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利用体细胞核移植技术生产表达绿色荧光蛋白转基因猪胚胎的研究

2022-08-14 来源:易榕旅网
维普资讯 http://www.cqvip.com 第39卷第3期 东北农业大学学报 39(3):64-69 2008年3月 Journal of Northeast Agricultural University Mar.20o8 文章编号1005—9369(2008)03—0o64—06 利用体细胞核移植技术生产表达绿色荧光蛋白 转基因猪胚胎的研究 宋 军 ,王振坤 ,孔庆然 ,赵祥杰 ,刘丽清 ,田江天 , 郑 重 ,孙 爽 ,尹 智 ,刘忠华 (1.东北农业大学生命科学学院,哈尔滨 150030;2.东北农业大学动物科学学院,哈尔滨 150030) 摘要:试验对脂质体转染猪胎儿成纤维细胞的技术程序进行了筛选,以绿色荧光蛋白基因转染后的阳性细 胞作为体细胞核移植的核供体,以体外成熟卵母细胞为核受体构建了绿色荧光蛋白转基因克隆猪胚胎,并对重构 胚在体外发育情况以及绿色荧光蛋白表达情况进行了跟踪研究。结果显示,采用4.0 g・mL 脂质体转染试剂, 1.6 g・mL一 质粒DNA,转染6 h可以获得最佳转染效果,转染效率达4.48%;GFP转基因体细胞重构胚体外囊胚 发育率为10%,GFP阳性胚胎率为48%。结果表明,脂质体转染试剂--yea高效转染猪胎儿成纤维细胞,获得的阳 性细胞具有支持猪全程发育的潜能。 关键词:转基因;绿色荧光蛋白;核移植;脂质体;猪 中图分类号:Q78;Q753;¥828 文献标识码:A 随着体细胞核移植在多种哺乳动物上获得成 磷酸钙法费用低,但是转染效率也相对较低。电穿 功,以体细胞核移植技术路线生产转基因家畜已 孔法需要昂贵的仪器设备。而脂质体转染试剂对哺 经成为目前最高效的方法。国外通过体细胞核移 乳动物体细胞的转染效果良好,并且有商业化产品 植技术路线已经成功获得多种基因的转基因动物, 可供选用,因此是目前应用比较广泛的转染方法。 如牛【l-2J、绵羊【3 和猪[541。国内通过该技术路线获 不同公司生产的脂质体转染试剂以及被转染细胞的 得了转基因山羊191和转基因牛【】Ol。但由于猪的特殊 种类和细胞生长状态都对转染效率具有重要影响。 生殖特点导致利用细胞核移植技术生产转基因猪 针对具体的体细胞系和特定转染试剂应该建立相对 的发展比较滞后。本实验室在克隆猪的生产上进 稳定、高效的转染技术程序,这对于转基因体细胞 行了初步尝试,并于2006年10月和12月分别获 克隆动物研究是非常重要的技术基础。 得国内首例成体体细胞克隆东北民猪和首例绿色 本试验以绿色荧光蛋白基因为目标基因,研究 荧光蛋白转基因克隆猪。 了脂质体转染试剂的浓度梯度、质粒DNA的浓度 绿色荧光蛋白(GFP)是一种水母蛋白,由于该 梯度和转染时间对猪胎儿成纤维细胞(Pig fetal 蛋白可以在特定波长紫外光的激发下发出绿色荧 ifbroblaet,PFF)转染效率的影响,并对转基因阳性 光,因此可以作为标记蛋白。以绿色荧光蛋白为 体细胞核移植胚胎的体外发育情况以及绿色荧光蛋 标记基因进行转基因动物研究可以使基因的检测 白表达情况做了研究。 更为简单,因此该基因成为转基因动物相关研究 领域广泛应用的标记基因。 1 材料与方法 体细胞转染的方法有很多种,目前应用比较 1.1材料 广泛的主要有磷酸钙法、电穿孔法和脂质体法。 pEGFP—C1质粒由本校细胞生物学实验室李树 收稿日期:2007—06—05 峰博士馈赠,质粒提取试剂盒和脂质体购自北京天 基金项目:东北农业大学“21 1人才专项”基金 根生化科技有限公司,其他试剂均购自Sigma公司。 作者简介:宋军(1981一),男,黑龙江省人,硕士研究生,研究 方向为动物胚胎工程。E-mail:Jsong519@163.eom 1.2体细胞采集和培养 通讯作者E-mail:liuO86@yahoo.eom 通过无菌操作获得妊娠35 d的胎儿,采用常 维普资讯 http://www.cqvip.com

第3期 宋军等:利用体细胞核移植技术生产表达绿色荧光蛋白转基因猪胚胎的研究 ・65・ 规0.25%胰蛋白酶消化法进行组织细胞的消化分离 统计卵裂胚胎数(含两个及两个以上卵裂球的胚胎) 和囊胚数目,荧光镜下计数具有绿色荧光的囊胚数。 1.7数据处理 培养和传代。 1-3体细胞转染方法 将原代冻存细胞复苏后接种到24孔细胞培养 板,生长至80%汇合期时,将培养液更换为无血 清的DMEM培养基,根据试验设计分别加入不同 量的脂质体和质粒DNA,转染后将转染试剂更换 为DMEM+20%FBS,培养24 h后加入500 Ixg・mL。 所得实验数据采用SAS进行统计学处理。 2结果与分析 2.1不同DNA浓度对转染效率的影响 分别取重组质粒0.8、1.2、1.6、2.0、2.4 g・mL-‘ G418筛选培养液,在筛选培养到第7~8 d时降低 G418的浓度至200 Ixg・mL~,阳性细胞经扩增培 养后常规冷冻保存。24 h后在荧光显微镜下计数 阳性转染细胞和总细胞,每孔随机选取5个视野, 每组试验条件重复3~5次。阳性细胞占总细胞的 百分数为转染效率。 1.4卯母细胞的成熟培养 由屠宰场收集卵巢并在37℃生理盐水中运送 回实验室,抽取3~5 mm直径的有腔卵泡收集卵母 细胞卵丘复合体,实体显微镜下挑选具有完整的三 层以上卵丘细胞的卵母细胞用于成熟培养;成熟培 养液为改进的TCM199加10% ̄J泡液,培养条件为 38.5℃,5%二氧化碳、95%空气的气体环境,饱 和湿度;成熟培养42 h采用0.5%透明质酸酶去除 卵丘细胞,以第一极体排放作为卵母细胞成熟的判 定标准,挑选成熟卵母细胞用于核移植试验。 1.5转基因体细胞核移植 采用融合法进行体细胞核移植,过程如下:先 去除MⅡ卵的纺锤体及第一极体,选取一个转基因 体细胞注射到透明带下,并使之与卵母细胞质膜紧 密接触,直流电击(1.2 kV・cm~、30 txs、2次脉冲) 诱导体细胞与去核卵母细胞融合形成重构胚并使之 激活;所用]二具、液体、仪器如下:固定管内径为 30 m,注射管内径25 txm;卵母细胞普通操作液 为含5 mg・mU 的改进型TCM199,卵母细胞显微操 作液为添加7.5 tzg・mL 细胞松弛素B(CB)的卵母 细胞普通操作液,融合液为含1.0 mmol・L 钙离子 和0.1 mmol・L- 镁离子的3%甘露醇溶液;显微操作 系统为日本Narishige公司NT一88NE系统;融合仪 为美国BTX公司的BTX2001型电细胞融合仪。 1.6胚胎体外培养和绿色荧光蛋白表达检测 融合的重构胚培养于PZM一3培养液中,培养条 件为38.5℃,5%二氧化碳、95%空气的气体环境, 饱和湿度;胚胎构建当天为第0天,培养至第6天 与4 g・mL 脂质体转染成纤维细胞6 h(见表1 o 检测结果发现,当DNA的量为1.6 tzg・mL 时,转 染率为3.64%,显著高于0.8 g・mL 组时的 2.24%,但是其他三组与上述两组差异不显著。 表1不同DNA浓度对转染效率的影响 Table 1 Effects of diferent plasmid DNA concentrations on transfection efifciency 注:表中同一列标注字母不同表示差异显著(P<0.05 o Note:values with different superscripts differ signiifcantly(P<0.05) 2.2不同脂质体浓度对转染效率的影响 1.6 tzg・mL 重组质粒DNA分别与2.0、3.0、 4.0、5.0、6.0 tzg・mL 脂质体转染6 h(见表2)。 表2不同脂质体浓度对转染效率的影响 Table.2 Effects of different liposomal transfection regent concentrations on transfection efifciency 注:表中同一列标注字母不同表示差异显著(P<0.05)。 Note:values with different superscripts differ signiifcantly(P<0.05) 维普资讯 http://www.cqvip.com .66・ 东北农业大学学报 第39卷 结果发现,当脂质体为4.0 txg・mL 时,转染 分重构胚可以见到明显的绿色荧光(见图版Ⅲ),如 效率最高为3.61%,与2.0 txg・mL 的2.01%转染 图4所示,以表达立场色荧光蛋白的体细胞为共体 效率和6.0 I*g・mL 的2.70%转染效率两组差异显 获得的重构胚。卵裂率为66.9%、囊胚率为 著,3.0 g。mL- 和5.0 g・mL- 两组与4.0 txg・mL一 l1.4%、阳性囊胚率为55.25%。 和6.0 g・mL- 组间差异不显著,与2.0 txg・mL- 组 之间差异显著。 表3不同转染时间对转染效率的影响 Table 3 Effects of d翊Ferent transfection time on 2.3不同转染时间对转染效率的影响 1.6 g・mL 重组质粒与4 g・mL- 脂质体分别 transfection efifciency 转染2、4、6、8、10 h后更换含血清的培养液(见 表3)。结果发现,6 h效率最高为3.78%,2 h效率 最低为1.92%,分别与其他四组差异都显著,4、8、 10 h三组之间差异不显著,与其他两组差异显著。 2.4胚胎体外培养和绿色荧光蛋白表达结果 以G41 8筛选的阳性细胞为核供体进行核移植 操作,转染后细胞经过G418筛选,可以形成表达 绿色荧光的细胞克隆(见图版I),获得的核移植重 注:表中同一列标注字母不同表示差异显著(P<0.05)。 构胚可以正常发育到囊胚期(见图版Ⅱ),并且大部 Note:values with diferent superscripts difer signiifcantly(P<0.50). 表4转基因克隆胚胎体外发育及绿色荧光蛋白表达结果 Table 4 Development of transgenic somatic cell reconstructed embryos and result of result of GFP expression 注:表中同一列标注字母不同表示差异显著(P<0.05)。 Note:values with different superscripts differ signiifcantly(P<0.05) A、B一荧光显微镜下阳性细胞;A 、B'-普通光镜下细胞 A.B-the positive cell under lfuorescence;A .B -the cell under normal light 图版I 筛选30 d后散在的细胞克隆形成 Plate I Scattered cells clone emerge after G418 selected for 30 d 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 朱军等:利用体细胞核移植技术生产表达绿色荧光蛋白转基因猪胚胎的研究 A—D一分别是荧光镜下l一细胞至8一细胞期的核移植Jl五胎GFP的表达情况;A 一D 一分别是普通镜下l一细胞至8一细胞期的核移植胚胎的发育形 态;E,F一分别是荧光镜下核移植囊胚的GFP表达的情况;E ,F'-分别为普通镜下的囊胚形态 A—D—one—cell stage to eight—cell stage emb ̄os under fluorescence to identify GFP,A 一1) -one-cell stage to eight—cell stage embryos under normal light.E,F-blastocysts unde r fluorescence to identit ̄ ̄GFP;E ,F'-blastoeysts under normal light 图版Ⅱ 转基因克隆胚胎从细胞到囊胚阶段的体外发育和GFP表达情况 Plate 11 In vitro development and GFP expression of transgenic cloned embryos from one cell to blastocysts stages A、B一荧光镜下的GFP胚胎;A 一普通镜下的GFP胚胎;B 一荧光和白光混合下的GFP胚胎 A.B—embryos under lfuorescence to identify GFP;A 一embryos under normal light;B -embryos under normal light and fluorescence 图版Ⅲ 转基因克隆胚胎体外发育及绿色荧光蛋白表达结果 Plate m In vitro development of transgenic somatic cell reconstructed embryos and GFP expression 良好的基础数据。 4 讨 论 试验采用了简便易行的脂质体转染法,脂质体 是介导DNA进入细胞的重要试剂,由于其应用简 绿色荧光蛋白是进行转基囚研究的重要标记基 单,效果稳定,现在已经成为非病毒载体转染细胞 因,通过研究绿色荧光蛋白转基因动物,可以为其 的主要转染手段。通过对比研究不同脂质体浓度、 他各类具有重要应用价值的转基因动物的研究提供 不同质粒浓度和不同转染时间对猪胎儿成纤维细胞 维普资讯 http://www.cqvip.com

东北农业大学学报 第39卷 内的成纤维细胞而言,以4.0 IxL・mL一质脂体和 1.6 ・mL一质粒混合孵育细胞6 h,转染效率最 佳,但是低于报道中效率…】。我们认为之所以转染 效率相对较低,可能是因为所使用的脂质体种类不 同,以及转染效率的计算方法不尽相同。但是应用 此脂质体获得的阳性细胞数可以满足阳性细胞筛 选、建系和核移植的需要。这为今后的同类研究提 produced from nonquiescent fetal fibroblsts【aJ】.Science,1998, 280:l256一l258. [2]Wall R Powell A M,Paape M J,et a1.Genetically enhanced CO-- WS resist intramanmmry Staphylococcus aureus infection .Nat Biotechnol,2005,23:445—45 1. [3]McCreath K Howcrofl J,Campbell K H,et 1.Praoduction of ge- Be—targeted sheep by nuclear transfer from cultured somatic cells 供了可靠的研究基础。 转染后细胞经过G418的筛选,可以形成表 达绿色荧光的细胞克隆(见图版I),经过挑选培 养后用于核移植。理论上,以阳性体细胞为核供 体经过核移植获得的胚胎,也应该都是阳性胚 胎。但是本试验发现并不是所有的胚胎都是阳 性,这与文献中的结果相符[12-13]。原因可能是显 微操作仪不具备荧光激发系统,不能直接挑取 GFP阳性细胞用于核移植,也可能由外源基因整 合得不稳定造成,因此不可避免会导致非转基因 细胞核移植胚胎的存在。 本试验中核移植重构胚的卵裂率为66.9%、 囊胚率为11.4%、阳性囊胚率为55.25%(见表 4)。而在阳性胚胎中发现在2一细胞期胚胎的荧 光变弱,在4一细胞期以后荧光重新开始表达荧 光(见图版Ⅱ),这与Lai等对EGFP在早期胚胎 中的表达研究一致,他们认为,刚融合后的核移 植重构胚发出较强的荧光是转染后供体核带入的 EGFP蛋白和mRNA所致;此后带入的蛋白和 mRNA渐渐消亡,荧光变弱;2一和4一细胞期胚 胎发生了母源基因向合子基因的表达转换 (Maternal—zygote transition,MZT),EFGP的转录 水平上升,荧光则又开始出现。主要是由于发生 MZT所造成的Il2】。 在转基因胚胎中,有些卯裂球发出荧光,有 些则不发荧光。其原因可能与卯裂球死亡有关。 Park等进行核移植时也发现,重构胚中有些卵裂 球发出荧光,有些则不发荧光,而在能表达EGFP 的重构胚中,59%存在基因镶嵌表达现象。这是 否也与基因整合不稳定有关,其分子机理仍有待 揭示[ 。 [参考文献] [1】Cibelli J B,Stice S L,Golueke P J,et a1.Cloned transgenic calves .Nature,2000,405:1066-1069. [4]Schnieke A E,Kind A Ritchie W A,et a1.Human factor IX tr— ansgenic sheep produced by transfer of nuclei from transfectde fetal fibroblsats[J].Science,1997,278:2130-2133. [5]Lai Kolber—Simonds D,Park K W,et a1.Production of alpha-1, 3-galactosyhransferase knockout pigs by nuclear transfer cloning [JJ.Science,2002,295:1089—1092. 【6]Dai Y,Vaught T D,Boone et a1.Targeted disruption of the alpha-1,3-galaetosyhransferase gene in cloned pigs【JJ.Nat Biote- chno1.2002,20:25l一255. [7]Hao Y H,Yong H Y,Murphy C N,et a1.Production of endothe- lial nitirc oxide synthase(eNOS)over-expressing piglets【JJ.Trans— genic Research,2006,15:739-750. 【8]Phelps C Koike C,Vaught T D,et a1.Production of lapha-1,3- galactosyhransferase-deficient pigs[ ̄.Science,2003,299:41 1— 414. [9]成勇,王玉阁,罗金平,等.由成年转基因山羊体细胞而来的克 隆山羊[JJ.生物工程学报,2002,l8(1):79—83. 【l0]龚国春,戴蕴平,樊宝良,等.利用体细胞核移植技术生产转基 因牛【J】.科学通报,2003,48(24):2528—2533. 【1 1]Tan ̄raa nowling,Miehelle desler,Charles kuszynski,et 1a.Transf- ection of embryonal carcinoma cells at high efficiency using liposome—mediated transfection【JJ.Molecular reproduction and dev-elopment,2002,63:309-317. [12]Lai L,Park K W,Cheong H T,et a1.Transgenic pig expressing the enhanced green fluorescent protein produced by nuclear transfer using colchicine~treated fibroblsats as donor cells[J].Mol Reprod Dev,2002,62:300—306. [13]Lee G S,Kim H S,Hyun S H,et a1.Prdouction oftransgenic cl— oned piglets from genetically transformed fetla fibroblsats selected by green fluorescent protein[J1.Therlogenology,2005,63:973— 991. [14]Park K W,Cheong H T,Lai et a1.Production of nuclear trna- sfer—derived swine that express the enhanced green fluorescent protein[J].Anim Biotechnol,2001,12:173—181. 维普资讯 http://www.cqvip.com 第3期 宋军等:利用体细胞核移植技术生产表达绿色荧光蛋白转基因猪胚胎的研究 69 Green fluorescent protein (GFP)transgenic pig embryos produced by somatic cell nuclear transfer SONG JunI,WANG Zhenkun ,KONG Qingran ,ZHAO Xiangjie ,LIU Liqing , TIAN Jiangtian ,ZHENG Zhong ,SUN Shuang ,YIN Zhi ,LIU Zhonghua (1.College of Life Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China; 2.College of Animal Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China) Abstract:In this study,liposomal transfection system was screened and transgenic embryos were reconstr— ucted bv nuclear transfer of GFP positive cells into enucleated in vitro matured oocytes,the development of rec0nstructed embryos both in vitro were observed,and GFP expression was checked as wel1.The results showed that Dorcine fetal fibroblast culltured with 4.0 Ixg・mL一 lipotransfection regent and 1.6 g・mL一 plasmid DNA for 6 h0urs r|esuIted in the highest transfection rate,which was 4.48%.in vitro blastocyst rate of GFP reconstructed embry0s was 10%。GFP positive blastocyst rate was 48%.The results showed that plasmid regent could transfect PFF efficiently,and the positive cells have potentiality to support the reconsturcted embryos develop to term- Key words:transgenic;green lfuorescent protein;nuclear transfer;liposome;pig 

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