假单胞菌表达载体pYMB03的构建与性能分析

恶臭假单胞菌(Pseudomonas putida)是具有强抗逆性能的环境优势菌,构建其质粒表达载体有着明显的应用潜力.将恶臭假单胞菌AB92019菌株中肽聚糖相关脂蛋白编码基因的启动子PoprL和质粒载体pTrcHis-B的多克隆位点片段插入到质粒载体pUCPl8的EcoRL/HInIII位点,获得了重组载体pYMB03.用绿色荧光基因gfp作为标记进行外源蛋白表达的结果表明,该载体能分别在恶臭假单胞菌AB92019菌株和大肠杆菌DH5a菌株中,由启动子PoprL启动组成型表达GFP蛋白并使细胞产生可见荧光.经SDS-PAGE验证,所产生的GFP蛋白分别占细胞总蛋白的12.5%和5.O%.重组菌株YMB001中GFP表达量与菌体培养时间有关,在稳定期后期其相对荧光强度达到最大值(D600nm=l.0),但与培养温度未见相父性.对携带该载体的2株重组恶臭假单胞菌7次168 h继代培养测定,载体pYMB03的稳定性均为100%.     

Research progress on occurrence forms and microbial transformation of mercury北大核心CSCD

汞是一种高毒性且具有持久性的重金属污染物,汞污染的治理与修复在近几十年一直是国内外研究热点.了解微生物对汞赋存形态的转化作用,对汞污染的治理与修复具有重要意义.总结汞的不同赋存形态、毒性及对应的常用分析方法,其中甲基汞(methyl mercury,MeHg)是毒性最强的汞形态之一.环境中汞的化学形态能发生转化,尤其以微生物驱动的汞的甲基化、MeHg的去甲基化和汞的氧化还原最为常见.依据汞转化类型将汞转化相关微生物分为汞甲基化、MeHg去甲基化、汞还原、汞氧化等类群,将对应的汞转化作用机制分为基于hgcAB基因的汞甲基化、基于mer操纵子基因的MeHg去甲基化和Hg2+还原、胞内过氧化氢酶介导的Hg0氧化.微生物汞转化过程不仅受到pH和温度的显著影响,而且还受到汞的赋存形态和游离汞的浓度、微生物种/群结构与功能、矿物种类、中间体和次生产物及其交互作用的影响,基于此,提出正确客观表征汞的微生物转化过程需要综合分析微生物组和矿物组的变化规律及其交互作用的综合效应.针对酸性矿山废水(AMD)极端环境微生物汞转化研究的不足,未来的工作将聚焦结合多组学手段、同步辐射谱学和密度泛函理论(DFT)计算等分析技术研究汞赋存形态的微生物转化过程,分析和阐明汞转化中间体的键合作用方式和转化机制,从而为AMD汞污染的预防、治理和修复提供依据.(图2表2参107)     

检测致畸物的gfp基因工程菌的构建

RecA与UvrA是细胞SOS系统中重要的修复蛋白，在细胞DNA损伤后诱导表达．将报告基因绿色荧光蛋白基因（gfpmut3a）分别置于recA和uvrA启动子调控下，构建成质粒pRecAgfp和pUvrAgfp，并转化E．coli DH5α，构建成检测菌株ERS101和EUS101．试验发现，菌株ERS101和EUS101在致畸物吖啶橙处理后，GFP的表达量增高，菌悬液经507nm的蓝光激发后产生的绿色荧光明显增强，且与吖啶橙的浓度具有一定的相关性，即使在0．5μg mL^-1的吖啶橙诱导下也能检测到荧光增强效应．对硝基酚等多种致畸物处理后的检测菌株均有荧光增强效应．图4表1参9     

可用于血清游离铜快速检测的特异性识别元件

铜离子广泛存在于环境和食品中,机体中游离铜离子含量增加可导致神经系统功能紊乱和肝、肾损害等。目前铜离子的检测方法主要有:原子吸收光谱法(AAS)、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)和电感耦合等离子体质谱法(ICPMS),这些方法虽然检测结果准确、灵敏度高,但仪器昂贵、样品处理复杂且不能区分铜离子的存在形态。因此,探索基于铜离子特异性识别元件构建的荧光或电化学检测方法在游离铜快速特异性响应中的应用受到了广泛青睐,其对应的铜离子特异性识别元件如有机小分子、纳米材料、生物分子等亦得到了不断地丰富和发展。有机小分子设计灵活,纳米材料响应灵敏,生物分子特异性强、生物相容性好,此三者作为特异性识别元件在血清游离铜的检测中具有广阔的应用前景。     

利用Golden Gate “One-POT”技术组装运动发酵单胞菌转录单元

为研究运动发酵单胞菌合成生物学及代谢工程,评估运动发酵单胞菌内源启动子及终止子,需要建立一种方便有效的多基因代谢途径组装方法.通过Golden Gate方法构建了一个含有运动发酵单胞菌乙醇脱氢酶2编码基因启动子区(P_(adh2))、丙酮酸脱羧酶编码基因终止子区(T_(pdc))和绿色荧光蛋白开放阅读框(gfp)的人工转录单元.将含有IIS型限制内切酶Bbs I识别和酶切序列的特异性接头添加到P_(adh2)、T_(pdc)和gfp序列两侧,从而保证在一个反应体系中完成上述3个生物元件的酶切和连接,因此该技术被称作"One-POT".插入上述人工转录单元的穿梭质粒导入大肠杆菌和运动发酵单胞菌后可检测到发出绿色荧光的细胞.结果显示通过Golden Gate方法可有效组装转录单元所需DNA生物元件.本研究不仅可为运动发酵单胞菌合成生物学和代谢工程研究,尤其是设计多基因代谢途径组装方面提供技术工具,也可为评估运动发酵单胞菌内源启动子和终止子提供一种有效方法.     

汞的环境光化学

作为一种全球污染物,汞在水体、底泥、土壤、大气等介质中以各种不同形态存在.各种汞形态具有不同的理化特性及毒性.汞形态的转化对于汞的迁移、毒性、食物链富集放大效应等具有重要影响.光照在汞的形态转化中起着重要作用,主要涉及光氧化、光还原、甲基汞的光降解以及无机汞的光化学甲基化等四个方面.本文对不同环境介质中汞的光化学转化过...     

荧光假单胞菌高效广谱载体的构建及分析

为促进高GC含量基因在荧光假单胞菌(Pseudomonas fluorescens)中表达效果更加理想、操作更加简便,本研究首先采用不依赖基因序列和连接反应的克隆(Sequence and ligation independent cloning,SLIC)方法将载体pCIBhis上与复制相关的序列和标记基因片段构建成克隆载体pCIBS1.然后优化荧光假单胞菌转化方法,用电转化法将pCIBS1导入荧光假单胞菌BL915中,随后又将T7和tac基因启动子分别插入pCIBS1中,成功构建了表达载体pCIBS3和pCIBS2.研究发现载体pCIBS1在大肠杆菌和荧光假单胞菌中均较为稳定,并且将绿色荧光蛋白基因插入表达载体中,在大肠杆菌BL21(DE3)中获得表达,验证了表达载体功能.本研究构建的表达载体和建立的荧光假单胞菌BL915电转化方法,为高GC含量基因在荧光假单胞菌中的表达奠定了基础.     

铜绿假单胞菌增强型绿色荧光蛋白标记的研究

根据增强型绿色荧光蛋白(EGFP)基因设计了上下游引物P1和P2,通过对铜绿假单胞菌菌株X3绿色荧光蛋白标记研究,构建了铜绿假单胞菌标记系统,获得带有EGFP标记的基因工程菌X9,为进行相关的跟踪研究创造了条件.该菌株绿色荧光标记性能稳定.通过转化子基因组DNAPCR和斑点杂交检测,外源EGFP基因存在于转化子染色体上. 图 6参 14     

镉全细胞微生物传感器研究进展

镉全细胞微生物传感器（cadmium whole-cell biosensors,Cd-WCBs）以微生物为载体,利用微生物的调节元件组成模块化基因回路,以实现镉生物有效性的简单、经济和高通量检测.本文概述了基于转录因子和酶生物传感器构建的非特异性Cd-WCBs,以及基于转录因子和荧光共振能量转移构建的特异性Cd-WCBs.本文还总结了Cd-WCBs的基本优化策略,主要包括对识别蛋白进行定向改造或定向进化、利用反馈调控优化基因回路以及改造底盘细胞的金属调控系统.目前,Cd-WCBs已经用于不同环境介质中镉的生物有效性检测,但是其在实际环境中细胞活性,和检测性能仍有待提高.本研究指出未来可通过开发和改造底盘生物来提高传感器的环境适应能力,利用多种合成生物学手段进一步提高传感器的检测灵敏度和特异性.     

稳定代谢葡萄糖和木糖产乙醇的重组酿酒酵母工程菌初步构建

分别克隆了休哈塔假丝酵母(Candida shehatae)的木糖还原酶基因XYL1和热带假丝酵母(Candida tropicalis)的木糖醇脱氢酶基因XYL2,构建出重组表达质粒pACT2-xy11和pDR195-xy12,并使其分别转化酿酒酵母受体细胞.酶活测定结果显示,转化子中木糖还原酶和木糖醇脱氢酶均在宿主菌中得到活性表达.并将这两个基因连同各自重组表达质粒上的表达元件进行了克隆,进而构建出重组酵母染色体整合质粒YIp5.kanR-x12,以期今后通过同源重组的原理将上述基因整合到发酵性能良好的酿酒酵母基因组中,得到稳定代谢葡萄糖和木糖产乙醇的重组酵母菌株.图3表1参15     

质粒pACYC184电转化松材线虫携带的荧光假单胞菌GcM5－1A

以质粒pACYC184为材料,研究了松材线虫携带的荧光假单胞菌的最适电转化条件.结果表明,荧光假单胞菌GcM5-1A培养至D600nm为0.5时制备感受态细胞,以300 mmol/L蔗糖溶液为电击缓冲液,质粒DNA终浓度为0.01 ng/μL,在25 μF电容、9 kV/cm电场强度、200 Ω电阻的电击条件下电击一次,可得最大的电转化效率,即5.5×106/μg(DNA).SDS-PAGE分析显示,转化质粒pACYC184的氯霉素抗性基因在受体细胞内得到了表达.本方法的建立为松材线虫携带的荧光假单胞菌的基因导入提供技术支持.为进一步通过基因敲除的方法,选择性地失活特定功能基因,进而确定这些基因在松材线虫病病理进程中的作用奠定基础.图2参16     

Identification and expression of the COI1 gene family in Camellia sinensis and its expression in oolong tea processing北大核心CSCD

茉莉酸受体蛋白COI1(coronatine insensitive 1)是茉莉酸信号转导途径的重要组成部分,为鉴定分析茶树茉莉酸受体COI1基因家族,预测其潜在的分子功能,了解茉莉酸受体COI1基因在乌龙茶加工中应答胁迫的分子机制,利用生物信息学方法对茶树茉莉酸受体COI1进行家族成员鉴定,氨基酸序列、结构域、基因结构、进化分析以及启动子顺式元件分析,结合实时荧光定量分析CsCOI1基因在乌龙茶加工中的表达.结果显示,茶树茉莉酸受体CsCOI1家族有两个成员,均含有F-box和富亮氨酸重复序列(LRRs)两个结构域;单子叶、双子叶的COI1蛋白各聚一支,且与蜜柑进化关系较近;茶树COI1基因家族两个成员均含有3个内含子,启动子顺势元件主要有胁迫响应元件、激素响应元件以及光响应元件;转录组数据说明茶树CsCOI1基因具有较强的组织表达差异性.实时荧光定量分析表明,CsCOI1a基因在室内萎凋后表达显著上调,且15 min、30 min日光萎凋后CsCOI1b基因的表达水平显著上调,同时茉莉酸含量发生显著变化.本研究推测CsCOI1基因可能通过茉莉酸信号转导途径参与乌龙茶加工中萎凋的胁迫响应过程,该结果可为乌龙茶加工品质调控奠定基础.(图8表2参30)     

青稞β-1,3-葡聚糖酶II基因启动子的克隆分析及表达载体的构建

根据本实验室克隆并公布的藏青稞β-1,3-葡聚糖酶II(BGH II)基因序列,以藏青稞QB09基因组DNA为模板,构建DNA步移文库,并通过步移技术克隆出BGH II起始密码子上游调控序列BGHP. 鉴定和分析表明,BGHP具备大多数高等植物启动子的保守元件,预测它对BGH II基因的表达具有一定的作用.为鉴定BGH II基因的基本启动子元件,将基因5′侧翼序列做缺失片段分析,利用PCR方法从BGHP中得到3个不同大小两端带有Hind Ⅲ、BamHⅠ酶切位点的片段BGHP1、BGHP2和BGHP3,定向插入载体pMGFP4(pBI221改建,报告基因为GFP)中,取代原有的CaMV35S启动子,构建了由驱动报告基因GFP的植物表达载体BGHPV1、BGHPV2和BGHPV3,用于大麦的遗传转化,为进一步研究其功能奠定了基础. 图5 表1 参15     

青稞β-1,3-葡聚糖酶Ⅱ基因启动子的克隆分析及表达载体的构建

根据本实验室克隆并公布的藏青稞β-1,3-葡聚糖酶Ⅱ(BGH Ⅱ)基因序列,以藏青稞QB09基因组DNA为模板,构建DNA步移文库,并通过步移技术克隆出BGH Ⅱ起始密码子上游调控序列BGHP.鉴定和分析表明,BGHP具备大多数高等植物启动子的保守元件,预测它对BGHⅡ基因的表达具有一定的作用.为鉴定BGHⅡ基因的基本启动子元件,将基因5’侧翼序列做缺失片段分析,利用PCR方法从BGHP中得到3个不同大小两端带有HindⅢ、BamH Ⅰ酶切位点的片段BGHP1、BGHP2和BGHP3,定向插入载体pMGFP4(pBI221改建,报告基因为GFP)中,取代原有的CaMV35S启动子,构建了由驱动报告基因GFP的植物表达载体BGHPV1、BGHPV2和BGHPV3,用于大麦的遗传转化,为进一步研究其功能奠定了基础.图5表1参15     

生物样品体外致突变高通量检测方法研究进展

评述了几种常用的体外致突变检测方法及其用于生物样品检测的可行性,有些方法经改进可用于高通量检测生物样品体外致突变性.经典Ames实验受生物样品中组氨酸的影响,易产生假阳性结果,尽管经过修正可以排除组氨酸的干扰,但操作繁琐,不适合高通量检测.基于SOS反应的检测体系避开了组氨酸的影响,且简单易行,适合高通量检测:以β-半乳糖苷酶基因(lacZ)作为报告基因的检测体系灵敏度高,且经过离心洗涤或后培养的方式可降低样品颜色的影响;以绿色荧光蛋白(GFP)基因作为报告基因的检测体系避开了颜色的干扰,但这类方法灵敏度普遍不高,可以寻找信号更强的荧光蛋白以替代GFP;荧光素酶(lux)基因集lacZ和GFP的优点于一身,但检测时需要额外添加辅助因子,限制了其应用.也对单细胞凝胶电泳、tk基因突变实验、染色体损伤检测等方法进行了分析,有些适合生物样品高通量检测,但由于缺少国际通用的标准,很难推广使用.     

绿色荧光蛋白基因标记内生枯草芽孢杆菌

用枯草芽孢杆菌168菌株rpsD基因的启动子替换质粒pGFP4412中蜡状芽孢杆菌4412启动子,从而构建了能在枯草芽孢杆菌中表达绿色荧光蛋白基因gfpmut3a的载体pS4GFP,将其导入具有内生、防病、促生作用的野生型枯草芽孢杆菌BS-2菌株中,筛选获得遗传稳定性好且具有良好发光表型的标记菌株BS-2-gfp.该标记菌株在小白菜体内的定殖研究结果表明,该菌株能够在小白菜根际及根、茎、叶内定殖和传导,接菌50d后仍能在其体内分离到标记菌株.图5参17     

播娘蒿转录因子DsCBF1突变体的构建及其蛋白质的EMSA试验分析

CBF(C-repeat binding factor)是调控植物冷驯化相关基因表达的调控转录激活因子,可与下游冷应答基因启动子的核心序列CBT/DRE元件(CCGAC)特异性地结合,启动耐寒基因的表达,提高植物的抗寒能力.为揭示播娘蒿(Descurainia sophia)的抗寒机制,研究播娘蒿转录因子Ds CBF1蛋白AP2区域编码氨基酸对启动下游抗寒基因表达的作用.首先分析Ds CBF1蛋白AP2区域编码氨基酸的疏水性,设计重叠延伸PCR引物,定点突变Ds CBF1基因;然后构建p ET32a-Ds CBF1突变体原核表达载体,通过冻融法转化入宿主大肠杆菌BL21(DE3)中,进行原核表达,并通过镍离子亲和层析纯化Ds CBF1突变体蛋白;最后利用化学发光法EMSA试验(Electrophoretic mobility shift assay)方法分析Ds CBF1蛋白与含有CRT/DRE元件的DNA探针之间的相互作用.EMSA试验分析显示,播娘蒿Ds CBF1的AP2区域的57位苯丙氨酸F(TTT)和68位缬氨酸V(GTT)分别突变为精氨酸R(CGT)和谷氨酸E(GAA),导致播娘蒿顺式调控因子Ds CBF1蛋白与下游冷响应基因的CRT/DRE元件结合效率出现明显下降趋势,说明播娘蒿Ds CBF1蛋白AP2区域编码氨基酸位点的突变影响了播娘蒿的抗寒能力.本研究表明播娘蒿Ds CBF1的AP2区域的57位苯丙氨酸F(TTT)和68位缬氨酸V(GTT)位点对于播娘蒿的冷驯化具有十分重要的作用.     

嗜热脂肪土芽孢杆菌木聚糖酶基因的合成及其在大肠杆菌中的表达

来自嗜热脂肪土芽孢杆菌的木聚糖内切酶XT6在工业上有着重要的应用,已经成功应用于工业规模的生产试验.本文作者在合成XT6基因全序列的同时对其密码子进行了优化,且构建重组质粒在大肠杆菌中高表达.通过优化表达条件,功能正常的XT6基因在大肠杆菌中成功过量表达,蛋白表达量占细胞中总蛋白的65%.重组表达的木聚糖内切酶XT6特性和天然酶相似,以桦木木聚糖为底物测定细胞提取物中木聚糖酶活性,最大活性高达3 030 U/mL.本文首次报道了来自嗜热脂肪土芽孢杆菌中木聚糖酶基因全序列的合成和在大肠杆菌中成功过量表达.图6表1参19     

亚抑菌浓度氟苯尼考作用下质粒pSD11对大肠杆菌适应性的影响

通过分析cfr阳性质粒pSD11对大肠杆菌的适应性影响,并测定氟苯尼考对携带质粒pSD11的大肠杆菌MG1655(Escherichia col MG1655)的最低筛选浓度(MSC),评价亚抑菌浓度氟苯尼考作用下多重耐药基因cfr在大肠杆菌中的持续存在和扩散传播的风险.通过电转化的方法将质粒pSD11导入模式菌E.coli MG1655中,获得耐药菌株E.coli MG1655/pSD11.通过测定生长曲线,比较无抗生素作用下耐药菌株E.coli MG1655/pSD11与同源敏感菌株E.coli MG1655的生长动力学参数,评价质粒pSD11对宿主菌适应性的影响.并通过比较分析不同亚抑菌浓度(0.031 25,0.062 5,0.125,0.25,0.5,1.0和2.0μg/mL)氟苯尼考作用下的生长速率,测定氟苯尼考对携带质粒pSD11的宿主菌最小筛选浓度(MSC).携带质粒pSD11的耐药菌E.coli MG1655/pSD11的延滞时间(2.853 3±0.031 8 h/λ)相对于同源敏感菌E.coli MG1655极显著延长(2.825 3±0.024 4 h/λ),且世代时间也显著延长(分别为:1.705 7±0.006 4 h/G和1.526 9±0.007 8 h/G).氟苯尼考对耐药菌E.coli MG1655/pSD11的MSC为0.042 5μg/mL约为相应敏感菌的MICsus的1/100.本研究表明携带cfr基因的质粒pSD11在无抗生素选择下对宿主菌有明显的适应性影响,但是在极低的氟苯尼考浓度的作用下存在选择优势,能够平衡适应性成本使宿主菌得到富集与传播,以期为对该质粒在环境中的传播风险评估及氟苯尼考的临床应用提供的参考.(图2表2参18)