抗生素生物合成调控元件的功能解析

抗生素生物合成的整个过程由多个环节构成,受到前体物供给、装配、外运、调控和抗性等因素的影响,因此形成了相应的各种生物合成元件和模块。其中最为重要的是控制生物合成基因转录和翻译等表达水平的调控蛋白及其机制。放线菌的调控蛋白有全局性、多效性和途径专一性三种类型,并形成复杂的级联调控网络,对抗生素的合成实施严谨的控制。调控基因的功能鉴定和调控机理的解析是定向提高生物合成基因转录水平和抗生素产量的重要前提,也是构建抗生素高效合成的放线菌底盘生物的必要基础。在该研究执行的前两年,本研究重点对纳他霉素产生菌和天蓝色链霉菌的多个重要调节基因及其调控机制展开了深入的研究。抗生素生物合成途径优化的重要策略之一是提高生物合成基因及其编码蛋白的表达水平,因此,解析抗生素生物合成的调控机制是实施该策略的重要前提。该研究对恰塔努加链霉菌和天蓝色链霉菌中跟那他霉素、十一烷基灵菌红素和放线紫红素相关的多个途径专一性基因和多效性基因进行了功能鉴定,揭示了放线菌抗生素生物合成复杂而特别的调控机制,为途径优化和优良底盘生物的构建奠定了基础,而且通过调控基因的改造显著提高了抗生素的产量或缩短了发酵周期,已经初步显示出改造调节基因是提高抗生素产量的重要合成生物学策略。     

Salsolinol合成酶的克隆和表达

 Salsolinol 合成酶是一种催化多巴胺和乙醛生成Salsolinol 的酶,与帕金森病发病机制密切相关。研究发现Salsolinol 合成酶与泛素的氨基酸序列高度相似,只有4 个氨基酸位点有差异。本研究以泛素基因为模板,采用聚合酶链式反应技术对4 个位点进行定点突变,将突变基因片段克隆到载体pET30a-GST 上,构建pET30a-GST-Sal synthase 重组载体,转化BL21 后,IPTG 诱导重组菌表达融合蛋白,经亲和层析柱纯化。结果表明,实现目的位点的定点突变,获得Sal 合成酶基因,成功构建了GST-Sal synthase 原核表达质粒,在大肠杆菌中表达纯化后得到较高纯度的GST-Sal synthase 融合蛋白。     

大肠杆菌aroG基因在枯草杆菌中的分泌表达

为了对大肠杆菌中由ａｒｏＧ基因编码的３－脱氧－Ｄ－阿拉伯庚酮糖酸－７－磷酸合成酶（ＤＡＨＰ合成酶）进行结构与功能的深入研究,尝试了ａｒｏＧ基因在枯草杆菌中的表达。表达载体以ｐＵＢ１１０为骨架,采用了枯草杆菌热激蛋白ｇｒｏＥＳＬ基因的启动子,碱性蛋白酶ｓｕｂｔｉｌｉｓｉｎ基因的信号肽和Ｎ－乙酰胞壁酸－Ｌ－丙氨酸酰胺酶ｃｗｌＨＢ基因的转录终止子,将ａｒｏＧ基因在枯草杆菌ＷＢ６００宿主菌中进行了分泌表达     

桃蚜关键抗性基因挖掘及抗蚜Cry蛋白预测

为了挖掘桃蚜(Myzus persicae)的关键抗性基因并构建抗性调控网络,通过加权基因共表达网络分析(WGCNA)和差异表达基因分析(DEGs)对桃蚜抗性研究的GEO数据库进行分析,筛选出2 426个枢纽基因和2 263个差异表达基因探针.将关键抗性基因在String数据库中进行蛋白质相互作用(PPI)分析,获得154个桃蚜关键抗性基因,并绘制桃蚜的抗性调控网络.结果表明:acpp基因的上调表达可能是大多数Cry蛋白不能有效杀死桃蚜的原因之一;参考抗蚜Cry1Cb2蛋白和11个靶标蛋白的对接规则,通过同源建模和分子对接等生物信息学技术,预测了10个新的Cry蛋白可能对桃蚜具有杀虫活性.     

基因替换及多基因共表达强化大肠杆菌辅酶Q10的合成能力

为了强化大肠杆菌合成辅酶Q10（CoQ10）的能力,对大肠杆菌进行了相关的基因操作。通过敲除大肠杆菌染色体上的聚八异戊二烯焦磷酸合成酶基因ispB,并导入来自Gluconobactersuboxydans的聚十异戊二烯焦磷酸合成酶基因ddsA,使大肠杆菌具有CoQ10合成能力的同时降低了内源性辅酶Q8（CoQ8）的合成。采用双质粒共表达系统,对CoQ生物合成途径中多个功能基因进行了强化表达,构建得到的重组大肠杆菌CoQ的合成能力、CoQ10合成的专一性都有明显改善,其中ubiCA和ddsA基因的协同表达效果最为明显,CoQ的合成能力比对照提高了65%,而CoQ10的合成量也提高了1.1倍。     

代谢工程改造Bacillus amyloliquefaciens提高Surfactin产量

Surfactin是芽孢杆菌属菌株通过多酶复合体合成的1种环状脂肽,属于次级代谢产物,具有异常优越的表面活性和抗菌、抗病毒、抗肿瘤等生物活性,但天然产量比较低.采用基因无痕操作方法,在Bacillus amyloliquefaciens NK-△LP菌株中敲除了2种结构类似物伊枯草菌素(Iturin)和丰原素(Fengycin)合成酶基因簇,构建了单敲菌株和双敲菌株;并分别过表达了与Swarming相关的SwrC蛋白、可能的跨膜转运蛋白YbfB和4'-磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶Sfp,surfactin最高产量达50.17 mg/L,相对单位产量达38.59 mg/L;探究了相关代谢过程改造对菌株蜂群运动(Swarming)能力的影响,为surfactin工程菌株构建提供了参考.     

噬夏孢欧文氏菌类crtB基因的克隆及在大肠杆菌中的表达

噬夏孢欧文氏菌类胡萝卜素合成相关基因crtB,编码八氢番茄红素合成酶。利用PCR技术扩增出crtB基因,克隆进表达载体,构建表达质粒pET-15bcrtB。重组质粒转化大肠杆菌,构建工程菌株。经IPTG诱导,工程菌高效表达了重组八氢番茄红素合成酶,表达量占菌体总蛋白的40%。重组蛋白以包含体形式存在,包含体经洗涤、尿素溶解、复性并经镍离子树脂亲和层析、Superdex 75凝胶层析柱纯化,得到了电泳纯的重组八氢番茄红素合成酶,带有His-tag的该蛋白分子量为35 kDa,pI值为7.3。     

GGPPS基因在植物色香性状改良中的应用研究进展

色彩和香味是影响园林植物观赏品质的重要因子,对植物的观赏价值具有决定性的影响。类胡萝卜素是植物重要色素物质,单萜是植物关键芳香成分,牻牛儿基牻牛儿基焦磷酸合成酶基因(GGPPS)位于两者合成途径的关键交叉节点,对植物颜色、香味相关代谢物的形成具有重要影响。本研究对GGPPS蛋白的结构与分类、进化聚类情况,并对GGPPS基因的转录调控和其他调控因子进行综述,总结了GGPPS基因影响植物色彩与香味形成的作用机制,探讨了其在植物色彩及香味性状改良方面的应用潜力,认为今后可利用多组学手段挖掘相关转录因子并解析GGPPS基因调控植物色香的分子网络,以期为植物观赏性状的遗传改良工作提供新的基因资源和研究思路。     

S-腺苷甲硫氨酸合成酶的可溶性表达

系统考察了pET可溶性表达系统对酵母来源的S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因的表达情况,结果显示:采用含Nus·Tag融合标签的pET-44a为载体,trx B和gor双突变的Origami为宿主最适合目的蛋白的可溶性表达。进一步考察不同来源的大肠杆菌、枯草芽孢杆菌、苏云金芽孢杆菌的可溶性时,也得到了相似的结论,比较发现酵母来源的SAM合成酶可溶性表达的比活力最高达60.9 U/mg。     

非创伤性股骨头坏死与潜在关键基因表达谱的相关研究

目的:用生物信息学方法探讨与非创伤性股骨头坏死相关的潜在关键基因和信号通路.方法:GEO数据库中下载得到8例人股骨头样本产生的GSE74089表达谱数据进行生物信息学分析,Limma包筛选差异表达基因.用DAVID数据库、R包、STRING数据库及Cytoscape软件对差异表达基因进行基因功能、信号通路及蛋白-蛋白相互作用网络分析.结果:共筛选出1 315个差异表达基因,上调基因809个,下调基因506个.差异表达基因主要涉及细胞外基质、胞外空间、胶原蛋白三聚体、胶原纤维组织、松弛素信号通路及转化生长因子β信号通路等.PPI网络由391个节点和1 213个交互组成,网络分析列出蛋白互作网络的前20个中心节点蛋白,挖掘出4个潜在关键基因.结论:HACE1、FBXW7、GNG8和SAA1等差异基因可能与非创伤性股骨头坏死的发病机制密切相关.