微如草芥,却贡献巨大的模式植物——拟南芥拥有有5对染色体,1.25亿个碱基对,编码着2.5万个基因,据拟南芥转录因子数据库(DATF)统计,可查询2290个转录因子。
我们通过构建酵母文库单杂筛选或者DNA pulldown来筛选转录因子时,会发现捕获的转录因子数量特别少,甚至没有转录因子,这2000多个转录因子到哪里去了?
转录因子是一类周期性调控蛋白,只有在特定的生长时期,特定的组织部位才会有一定丰度的表达。其功能如同手枪的“扳机”,电路的“开关”。微量表达就能调控下游靶基因,改变生物性状。功能如此强大的转录因子,如神龙见首不见尾的大侠,只有在“需要”的时候,偶露峥嵘。
构建酵母单杂文库时,即使选择建库材料时遵循了跨时空的原则,能够囊括的转录因子基因依然很少,筛不到靶标转录因子实属正常。
北京大学邓兴旺院士团队针对这种状况,将拟南芥中出现频率较高的1500多种转录因子调取出来,组成转录因子文库,避开了时空效应,这是最“土”的手段,却是科研路上最“聪明”的策略。
转录因子文库的实验设计和实验方法见刊于《Molecular Plant》题为“A high-throughput screening system for Arabidopsis Transcription factors and its application to Med25-dependent tranional regulation.”
转录因子文库即可应用于酵母单杂交筛选调控启动子的转录因子,也可应用普通的核蛋白双杂交筛选与之互作的转录因子。钟鼎更推荐将转录因子文库应用于单杂交筛选,简单介绍下酵母单杂交筛选的工作原理。
转录因子的全长序列包含完整的ORF,通过Gateway技术重组在pDest22载体上,转录因子蛋白与GAL4-AD结构域融合表达,该部分组成了猎物蛋白区域,转化Y187酵母菌株,形成待筛选的猎物质粒的酵母细胞。将启动子DNA序列克隆至pHISi-1载体的MCS区域,与载体自带的PminHIS启动子构成一个新的启动子区域。线性化的诱饵质粒pHISi-1-promoter转化YM4271,将诱饵DNA结合结构域整合至酵母基因组,形成了包含诱饵启动子DNA的酵母细胞。
上述两种细胞进行mating,杂交后的酵母细胞可以在非筛选培养基SD/-Trp/-His上生长,上述的pHISi-1-promoter启动子活性有限,当增加筛选压力后,如果没有转录因子结合上去,杂交菌株是无法在筛选培养基上生长。依据这个原理,参考诱饵菌株自激活的3AT浓度,设置合理的梯度,例如筛选培养基(SD/-Trp/-His/15 mM 3-AT和SD/-Trp/-His/30 mM 3-AT),即可筛选出与启动子DNA序列结合的转录因子蛋白。
双杂原理与单杂类似,诱饵质粒pDEST32-bait转化AH109,与Y187菌株mating,通过四缺培养基SD/-Leu/-Trp/-His/-Ade筛选阳性克隆。
转录因子库含有1500+转录因子,筛库工作量巨大,相当于需要单独进行1500+次的点对点验证。
YM4271(pHisi-1-Xxx)筛选拟南芥转录因子文库
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