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一种含有COQ10的植物油体.pdf

  • 上传人:n****g
  • 文档编号:5474024
  • 上传时间:2019-01-26
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201310212261.5

    申请日:

    2013.05.31

    公开号:

    CN103320457A

    公开日:

    2013.09.25

    当前法律状态:

    终止

    有效性:

    无权

    法律详情:

    未缴年费专利权终止IPC(主分类):C12N 15/62申请日:20130531授权公告日:20160302终止日期:20170531|||授权|||实质审查的生效IPC(主分类):C12N 15/62申请日:20130531|||公开

    IPC分类号:

    C12N15/62; C07K19/00; C12N15/82; C12N5/04

    主分类号:

    C12N15/62

    申请人:

    吉林农业大学

    发明人:

    杨晶; 李校堃; 李海燕; 王文慧; 王沥浩; 郭咏昕; 官丽莉; 王艳芳

    地址:

    130118 吉林省长春市净月开发区新城大街2888号

    优先权:

    专利代理机构:

    长春市东师专利事务所 22202

    代理人:

    张铁生

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    内容摘要

    本发明公开了含油体蛋白与CoQ10融合蛋白的油体。本发明人根据植物偏好性改造了CoQ10基因,利用重组DNA技术将拟南芥油体蛋白与CoQ10蛋白基因融合,插入以pCAMBIA1301载体为基本骨架改造的植物特异表达载体pOBT中,拟南芥油体蛋白与CoQ10蛋白融合基因表达质粒表达载体pOBT-CoQ10,转化至油料作物中,表达了融合蛋白,获得了含油体蛋白与CoQ10融合蛋白的油体,操作简单、成本低廉、表达量高,可直接用于医药领域和日化领域广泛应用。

    权利要求书

    权利要求书
    1.   一种融合蛋白基因,它是由拟南芥油体蛋白与重组CoQ10基因融合而成,其碱基序列如序列表SEQ ID NO.5所示。

    2.   一种融合蛋白,它是由其碱基序列如序列表SEQ ID NO.5所示的基因表达的蛋白。

    3.   一种表达载体pOBT CoQ10,它是由下述方法制备的:
    1)以p1301为基本骨架,利用kpnI和SpeI酶切位点,将35S‑Bar基因, T‑DNA区NOS基因前,获得p1301‑35S‑Bar‑NOS基本质粒,简称:pO;
    2)用pstI和NcoI分别酶切并连接pO质粒和序列表SEQ ID NO.2所示基因,得中间载体pOB;
    3)用HindⅢ和kpnI分别酶切并连接中间载体pOB和序列表SEQ ID NO.3所示基因,得植物特异表达载体pOBT;
    4)用NcoI与HindⅢ分别酶切并连接植物特异表达载体pOBT和序列表SEQ ID NO.5所示基因,得表达载体pOBT CoQ10。

    4.   含油体蛋白与CoQ10融合蛋白的油体,它是由下述方法制备的:将其碱基序列如序列表SEQ ID NO.5所示的基因插入植物表达载体中,获得的表达质粒,转化至油料作物中,收获种子提取油体。

    5.   根据权利要求4所述的含油体蛋白与CoQ10融合蛋白的油体,其特征在于:所述的表达质粒是权利要求3所述的一种表达载体pOBT CoQ10。

    说明书

    说明书一种含有CoQ10的植物油体
    技术领域
    本发明属于基因工程领域,具体涉及一种拟南芥油体蛋白与辅酶Q10的融合基因及其表达的融合蛋白以及含有该融合蛋白的油体。
    背景技术
    辅酶Q10(coenzyme Q,CoQ10)又称泛醌(ubiquinone,UQ,Q)。CoQ10在呼吸链中是一种和蛋白质结合不紧密的辅酶,是生物体内广泛存在的脂溶性醌类化合物,在人体呼吸链中质子移位及电子传递中起重要作用,可作为细胞代谢和细胞呼吸激活剂,还是重要的抗氧化剂和非特异性免疫增强剂,能抑制线粒体的过氧化,具有促进氧化磷酸化反应,保护生物膜结构完整性,对免疫有非特异性的增强作用,增加抗体产生,改善T细胞功能。
    CoQ10在很多方面都有广泛的应用,首先CoQ10在医药领域方面的应用包括1、CoQ10在口腔疾病方面的应用;2、CoQ10在心血管类疾病方面的应用;3、CoQ10在艾滋病方面的应用;4、CoQ10在糖尿病方面的研究;5、其他方面的应用。近年添加CoQ10的保健食品、精华素、乳液及粉底等护肤化妆品迅速走俏市场,作为一种重要的生命营养物质,CoQ10具有重要功效。1、CoQ10具有保护皮肤的功效;CoQ10 渗透进入皮肤生长层可以减弱光子的氧化反应,在生育醇的协助下可以启动特异性的磷酸化酪氨酸激酶,防止DNA 的氧化损伤,抑制紫外光照射下人皮肤成纤维母细胞CoQ10酶的表达,保护皮肤免于损伤。2、辅酶Q10在洗化用品中的应用;  辅酶Q10 作为一种天然抗氧化剂,可用于清除氧自由基,延缓皮肤衰老,能有效地深入皮肤,激发细胞活性,改善肤质; 具有促进皮肤新陈代谢,修复皮肤皱纹等方面的功效,可根据化妆品不同功能的需求,调制出各种不同的产品。3、辅酶Q10在口腔护理用品领域的应用;辅酶Q10 能改善微循环,促进组织微循环系统代谢,增强组织细胞活力,加速细胞更新,利于细胞组织护养、修复;具有强大的的抗氧化能力,预防牙组织细胞的水肿、膜破裂及死亡,增强牙龈保护能力,预防D - 半乳糖所致牙组织衰老退行性病变。
    由于辅酶Q10在医药、食品添加剂等领域上有极大的使用价值,因而这一产品的研究及开发引起越来越多人的关注。在工艺方面,近几年来,辅酶Q10的新产品在欧美及日本等发达国家市场上走红,中国企业也逐渐掌握了生物提取法、半化学合成法以及微生物发酵提取法等先进技术,因此,在中国加快开发生产这种市场前景极好的产品已成为当务之急。
    利用植物生物反应器生产药用蛋白,近年来越来越受到人们的关注,油体蛋白是油体中主要的膜蛋白。油体蛋白是碱性的疏水蛋白,三个部分组成油体蛋白:亲脂的C端和N端 ,和中间疏水区域,它是通过磷脂膜进入到油体内部。N端和C端则镶嵌在油体表面,暴露在细胞质中。油体蛋白具有表面活性剂,使其不能与油体结合。油体的这种非结合性非常适合用作乳化剂。乳化剂能降低互不相溶的液体间的界面张力,使之成为乳浊液。油体乳化剂是从天然油料种子中提取出来的,油体蛋白的结构以及它的特异性,使油体在生物技术中得到广泛的应用,例如它可以作为乳化剂,携带和固定重组蛋白等等。它还可以应用于纯化、重折叠和固定重组蛋白,在油体表面,目的蛋白与油体蛋白通常通过两种方式结合,分别是与油体蛋白融合在油体中表达和通过配体作为亲和标签与油体蛋白连接。本发明是根据植物油体特性,使辅酶Q10基因连接在油体蛋白基因的N端或C端,构建融合基因,使目的蛋白在植物油体中特异性表达,利用油体亲脂疏水的特性,将种子粉碎后,经不同提取液抽提,回收油相,既可将融合蛋白与细胞内的其他组份分开,简化了分离纯化步骤,降低了纯化成本与生产成本。
    发明内容
    本发明的目的是提供一种拟南芥油体蛋白与辅酶Q10的融合基因及其表达的蛋白。
    一种融合蛋白基因,它是由拟南芥油体蛋白与辅酶Q10基因融合而成,其碱基序列如序列表SEQ ID NO.5所示;
    一种融合蛋白,它是由上述基因表达的蛋白;
    一种表达载体pOBTCoQ10,它是由下述方法制备的:
    1)以p1301为基本骨架,利用kpnI和SpeI酶切位点,将35S‑Bar基因插入T‑DNA区NOS基因前,获得p1301‑35S‑Bar‑NOS基本质粒,简称:pO;
    2)用pstI和NcoI分别酶切并连接pO质粒和序列表SEQ ID NO.2所示基因,得中间载体pOB;
    3)用HindⅢ和kpnI分别酶切并连接中间载体pOB和序列表SEQ ID NO.3所示基因,得植物特异表达载体pOBT;
    4)用NcoI与HindⅢ分别酶切并连接植物特异表达载体pOBT和序列表SEQ ID NO.5所示基因,得表达载体pOBTCoQ10。
    本发明的另一个目的是提供一种含有CoQ10的植物油体。
    一种含有CoQ10的植物油体,它是由下述方法制备的:将其碱基序列如序列表SEQ ID NO.5所示的基因插入植物表达载体中,获得的表达质粒,转化至油料作物中,收获种子提取油体;
    所述的表达质粒是一种表达载体pOBTCoQ10。
    本发明提供了含油体蛋白与CoQ10融合蛋白的油体。本发明人根据植物偏好性改造了CoQ10基因,利用重组DNA技术将拟南芥油体蛋白与CoQ10蛋白基因融合,插入以质粒为基本骨架改造的植物特异表达载体pOBT,拟南芥油体蛋白与CoQ10蛋白融合基因表达质粒表达载体pOBT‑CoQ10,转化至油料作物中,表达了融合蛋白,获得了含油体蛋白与CoQ10融合蛋白的油体,使CoQ10在植物油体中特异性表达并储存在植物油体中。CoQ10在植物种子中大量积累,最终获得较高的表达水平,以期达到CoQ10的大量、廉价生产,可直接应于医药领域和日化领域。油体蛋白与CoQ10的融合表达产物可直接作为活性成分用于相应产品的生产,简化了以往CoQ10与乳化剂(或保护剂)混合的加工工艺,降低了生产成本。
    本方法生产CoQ10的方法具有操作简单、成本低廉、表达量高等特点;在纯化阶段,由于油体蛋白与CoQ10相偶联表达,所以通过不同浓度梯度离心的方法可以出去95%以上的杂蛋白,净化融合蛋白。
    附图说明
    图1 菜豆启动子的核酸电泳图;
    图2 菜豆终止子的核酸电泳图;
    图3植物油体表达载体构建pOBT示意图;
    图4 含有CoQ10基因的植物油体表达载体pOBT‑CoQ10示意图;
    图5 CoQ10的SDS‑PAGE检测图;
    图6 CoQ10的Western blot检测图。
    具体实施方式
    实施例1:辅酶Q10(CoQ10)基因的合成
    首先根据植物偏好性密码子对从GENBANK中找到的人源辅酶Q10的核苷酸序列进行改造,将植物中含量较少的稀有氨基酸密码子替换成植物偏好的密码子。根据密码子的简并性消除在本实验中所用到的酶切位点,送去上海生工生物工程有限公司进行人工合成CoQ10(SEQ ID NO.1)。
    实施例2:克隆菜豆种子特异启动子与终止子
    为了从菜豆基因组序列中克隆种子特异启动子与终止子,利用引物,采用标准的多聚酶链式反应(PCR),从菜豆基因组DNA中扩增得到1548bp和1220bp的DNA片段(如图1和图2),扩增的片段经限制性内切酶消化,克隆到pUC57克隆载体中,保存备用。经测序,其碱基序列如序列表SEQ ID NO.2和3所示。
    菜豆启动子引物
    Primer5F:  GAATTCATTGTACTCCCAG 
    Primer5R:AGTAGAGTAGTATTGAATATGAG
    菜豆终止子引物
    tem5F: AATAAGTATGAACTAAAATGC
    tem5R: TTAGTTGGTAGGGTGCTAGGAA
    实施例3:构建植物特异表达载体pOBT
    将pUC57‑菜豆启动子的克隆载体用限制性内切酶pstI和NcoI消化,回收目的片段菜豆启动子序列,同时用pstI和NcoI消化基本质粒pO(以p1301为基本骨架,将其T‑DNA区进行改造,除了保留有T‑DNA区的NOS基因外其余基因均被35S和Bar基因替换,以pEGAD质粒为模板,利用35S‑F上游引物47bp cggggtaccAtccgtcaacatggtggagcacgacacgcttgtctact和Bar‑R下游引物54bp cggaattcactagttcagatctcggtgacgggcaggaccggacggggcggaacc进行PCR,扩增得到35S‑Bar基因,利用kpnI和SpeI酶切位点将其插入到pCAMBIA1301载体T‑DNA区的NOS基因前,构建了p1301‑35S‑Bar‑NOS基本质粒,简写为pO质粒,),将菜豆启动子(用来启动油体蛋白与辅酶Q10的融合基因)与基本质粒pO连接,转化大肠杆菌,获得pOB中间载体;将pUC57‑终止子的克隆载体用HindIII和kpnI消化,回收目的片段菜豆终止子,同时用这两个酶消化pOB中间载体,将终止子与酶切后的pOB载体连接,转化大肠杆菌,获得植物特异表达载体pOBT(见图3)。
    实施例4:拟南芥油体蛋白基因的克隆
    取拟南芥种子,提取DNA基因组,用引物:
    1:CCATGGCGGATACAGCTAGAGG
    2:CACCGGGTGGAGTAGTGTGCTGG
    进行扩增拟南芥油体蛋白基因,经测序,其碱基序列如序列表SEQ ID NO.4所示;扩增的片段经限制性内切酶(NcoI酶和EcoRI酶)消化,克隆到pUC57克隆载体中,保存备用。
    实施例5:构建含有拟南芥油体蛋白与CoQ10融合基因的植物油体特异表达载体pOBTCoQ10
    以克隆得到的拟南芥油体蛋白基因和CoQ10基因为模板,设计融合基因引物,通过融合PCR技术,获得oleosin‑CoQ10融合基因,经测序,其碱基序列如序列表SEQ ID NO.5所示。将融合基因用限制性内切酶NcoI与HindIII进行酶切,同时用这两个酶对pOBT载体进行酶切,然后将融合基因与酶切后的pOBT载体连接,转化大肠杆菌,产生pOBTCoQ10植物油体表达载体,见图4。
    拟南芥油体蛋白与CoQ10融合基因引物
    1:CCATGGCGGATACAGCTAGAGG
    2:CACCGGGTGGAGTAGTGTGCTGG
    3:ATGGCTTGGGCTGGTTCTA
    4:GGTCTGGTGAACCTCGTGG
    实施例6:pOBTCoQ10质粒转化农杆菌EHA105
    (1)取100μL农杆菌EHA105感受态细胞置于冰浴中10min使其融化备用。 (2)取1μLpOBTCoQ10质粒加入到农杆菌感受态细胞中,用移液枪轻轻吹打,使其混合均
    匀,冰浴30分钟。 (3)冰浴后立即将其置于液氮中冷冻5min,立刻取出放入37℃热击5min。 (4)加1mL不含抗性YEP液体培养基至离心管中,28℃,180rpm/min摇菌4h。 (5)使用离心机5000rpm,离心5min,弃上清,加入100μLYEP培养基重悬。
    (6)将重悬液涂布于含三抗(100 μg/mLRif Str、50 μg/mLKan和50μg/mL))的YEP固体培养基平板内,在28℃恒温箱内培养2~3天。
    利用该方法把pOBTCoQ10转化到农杆菌感受态中,挑取单菌落进行液体震荡培养,经行菌液PCR筛选转化子,经鉴定为阳性的菌液即为含目的基因pOBTCoQ10的农杆菌工程菌菌株。用70%甘油保种阳性菌株,‑80℃冰箱保存。
    实施例7:Flori dip方法进行的遗传转化
    首先,侵染前一天将野生型拟南芥和亚麻芥植株浇水浇透;将农杆菌工程菌株接种至50ml含有三抗(100 μg/ml Rif、50 μg/ml Str和50 μg/ml Kan)的YEP液体培养基中,进行预培养(180rpm/min,28℃);取预培养的农杆菌7ml加入到含有三抗的YEP液体培养基中,进行扩大培养,直至OD5900=1.0~1.2;把农杆菌菌液移到离心管中,20℃,4000rpm离心20min,收集菌体,去除三抗培养基。用Floral‑Dip Buffer重悬菌体,使其OD590达到0.8~0.9。转化前剪掉种荚、开花和露白的花芽。在钵体四周插上适当高度的竹签,以便支撑倒过来进行侵染的钵体。将拟南芥的茎部和叶片基部浸入重悬的农杆菌菌液中,静置7分钟,然后吸弃过多的菌液。平放转化后的钵体,用塑料薄膜等保湿过夜,第二天可稍露一小缝,第三天正常放置。一周后可进行第二次侵染。待种子成熟后,可隔天采摘发黄成熟的荚,收获种子。
    实施例8:农杆菌介导的遗传转化
    取1μg pOBTCoQ10质粒DNA加入到100微升EHA105感受态细胞中,轻轻混匀冰浴放置5min;然后置于液氮中冷冻5min后迅速转至37℃水浴中温育5min,加入1mlLB液体培养基,在28℃摇床上180rpm振荡培养4h,取适量菌液涂布到含有链霉素和卡那霉素的LB固体培养上,置28℃培养24h,经抗性筛选、PCR检测阳性单菌落。
        从平板上挑取含有pOBTCoQ10质粒的农杆菌单菌落,接种到5mlLB液体培养基中,振荡培养过夜,取100微升菌液接种到50mlLB液体培养基中,28℃,180rpm振荡培养至OD600为0.8,然后离心重悬,悬浮液OD=0.6即可。
    将红花、油菜、大豆、花生等植物子叶节在重悬液中侵染10min,放在含有合适激素的培养基上培养,然后转到含有0.5%basta和250mg/L头孢霉素的筛选培养基上培养,大约30d后可见抗性芽出现,待抗性芽伸长到2cm后,转入生根培养基中。
    实施例9:转基因植株的PCR检测
    提取转基因植株的基因组DNA,以基因组为模板,用拟南芥油体蛋白与CoQ10融合基因引物:
    1:CCATGGCGGATACAGCTAGAGG
    4:GGTCTGGTGAACCTCGTGG
    扩增拟南芥油体蛋白和CoQ10基因融合基因片段,扩增出预期的目的条带。
    实施例10:筛选表达量高的转基因株系
    转基因株系在温室或大田经生长与发育,然后开花结籽,形成转基因T1代种子,当T1代种子收获后,每株转基因植株取200‑1000mg,在提取液中抽提油体蛋白与CoQ10的融合蛋白,采用ELISA法,按照CoQ10IV型ElISA试剂盒(上海拜力生物科技有限公司)说明书操作,检测重组CoQ10肽的表达量,以p13900RCoQ10为对照,筛选出高表达的转基因株系。结果表明,本发明构建的pOBTCoQ10重组载体经农杆菌介导转化的红花、油菜、大豆、花生植株与p13900RCoQ10经农杆菌介导转化的植株相比,表达量明显提高,如下表所示。
     pOBTCoQ10 (pg/ml)p13900 CoQ10 (pg/ml)红花2464.2±29.42254.2±28.6油菜2357.9±26.82230.8±25.8大豆2287.8±30.12126.5±29.5花生2399.7±28.72164.7±28.8
    实施例11:含有oleosin‑CoQ10融合蛋白的转基因种子油体提取及SDS‑PAGE检测
    (1)取200~1000mg转基因种子, 放入研钵中,加入1ml Buffer A,用研棒充分研磨。直至溶液变浑浊,看不见种粒。放入离心机12000rpm ,4℃,离心10min; 
    (2)离心后溶液分为三层,即表层为白色油状层,中间层液体,和底层沉淀。将上层油体部分和液体部分混合均匀,全部吸出,注意不要吸出底层沉淀,将吸出的液体转移至另一离心管中,加Buffer A,离心12000rpm,4℃,10min,重复1、2步骤,3~4次。
    (3)将重复1、2步骤离心后吸出的液体加500µl的Buffer B混匀,在离心机中4℃, 12000rpm,离心10min。
    (4)此时离心后分为两层,为上层油脂部分和下层液体部分,将下层液体吸出,弃掉。再重复3、4步骤,3~4次。
    (5)往含有油脂部分的EP管内,加入40µl Buffer B和10µl上样缓冲液,混均,沸水中煮10min,取15µl用12%的SDS‑PAGE做鉴定,见图5。从图5中可见转基因植株在约55kDa左右位置出现特异条带,并且野生型在该处没有条带。进一步证明了Oleosin与CoQ10融合蛋白已经在拟南芥种子中得到表达。
    Buffer A:0.4M Sucrose,0.5M NaCl,0.05M Tris‑HCl(pH=8.0);
    Buffer B:20 mM Na2HPO4,20 mM NaCl(pH=8.0)。
    实施例12:转基因种子中CoQ10的Western blot检测
    (1)样品的处理及SDS‑PAGE电泳,方法同上。
    (2) 转膜: 在冰遇冷的转移槽中将蛋白转移至PVDF膜上,恒压100V,1~2h;
    (3)封闭:5%TBST配制的脱脂奶粉封闭PVDF膜,4℃过夜。
    (4) 抗体孵育:  用TBST洗涤PVDF膜3~4次后,用封闭液稀释一抗(1:250)。稀释后的一抗对PVDF膜进行孵育,18℃ ,1h。TBST再次洗膜3~4次后,用TBST稀释二抗(1:250)。稀释后的二抗再次对膜进行孵育,18℃,1h。
     (5)显影及定影:ECL方法显影后,将X‑光片置于膜上进行曝光,随后用定影液终止并拍照保存。结果显示,在约55kDa处可检测到特异蛋白条带,与表达结果相符,说明表达的融合蛋白序列正确且具有抗原活性,见图6。

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    一种 含有 COQ10 植物油
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