Taq DNA耐热聚合酶在大肠杆菌中的克隆和高表达

从水生栖热菌(Thermus aquaticus)YT-1中分离得到的Taq DNA 聚合酶是一种广泛应用于PCR的耐热DNA聚合酶。由于天然菌株酶产量较低,培养条件要求严格,酶的纯化过程极为繁琐而使产品成本较高,因而促使人们构建适合于大规模生产的基因工程菌株。已有人分别通过不同的途径,使用不同的载体,成功地在大肠杆菌菌株中表达了Taq 耐热DNA聚合酶基因。我们通过与前人不同的途径,把这一基因克隆到大肠杆菌的载体质粒pJLA503上并使其得以高表达,为降低生产成本和进一步研究该酶的各种特性提供了有利条件。     

几种耐热DNA聚合酶的比较

耐热DNA聚合酶广泛应用在PCR技术。本文将常用的几种耐热DNA聚合酶分为三大类,对它们的性质、差异、用途做一个简单的介绍。     

利用Taq DNA聚合酶对PCR产物直接进行顺序分析

Taq DNA聚合酶具有反应速度快、温度作用范围广及良好的续进性等特点,可视为一种理想的DNA顺序分析酶。本文首先对非对称性PCR扩增过程中单、双链DNA产物的积累情况进行了分析,然后采用标记延伸二步法,对Taq DNA聚合酶的性质及影响因素进行分析。为进一步改进Taq DNA聚合酶测序的方法,本反应建立了“Klenow-型”的直接掺入标记同位素测序法,即在反应液中加入与标记核苷酸相应的一定浓度的冷dNTP。此法不但解决了二步法中引物后部分DNA顺序无法读出的缺点,而且简化了反应步骤,亦能得到令人满意的顺序分析结果,每次可读出至少400碱基的序列。     

Kod DNA聚合酶的制备及纯化研究

Kod DNA聚合酶作为常见的高保真DNA聚合酶,具有较强的DNA延伸能力以及3’-5’外切核酸酶校正活性。本研究通过对重组Kod DNA聚合酶分离纯化条件的优化,以期提高其表达和纯化效率以及片段扩增能力。利用异丙基硫代-β-D-半乳糖苷(isopropyl β-D-thiogalactoside,IPTG)对pET-30a-Kod进行诱导表达后,利用酶溶法和超声波破碎法对细胞破碎并提取粗酶液,然后利用Ni-NTA柱洗脱纯化获得较纯Kod DNA酶,再经透析得到高纯度Kod DNA酶,利用PCR反应和Sanger测序手段来检测自提纯化的Kod DNA聚合酶活性及保真性。同时,本研究对IPTG浓度和洗脱液中咪唑浓度等重要参数进行优化。结果表明,在28℃条件下0.1 mmol/L IPTG诱导16-18 h后,Kod DNA聚合酶高效表达;当咪唑浓度为200 mmol/L时蛋白洗脱效果最佳。PCR反应体系中Mg²⁺浓度为1.5 mmol/L,Kod DNA聚合酶浓度为0.061 25 μg/μL时,Kod DNA聚合酶效率较高,能有效地扩增3 194 bp的目的条带;...     

耐热DNA聚合酶基因双元载体的初步构建

Taq DNA聚合酶是PCR反应中的重要试剂,它具有结构性稳定和耐高温的特性,有能在90℃以上合成DNA的能力,因此被广泛使用于DNA扩增技术当中,但是国内尚未报道有关Taq DNA聚合酶基因用于转基因的研究.若将此耐热基因转入某些经济作物中培育耐热新品种,将会有很好的前景和实用价值.本试验将初步构建Taq DNA聚合酶的基因表达双元载体.通过引物设计,用PCR法从含有Thermus aquaticus DNA polymerase克隆基因的散装Taq DNA 聚合酶中扩增耐热DNA 聚合酶基因,得到约2.5 kb的DNA片段.扩增片段连接到质粒pUC19中测序证实是Taq DNA聚合酶基因,再将该片段重组到双元载体pBin19中,通过蓝白筛选选择重组子,构建耐热DNA聚合酶的基因双元载体pBin19-Taq.对其作进一步的加工,即插入植物启动子和增强子等后,可通过土壤农癌杆菌的介导作用,用作植物转基因之用.     

Pfu DNA聚合酶的表达条件优化及纯化研究

Pfu DNA聚合酶是分子生物学研究中最常用的高保真DNA聚合酶之一。本研究对重组菌株的Pfu酶基因表达条件进行优化,以提高Pfu DNA聚合酶的表达效率。通过在菌液深度OD600=0.87时加入1.5 mmol/L的IPTG进行诱导培养,诱导培养时间为11.03 h,用酶溶法对重组菌株进行破胞提取粗酶液,经热变性法与盐析沉淀法对杂酶进行纯化,最后经过透析后得到纯酶。采用考马斯亮蓝G-250法对酶进行含量测定及SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)检测纯度,最后使用PCR反应检测提纯后的Pfu酶的活性。结果表明优化处理后制备的Pfu DNA聚合酶,其纯度、酶活性和酶特异性均达到市售的Pfu DNA聚合酶水平。本研究为Pfu DNA聚合酶的开发和利用奠定了基础。     

L—山梨酮脱氢酶基因在大肠杆菌中的克隆和表达

参照已知的Ｌ－山梨酮脱氢酶基因序列,合成了两个引物序列,以ＡｃｅｔｏｂａｃｔｅｒｌｉｑｕｅｆｉｃｉｅｎｓＩＦ０１２２５８的染色体ＤＮＡ为模板进行ＰＣＲ反应,克隆得到了Ｌ－山梨酮脱氢酶基因,经酶切验证与预期结果相同,序列测定结果也与已知序列一致,采用ＰＣＲ方法在此基因的两端加上了Ｅ．ｃｏＲＩ和ＨｉｎｄＩＩ两个酶切位点,经Ｅ．ｃｏＲＩ和ＨｉｎｄＩＩ酶切后去掉了两端的多余序列后,将此片段连接到ｐＫＫＨｈ     

耐热型α-葡萄糖苷酶基因在大肠杆菌中的克隆及表达

应用PCR法从火山口嗜热菌中克隆出了α-葡萄糖苷酶基因,并将该基因导入大肠杆菌,获得了稳定表达的大肠杆菌菌株。同时对其表达产物进行了酶学性质分析。结果表明：该基因长1587bp,编码501个氨基酸,为新舡葡萄糖苷酶同源基因,已将该序列在Genbank中登记;其表达产物经SDS-PAGE分析表明,相对分子质量约为66kD;该α-葡萄糖苷酶的最适温度为90℃,最适pH值为7．0,在80℃放置3h,酶活仍能达到94％以上。结果表明该酶具有优良的耐热性,将有广泛的工业应用前景。     

利用Taq DNA聚合酶反转录cDNA第一链的研究

应用Taq DNA聚合酶(Thermus aquaticus DNA polymerase)直接对RNA进行反转录成cDNA第一链,然后用特异引物进行PCR扩增,结果表明,反转录达到AMV逆转录酶的效果,且可能得到比AMV逆转录酶更完整的cDNA第一链。     

Taq DNA聚合酶结构改造与功能改进及其在医药领域的应用前景

TaqDNA聚合酶（ThermusaquaticusDNApolymerase）是重要的生物技术工具酶,广泛应用于疾病诊断与治疗、传染病检测、药物作用机理等医药领域。TaqDNA聚合酶在结构上由三部分构成：DNA聚合酶区、3’核酸外切酶区和5’核酸外切酶区。由于3’核酸外切酶区的氨基酸序列的变化而使其失去了3’-5＇的外切校读功能,因此TaqDNA聚合酶有错误复制倾向。利用特定位点的突变、与其他酶互换功能区和删除N末端的5’核酸外切酶区等方式可以改进TaqDNA聚合酶的性能,使它的忠实性、热稳定性和聚合性能得到提高。本文介绍了TaqDNA聚合酶的结构与功能改造的研究现状,并展望了TaqDNA聚合酶在医药领域的应用前景。     

普通Taq DNA聚合酶扩增幽门螺杆菌尿素酶基因长片段

ＰＣＲ反应扩增较长的ＤＮＡ片段比较困难。本实验对幽门螺杆菌染色体ＤＮＡ上的２７Ｋｂ尿素酶基因用普通ＴａｑＤＮＡ聚合酶进行扩增,扩增结果以琼脂糖凝胶电泳证实,得到所需的２７Ｋｂ的片段。该实验为今后幽门螺杆菌工作的进一步研究提供了经济,有效,简捷的条件。     

PCR产物末端性质的分析研究

利用PCR、UT-PCR、克隆及测序等技术,对强直性肌营养不良基因（MT-PK）3′-非翻译区分别用Taq,Taq＋Pwo DNA聚合酶进行了扩增、克隆和测序,研究了PCR产物末端组成情况,并比较了上述两种DNA聚合酶对PCR产物末端的影响.结果在用Taq DNA聚合酶扩增的PCR产物主要得到3′端突出1个A（占67.3％,35/52）;在Taq＋Pwo DNA聚合酶扩增的PCR产物末端中得到3′端+A的仅占17.4％,而－1的占34.8％,与前者显著不同.表明PCR扩增产物的末端是复杂多样的.     

Taq DNA聚合酶功能区域的定位

通过参Ｕ法定点突变产生了ＴａｑＤＮＡ聚合酶Ｎ端分别缺失３个,２３５个,２８７个和４４３个氨基酸的４个缺失体,利用Ｂａｌ－３１连续缺失法产生了ＴａｑＤＮＡ聚合酶的Ｃ端分别缺失了２个、１６个、２９个、３２个、３４个氨基酸的５个缺失体．经ＤＮＡ聚合酶活性测定表明Ｎ端缺失３个,２３５个,２８７个氨基酸后活力和完整的Ｔａｑ相近,而缺失４４３个氨基酸后则失去了ＤＮＡ聚合酶活力;Ｃ端的５个缺失体都失去了ＤＮＡ聚合酶活性．据此ＴａｑＤＮＡ聚合酶的功能区域被定位在２８７～８３２氨基酸之间．     

A New Approach to Enhanced PCR Specificity

A new approach to enhanced specificity and product yield of polymerase chain reaction is proposed. It is based on control of DNA polymerase activity during PCR by changing the magnesium ion concentration, which depends on the temperature of the reaction mixture. A slightly soluble magnesium salt, magnesium oxalate, whose solubility depends on temperature, was used as a source of magnesium ions. During PCR, magnesium oxalate was maintained at saturating concentration by the presence of an insoluble excess of this salt, and the concentration of magnesium ions depended on the salt solubility: binding of magnesium ions at lower temperatures and their release at higher temperatures was shown to affect the DNA polymerase activity and to favor the specific PCR amplification of the target DNA fragment.     

Inhibition of Taq DNA polymerase by seaweed extracts from British Columbia, Canada and Korea

Fifty-nine species of marine macrophytes from the coasts of British Columbia, Canada and Korea have been screened for the presence of PCR inhibitors, namely inhibitors of Taq DNA polymerase. Eleven of the species displayed some inhibitor activity. At the concentration of 5 μg of methanol extract in 25μL reaction mixture of PCR containing 1.5 unit of Taq DNA polymerase, one (Ulva sp.) of 8 Chlorophyta, eight (Colpomenia bullosa, Ecklonia cava, Endarachne binghamiae, Fucus distichus, Hizikia fusiformis, Sargassum confusum, Sargassum sagamianum, and Sargassum thunbergii) of 28 Phaeophyta, and one (Symphyocladia latiuscula) of 34 Rhodophyta showed inhibition in PCR amplification. In the case of the water extract, two (Cladophora columbiana, Ulva sp.) Chlorophyta, seven (Endarachne binghamiae, Fucus distichus, Hizikia fusiformis, Sargassum confusum, Sargassum sagamianum, Sargassum horneri, Scytosiphon dotyi) Phaeophyta, no Rhodophyta and one (Phyllospadix scouleri) seagrass showed inhibition in PCR amplification. the methanol fraction of Sargassum confusum and the water fraction of Fucus gardneri (mid–intertidal) have been found to inhibit PCR at level as low as 0.5 μg in 25μL of PCR reaction mixture. This revised version was published online in August 2006 with corrections to the Cover Date.     

大肠杆菌表达的TaqDNA聚合酶的纯化

Taq DNA聚合酶是分子生物学研究中最常用的热稳定DNA聚合酶之一,与其他热稳定DNA聚合酶具有相似的特征,其纯化策略不但有潜在的应用前景,也对同类聚合酶的分离具有指导意义。已报道的适宜大量制备Taq酶的方案所需成本较高,而文章介绍了一种利用国产阳离子交换树脂廉价制备Taq酶的方案。在本方案中,采用热变性、(NH4)SO4沉淀与724离子交换层析分离大肠杆菌表达的Taq酶,约18 g Na型树脂干粉一次可回收比活约8 131.98 U/mg、总酶活2.2×105U、近27.07 mg Taq酶。纯化的产率可达48.92%,纯化倍数约59.35。所制酶SDS-PAGE电泳只检测到94 kDa单一蛋白条带,未检测到DNA核酸酶污染,与商品酶的PCR扩增能力无区别。此纯化方法成本低,适合实验室一般性的制备和生产应用。