本發明屬于微生物領域,具體涉及一種腸炎沙門菌基因敲除減毒突變株及其制備與應用。
背景技術:
沙門菌是人獸共患病原菌,能引起食物中毒、腸胃炎、傷寒和敗血癥等。沙門菌具有多種不同的血清型,可分為宿主適應血清型和非宿主適應血清型。腸炎沙門菌作為沙門菌一種常見血清型,在禽類中有較高的分離率,極易污染禽肉類、魚類奶制品和蛋制品等,能引起人類腸胃炎等疾病。
當前,對沙門菌的防治主要是使用抗生素,但是隨著抗生素的大量使用,沙門菌的耐藥性也逐漸增強。疫苗接種是目前控制人和動物沙門菌病的有效措施之一,其中減毒活疫苗因能產生較高的免疫保護而成為研究熱點。近年來,沙門菌已有多個毒力相關基因被鑒應用于構建毒力基因缺失的減毒菌株,這些減毒株對人和動物的致病力顯著降低,但其仍保持較好的免疫原性。
現代分子生物學技術的發展使得我們可以通過基因敲除技術構建遺傳背景清除的減毒疫苗株。這種方式往往需要對影響細菌生長的某些重要基因或者與細菌致病性有關的毒力基因進行敲除操作。
技術實現要素:
鑒于以上現有技術的情況,本發明的目的在于提供一種腸炎沙門菌基因敲除減毒突變株及其制備與應用。
為了實現上述目的以及其他相關目的,本發明采用如下技術方案:
本發明的第一方面,提供一種腸炎沙門菌sptP基因敲除減毒株,為sptP基因不表達的腸炎沙門菌。
優選的,所述腸炎沙門菌sptP基因敲除減毒株,為sptP基因被敲除的腸炎沙門菌。
野生型腸炎沙門菌(Salmonella enteritidis)為現有技術,具體可使用的腸炎沙門菌包括但不限于:野生型腸炎沙門菌C50336。所述野生型腸炎沙門菌C50336來源:中國醫學微生物菌種保藏管理中心,保藏編號CMCC(B)50336。
sptP基因為現有技術。野生型腸炎沙門菌C50336的sptP基因的閱讀框序列如SEQ ID NO:1所示。具體為:
1 atgctaaagtatgaggagagaaaattgaataatttaacgttgtcttcgttttcaaaagtt
61 ggtgtgtcgaatgatgcccgactttatattgctaaggaaaatactgataaggcatatgtt
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1261 caactgtcctgcggggaaaagcggtatacaatcccggtattgcatgtgaaaaattggcca
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1501 cctcatagtaatctggagcaggtacgtgcagatttccggaattcacggaacaatagaatg
1561 ctggaagacgcctcacagtttgtacaactaaaagcaatgcaagcccagttgcttatgacg
1621 acggcacgctga。
只要將腸炎沙門菌中的sptP基因進行敲除,使得sptP基因不表達,即可獲得腸炎沙門菌sptP基因敲除減毒株。
優選地,本發明一實施例中,被敲除的sptP基因的序列如SEQ ID NO.1所示。
進一步地,所述減毒株還可經過其他基因改造。
所述的其他基因改造是指除sptP基因敲除以外的基因改造。所述其他基因改造可以是單個目標基因的改造或者為多個感興趣目標基因的改造。感興趣目標基因并不特指,可以根據研究需要設定并改造。例如,可以是一個、兩個、三個以上目標基因的改造。理論上可以不斷對其進行基因改造,對于目標基因的改造數量可以按照需要操作,沒有特別限制。
基因改造具體是指通過生物或化學或物理的手段使基因相比改造前在結構上發生變化。這種變化主要是指堿基對組成的變化,包括但不限于一個或多個堿基對的替換、增添、缺失引起的改變。所述基因改造包括但不限于目標基因的敲入、目標基因的敲除等。目標基因的敲入、目標基因的敲除可以采用基因打靶、同源重組等技術來完成。
優選地,本發明一實施例中,如SEQ ID NO.1所示的sptP基因被敲除并替換為如SEQ ID NO:3所示的序列。如SEQ ID NO:3所示的序列具體為:
GTGTAGGCTGGAGCTGCTTCGAAGTTCCTATACTTTCTAGAGAATAGGAACTTCGGAATAGGAACTAAGGAGGATATTCATATGGACCATGGCTAATTCCCAT。
本發明的第二方面,提供了前述腸炎沙門菌sptP基因敲除減毒株的構建方法,包括步驟:將腸炎沙門菌中的sptP基因敲除。
可以采用現有的基因編輯方法敲除所述sptP基因。優選地,可采用同源重組的方法敲除sptP基因。在優選的實施例中,采用Red同源重組的方法敲除sptP基因。還可采用其他方法實現基因敲除,并不限于實施例所列舉的方式。
基于sptP基因的敲除,sptP基因的完整序列從染色體DNA中去除。
本發明的第三方面,提供了前述腸炎沙門菌sptP基因敲除減毒株在制備腸炎沙門氏菌病的活疫苗上的用途。
本發明的第四方面,提供了一種腸炎沙門氏菌病的活疫苗,含有前述腸炎沙門菌sptP基因敲除減毒株。
進一步的,所述活疫苗中還含有佐劑。
本發明的第五方面,提供了sptP基因作為靶基因在篩選腸炎沙門氏菌感染治療藥物中的用途。
本發明所述腸炎沙門氏菌感染治療藥物為以sptP基因為治療靶基因,使sptP基因敲除、不表達的藥物或者以sptP基因表達的蛋白為拮抗對象的藥物;或者以sptP基因和其他基因共同作為靶基因加以沉默的藥物。以sptP基因為靶點,篩選使這個基因不表達的藥物,用于使腸炎沙門菌毒性減弱,以治療腸炎沙門菌感染。例如,該腸炎沙門菌感染治療藥物可以通過RNA干擾或者基因重組的方法使sptP基因敲除或不表達;或者通過制備sptP蛋白拮抗劑,使sptP基因表達的蛋白不發揮作用。
與現有技術相比,本發明具有如下有益效果:
本發明成功研制了一種腸炎沙門菌sptP基因敲除減毒株,本發明通過動物試驗發現,所述突變株毒力顯著降低,對強毒力腸炎沙門菌提供良好的保護作用,可有效清除強毒力菌株感染。
附圖說明
圖1:API20E生化鑒定板結果,
1:無菌水空白對照;2:腸炎沙門菌野生株C50336;3:C50336ΔsptP基因敲除株。
圖2.是質粒pKD3的圖譜。
圖3是sptP同源臂+氯霉素抗性基因打靶片段的PCR擴增結果,
M:DL2000marker;1:sptP同源臂+氯霉素抗性基因打靶片段。
圖4是質粒pKD46的圖譜。
圖5是突變株的PCR鑒定,
M:250bp market;1:野生株C50336的PCR擴增片段;2:無Cat突變株C50336ΔsptP的PCR擴增片段;3:有Cat突變株C50336Δspt::cat的PCR擴增片段。
圖6細菌在肝臟的持續帶菌情況。
圖7細菌在脾臟中的持續帶菌情況。
圖8細菌在腸系膜淋巴結中的持續帶菌情況。
圖9為血清中特異性IgG抗體水平結果。
圖10為血清中特異性IgG抗體亞型檢測結果。
圖11為脾臟淋巴細胞增殖結果。
具體實施方式
在進一步描述本發明具體實施方式之前,應理解,本發明的保護范圍不局限于下述特定的具體實施方案;還應當理解,本發明實施例中使用的術語是為了描述特定的具體實施方案,而不是為了限制本發明的保護范圍。下列實施例中未注明具體條件的試驗方法,通常按照常規條件,或者按照各制造商所建議的條件。
當實施例給出數值范圍時,應理解,除非本發明另有說明,每個數值范圍的兩個端點以及兩個端點之間任何一個數值均可選用。除非另外定義,本發明中使用的所有技術和科學術語與本技術領域技術人員通常理解的意義相同。除實施例中使用的具體方法、設備、材料外,根據本技術領域的技術人員對現有技術的掌握及本發明的記載,還可以使用與本發明實施例中所述的方法、設備、材料相似或等同的現有技術的任何方法、設備和材料來實現本發明。
除非另外說明,本發明中所公開的實驗方法、檢測方法、制備方法均采用本技術領域常規的分子生物學、生物化學、染色質結構和分析、分析化學、細胞培養、重組DNA技術及相關領域的常規技術。這些技術在現有文獻中已有完善說明,具體可參見Sambrook等MOLECULAR CLONING:A LABORATORY MANUAL,Second edition,Cold Spring Harbor Laboratory Press,1989and Third edition,2001;Ausubel等,CURRENT PROTOCOLS IN MOLECULAR BIOLOGY,John Wiley&Sons,New York,1987and periodic updates;the series METHODS IN ENZYMOLOGY,Academic Press,San Diego;Wolffe,CHROMATIN STRUCTURE AND FUNCTION,Third edition,Academic Press,San Diego,1998;METHODS IN ENZYMOLOGY,Vol.304,Chromatin(P.M.Wassarman and A.P.Wolffe,eds.),Academic Press,San Diego,1999;和METHODS IN MOLECULAR BIOLOGY,Vol.119,Chromatin Protocols(P.B.Becker,ed.)Humana Press,Totowa,1999等。
實施例1腸炎沙門菌sptP基因敲除減毒株C50336ΔsptP的構建
1.野生型腸炎沙門菌C50336的鑒定
野生型腸炎沙門菌C50336來源:中國醫學微生物菌種保藏管理中心,保藏編號CMCC(B)50336。
1.1染色鏡檢革蘭氏法染色后,普通光學顯微鏡下觀察菌體形態、測量細菌大小。革蘭氏染色結果顯示鏡檢可觀察到散在排列的紅色短小直桿菌,大小約為1μm×4μm。
1.2生化試驗挑取純培養的單菌落接種生化鑒定板(API20E生化鑒定板),37℃培24h后觀察結果(見表4及圖1),對照API20E生化鑒定板說明書確定細胞種屬的正確。
2.sptP基因敲除減毒株的構建方法
2.1打靶片段的制備
2.1.1帶同源臂的CmR抗性基因擴增引物的設計
用于Red同源重組的引物由兩部分組成,5'端大寫的39nt的序列與靶基因兩側序列同源,3'端小寫的20nt的序列與pKD3(從美國Yale University,The E.coli genetic resource center購買)質粒上CmR抗性基因兩側序列同源,引物序列見表1。
表1擴增打靶片段的引物序列
2.1.2打靶片段的擴增與純化
以質粒pKD3(圖2)作為模板,用表1中的引物進行PCR擴增,50μl PCR擴增體系如下表:
表2sptP打靶片段基因PCR擴增體系
PCR反應條件為:94℃預變性5min;94℃變性30s,62℃退火30s,72℃延伸1min,共30個循環,72℃延伸5min,4℃保存。
反應結束后以1%的瓊脂糖凝膠電泳檢測,以試劑盒回收純化PCR產物,回收操作按Fragment purification Kit說明書進行,測定DNA濃度。
以質粒pKD3作為模板,用帶有39nt同源臂的長引物進行PCR擴增,獲得大小為1111bp的打靶片段(圖3)。所述打靶片段如SEQ ID NO:2所示,具體為:
tgaatcagcaggaagtgctcaaaaacatactgcaggaatGTGTAGGCTGGAGCTGCTTCGAAGTTCCTATACTTTCTAGAGAATAGGAACTTCGGAATAGGAACTTCATTTAAATGGCGCGCCTTACGCCCCGCCCTGCCACTCATCGCAGTACTGTTGTATTCATTAAGCATCTGCCGACATGGAAGCCATCACAAACGGCATGATGAACCTGAATCGCCAGCGGCATCAGCACCTTGTCGCCTTGCGTATAATATTTGCCCATGGTGAAAACGGGGGCGAAGAAGTTGTCCATATTGGCCACGTTTAAATCAAAACTGGTGAAACTCACCCAGGGATTGGCTGAGACGAAAAACATATTCTCAATAAACCCTTTAGGGAAATAGGCCAGGTTTTCACCGTAACACGCCACATCTTGCGAATATATGTGTAGAAACTGCCGGAAATCGTCGTGGTATTCACTCCAGAGCGATGAAAACGTTTCAGTTTGCTCATGGAAAACGGTGTAACAAGGGTGAACACTATCCCATATCACCAGCTCACCGTCTTTCATTGCCATACGTAATTCCGGATGAGCATTCATCAGGCGGGCAAGAATGTGAATAAAGGCCGGATAAAACTTGTGCTTATTTTTCTTTACGGTCTTTAAAAAGGCCGTAATATCCAGCTGAACGGTCTGGTTATAGGTACATTGAGCAACTGACTGAAATGCCTCAAAATGTTCTTTACGATGCCATTGGGATATATCAACGGTGGTATATCCAGTGATTTTTTTCTCCATTTTAGCTTCCTTAGCTCCTGAAAATCTCGACAACTCAAAAAATACGCCCGGTAGTGATCTTATTTCATTATGGTGAAAGTTGGAACCTCTTACGTGCCGATCAACGTCTCATTTTCGCCAAAAGTTGGCCCAGGGCTTCCCGGTATCAACAGGGACACCAGGATTTATTTATTCTGCGAAGTGATCTTCCGTCACAGGTAGGCGCGCCGAAGTTCCTATACTTTCTAGAGAATAGGAACTTCGGAATAGGAACTAAGGAGGATATTCATATGGACCATGGCTAATTCCCATtaaaaacatagcttacttttagaactatcagaaagtaag。
3.電轉化感受態細胞的制備
將攜帶Red重組酶系統的質粒pKD46(從美國Yale University,The E.coli genetic resource center購買)(圖4)轉化至氯化鈣制備的野生株C50336感受態中構建菌株C50336-pKD46,于氨芐青霉素平板上30℃培養過夜,挑取單菌落接種含Amp的LB培養基,30℃振蕩培養過夜。取200μL培養物接種到50mL含Amp的LB培養基中,并加入終濃度為30mM的L-阿拉伯糖,30℃振蕩培養箱至OD600≈0.4,冰浴10min,4℃、5000rpm離心10min收集細菌沉淀,用預冷的10%甘油洗三遍,用50μL預冷的10%甘油重懸,即為感受態細胞。
4.同源臂打靶片段的電轉化
將100ng的打靶片段(PCR產物的體積不能超過感受態細胞的10%)與50μL感受態細胞混合物加入到直徑為1mm的電擊杯中,冰浴2min,在電壓1.8KV,脈沖25μF,電阻200Ω的條件下進行電擊。電擊完成后,加入預熱的1mL SOC培養液于電擊杯中,移液器輕輕吹勻后轉移至1.5mL EP管中,180rpm,30℃振蕩培養2h。取500μL菌液涂布于含氯霉素的LB抗性平板,37℃倒置培養過夜,篩選CmR抗性轉化子。接種含氯霉素抗性的重組子,42℃培養過夜后,菌液分別接種于含有氯霉素和氨芐青霉素的LB平板,37℃培養。選擇具有氯霉素抗性但對氨芐青霉素敏感的單菌落,獲得只有氯霉素抗性的突變株,并以sptP基因外側引物e-sptP-F/R引物進行PCR驗證,如圖5,驗證正確的菌株命名為:C50336ΔsptP::cat。
表3突變株的驗證引物
5.抗性基因的消除
將攜帶FLP重組酶的質粒pCP20(從美國Yale University,The E.coli genetic resource center購買)電轉至C50336ΔsptP::cat突變株中,電轉化方法同上。電轉化后取500μL的菌液涂布于同時含有Amp和Cm的LB平板上,30℃培養過夜后,挑取單菌落于LB平板上,42℃培養過夜。以e-sptP-F/R引物進行PCR驗證輔助質粒pCP20和Cat抗性基因的消除情況,如圖5,從而獲得無抗性的基因突變株,經測序正確的菌株命名為:C50336ΔsptP。
6.缺失株生理生化活性鑒定
挑取純培養的C50336ΔsptP單菌落接種生化鑒定板(API20E生化鑒定板),并以C50336為對照,37℃培24h后觀察結果。結果見圖1及表4,與野生株相比,C50336ΔsptP生理生化活性未發生變化。
表4野生株C50336及基因缺失株的生化特性鑒定
注:“+”代表陽性,“—”表示陰性。
實施例2
1.安全性試驗:
6-8周齡雌性BALB/c小鼠的半數致死率試驗,將實施例1中制備的突變株與野生株C50336的毒力比較。
1.1.細菌的培養:細菌在LB平板上37℃培養24h,挑取單接種于液體LB中37℃靜置培養12小時,調節菌液濃度調節到1×109CFU/ml。
1.2.小鼠半數致死量的測定
6-8周齡雌性BALB/c小鼠隨機分為8組,每組4只,將野生株C50336、突變株C50336ΔsptP分別以不同的劑量口服灌胃小鼠。在接種前一天給小鼠口服5%NaHCO3,100μL/只,連續觀察并記錄2周內小鼠的死亡情況,計算死亡率。試驗結果表明,C50336ΔsptP突變株的毒力顯著降低(表5)。
表5野生株和突變株對小鼠的致死率
1.3.免疫小鼠體重變化的測定
比較腸炎沙門菌缺失株C50336ΔsptP口服免疫后對小鼠體重的影響,6-8周齡雌性BALB/c小鼠分別口服免疫1×108CFUC50336ΔsptP。結果顯示免疫組與PBS對照組相比,免疫組小鼠體重無明顯變化(表6)。同時,每天觀察免疫組與對照組小鼠的臨床狀態,發現免疫組與對照組一樣,能正常采食飲水,對外界刺激敏感,并未出現厭食、腹瀉、精神萎靡等癥狀。
表6免疫1×108CFU C50336ΔsptP后小鼠體重變化
實施例3腸炎沙門菌C50336ΔsptP在小鼠體內動態變化分析
以108CFU腸炎沙門菌C50336ΔsptP口服免疫小鼠,分別在免疫后3、5、7、10、14、17、21天剖殺實驗小鼠,無菌操作取其肝臟、脾臟、腸系膜淋巴結,細菌計數。肝臟細菌數變化見圖6,脾臟細菌數見圖7,細菌在腸系膜淋巴結中的變化規律見圖8。在接種后的第3天小鼠的肝臟、脾臟、腸系膜淋巴結開始分離到細菌且數量達到最高。接種后21天,三只小鼠中的兩只臟器已基本不帶菌,而僅有一只體內還載有少量細菌。對照組小鼠均未分離到沙門菌。
實施例4
1.腸炎沙門菌C50336ΔsptP免疫后小鼠血清中特異性抗體水平及亞型的測定結果
以腸炎沙門菌可溶性抗原為包被抗原,檢測血清中IgG及其亞型的分泌水平。圖9顯示免疫后12天與26小鼠血清中IgG抗體水平與對照組相比均存在顯著高(p<0.05)。通過IgG亞型的測定可知,缺失株可以誘導IgG1和IgG2a亞型抗體產生,其中高滴度的IgG1抗體暗示C50336ΔsptP能誘導傾向Th2型免疫應答(圖10)。ELISA結果表明,C50336ΔsptP可以誘導強烈的體液免疫應答產生。
2.腸炎沙門菌C50336ΔsptP免疫后小鼠脾臟淋巴細胞增殖的結果
制備小鼠脾臟單細胞懸液,分別以ConA(終濃度為10μg/mL),SEAgP(終濃度為10μg/mL)刺激,陰性對照組只加入培養基。置于37℃含有5%CO2條件下培養48h后進行觀察或檢測。完成刺激后使用Roche cell proliferation ELISA,BrdU試劑盒,參照其說明書進行檢測,計算刺激指數SI值。
在ConA與SEAgP刺激下,免疫后12天與26天小鼠的脾臟淋巴細胞增殖效果顯著高于未免疫對照組(p<0.05)(圖11)。這說明腸炎沙門菌C50336ΔsptP能夠誘導小鼠產生較好的細胞免疫應答。
實施例5腸炎沙門菌C50336ΔsptP對小鼠免疫保護測定
1×108CFU C50336ΔsptP免疫后,將腸炎沙門菌野生株C50336以口服感染途徑對免疫組與對照組小鼠進行攻毒,記錄16天內小鼠死亡情況及臨床癥狀,以評價減毒株的免疫保護作用。表7顯示攻毒后16天,1×108CFU免疫組小鼠的存活率達100%,且無不良癥狀,而對照組的存活率僅為25%,并且在攻毒后第5天開始出現厭食、炸毛、顫抖、精神萎靡等臨床表現癥狀,第6天便開始出現死亡情況。這說明C50336ΔsptP能為小鼠提供較好的免疫保護。
表7C50336ΔsptP對小鼠的免疫保護效力
以上所述,僅為本發明的較佳實施例,并非對本發明任何形式上和實質上的限制,應當指出,對于本技術領域的普通技術人員,在不脫離本發明方法的前提下,還將可以做出若干改進和補充,這些改進和補充也應視為本發明的保護范圍。凡熟悉本專業的技術人員,在不脫離本發明的精神和范圍的情況下,當可利用以上所揭示的技術內容而做出的些許更動、修飾與演變的等同變化,均為本發明的等效實施例;同時,凡依據本發明的實質技術對上述實施例所作的任何等同變化的更動、修飾與演變,均仍屬于本發明的技術方案的范圍內。
SEQUENCE LISTING
<110> 揚州大學
<120> 腸炎沙門菌基因敲除減毒突變株及其制備與應用
<130> 164313
<160> 7
<170> PatentIn version 3.3
<210> 1
<211> 1632
<212> DNA
<213> Artificial
<220>
<223> sptP基因的閱讀框序列
<400> 1
atgctaaagt atgaggagag aaaattgaat aatttaacgt tgtcttcgtt ttcaaaagtt 60
ggtgtgtcga atgatgcccg actttatatt gctaaggaaa atactgataa ggcatatgtt 120
gcgcctgaaa aattttcgtc aaaagtatta acctggcttg gaaaaatgcc gttatttaaa 180
aacactgaag tggtgcaaaa acatacggaa aatatcagag tacaggacca aaagatttta 240
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<220>
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tctcaataaa ccctttaggg aaataggcca ggttttcacc gtaacacgcc acatcttgcg 420
aatatatgtg tagaaactgc cggaaatcgt cgtggtattc actccagagc gatgaaaacg 480
tttcagtttg ctcatggaaa acggtgtaac aagggtgaac actatcccat atcaccagct 540
caccgtcttt cattgccata cgtaattccg gatgagcatt catcaggcgg gcaagaatgt 600
gaataaaggc cggataaaac ttgtgcttat ttttctttac ggtctttaaa aaggccgtaa 660
tatccagctg aacggtctgg ttataggtac attgagcaac tgactgaaat gcctcaaaat 720
gttctttacg atgccattgg gatatatcaa cggtggtata tccagtgatt tttttctcca 780
ttttagcttc cttagctcct gaaaatctcg acaactcaaa aaatacgccc ggtagtgatc 840
ttatttcatt atggtgaaag ttggaacctc ttacgtgccg atcaacgtct cattttcgcc 900
aaaagttggc ccagggcttc ccggtatcaa cagggacacc aggatttatt tattctgcga 960
agtgatcttc cgtcacaggt aggcgcgccg aagttcctat actttctaga gaataggaac 1020
ttcggaatag gaactaagga ggatattcat atggaccatg gctaattccc attaaaaaca 1080
tagcttactt ttagaactat cagaaagtaa g 1111
<210> 3
<211> 103
<212> DNA
<213> Artificial
<220>
<223> 替換序列
<400> 3
gtgtaggctg gagctgcttc gaagttccta tactttctag agaataggaa cttcggaata 60
ggaactaagg aggatattca tatggaccat ggctaattcc cat 103
<210> 4
<211> 59
<212> DNA
<213> Artificial
<220>
<223> sptp-Cat-F
<400> 4
tgaatcagca ggaagtgctc aaaaacatac tgcaggaatg tgtaggctgg agctgcttc 59
<210> 5
<211> 59
<212> DNA
<213> Artificial
<220>
<223> sptP-Cat-R
<400> 5
cttactttca gatagttcta aaagtaagct atgtttttaa tgggaattag ccatggtcc 59
<210> 6
<211> 18
<212> DNA
<213> Artificial
<220>
<223> e-sptP-F
<400> 6
atccgaacta ctttacgc 18
<210> 7
<211> 19
<212> DNA
<213> Artificial
<220>
<223> e-sptP-R
<400> 7
tgaatggcta ttctactgg 19