Cre重组酶的研究进展

Cre重组酶来源于噬菌体P1基因组中的一段DNA序列编码的蛋白,是一种无需辅助因子即可进行位点特异性重组的生物酶。它的发现为基因靶位操作创造了有利条件,由于其作用方式高效简单,Cre定位重组系统已在特定基因的删除、基因功能的鉴定、外源基因的整合、基因捕获及染色体工程等方面得到了有效的利用,文章就Cre重组酶的结构、功能、突变分析和改造及Cre重组酶的应用潜力等方面的研究进行了综述。     

PIWIL1基因启动子调控的特异表达Cre重组酶的转基因猪的构建

[目的]建立PIWIL1基因启动子调控的特异性表达Cre重组酶的转基因猪,为研究piRNA及其相关基因的功能和机制奠定基础。[方法]通过PCR扩增,从猪的全基因组上扩增出PIWIL1基因的启动子。切除猪源Cre重组酶的表达载体pET28a-MHC-Cre-BGHpo1yA-FRT2neor的启动子MHC,将其与PIWIL1基因启动子连接,构建成特异性表达Cre重组酶的pPIWIL1-Cre载体。将该载体转染小型猪胎儿成纤维细胞,通过G418筛选,获得阳性克隆进行核移植。[结果]获得2头PIWIL1基因启动子调控的特异表达Cre酶的转基因猪。[结论]成功构建了PIWIL1基因启动子调控的特异表达Cre重组酶的转基因猪,为研究piRNA及其相关基因的功能和机制提供了工具猪。     

表达Cre重组酶的真核细胞系的建立及在重组伪狂犬病病毒研究中的应用

根据Cre基因序列设计并合成1对引物,PCR扩增出Cre基因编码区,克隆于pIREShyg载体,得到重组质粒pIREShyg-Cre,转染HEK-293A细胞后经400 μg·mL-1 Hygromycin B的筛选,将其中1个阳性克隆命名为293A-Cre.利用伪狂犬病病毒(Pseudorabies virus,PRV)S03109株(带有gfp报告基因表达盒及loxP位点)感染293A-Cre细胞,荧光显微镜观察、PCR及Western blot检测gfp基因的表达.结果表明,S03109感染293A-Cre二代后loxP位点间的gfp表达盒被删除,获得重组病毒S0419.将S0419感染已转染pBlulox的293A-Cre细胞,在RK13细胞上筛选得到表达LacZ的重组病毒S06293.S06293在293A-Cre细胞上传代2次,X-Gal原位染色表明LacZ的表达消失.测序结果证实,在Cre重组酶作用下,2个同向loxP序列之间的外源基因序列被正确除去.以上结果表明,本研究构建的稳定表达Cre重组酶的293A-Cre细胞系可以用于在包含有loxP位点的PRV基因组中外源基因的快速删除或整合.     

酿酒酵母 ERG6基因缺失突变株的构建

设计含有与ERG6基因两侧序列同源的长引物,以质粒pBlue-Kan为模板进行PCR扩增,构建含有Cre/lox P系统的酿酒酵母ERG6基因敲除组件.将基因敲除组件转化至酿酒酵母(Saccharomyce cerevisiae)AD1-8,通过同源重组的方式使目的基因缺失,获得为lox P-Kan-lox P序列组件所替换而产生Kanr的阳性克隆子.然后再将质粒pHis-Cre转入阳性克隆子表达Cre重组酶敲除筛选标记,成功获得酿酒酵母ERG6基因缺失的突变株,并命名为AD1-8-δ.     

结构域Tt APuX21蛋白在大肠杆菌中的表达及纯化

利用多聚酶链反应技术,扩增出编码结构域Tt APuX21的基因Tt apux21,然后将Tt apux21克隆到表达载体pET21a( )中.得重组质粒.重组质粒命名为pEX21,并转化到表达宿主菌大肠杆菌Tuner 中.30℃、O-1mmol·L-1 IPTG诱导5h后.SDS-PAGE检验表明Tt APuX21获得高效表达.将表达产物加入到TalonTM树脂中,进行金属离子亲和层析,得纯化产物.     

表达Cre重组酶的真核细胞系的建立及在重组伪狂犬病病毒研究中的应用

根据Cre基因序列设计并合成1对引物,PCR扩增出Cre基因编码区,克隆于pIREShyg载体,得到重组质粒pIREShyg-Cre,转染HEK-293A细胞后经400 μg·mL-1 Hygromycin B的筛选,将其中1个阳性克隆命名为293A-Cre.利用伪狂犬病病毒(Pseudorabies virus,PRV)S03109株(带有gfp报告基因表达盒及loxP位点)感染293A-Cre细胞,荧光显微镜观察、PCR及Western blot检测gfp基因的表达.结果表明,S03109感染293A-Cre二代后loxP位点间的gfp表达盒被删除,获得重组病毒S0419.将S0419感染已转染pBlulox的293A-Cre细胞,在RK13细胞上筛选得到表达LacZ的重组病毒S06293.S06293在293A-Cre细胞上传代2次,X-Gal原位染色表明LacZ的表达消失.测序结果证实,在Cre重组酶作用下,2个同向loxP序列之间的外源基因序列被正确除去.以上结果表明,本研究构建的稳定表达Cre重组酶的293A-Cre细胞系可以用于在包含有loxP位点的PRV基因组中外源基因的快速删除或整合.     

人工雄性不育基因及恢复基因表达载体的构建

结合Cre/loxp定位重组系统和杂种一代的育种特点,构建了雄性不育基因表达载体pCABARTABn和相应的恢复基因表达载体pBINPLUSCre.将位于质粒pTIABn中的雄性不育基因表达盒(含TA 29启动子、barnase基因及Nos终止子)切下插入中间克隆载体pGloxp 2个同向lox位点之间,再将上述表达盒连同lox位点切下插入pCAMBar,获得以除草剂Basta为筛选剂的雄性不育基因表达载体pCABARTABn.PCR方法从溶原菌BM 25.8基因组DNA扩增出Cre基因,克隆测序验证无误后插入PBI 525 CaMV 35 S-35 S双启动子和Nos终止子之间,再将表达盒切下插入pBINPLUS质粒相应位点,得到恢复基因植物表达载体pBINPLUSCre.     

传染性鼻气管炎病毒gD基因表位的原核表达与纯化

[目的]对牛传染性鼻气管炎病-毒(IBRV) gD基因表位进行原核表达,并对表达产物进行纯化鉴定.[方法]利用PCR扩增出gD基因3段表位即gD-A、gD-B、gD-C,并构建原核表达重组质粒pET-28a-gD.将其转入BI21(DE3)表达菌中,IPTG诱导表达.表达的gD重组蛋白经亲和层析纯化后,进行Western blot分析.[结果]重组表达质粒pET-28a-gD经PCR、双酶切及测序证明构建正确.SDS-PAGE表明,gD蛋白在大肠埃希菌中高效表达,表达的重组蛋白相对分子量约48 ku,与预期的蛋白分子量一致.纯化后的gD重组蛋白浓度为0.128mg//ml,免疫印迹结果显示纯化后的gD重组蛋白能与IBR标准阳性血清发生特异性反应,说明其免疫原性良好.[结论]成功表达了gD基因表位蛋白,该蛋白具有良好的反应原性,可作为预防IBR基因工程亚单位疫苗的候选抗原.     

利用Cre/lox重组系统建立番茄基因工程雄性不育恢复系

 【目的】利用Cre/lox重组系统具有的重组删除特性建立番茄工程恢复系,特异删除F1中的雄性不育基因恢复其育性。【方法】将TA29-Barnase雄性不育基因表达盒置于两个同向lox位点之间并与NPTⅡ基因、Bar基因融合后获得植物表达载体pBinBarloxTABn,转化番茄获得雄性不育转基因植株。Cre基因在 CaMV35S启动子的驱动下转入番茄获得工程恢复系。两者在开花时进行杂交,利用Cre重组酶删除F1中的TA29-Barnase不育基因表达盒使育性恢复。【结果】利用NPTⅡ作为转化筛选标记基因获得了番茄雄性不育转基因植株。转基因植株中的Bar基因能正常表达,真叶叶盘在含PPT 3 mg?L-1（phosphinothricin）分化培养基上能分化愈伤组织及芽;真叶具有抗PPT 20 mg?L-1浓度以上的能力。获得的TA29-Barnase转基因植株表现雄蕊退化、无花粉产生或产生少量形状畸形且无生活力的花粉。雄性不育植株自花授粉不能坐果,用非转基因保持系花粉授粉后,果实正常膨大结籽,杂交后代对除草剂Basta的抗性按1﹕1分离。不育植株与Cre转基因工程恢复系杂交后,果实也正常膨大结籽。对不育植株与Cre转基因工程恢复系杂交后代进行分子检测,结果发现同时含Bar 基因和Cre基因F1植株中的TA29-Barnase雄性不育基因被精确删除。TA29-Barnase基因删除植株育性被恢复,能正常开花结果。【结论】利用Cre/lox重组系统建立的Cre工程恢复系成功将番茄F1代中的不育基因删除,恢复了 F1的育性。该研究结果为植物基因工程雄性不育系的育性恢复提供了一条新的途径。     

A型口蹄疫病毒VP3基因的克隆及原核表达

从实验室冻存的含A型口蹄疫病毒的细胞中提取FMDV总RNA,通过RT- PCR获得cDNA.并根据FM-DV全基因组序列设计了1对针对VP3基因的引物,通过PCR扩增得到目的基因VP3并亚克隆入pMD 18-T载体.将鉴定出的阳性质粒和表达载体PET32a用BamH Ⅰ、HindⅢ双酶切回收后连接,获得阳性重组质粒PET32-VP3.用IPTG诱导重组质粒表达目的蛋白VP3,并用SDS - PAGE进行检测,表达产物用镍亲和树脂进行纯化.结果证明口蹄疫病毒VP3蛋白在大肠杆菌中获得了高效表达且表达产物得到了纯化,为实验室进一步研究提供了重要的材料.     

Cre／loxp重组系统在转基因植物中删除标记基因的应用

在植物遗传转化中，标记基因是必须的，但标记基因的存在引起人们对转基因食品安全性的关注。Cre／loxp重组系统可用于删除转基因植物中的标记基因，可以通过杂交或二次转化，或瞬时表达、诱导表达、组织特异表达重组酶来获得无标记基因的转基因植株。     

基于AlcR/alcA和Cre/loxP系统的标记基因诱导删除体系

 【目的】通过构建能够在植物生长发育阶段经乙醇诱导将选择标记基因删除的载体，消除选择标记基因带来的潜在安全隐患。【方法】利用AlcR/alcA诱导系统和Cre/loxP位点特异性重组系统删除选择标记基因。当外源诱导物乙醇存在时，激活下游Cre的表达。Cre重组酶识别2个同向loxP位点，剔除位点之间的DNA片段，包括选择标记基因、AlcR/alcA系统和Cre/loxP系统，而目的基因gus在诱导前后均为组成型表达。【结果】拟南芥转基因植株受乙醇诱导严格控制Cre表达的“开”和“关”。经诱导的转基因植株不能在选择培养基上继续生长。分子生物学检测显示，2个同向loxP位点间序列均已删除，表明标记基因删除效果明显。【结论】基于AlcR/alcA和Cre/loxP系统的标记基因诱导删除体系切实可行，有广泛的应用前景。     

人工雄性不育基因及恢复基因表达载体的构建

结合Cre／loxp定位重组系统和杂种一代的育种特点,构建了雄性不育基因表达载体pCABARTABn和相应的恢复基因表达载体pBINPLUSCre。将位于质粒pTTABn中的雄性不育基因表达盒(含TA29启动子、barnase基因及Nos终止子)切下插入中间克隆载体pGloxp2个同向lox位点之间,再将上述表达盒连同lox位．占、切下插入pCAMBar,获得以除草剂Basta为筛选剂的雄性不育基因表达载体pCABARTABn。PCR方法从溶原菌BM25．8基因组DNA扩增出Cre基因,克隆测序验证无误后插入PBI 525 CaMV 35 S-35S双启动子和Nos终止子之间,再将表达盒切下插入pBINPLUS质粒相应位点,得到恢复基因植物表达载体pBINPLUSCre。     

大鼠品系PGR-iCre构建

采用CRISPR/Cas9基因编辑技术首次制备用于子宫基因敲除的PGR-iCre大鼠。PGR-iCre大鼠与含有Flox报告基因Tdtomato大鼠(Tdtomatof/f)杂交得到PGRCre+/--Tdtomatof/+大鼠。利用real-time PCR、免疫组化、荧光检测等技术检测Tdtomato基因在PGRCre+/--Tdtomatof/+大鼠不同器官表达,间接检测PGR驱动的Cre重组酶组织特异性表达。结果表明,PGR驱动Cre重组酶在大鼠子宫、卵巢、输卵管、乳腺、下丘脑、垂体、脾脏、肾脏、肺等器官不同程度表达;未检测到Cre重组酶在心脏、肝脏、肌肉中表达。综上,PGR-iCre大鼠可作为子宫基因敲除工具鼠研究大鼠子宫表达基因的相关功能。     

Construction of chimeric viruses based on pepper mild mottle virus using a modified Cre/loxP system

Cre/loxP, a site-specific recombination system, has been widely used for various purposes, including chromosomal translocations, generation of marker-free transgenic plants, tissue-specific activation of a reporter gene and efficient heterologous gene expression in plants. However, stable or transient expression of Cre recombinase in plants can cause chlorosis or necrosis. Here, we describe a modified Cre/loxP recombination system using a DNA fragment flanked with loxP sites in the same orientation in which necrosis induced by Cre recombinase in Nicotiana benthamiana leaves was alleviated. The modified system was successfully used to create functional GFP-tagged pepper mild mottle virus (PMMoV) and a chimeric virus with coat protein (CP) substitution assembled from separate pro-vector modules. Our results provide a new strategy and flexible technique to construct chimeric virus and infectious clones for plant viruses with large genomes.     

Construction of Marker-Free GFP Transgenic Tobacco by Cre/Iox Site-Specific Recombination System

Marker-free GFP transgenic tobacco plants were constructed based on Cre/lox site-specific recombination system. A GFP gene was introduced into the tobacco genome using the Bar gene as a linked selectable marker flanked by recombination sites in a directed orientation. The Bar gene expression box was subsequently excised from the plant genome by a strategy of Cre gene retransformation. After removal of the Cre-NPT Ⅱ locus by genetic segregation through self-cross, plants that incorporated only the GFP transgene were obtained. Transgenic tobacco plants mediated by Agrobacterium tumefaciens were obtained, which resisted herbicide Basta and GFP expressed well, then the Cre gene was subsequently introduced into 5 plants of them, respectively, by retransformation. The leaf disks from Cre transgenic plants were used to test the resistance to Basta on the medium with 8 mg L-1 of PPT. The results showed that few discs were able to regenerate normally, and the excision at 76-100% efficiency depended on individual retransformation events. Evidence for a precise recombination event was confirmed by cloning the nucleotides sequence surrounding the lox sites of the Basta sensitive plants. The result indicated that the excision event in the recombination sites was precise and conservative, without loss or alteration of any submarginal nucleotides of the recombination sites. Bar gene excised plants were selfpollinated to allow segregation of the GFP gene from the Cre-NPT Ⅱ locus. The progenies from self-pollinated plants were scored for Kan senstivity, then the segregation of GFP gene from Cre-NPT Ⅱ locus in the Kan senstive plants were confirmed by PCR analysis subsequently. Hence, constructing marker-free transgenic tobacco plants by Cre/lox sitespecific recombination system was reliable, and the strategy presented here should be applicable to other plants for the construction of marker-free transgenic plants as well.