稀有海洋放线菌Salinispora arenicola CNH643 DSM 44819的sare4854基因异源表达对链霉菌抗生素产量的影响

稀有海洋放线菌Salinispora arenicola CNH643 DSM 44819的sare4854基因编码1个典型的SARP,但其确切功能没有得到认证.为了研究sare4854基因的功能,我们在链霉菌Streptomyces sp. AM-7161中异源表达了sare4854基因.实验结果表明,对比野生菌,转化子中抗生素的产量被明显抑制.生物信息学分析表明,sare4854除了与编码SARPs蛋白家族中的其他1样在N-端编码1个SARP样结构域外,在其C-端还编码有1个核苷三磷酸水解酶(nucleoside triphosphate hydrolases, NTPase)结构域.这可能是sare4854基因对Streptomyces sp. AM-7161抗生素产量负调控的主要作用机制.     

氧化还原敏感型元件调控大肠杆菌氧化胁迫耐受性

在大肠杆菌(Escherichia coli)中对自身和来自运动发酵单胞菌(Zymomonas mobilis)的转录因子SoxR的氧化胁迫抗性及元件通路进行了验证与改造。胁迫测试表明,在E.coli中过表达自身E-SoxR或异源表达Z-SoxR均不能提高菌株的胁迫耐受性。荧光定量分析表明,在E.coli中,联合下游基因过表达E-SoxR增强了菌株对抑制物的梯度响应,异源表达Z-SoxR反而降低了菌株对抑制物的梯度响应。在E.coli中,通过在SoxR下游连接抗性基因,分别获得了耐受H₂O₂和糠醛(furfural)胁迫的单基因菌株,进而构建双基因组合菌株,提升了大肠杆菌对双胁迫环境的耐受性,证明了氧化还原敏感型元件能够智能响应复杂抑制物条件下的胁迫。该研究为微生物利用木质纤维素水解液发酵生产奠定了基础。     

铜绿假单胞菌中新型的β内酰胺酶介导的羧苄青霉素抗性

为了探究铜绿假单胞菌抗羧苄青霉素的机制,通过基因敲除以及克拉维酸钾和羧苄青霉素协同实验对羧苄青霉素抗性菌株进行研究。在对羧苄青霉素具有抗性的转座突变体基础上敲除amp C后,其对羧苄青霉素抗性没有变化;8株羧苄青霉素抗性转座突变体菌株克拉维酸钾协同实验呈阳性。基因组中预测为β内酰胺酶的PA5514基因的敲除突变菌株及过表达菌株对氨苄青霉素以及羧苄青霉素的敏感性也没有变化。结果说明amp C及PA5514表达升高并不是羧苄青霉素抗性转座突变体抗性产生的原因,基因组中存在新的受克拉维酸钾抑制的β内酰胺酶可能是铜绿假单胞菌抗羧苄青霉素的一种新机制。同时,克拉维酸钾与羧苄青霉素联合使用能够提高羧苄青霉素对铜绿假单胞菌抗性菌株的治疗效果。     

链霉菌辅酶Q9生物合成基因sdsA的鉴定

聚异戊二烯焦磷酸合成酶基因在4个不同种的链霉菌(Streptomyces coelicolor A3(2), Streptomyces maritimus, Streptomyces mycarofaciens ATCC 21454和Streptomyces sp.Tü4128)中分别被克隆.测序结果显示:4个聚异戊二烯焦磷酸合成酶基因均编码336个氨基酸的肽链,4条肽链之间的序列有97%的同源性.将4个不同的聚异戊二烯焦磷酸合成酶基因分别导入大肠杆菌中进行异源表达,有辅酶Q9产生.将4个基因分别导入八聚异戊二烯焦磷酸合成酶(IspB)缺陷的大肠杆菌KO229(ΔispB)中证明它们有替代ispB基因的功能,并且在大肠杆菌中合成辅酶Q9.     

转录组分析sgf73基因缺失对粟酒裂殖酵母生长代谢影响的分子机制

为研究粟酒裂殖酵母sgf73基因缺失后的关键基因和关键代谢通路,采用RNA-Seq测序技术对野生型酵母菌株及sgf73基因缺陷型菌株进行测序及生物信息学分析,并进行GO和KEGG功能富集分析.结果表明：sgf73基因缺陷型菌株中高表达基因有1 834个,极高表达基因有6个,且有1 714个差异表达基因,包括934个上调基因,780个下调基因;sgf73基因敲除导致细胞代谢和跨膜转运过程异常变化;MAPK信号通路中参与周期调控cki1,cki2和cdc25基因的下调导致sgf73Δ菌株有丝分裂时间延长;调控细胞骨架rgf2,rho1和stt4基因的下调导致sgf73Δ菌株肌动蛋白环收缩异常.     

植物乳杆菌CS3全基因组分析及对己醛的转化

大豆是传统酱油酿造的主要原料,在酿造过程中容易发生氧化变质和酸败等现象,从而产生不良风味和有害物质,其原因是发酵过程中产生了不饱和脂肪醛类物质。本研究以植物乳杆菌(Lactiplantibacillusplantarum)CS3为研究对象,在对该菌株进行全基因组测序和己醛胁迫下的转录组分析的基础上,筛选出转化己醛的关键基因AdhE(双功能乙醛CoA/酒精脱氢酶)和己醛胁迫下的高表达转录因子Fru R。利用CRISPR-Cas9基因编辑技术,将基因AdhE和FruR进行基因敲除验证,敲除后的菌株在MRS培养基中代谢己醛的能力分别下降了17.72%和56.72%。这表明两个基因在己醛转化过程中都发挥重要作用。这一结果为植物乳杆菌在酱油生产中降低醛类等有害物质的应用提供了理论支持。     

天蓝色链霉菌中S-adenosylmethionine依赖性甲基转移酶同源基因sco1162调控孢子发育及抗生素合成

利用大肠杆菌-链霉菌穿梭质粒pDZY101携带的转座子Tn101随机插入到天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolor)M145构建的插入突变库,从中分离到一株孢子色素及抗生素合成明显发生变化的菌株BZ100.测序发现,该突变株中Tn101插入到了链霉菌的sco1162基因中.序列分析表明,该基因编码S腺苷甲硫氨酸(S-adenosylmethionine,SAM)依赖的甲基转移酶.为了验证该插入突变与表型的对应关系,构建了能在突变菌株中表达sco1162基因的互补质粒pFDZ16-1162,将该质粒转化突变株后,突变菌株的孢子形态和抗生素合成水平得到完全恢复.     

栖热菌噬菌体TSP4密码子偏嗜性及其对基因异源表达的影响

 为了探索噬菌体TSP4、栖热菌模式菌株Thermus thermophilus HB27中6种蛋白编码序列和Escherichia coli基因组遗传密码子使用偏嗜性,探索TSP4基因密码子偏嗜性对其基因异源表达的影响本研究利用生物学软件Editseq和RSCU算法统计噬菌体TSP4密码子使用频率并分析其偏嗜性,与栖热菌HB27的同源基因以及常温菌E.coli基因组的密码子使用偏嗜性进行对比分析.结果显示,噬菌体TSP4与栖热菌HB27优势密码子相似度高达85%,而与E.coli的相似性仅有65%.为了验证分析结果,选取TSP4基因组中一个潜在分子伴侣基因序列在E.coli BL21和E.coli Rosetta(补充了BL21菌株中缺失的6个稀有密码子)中进行异源表达.噬菌体TSP4与其宿主菌HB27之间密码子高相似性说明在长期的进化过程中TSP4在基因水平上形成对宿主的一种适应性机制.异源表达结果显示,分子伴侣基因在E.coli BL21中未见明显表达,但在Rosetta中高效表达,说明Rosetta中补充的 6个稀有密码子明显有助于分子伴侣基因的表达,该结果也进一步证明密码子偏嗜性是否一致在很大程度上影响基因的表达.     

短小芽孢杆菌sRNA Bpsr112的鉴定及功能研究

为了给短小芽孢杆菌的改造提供新思路,提高碱性蛋白酶产量,实验室前期对短小芽孢杆菌进行了转录组测序,预测了短小芽孢杆菌的sRNA.本研究通过生物信息学方法和Northern杂交鉴定了一个新的sRNA Bpsr112.然后构建了Bpsr112的敲除型菌株和过表达菌株,利用相关菌株进行了生长曲线、盐胁迫和蛋白酶活等实验,再利用SDS-PAGE检测胞外蛋白酶AprE的表达水平.结果表明,在发酵至60 h和72 h时,与对照菌株相比,敲除型菌株酶活显著降低（P<0.01）,过表达菌株酶活显著提高（P<0.01）;同时SDS-PAGE结果表明,AprE蛋白含量在敲除菌株中降低,在过表达菌株中提高,说明sRNA Bpsr112对短小芽孢杆菌蛋白酶活具有正调控.本研究鉴定了短小芽孢杆菌中的sRNA,并发现Bpsr112对蛋白酶活具有促进作用.     

核盘菌交配型基因mat1-1敲除载体的构建及转化

利用根癌农杆菌介导真菌遗传转化方法对核盘菌的交配型基因mat1-1进行基因同源重组的敲除对比实验,获得了缺失mat1-1基因的转化菌株.先利用PCR方法获得mat1-1基因的左右两侧片段,将测序正确的两个侧翼片段分别重组到农杆菌转化载体PBI-G3C中,并将新霉素抗性标记引入农杆菌转化载体PBI-G3C中,构建成农杆菌介导转化核盘菌的打靶载体ΔPBI-G3CN-mat1-1,再将ΔPBI-G3CN-mat1-1质粒转化至根癌农杆菌EHA105中.利用核盘菌菌丝进行转化,将得到的转化菌株,利用PCR方法进行验证,证实有敲除菌株存在.通过对敲除菌株进行生理表型的测定发现,缺失mat1-1基因的敲除菌株其生长速度与野生核盘菌菌株相比无明显差异,但敲除菌株不能产生菌核与子囊盘.     

表皮葡萄球菌sigB基因调控生物膜合成的研究

sigB基因编码的S igm a factor B(σB)蛋白是一个普遍性的可通过与RNA聚合酶结合来调控多种基因表达的因子.为了验证表皮葡萄球菌sigB基因的调控作用,构建了含四环素抗性基因的打靶载体并采用双交换同源重组的方法对表皮葡萄球菌RP62A(ATCC35984)中sigB基因进行敲除.sigB基因敲除后的菌株,与出发菌株相比生物膜形成能力急剧下降,而在sigB基因座的回补菌株中,生物膜形成能力又恢复到接近出发菌株的水平.RT-PCR分析生物膜相关基因sarA(Staphylococcus Accessory Regu lator),icaA(icaADBC操纵子中的第一个基因)发现,sigB基因从转录水平上对二者进行正调控.lacZ报告系统的体外实验揭示了SigB可以通过作用于sarA的启动子区域正调控sarA表达.     

改造细菌基因组的双重选择系统的构建

对细菌基因的敲除与回补可以用于基因功能的研究和基因组的改造。传统的Red同源重组敲除系统依赖于抗性标记基因的正向选择,无法实现基因回补菌株的选择。文章通过构建具有独特优势的双重选择系统,将2种选择标记基因tetA和sacB构建到一个自杀质粒中,该质粒含有tetA-sacB双基因盒,可以利用该双基因盒的双重选择作用实现细菌基因组中基因的敲除与回补。结果表明：在敲除大肠杆菌MG1655中的lacZ基因时,利用构建的双重选择系统中tetA的抗生素耐药性成功筛选到阳性克隆;利用双重选择系统的反向选择作用,在含有镰刀菌酸和蔗糖的培养基上进行筛选,实现了lacZ基因的回补。     

酿酒酵母YBR019C基因缺失突变的分析

【目的】研究目的基因YBR019C缺失对酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)菌株糖代谢和乙醇发酵的影响。【方法】以酿酒酵母野生菌NF1002为出发菌株,选择2号染色体上的基因YBR019C为目的基因,以质粒pUG6和pUG66为模板进行PCR,构建带有Cre/loxP系统的酿酒酵母YBR019C基因敲除组件,并转化酿酒酵母NF1002,利用筛选标记Kan r和Ble r与YBR019C基因进行同源重组,筛选YBR019C双倍体缺陷型菌株。利用蔗糖和甘蔗糖蜜为碳源,对突变菌进行发酵特性的研究。【结果】成功获得YBR019C双倍体缺陷型菌株NFybr。碳源同化实验表明,突变株和野生菌均能利用葡萄糖和蔗糖,不能利用乳糖和木糖;但相比野生菌,突变株利用棉子糖和麦芽糖的能力有所下降,而且完全不能利用半乳糖。蔗糖发酵实验表明:突变株NF-ybr与野生菌株相比,在发酵终点乙醇浓度提高10.7%,发酵周期有所延长。按目前甘蔗糖蜜乙醇生产的发酵工艺,突变株在30℃发酵72h的醪液乙醇含量为12.52%,低于野生菌的13.89%。【结论】YBR019C基因的缺失影响了菌株对糖份的利用,导致乙醇发酵能力不及野生菌。本研究为菌株高效快捷的基因改造提供了参考。     

结核分枝杆菌mpt64基因真核表达载体的构建及表达

构建结核分枝杆菌分泌蛋白mpt64基因真核表达载体。通过PCR法从MTBH37Rv株基因组中扩增mpt64基因,插入pGEM-T-easy载体中,序列测定正确后,将其亚克隆到真核表达载体pcDNA3．1（-）,重组质粒酶切鉴定正确后,以Lipo-fectamine2000转染COS-7细胞后,分别以RT-PCR方法检测mRNA表达和间接免疫荧光技术检测目的蛋白的表达。构建了真核表达载体pcDNA-mpt64,RT-PCR结果证明mpt64基因可在COS-7细胞中转录,用间接免疫荧光检测,有表达mpt64蛋白的细胞着染。结果表明,构建结核分枝杆菌mpt64基因的真核表达载体pcDNA-mpt64成功,mpt64基因可以在COS-7细胞中表达。     

脂肪酶产生菌的筛选及基因的克隆表达

目的筛选出脂肪酶活性较高菌株,通过脂肪酶基因克隆技术获得高表达的脂肪酶,根据酶活曲线确定该酶的最适温度和最适pH.方法采用透明圈法,以三丁酸甘油酯为底物筛选脂肪酶活性较高菌株;通过PCR扩增获得其脂肪酶基因Pseudomonas peli(PP)序列,构建pET-28 a表达载体,并在大肠杆菌Escherichia coli BL21(DE3)中进行异源表达;通过Ni柱将脂肪酶纯化,并根据酶活曲线确定该酶的最适温度和最适pH.结果筛选到一株脂肪酶活性较高的菌株,16S rRNA基因序列比对结果初步鉴定为Pseudomonas peli.PCR扩增得到的基因片段长度为801 bp,其序列与Pseudomonas peli中的脂肪酶基因序列相似性达到100%,PP基因在大肠杆菌中异源表达蛋白的分子量约29 KD,该蛋白在55℃、pH 7.0时活性最高.结论通过基因克隆表达后得到的脂肪酶Ni柱纯化后纯度达95%以上,且耐高温,为脂肪酶工业化应用奠定了基础.     

香豆素衍生物荧光探针的合成及性能研究

以香豆素衍生物为基本原料合成了一种新型荧光分子探针TK.通过研究荧光分子探针TK在中性缓冲溶液中对金属离子的识别性能.结果显示,TK可以选择性荧光猝灭识别Cu2+、Fe3+.TK与Fe3+络合后,TK在351nm处的荧光峰强度发生猝灭,猝灭幅度为31％;与Cu2络合后,TK在474nm的荧光峰强度几乎完全猝灭,猝灭幅度达97％.经定量分析显示,TK与Cu2+形成了1∶1型络合物.通过金属离子竞争实验表明,常见的金属离子均不干扰TK对Cu2+的检测.     

genP基因在依纽小单孢菌中表达的分析

庆大霉素生物合成过程中的genP基因和西索米星生物合成过程中的sisI基因属同工异源酶基因,均能催化绛红糖胺3′,4′-双脱羟基反应。本研究借助组合生物合成,探索绛红小单孢菌中的genP基因能否在依纽小单孢菌中表达。首先构建genP基因替换sisI基因的同源重组质粒pKPI4,并经接合转移将其导入依纽小单孢菌TS388中,最后再通过影印筛选及PCR鉴定获得genP基因替换sisI基因的工程菌PTI886。将野生型菌株TS388、sisI基因缺失突变株TI1102(TS388△sisI)及工程菌PTI886在同等条件下进行发酵,提取其代谢产物并经薄层层析及质谱分析。结果表明,突变株TI1102不能合成西索米星,而工程菌PTI886仍能继续合成西索米星,且代谢产物组分与野生型菌株TS388相比无明显变化,说明genP基因能在依纽小单孢菌中表达。本研究揭示了同工异源酶基因异源表达的可行性,可为今后不同微生物异源基因组合的研究提供借鉴。     

利用RNA干扰沉默马尔尼菲青霉菌聚酮合酶基因的相关研究

在实验室前期建立的马尔尼菲青霉菌cDNA文库中筛到了1个马尔尼菲青霉菌聚酮合酶基因cps(Cit-rinin Polyketide Synthase),为了研究这个cps基因的功能,构建了RNAi表达盒,表达盒内具有目的基因编码序列422 bp的反向重复序列并被gus基因隔开.整个干扰载体借助根癌农杆菌体系成功转化马尔尼菲青霉菌,并受木糖的诱导启动子xy/p调控RNA干扰.研究发现cps基因沉默的转化子产生与母代红色菌株不同的白色菌株,类似基因敲除的表型,表明cps基因与该青霉菌色素的形成直接相关.     

中间苍白杆菌SCUEC4菌株中尼古丁降解相关ocnC基因的克隆与表达

对中间苍白杆菌SCUEC4菌株中与尼古丁降解相关的ocnC基因进行克隆和表达,并对OcnC蛋白的表达条件进行优化,通过PCR扩增获得ocnC基因,构建重组质粒pET28a(+)-ocnC,转化大肠杆菌BL21(DE3)菌株进行异源表达,采用不同的IPTG浓度、诱导温度和诱导时间对OcnC蛋白进行诱导表达.结果表明:ocnC基因大小为1344 bp,编码蛋白分子量为48.0 kDa,重组表达菌株在IPTG浓度为1.0 mmol·L~(-1)、诱导温度在37℃及诱导表达时间在20 h的优化表达条件时,OcnC蛋白的表达量较高.     

一种灰盖鬼伞外切β-1,3葡聚糖酶基因的克隆与表达

为了简单快速地获取大量的β-1,3葡聚糖酶以研究其在真菌形态发生过程中所发挥的作用,本研究以灰盖鬼伞的c DNA为模板克隆了一种编码外切β-1,3葡聚糖酶的基因,并将该基因插入表达质粒p ET28A(+)中,获得了重组表达质粒p ET28A(+)-exg,转化到E.coli Rosetta菌株中并进行异源重组表达.结果显示,克隆基因的c DNA全长2 415 bp,共编码786个氨基酸;SDS-PAGE电泳表明该基因在E.coli Rosetta菌株中得到了高效表达,重组表达的酶蛋白表观分子量为85 k Da;纯化后获得的表达酶经DNS法测得比活力为45 U/mg.酶学性质测定结果表明,该酶具有β-1,3葡聚糖外切酶活性,以昆布多糖为底物时,最适反应条件为p H 6.0、温度60℃,且有一定的耐热能力和较好的p H稳定性,具有较好的应用前景.