β-甘露聚糖酶基因在枯草芽孢杆菌中的克隆及表达

从Bacillus subtilis JNA 3-10中克隆出β-甘露聚糖酶基因成熟肽链编码序列manA1和含信号肽的β-甘露聚糖酶基因manA2,在B.subtilis 168中克隆表达,分别筛选获得高效分泌表达β-甘露聚糖酶的重组菌株BPM1001(pMA5-manA1/B.subtilis 168)和BPM1002(pMA5-manA2/B.subtilis 168),结果表明菌株BPM1002总酶活力是菌株BPM1001的9.65倍,是原始菌株的13.1倍.在基因manA2下游引入His序列克隆出β-甘露聚糖酶基因manA3,获得枯草芽孢杆菌168重组菌株BPM1003.采用Ni-NTA柱纯化重组菌株BPM1003分泌表达的β-甘露聚糖酶,并研究其酶学性质,该酶促反应的最适pH为6.5,最适温度为65℃,在37℃条件下保存一个月酶活力依然保留有77.8%.5 L发酵罐放大实验结果表明魔芋粉对于产β-甘露聚糖酶具有明显的诱导作用,酶活力最高可达2 748.82 U/mL.图9表3参19     

解淀粉芽孢杆菌DC-4豆豉溶栓酶成熟肽编码序列的克隆及表达

利用PCR方法从解淀粉芽孢杆菌DC 4总DNA中扩增出豆豉溶栓酶 (DFE)成熟肽编码区片段 .测序结果表明 :DFE成熟肽编码区长 82 5bp,编码 2 75个氨基酸残基 ,分子量为 2 7.7× 10 3 ,推导的N’ -端氨基酸序列与豆豉溶栓酶N’ -端氨基酸测序结果完全一致 ,说明克隆到的基因确实是豆豉溶栓酶基因 .同源性分析表明 ,DFE成熟肽编码区的核苷酸和氨基酸序列与日本纳豆激酶的同源性分别为 80 .0 %和 86 .5 % ,这提示豆豉溶栓酶可能是一种新型的溶栓酶 .将表达质粒pET Nde转化E .coliBL2 1(DE3)中 ,IPTG可诱导表达大量的DFE融合蛋白 ,占菌体可溶性蛋白的 4 0 % ,主要以包涵体的形式存在 .图 3表 1参 19     

基于宏基因组学壳聚糖酶挖掘研究

壳聚糖酶(EC3.2.1.132)可有效地将壳聚糖降解为活性良好和应用前景广泛的低分子壳聚糖或壳寡糖,但目前存在专一性强的壳聚糖酶发酵水平低、种类单一、应用性能较差等问题.本研究从虾蟹堆积场淤泥采样,采用宏基因组文库方法,从其Fosmid文库中筛选出壳聚糖酶基因ChiE.测序表明,ChiE由1 362 bp组成,编码453个氨基酸,预测分子量(Mr)为42×103左右.将ChiE与pET-28a(+)载体连接,转化大肠杆菌Escherichia coli Rosetta-gami(DE3)构建了壳聚糖酶重组菌.采用离子交换柱(DEAE Sepharose FF)和凝胶色谱柱(SuperdexTM 75)纯化目的蛋白.酶学性质结果显示,该酶最适作用温度70℃,最适pH 6.0,Li+、Sr2+、K+等离子对其具有一定激活作用,Fe3+、Pb2+、Fe2+等离子则具有不同程度的抑制.在最适作用条件下,该酶比酶活为2 158 U/mg.本研究表明,重组菌E.coli Rosetta-gami(DE3)/ChiE具有培养简便、酶发酵产量大等优点,结果可为利用基因工程菌生产壳聚糖酶奠定基础.图5表2参17     

非纯培养物细菌蛋白酶DNA片段的克隆与表达

为了构建更多的蛋白酶基因工程菌,以及进行蛋白酶基因的直接进化研究,从非纯培养细菌总DNA中扩增各种编码蛋白酶的DNA片段.根据MEROPS和GenBank数据库中的枯草杆菌类蛋白酶的编码区和成熟肽编码序列设计并合成了10条引物.富集培养胞外蛋白酶产生菌并提取了12个总DNA样品,分别用每对引物在降落PCR (TouchdownPCR, TD-PCR)条件下进行蛋白酶编码序列的扩增.选择了19个长800 ~1 200 bp的扩增片段测序,其结果为: 8个是蛋白酶DNA片段,它们应属于4种不同的蛋白酶基因序列;同一对引物扩增到的基因序列差异性可达到32%,说明只使用基于已知序列的PCR方法从混合菌中获得新蛋白酶基因是可行的.将克隆到的1个与碱性蛋白酶E (GenBank No.AJ539133)的编码区99%相似的蛋白酶DNA片段插入pTWIN1载体,在大肠杆菌ER2566中进行表达.结果表明,表达的成熟蛋白酶可分泌到培养基中,能在牛奶平板上产生水解圈,对大肠杆菌有致死作用.图5表3参14     

羟丙基-β-环糊精对新金色分枝杆菌合成ADD蛋白质组的影响

新金色分枝杆菌(Mycobacterium neoaurum JC-12)可降解植物甾醇合成药物中间体雄甾-1,4-二烯-3,17-二酮(ADD),由于植物甾醇的溶解度较低,因此在转化体系中添加羟丙基-β-环糊精(HP-β-CD)作为助溶剂.本次研究在HP-β-CD存在与否条件下利用二维凝胶电泳(2-DE)和基质辅助激光解析电离飞行时间串联质谱技术(MALDI-TOFMS)分离和鉴定新金色分枝杆菌蛋白质表达量的差异;再使用反转录实时荧光定量PCR(RT-q PCR)对挑选出的5个与ADD合成相关的蛋白质编码基因进行转录水平分析.结果表明,2-DE图谱及质谱结果共鉴定到12个具有显著差异表达量的蛋白质点.其中,参与植物甾醇降解合成ADD途径的乙醇脱氢酶、烯酰-Co A水合酶、乙酰-Co A乙酰基转移酶、3α,7α,12α-三羟基-5β-胆甾-24-烯酰-Co A水合酶和4,5-9,10-双断裂-3-羟基-5,9,17三氧雄甾-1(10),2-二烯-4-酸酯水解酶的蛋白质表达量在羟丙基-β-环糊精存在条件下显著提高;参与糖、脂、氨基酸和核酸类物质代谢的乙二醛酶、3-氧代酰基-ACP合酶、3-酮脂酰-ACP还原酶、分支酸合酶、氮调节蛋白P-II和DNA结合蛋白的蛋白质表达量也有一定的提高,但磷酸甘油酸变位酶的蛋白质表达量有所下降.通过RT-q PCR分析的转录水平的变化情况与2-DE得到的蛋白水平的结果相符.综上所述,羟丙基-β-环糊精可促进降解植物甾醇合成ADD代谢途径及糖、脂、氨基酸和核酸类物质代谢途径相关酶的表达量.     

环境基因组DNA脂肪酶基因克隆与分析

为了建立从环境基因组DNA中直接克隆脂肪酶基因的通用方法,抽提餐馆灶台油污的环境基因组DNA,采用简并PCR等分子技术从中克隆到脂肪酶基因lip42及其对应的全长cDNA.序列分析表明该基因的cDNA编码区序列全长为1692bp,编码1段由19个氨基酸残基组成的信号肽和1段由544个氨基酸残基组成的成熟肽,计算相对分子质量为61541.51,其中含有强碱性氨基酸残基42个,强酸性氨基酸残基56个,等电点pI为5.428,有2个可能的N-糖基化位点.BLAST比对分析表明该序列与已发表的白地霉(Geotrichum geotrichum)脂肪酶基因(U02541)在核苷酸水平的一致性为99%.该基因序列提交GenBank,登录号为DQ313172.将该脂肪酶基因的开放阅读框克隆到毕赤酵母表达载体,转化毕赤酵母GS115,经罗丹明B平板功能筛选得到具脂肪酶活性的重组毕赤酵母菌株[GS115(pAMB768)],验证了直接从环境基因组DNA克隆脂肪酶基因的有效性.图3表1参27     

一个硫化叶菌病毒启动子的分离与鉴定

几乎所有古菌病毒基因组中无RNA聚合酶(RNA polymerase,RNAP)等组成基本转录装置的同源蛋白编码序列,而且启动子活性对病毒感染过程中病毒基因的转录上可能具有重要的影响.为进一步揭示古菌病毒基因启动子的序列结构特点和活性之间的关系,首先基于硫化叶菌质粒pSeSD,将β-半乳糖苷酶编码基因lacS克隆到阿拉伯糖启动子araS下游多克隆位点,构建重组表达载体pSeSD-lacS.将pSeSD-lacS转化冰岛硫化叶菌(Sulfolobus islandicus)E233S菌株后的功能分析结果表明,lacS基因成功表达.在此基础上,利用硫化叶菌病毒STSV2衣壳蛋白编码基因ORF37上游500bp的潜在启动子片段P37替换pSeSD-lacS中的araS启动子,构建出新的重组表达质粒pSeSD-P37-lacS,进一步将pSeSD-P37-lacS转化E233S菌株进行启动子活性分析.β-半乳糖苷酶酶活结果显示,诱导后araS启动子酶活为14 345.7±422.3 mU,P37酶活为13 723.1±370.9 mU,表明P37片段具有启动子功能,而且活性与araS启动子相当.序列分析也显示,P37具有与硫化叶菌基因启动子类似的基础序列元件initiator、TATA-box及BRE等.本研究表明pSeSD-lacS可作为一个硫化叶菌病毒基因启动子筛选载体,而且高活性的基因启动子可能在STSV2病毒生命过程具有重要的作用.(图4表1参27)     

嗜热子囊菌光孢变种内切葡聚糖酶Ⅰ基因在毕赤酵母中的表达及部分酶学性质

嗜热子囊菌是一种嗜热真菌,可以产生具有很高工业价值的内切葡聚糖酶.本研究成功表达了嗜热子囊菌内切葡聚糖酶Ⅰ基凶,并获得热稳定的重组内切葡聚糖酶.提取嗜热子囊菌光孢变种(Thermoascus aurantiacus var.levisporus)总RNA,通过RT-PCR方法克隆出内切-β-葡聚糖酶eg1基因的成熟肽编码序列.采用基因重组的方法构建该基因的巴斯德毕赤酵母Pichia pastoris分泌型表达载体pPIC9K-eg1,经线性化后采用电穿孔法将其导入毕赤酵母GS115中,大量筛选后获得高效表达内切葡聚糖酶Ⅰ的毕赤酵母工程菌株GpN24.该菌株采用甲醇诱导120 h后,内切葡聚糖酶Ⅰ的活力可达570.7 U/mL,最适温度为55℃,在90℃的条件下保温30 min后仍具有60%的酶活力;最适pH为5.0,在pH 3.0～5.0的条件下酶活力保持稳定.图6表2参16     

海栖热袍菌耐高温β-甘露糖苷酶基因的克隆及表达

以海栖热袍菌(Thermotoga maritima)MSB8基因组DNA为模板,克隆得到β-甘露糖苷酶基因(man2).测序分析表明,该基因全序列为2358bp,编码785个氨基酸,分子量约为92×103.根据蛋白质氨基酸的同源性分析,该β-甘露糖苷酶与新阿波罗栖热袍菌(Thermotoga neapolitana)Man2(accession No.AAK52304.1)的同源性最大,达到80%.将此基因连接至表达载体pET-28a( )并转化到大肠杆菌BL21细胞中,经IPTG诱导,β-甘露糖苷酶活力达5.96U/mL.粗酶的温度稳定性分析表明,该酶的热稳定性好,90℃处理10min,活力回收率65%,具有重要的工业应用前景.图3表1参17     

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.     

甘蔗泛素结合酶基因的克隆与表达北大核心CSCD

为克隆鉴定甘蔗泛素结合酶基因（Sugarcane ubiquitin-conjugating enzyme,ScUBc E2）并探索其在激素信号通路和甘蔗与黑穗病互作过程中的作用,选择黑穗病菌胁迫下甘蔗抑制消减杂交文库（Suppression subtractive hybridization,SSH）中注释为泛素结合酶的差异表达EST序列为探针,结合电子克隆技术和RT-PCR技术,以甘蔗cDNA为模板进行泛素结合酶基因克隆.对克隆获得的序列进行生物信息学分析,并利用qRT-PCR技术分析该基因在甘蔗根、蔗髓、叶、芽中的组织特异性表达以及在黑穗病菌、茉莉酸甲酯（Methyl jasmonate,Me JA）、脱落酸（Abscisic acid,ABA）和水杨酸（Salicylic acid,SA）胁迫下的表达情况.最终克隆得到一条长度为699 bp的甘蔗泛素结合酶基因（ScUBc E2;Gen Bank accession number：KJ577594.1）,该基因包含长度为447 bp的完整开放读码框,编码148个氨基酸.生物信息学分析结果显示,ScUBc E2编码的蛋白分子量（Mr）为16.507×10^3;无信号肽,为碱性不稳定的亲水蛋白;包含4个α螺旋、4个β折叠和一些无规则卷曲;第15位氨基酸为泛素化位点,74-89位氨基酸为活性位点;在进化过程中与高粱泛素结合酶基因的亲缘关系最近.qRT-PCR分析结果表明,ScUBc E2基因组成型表达,但在芽中的表达量最高;其表达在甘蔗感黑穗病基因型ROC22中受到黑穗病菌胁迫的抑制,在黑穗病抗病基因型YC05-179中则先被抑制,后被诱导;ScUBc E2基因受MeJA及SA诱导表达,对ABA胁迫的响应不明显.本研究表明,甘蔗ScUBc E2基因在抗病基因型和感病基因型甘蔗中存在不同表达模式,可能参与甘蔗与黑穗病菌的互作过程,有望为抗病育种分子标记提供潜在基因资源;同时,该基因受MeJA和SA外源激素胁迫后的表达模式,可为泛素-蛋白酶体途径及激素调控的信号转导在甘蔗与黑穗病菌互作过程中的作用提供一定的理论依据.     

甘蔗泛素结合酶基因的克隆与表达

为克隆鉴定甘蔗泛素结合酶基因(Sugarcane ubiquitin-conjugating enzyme,ScUBc E2)并探索其在激素信号通路和甘蔗与黑穗病互作过程中的作用,选择黑穗病菌胁迫下甘蔗抑制消减杂交文库(Suppression subtractive hybridization,SSH)中注释为泛素结合酶的差异表达EST序列为探针,结合电子克隆技术和RT-PCR技术,以甘蔗cDNA为模板进行泛素结合酶基因克隆.对克隆获得的序列进行生物信息学分析,并利用qRT-PCR技术分析该基因在甘蔗根、蔗髓、叶、芽中的组织特异性表达以及在黑穗病菌、茉莉酸甲酯(Methyl jasmonate,Me JA)、脱落酸(Abscisic acid,ABA)和水杨酸(Salicylic acid,SA)胁迫下的表达情况.最终克隆得到一条长度为699 bp的甘蔗泛素结合酶基因(ScUBc E2;Gen Bank accession number:KJ577594.1),该基因包含长度为447 bp的完整开放读码框,编码148个氨基酸.生物信息学分析结果显示,ScUBc E2编码的蛋白分子量(Mr)为16.507×10~3;无信号肽,为碱性不稳定的亲水蛋白;包含4个α螺旋、4个β折叠和一些无规则卷曲;第15位氨基酸为泛素化位点,74-89位氨基酸为活性位点;在进化过程中与高粱泛素结合酶基因的亲缘关系最近.qRT-PCR分析结果表明,ScUBc E2基因组成型表达,但在芽中的表达量最高;其表达在甘蔗感黑穗病基因型ROC22中受到黑穗病菌胁迫的抑制,在黑穗病抗病基因型YC05-179中则先被抑制,后被诱导;ScUBc E2基因受MeJA及SA诱导表达,对ABA胁迫的响应不明显.本研究表明,甘蔗ScUBc E2基因在抗病基因型和感病基因型甘蔗中存在不同表达模式,可能参与甘蔗与黑穗病菌的互作过程,有望为抗病育种分子标记提供潜在基因资源;同时,该基因受MeJA和SA外源激素胁迫后的表达模式,可为泛素-蛋白酶体途径及激素调控的信号转导在甘蔗与黑穗病菌互作过程中的作用提供一定的理论依据.     

葡枝根霉(Rhizopus stolonifer)YF6脂肪酶基因的克隆及其序列分析

筛选并鉴定了1株高产脂肪酶菌株葡枝根霉YF6,并采用简并PCR等分子技术从中克隆到1个新的脂肪酶基因lipRs及其对应的全长cDNA,序列分析表明,该基因编码区全长1173bp,不含内含子序列,编码1段由26个氨基酸残基组成的信号肽和1个由365个氨基酸残基组成的成熟蛋白,该成熟蛋白计算分子量(Mr)为39268.27,等电点为pH7.66,有5个可能的N-糖基化位点,含有脂肪酶特征序列GHSLGGA,与来自米根霉(Rhizopus oryzae)的脂肪酶(AAF32408)同源性最高,一致性为83%,相似性为89%.该基因序列已提交GenBank,登录号为DQ139862.     

麻疯树叶绿ω3脂肪酸脱饱和酶基因的克隆和鉴定

根据几个已知的植物ω3脂肪酸脱胞和酶基因序列,利用RT-PCR和RACE技术从麻疯树中克隆了一条编码叶绿体ω3脂肪酸脱饱和酶的cDNA序列.对该序列的分析表明,该cDNA的编码区长1 368bp,编码一个长度为455个氨基酸的蛋白质,推测的蛋白质相对分子质量(Mr)大小为52.1×103.同源分析显示,推测的氨基酸序列与其他物叶绿体脂肪酸脱饱和酶具有很高的相似性.RT-PCR分析表明,该基因在麻疯树叶片中有着稳定的表达.此外,还通过酵母表达系统鉴定了该基因编码的酶的功能.对转基因酵母的脂肪酸组成分析发现,α亚麻酸在转基因酵母中积累.上述结果表明,该麻疯树cDNA编码了一个叶绿体ω3脂肪酸脱饱和酶.     

粘红酵母△12-脂肪酸脱氢酶基因的克隆和表达

Δ12-脂肪酸脱氢酶一般特异性催化在油酸的Δ12位引入双键转变成亚油酸.为了从粘红酵母YM25079中克隆全长Δ12-脂肪酸脱氢酶基因序列,参考已知的Δ12-脂肪酸脱氢酶基因序列设计基因特异性引物,通过PCR扩增获得到全长为1 353 bp的c DNA序列,序列分析结果表明该序列具有一个编码450个氨基酸的完整开放阅读框,所编码蛋白质的大小为50.9×103.与报道的Δ12-脂肪酸脱氢酶一样,推测的氨基酸序列具有膜整合脂肪酸脱氢酶特异性的3个组氨酸保守区,表明该序列为一个新的编码Δ12-脂肪酸脱氢酶的基因.为了验证其功能,把开放阅读框序列亚克隆到表达载体p YES3/CT,构建重组表达载体p YRGD12,并转化到酿酒酵母的缺陷型菌株INVScl进行表达.脂肪酸气相色谱(GC)分析表明,该序列所编码的蛋白质具有Δ12-脂肪酸脱氢酶活性,能将油酸转化为亚油酸,亚油酸的含量占酵母总脂肪酸的4.31%.以上结果表明,PCR所获得序列是新的Δ12-脂肪酸脱氢酶基因.     

近江牡蛎等7种养殖鱼虾贝类参照基因b-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b-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b-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.     

黑曲霉β-葡萄糖苷酶的筛选、克隆及表达

从曲霉属10株试验菌中筛选得到一株产β-葡萄糖苷酶活性较高的黑曲霉FTA-008.该菌株在适宜的培养条件下,β-葡萄糖苷酶的最高活性达2.89 U/mL,适宜产酶周期为3 d.通过设计特异引物,以该菌株的总RNA为模板,采用RT-PCR技术获得大小为2 511 bp的cDNA片段,该序列与GenBank中AJ132386的β-葡萄糖苷酶序列相比,氨基酸序列同源性达96.8%.经毕赤酵母表达,β-葡萄糖苷酶比活力达7.85 U/mg.图3表1参13     

香蕉MaMPK1基因的克隆与表达模式

为研究香蕉MAPK1的序列特征及其在不同激素处理、逆境胁迫下的表达趋势,以‘天宝蕉’为材料,采用RTPCR技术克隆MaMPK1并对其进行生物信息学分析和不同处理下的表达模式分析.结果显示该基因编码区长为1182bp,可编码393个氨基酸.其编码蛋白具有STKc_TEY_MAPK结构域,属于MAPK基因家族TEY亚型A亚家族,是不稳定的脂溶性亲水酸性蛋白,无信号肽和跨膜结构,有多个磷酸化位点.亚细胞定位预测结果显示MaMPK1主要定位于细胞核.蛋白互作预测结果显示该蛋白与HSFA4A存在互作,暗示其可能在香蕉抗热反应过程中发挥作用.启动子顺式作用元件预测结果显示MaMPK1启动子包含多种激素和逆境胁迫相关作用元件.定量分析结果显示MaMPK1的表达受SA、45℃、低温和盐胁迫抑制,受茉莉酸甲酯(MeJA)和枯萎病菌侵染诱导上调,在脱落酸(ABA)处理后期极显著上调表达.本研究表明MaMPK1广泛参与香蕉逆境胁迫应答.(图9表1参35)