DacD过量表达对大肠杆菌胞外蛋白生产的影响

大肠杆菌(Escherichia coli)是广泛用于重组蛋白表达的宿主之一,但缺乏高效的蛋白胞外分泌机制,为提高其胞外蛋白生产水平,分析D,D-羧肽酶DacD过量表达对E. coli胞外蛋白生产水平的影响.结果表明,与对照株相比,过量表达DacD时重组E. coli BL21(DE3)的重组绿色荧光蛋白(GFP)的胞外生产水平提高了1.6倍.同时,当过量表达DacD时,E. coli BL21的重组淀粉酶胞外生产水平较对照株提高了2.6倍.进一步研究发现,DacD的过量表达可促进E.coli BL21细胞内可溶性肽聚糖的积累.过量表达DacD也增强了E. coli BL21细胞内膜的通透性. DacD过量表达导致了E.coli BL21细胞形态的变化,重组菌株细胞两端形成了透明的球状囊泡结构.因此,通过过量DacD提高E. coli胞外蛋白生产水平是可行的.     

耐辐射奇球菌RecR和SSB蛋白的克隆表达及抗紫外功能

RecR和SSB蛋白是耐辐射奇球菌(Deinococcus radiodurans)同源重组修复RecFOR途径的关键蛋白.以耐辐射奇球菌基因组为模板,PCR扩增recR和ssb基因片段,以质粒pET32a(+)为载体,构建重组质粒pET32a(+)-recR和pET32a(+)-ssb,并转化到Escherichia coli BL21(DE3)中,IPTG诱导蛋白表达,表达产物采用SDS-PAGE鉴定,同时,应用平板菌落计数法检测紫外辐照前后各组细菌生存率变化,研究RecR和SSB蛋白在E.coli BL21(DE3)抗紫外线辐射中的作用.结果表明,RecR和SSB能够克隆至pET32a(+)载体并在E.coli BL21(DE3)中诱导表达.紫外辐照生存率实验结果提示,RecR和SSB蛋白能增强E.coli BL21(DE3)对紫外线辐射的抵抗能力.RecR和SSB的成功表达及紫外抗性特点将为耐辐射奇球菌超强耐辐射机制的研究提供实验基础.     

拟南芥硫酯酶基因(atfata)在大肠杆菌中的表达及其对游离脂肪酸合成的影响

硫酯酶催化脂酰ACP(酰基载体蛋白)水解生成游离脂肪酸和ACP载体蛋白,能够解除脂肪酸合成与磷脂合成的偶联,是获得游离脂肪酸的关键基因.将拟南芥的硫酯酶基因atfata克隆到原核表达载体pET30a上,在大肠杆菌BL21(DE3)中成功表达了His-tag融合蛋白,经SDS-PAGE检测获得特异性表达条带.对该重组菌株进行摇瓶发酵实验,GC-MS检测表明其与对照菌株脂肪酸组成并未发生变化;但其脂肪酸产量达到232.06 mg/L,比对照菌株提高了70%;同时胞外游离脂肪酸产量达到了33 mg/L,占总脂肪酸含量的15%,是野生菌株胞外脂肪酸产量的7倍.图3表2参17     

碱性果胶酯裂解酶工程菌的构建

从本研究室筛选的BacillussubtilisWSHB04-02菌株中扩增出编码碱性果胶酯裂解酶的结构基因PL,将其插入大肠杆菌分泌表达载体pET22b( )多克隆位点,得到重组载体pET22b( )PL.序列分析表明,所获PL基因与已报道的B.subtilisSO113的PL基因的同源性为98%.重组载体在大肠杆菌BL21(DE3)中得到表达.SDS-PAGE分析显示,表达产物的分子量(Mr)均为43×103,同核酸序列测定所推导的值相符.该工程菌经IPTG诱导后,胞内酶活为8U/mL.研究发现,碱性果胶酯裂解酶不仅在胞内有酶活,胞外也有酶活,说明所构建的表达体系可使该酶向胞外分泌.图3表1参6     

人α-防御素HNP-2基因在大肠杆菌中的表达

通过半化学合成方法获得具有大肠杆菌密码子偏爱性的人α-防御素(Human α-defensin或human neutrophil peptide,HNP)HNP-2基因.将其克隆到pET-32a( )表达载体,构建了重组表达质粒pET-32a( )/HNP-2.分别转化大肠杆菌BL21(DE3),ER2566以及Origami B(DE3)宿主菌,经过表达条件的优化,结果在大肠杆菌Origami B(DE3)宿主菌中得到了HNP-2基因高效率可溶性的表达,融合蛋白表达量占细菌总蛋白的60%以上.为避免表达产物水解,得到更稳定的人α-防御素,尝试以环化形式和酰胺化形式表达人α-防御素.为得到环化形式的表达,采用intein作为工具,利用其可剪接extein的特点,将其N端区域和C端区域分别融合到HNP-2的C端和N端,其两端的intein片段可将其拼接成环肽.以此为基础构建了环化表达质粒,并对表达条件进行了探索.本文采用了一种新的酰胺化方法,即将intein与HNP-2融合表达,intein对目的短肽进行酰胺化修饰.图6表1参16     

甘薯LEA2基因的克隆与表达分析

胚胎发育晚期丰富蛋白(Late embryogenesis abundant,LEA)是植物在逆境胁迫下产生的一种应激蛋白质,具有较高的亲水性和热稳定性,与植物抗逆功能密切相关,研究LEA家族基因对于甘薯抗逆性分子育种具有重要意义.通过对甘薯(徐薯18)转录组数据库搜寻时发现编码LEA2的转录本,随后对该转录本进行了克隆和测序分析,利用数字表达谱(Digital Gene Expression Profi ling,DGE)和半定量RT-PCR分析了Ib-LEA2在不同组织和不同发育阶段的表达图谱.为进一步了解Ib-LEA2在生物体响应盐胁迫中的作用,将Ib-LEA2连接原核表达载体pET-32a,用大肠杆菌BL21(DE3)菌株进行盐胁迫的耐受分析.结果显示:Ib-LEA2完整的开放阅读框(ORF)长度为942 bp,编码313个氨基酸残基.进一步研究发现,在甘薯组织内同时存在3个高度同源的LEA 2基因型(核苷酸序列99%),分别命名为Ib-LEA2a、Ib-LEA2b和Ib-LEA2c.数字表达谱和半定量RT-PCR的结果显示Ib-LEA2在不同组织和发育阶段具有不同的表达图谱,在茎中的表达量远远高于叶和根.大肠杆菌BL21(DE3)菌株盐胁迫的结果显示,较之对照菌株,表达Ib-LEA2的菌株能够更好地耐受高浓度的NaCl.研究表明,Ib-LEA2对盐胁迫有一定的响应能力,能够保护细胞免受高盐的毒害.     

黑曲霉耐热木聚糖酶XYNB在毕赤酵母中的高效表达

高比活木聚糖酶的高效表达是进一步提高木聚糖酶发酵效价、降低生产成本的有效途径.将黑曲霉木聚糖酶基因XynB(不含信号肽)克隆到分泌型表达载体pPIC9K上,线性化后电击转化巴斯德毕赤酵母GS115,G418和PCR鉴定的阳性转化子经0.5%甲醇、在28℃诱导表达.SDS-PAGE分析表明,该蛋白相对分子质量为20×103左右.优化的诱导表达条件为,每隔12 h添加0.5%的甲醇,发酵5 d后,比活达4 757 U/mg;其最适温度为55℃,最适pH为5.0,80℃处理30min后仍有74%的残余酶活.     

麻疯树小热激蛋白基因JcHSP15.9的原核表达及耐热胁迫

小热激蛋白(sHSPs)是植物在逆境条件下产生的一类具有分子伴侣活性的应激蛋白,本研究拟构建原核表达载体并表达具生物学活性的麻疯树小热激蛋白以进一步研究其功能及应用.从麻疯树胚乳cDNA文库中获得全长为652 bp的cDNA序列,包含一个426 bp的开放阅读框,编码分子量大小约为15 926.13的胞质Ⅰ型小热激蛋白,命名为JcHSP15.9.通过构建原核表达载体,得到BL21(DE3)plysS/pET32a-HSP重组菌株.用JcHSP15.9在大肠杆菌中的过量表达来研究它的耐热胁迫能力,发现在常温(37℃)下重组菌株与野生型菌株生长曲线基本相似,但在高温(50℃)下重组菌较对照组菌株存活率有了显著的提高,推测JcHSP15.9可能与麻疯树的耐热胁迫有关.通过镍亲和层析柱纯化得到纯度较高的JcHSP15.9蛋白,分子量大小与预期一致,蛋白条带单一清晰.     

矮牵牛花香基因BSMT3的cDNA克隆与表达特征分析

以矮牵牛花瓣总RNA为模板,RT-PCR方法克隆得到其BSMTcDNA,全长1100bp,编码357aa,与已有报道phBSMT1(GenBank No.AA0501)和phBSMT2(AAO45013)的同源性分别达到97.76%和98.6%,该序列在Gen-Bank登录号为DQ494491,命名为phBSMT3.构建的BSMT3 cDNA的原核表达质粒pGBSMT转化BL21(DE3)E.coli,获得的重组菌株经0.01mol/LIPTG诱导后得到正确表达的GST-BSMT融合蛋白带,以纯化的重组表达蛋白免疫家兔获得其兔抗免疫血清.免疫组化研究结果证实,矮牵牛花香基因BSMT在花瓣、花管中的表达量较其它组织的表达量高.图5参24     

Halomonas socia NY-011~T中四氢嘧啶合成基因簇ectABC和ectD的克隆及其功能鉴定

由ectA、ectB、ectC和ectD编码的酶可以催化对细胞起保护作用的四氢嘧啶类物质的生物合成,嗜盐菌新种Halomonas socia NY-011~T ectABC和ectD为四氢嘧啶和羟基四氢嘧啶的生产提供新的基因来源.通过SEFA-PCR步移方法从Halomonas socia NY-011~T中克隆ectA、ectB、ectC和ectD基因,并分别构建ectABC和ectD的原核表达质粒,在E.coli BL21(DE3)中异源表达,利用SDS-PAGE对重组蛋白进行鉴定,通过ACQUITY UPLC MS/MS检测四氢嘧啶和羟基四氢嘧啶的生成.结果显示:H.socia NY-011~T的四氢嘧啶合成基因ectA、ectB、ectC形成基因簇ectABC(KP717055-57),大小为2 506 bp,四氢嘧啶羟化酶基因ectD大小为942 bp(KP717058),与近源种H.elongata DSM258同源性分别为81%和78%;SDS-PAGE检测到4种融合蛋白,大小(M_r)分别为21.6×10~3、46.4×10~3、14.4×10~3、55.3×10~3,与预期相符;利用ACQUITY UPLC MS/MS发现仅表达ectABC的重组菌株[E.coli BL21(DE3)/pltac-ABC]中只存在四氢嘧啶,而在表达ectABC和ectD的重组菌株[E.coli BL21(DE3)/pltac-ABC/pETect D]中检测到四氢嘧啶和羟基四氢嘧啶.本研究从H.socia NY-011~T中分离得到的四氢嘧啶类物质的合成基因,能够在E.coli BL21(DE3)中异源表达并行使功能,为四氢嘧啶类物质异源生产提供了新的基因来源.     

斑马鱼p53基因结构比对分析及其在生态毒理学中的应用

斑马鱼p53基因由11个外显子和10个内含子组成,外显子1和外显子11部分序列不参与编码蛋白质．其 cDNA核苷酸序列共2089bp,包含一个1122 bp的开放阅读框(Open Reading Frame,ORF)(44 bp-1165 bp),这个 ORF编码373个氨基酸．另外在3’端有924 bp是非翻译区(3’-UTR),5’端同样也存在43 bp的非翻译区(5’- UTR);12种脊椎动物p53氨基酸序列的保守性分析结果表明,在一些特殊的区域,12种氨基酸序列表现出了很高的保守性,这些区域和p53的抑癌功能密切相关．研究结果预示斑马鱼p53基因是一种理想的环境致突变物研究分子模型,在生态毒理学研究中具有良好的应用前景．     

麻疯树胚乳类F-盒蛋白基因的克隆和载体构建

通过随机测序从本实验室构建的麻疯树胚乳cDNA文库中获得了一条与多种植物、动物F-盒家族(F-box)序列相似的EST序列,并进一步克隆得到含有完整编码框的cDNA全长和基因组序列(Jc-Fbl1).Jc-Fbl1cDNA全长1672bp,开放阅读框为1224bp,编码的蛋白质含有407个氨基酸残基.Jc-Fbl1推导的氨基酸序列与拟南芥、水稻中的同源F-box蛋白相似性分别为52%和75%;与人、斑马鱼、线虫等动物的F-box蛋白的相似性达到48%~56%.应用Pfam Search寻找功能结构域,发现其除了含有F-盒家族类结构域外,还有富含亮氨酸重复单位(leucine-rich repeats,LRRs).比对Jc-Fbl1的基因组序列和cDNA序列,发现Jc-Fbl1有两个长度分别为331bp和893bp的外显子和一个长362bp的插入序列,符合内含子的GT-AG法则,认为是Jc-Fbl1的内含子.水稻、拟南芥基因组中的同源序列也出现了这种两个外显子、一个内含子的结构,且内含子位置较为保守.为了进一步研究麻疯树F-box蛋白的功能,构建了同时含有Jc-Fbl1完整开放阅读框序列和绿色荧光蛋白标签的真核表达载体pBI121-Jc-Fbl1-GFP,并经酶切鉴定构建成功.     

海洋破囊壶菌△~5-延长酶和△~4-脱饱和酶在酿酒酵母中的共表达

二十二碳六烯酸(Docosahexaenoic acid,DHA C22:6n-3)是具有各种重要生理功能的高度不饱和脂肪酸.分别以质粒pYTFD5和pYFAD4为模板,扩增获得860 bp的△5-延长酶基因(elo5)和1 600 bp的△4-脱饱和酶基因(fad4).利用重叠延伸PCR构建elo5-fad4融合基因,Hind Ⅲ/Sph Ⅰ双酶切后连接到经同样处理过的pYES2.0载体,构建重组表达质粒pYEL05-FAD4.转化酿酒酵母尿嘧啶缺陷型菌株INVScl,通过缺少尿嘧啶的选择性培养基筛选阳性克隆子.添加外源脂肪酸C20:5底物.半乳糖诱导表达.气相色谱-质谱分析表明,重组酵母总脂肪酸中出现了DHA(二十二碳六烯酸,C22:6n-63)新产物,融合基因elo5-fad4在酿酒酵母中得到了表达.图7表1参18     

D.radiodurans kat A和kat B基因的结构分析与功能鉴定

以简并引物PCR获得的Cat酶基因片段探针，结合生物信息学方法，探明了耐辐射奇球菌（D.radiodu-rans)基因组中存在两个编码过氧化氢酶（Catalase,Cat)的基因：katA和B.katA和katB基因长2277bp和1611bp，各编码758和536个氨基酸，用pKK223-3表达载体连接katB基因，转入Cat酶缺陷型大肠杆菌（E. coliUM2)进行表达.katB基因表达产物具有Cat酶活性，电泳迁移位置与D.radiodurans CatB酶位置相符，并可重建E.coliUM2对低浓度H2O2损伤的耐受力。     

近江牡蛎等7种养殖鱼虾贝类参照基因β-肌动蛋白cDNA序列的克隆与比较分析

为进一步研究水产养殖动物功能基因的表达调控,采用RT-PCR及RACE法,分离、克隆了近江牡蛎(Crassostrea ariakensis)肝脏β-肌动蛋白基因cDNA全序列.结果表明,近江牡蛎β-肌动蛋白基因cDNA全长1343bp,其中5′、3′非翻译区(UTR)分别长68bp、144bp,开放阅读框(ORF)为1131bp,编码376个氨基酸.实验同时成功获得了中华圆田螺(Cipangopaludina cahayensis)、日本沼虾(Macrobrachium nipponensis)、斑鳢(Channa maculata)、胡子鲶(Clarias fuscus)、鳙鱼(Aristichthys nobilis)、鲮鱼(Cirrhinus molitorella)6种重要淡水养殖动物肝脏β-肌动蛋白基因cDNA的核心序列及氨基酸序列.所获基因与其它动物类群的β-肌动蛋白基因氨基酸同源性高达96%以上,表明软体类、节肢类、鱼类、两栖类、鸟类和哺乳类等不同类群动物β-肌动蛋白基因在生物进化过程中高度保守.系统发育分析显示软体类、节肢类、鱼类、两栖类、鸟类和哺乳类脊椎动物β-肌动蛋白分类与传统的分类基本一致.     

桃ACC合酶基因组DNA（pACSG01）的序列分析及其表达

以桃基因组DNA为模板，用套式PCR技术扩增并克隆了桃ACC合酶基因片段，将其克隆（定名为pACSG01）并进行序列测定，表明该自然全长1320bp，并富含HindⅢ和EcoRⅠ位点，与其它ACC合酶基因结构序列有一定的相似性，内含有两个内含子，编码的氨基酸序列与已克隆桃ACC合酶cDNA推导的氨基酸序列的同源性分别为57．4％和56．8％，pACSG01与我们已克隆的两个桃ACC合酶cDNA基因表达有所不同，RNA点杂交和RT－PCR结合Southern杂交分析表明，该基因在成熟和乙烯处理的果实均不表达，伤处理、LiCl和生长素处理也不能诱导核基因的表达，在衰老花瓣中也不表达，图3参18。     

绿僵菌钙传感蛋白基因克隆及其与致病性的关系

通过筛选文库获得绿僵菌钙传感蛋白基因MaNcs1基因全长cDNA序列,并对其在致病过程中的作用进行了分析.结果显示,MaNcs1基因cDNA全长792 bp,开放阅读框为573 bp,编码190个氨基酸;采用RNA干扰技术下调该基因的表达后,对东亚飞蝗的生测实验表明,绿僵菌毒力显著下降,说明该基因与绿僵菌的致病性有关,为以后深入研究该基因的致病机制奠定了基础.     

团头鲂谷胱甘肽S-转移酶基因的克隆及其在氨氮胁迫中的表达分析

谷胱甘肽S-转移酶(glutathione S-transferase,GST)是一类多功能蛋白家族,主要参与解毒和抗氧化防御过程。为了研究GST在团头鲂(Megalobrama amblycephala)肝脏解毒过程中的作用,克隆并分析了团头鲂1个谷胱甘肽S-转移酶基因(命名为MaGST)cDNA序列,采用实时荧光定量PCR研究了其在氨氮胁迫下的表达规律。MaGST包含1个长218个氨基酸的完整开放阅读框,具有GST蛋白家族的保守碱基和保守结构域。通过MEGA 5.0软件分析系统进化树发现,团头鲂GST与其他动物mu型GST聚为一簇,表明团头鲂GST属于mu型GST。荧光定量PCR结果显示MaGST基因在团头鲂各组织中均有表达,在肝脏和鳃中表达量最高,肌肉中表达量最低,同时在氨氮胁迫过程中该基因在肝和鳃中的表达规律相似,均在胁迫期间表达量显著上调;氨氮胁迫24 h时鳃和肝组织均存在组织损伤。研究结果提示在团头鲂肝脏和鳃组织中GST基因参与了氨氮胁迫的解毒过程。将该基因的编码区重组到p ET-21(a+)载体后在大肠杆菌中得到诱导表达,重组MaGST的GST活力为(10.36±0.68)U·mg~(-1)蛋白。