7):1687-1691. DOI: 10.1093/nar/18.7.1687.
doi: 10.1093/nar/18.7.1687 |
[15] |
YANG Y L, WANG G, DORMAN K, et al. Long polymerase chain reaction amplification of heterogeneous HIV type 1 templates produces recombination at a relatively high frequency[J]. AIDS Res Hum Retroviruses, 1996,12(4):303-306. DOI: 10.1089/aid.1996.12.303.
doi: 10.1089/aid.1996.12.303 |
[16] |
LAHR D J, KATZ L A. Reducing the impact of PCR-mediated recombination in molecular evolution and environmental studies using a new-generation high-fidelity DNA polymerase[J]. Biotechniques, 2009,47(4):857-866. DOI: 10.2144/000113219.
doi: 10.2144/000113219 |
[17] |
QIU X, WU L, HUANG H, et al. Evaluation of PCR-generated chimeras, mutations, and heteroduplexes with 16S rRNA gene-based cloning[J]. Appl Environ Microbiol, 2001,67(2):880-887. DOI: 10.1128/aem.67.2.880-887.2001.
doi: 10.1128/AEM.67.2.880-887.2001 |
[18] |
KURATA S, KANAGAWA T, MAGARIYAMA Y, et al. Reevaluation and reduction of a PCR bias caused by reannealing of templates[J]. Appl Environ Microbiol, 2004,70(12):7545-7549.DOI: 10.1128/aem.70.12.7545-7549.2004.
doi: 10.1128/AEM.70.12.7545-7549.2004 |
[19] |
KANAGAWA T. Bias and artifacts in multitemplate polymerase chain reactions (PCR)[J]. J Biosci Bioeng, 2003,96(4):317-323. DOI: 10.1016/s1389-1723(03)90130-7.
doi: 10.1016/S1389-1723(03)90130-7 |
[20] |
SHAFIKHANI S. Factors affecting PCR-mediated recombination[J]. Environ Microbiol, 2002,4(8):482-486. DOI: 10.1046/j.1462-2920.2002.00326.x.
doi: 10.1046/j.1462-2920.2002.00326.x |
[21] |
OLSEN D B, ECKSTEIN F. Incomplete primer extension during in vitro DNA amplification catalyzed by Taq polymerase; exploitation for DNA sequencing[J]. Nucleic Acids Res, 1989,17(23):9613-9620. DOI: 10.1093/nar/17.23.9613.
doi: 10.1093/nar/17.23.9613 |
[22] |
BRADLEY R D, HILLIS D M. Recombinant DNA sequences generated by PCR amplification[J]. Mol Biol Evol, 1997,14(5):592-593. DOI: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a025797.
doi: 10.1093/oxfordjournals.molbev.a025797 |
[1] | 马坛, 田野, 王书军, 李文昊, 段启英, 张庆源. 不同性别南方型黑杨无性系叶片对土壤短期间歇性干旱的生理响应[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2024, 48(3): 172-180. |
[2] | 王改萍, 章雷, 曹福亮, 丁延朋, 赵群, 赵慧琴, 王峥. 红蓝光质对银杏苗木生长生理特性及黄酮积累的影响[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2024, 48(2): 105-112. |
[3] | 宋子琪, 卞国良, 林峰, 胡凤荣, 尚旭岚. 流式细胞仪鉴定青钱柳倍性方法的建立及其应用[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2024, 48(2): 61-68. |
[4] | 孙旭高, 陶家璐, 谢微, 石洁, 张宝津, 邓小梅. 米老排优树组培技术体系优化研究[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2024, 48(2): 69-78. |
[5] | 顾宸瑞, 袁启航, 姜静, 穆怀志, 刘桂丰. 基于转录组测序的关联分析定位裂叶桦叶形调控基因[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2024, 48(1): 39-46. |
[6] | 杨蕴力, 曹俐, 王阳, 顾宸瑞, 陈坤, 刘桂丰. BpGLK1基因干扰表达对裂叶桦叶色及生长的影响[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2024, 48(1): 18-28. |
[7] | 王伟, 邱志楠, 李爽, 白向东, 刘桂丰, 姜静. CRISPR/Cas9核糖核蛋白介导的无T-DNA插入的白桦BpGLK1精准突变[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2024, 48(1): 11-17. |
[8] | 国颖, 杨港归, 吴雨涵, 何杰, 何玉洁, 廖浩然, 薛良交. DNA甲基化调控植物组织培养过程的分子机制研究进展[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2023, 47(6): 1-8. |
[9] | 陈俊娜, 王晓宇, 陈晨, 彭辉武, 陈娟, 黄卫和, 喻方圆. BR对东京野茉莉种子中脂肪酸合成相关酶活性及油脂积累的影响[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2023, 47(6): 35-41. |
[10] | 宫楠, 祖鑫, 解志军, 朱长红, 李淑娴. 紫荆种子吸胀和层积过程中不同相态水分变化的核磁共振检测[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2023, 47(6): 42-50. |
[11] | 王章荣, 季孔庶, 徐立安, 邹秉章, 林能庆, 林景泉. 马尾松实生种子园营建技术、现实增益及多世代低成本经营新模式探讨[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2023, 47(6): 9-16. |
[12] | 欧阳, 欧阳芳群, 孙猛, 王超, 王军辉, 安三平, 王丽芳, 许娜, 王猛. 欧洲云杉无性系幼龄生长节律、年度和密度互作效应及选择策略[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2023, 47(6): 95-104. |
[13] | 罗芊芊, 李峰卿, 肖德卿, 邓章文, 王建华, 周志春. 两个南方红豆杉天然居群的交配系统分析[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2023, 47(5): 80-86. |
[14] | 郭伟, 韩秀, 张利, 王迎, 杜辉, 燕语, 孙忠奎, 张林, 李国华, 罗磊. 青檀扦插苗对不同氮素水平的形态、光合生理响应和转录组分析[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2023, 47(5): 87-96. |
[15] | 刘蓉, 吴德军, 王因花, 任飞, 李丽, 燕丽萍, 周晓锋. 白蜡花粉最佳离体萌发培养基筛选[J]. 南京林业大学学报(自然科学版), 2023, 47(3): 70-76. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||