CUP1为筛选标记的酿酒酵母整合型多基因表达载体的构建

为了赋予工业酿酒酵母对淀粉和纤维素的降解活性,提高酿酒酵母对粗木薯粉进行酒精发酵时的酒精产率;另一方面,为了解决工业酿酒酵母不适于使用营养缺陷型筛选标记对转化子进行筛选的问题,以及避免引入抗药性标记基因带来的安全性问题,构建了以抗铜蛋白基因CUP1为筛选标记的酿酒酵母整合型多基因表达载体.以载体pYES2-PMF-rDNA为基础,以新的筛选标记基因CUP1替换原有的尿嘧啶Ura-基因,得到载体pYES2M.再顺序插入葡聚糖内切酶基因eg3、葡萄糖淀糖酶基因gal和β-葡萄糖苷酶基因bgl1,构建得到以CUP1为筛选标记的酵母整合型三价表达载体pYES2M-eg3-ga1 -bgl1,其中每个基因都具有独立而完整的表达盒,包括启动子、信号肽和终止子,从而实现多基因单表达载体一次转化.     

酿酒酵母异源表达纤维二糖转运蛋白LacY与纤维二糖利用菌株的构建北大核心

【目的】在酿酒酵母体内设计代谢通路,使酿酒酵母能利用纤维素水解产物纤维二糖生产乙醇。【方法】首先,用大肠杆菌DH5α总DNA为模板克隆编码大肠杆菌乳糖透过酶的LacY基因。为过表达LacY基因,以质粒YEplac181作为载体,将酿酒酵母PGK1p强启动子加到LacY基因之前,CYC1t终止子加到LacY基因之后,构建质粒YEplac181-PGK1p-LacY-CYC1t。之后,将纤维二糖转运蛋白LacY表达质粒和β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase,BGL)表达质粒pRS316-PGK1p-gh1-1-CYC1t依次转入野生型酿酒酵母W303-1A中,使野生型酿酒酵母W303-1A异源表达可转运纤维二糖的LacY蛋白和β-葡萄糖苷酶GH1-1,构建可利用纤维二糖的酿酒酵母工程菌W303-1A GL。最后,通过发酵测定酿酒酵母工程菌W303-1A GL的纤维二糖利用情况和乙醇产量,并对纤维二糖代谢通路中纤维二糖酶活力进行测定。【结果】本研究构建了纤维二糖转运蛋白LacY和β-葡萄糖苷酶GH1-1协同表达的酿酒酵母工程菌W303-1AGL。W303-1AGL可以有效利用纤维二糖发酵生产乙醇,W303-1A GL发酵24 h时乙醇产量达到3.25 g/L,得率为0.325 g乙醇/g纤维二糖,利用葡萄糖产乙醇理论得率为0.511 g乙醇/g纤维二糖,达到葡萄糖产乙醇理论得率的64%,细胞密度最高在第54 h达到OD600=10.84,胞内β-葡萄糖苷酶的酶活在72 h最高,可达到0.51 U/mg。【结论】本研究成功构建了能有效利用纤维二糖的重组酿酒酵母工程菌W303-1A GL,为提高纤维素乙醇生产效率、降低纤维素乙醇生产成本提供了新思路。     

在GPD1中整合表达bglⅡ基因改善酒精发酵

依据同源重组的原理将来源于里氏木霉的β-葡萄糖苷酶基因bglⅡ整合到工业酿酒酵母染色体上的3-磷酸甘油脱氢酶基因GPD1中,通过G418抗性筛选得到重组子。实验数据表明,重组子Saccharomyces cerevisiaeCG1利用纤维二糖的能力显著提高,产甘油能力下降。引入外源基因后酵母性状与亲代相比没有显著差异,但生长时具自絮凝能力。当S·cerevisiaeCG1以玉米粉为原料进行浓醪酒精发酵,与亲代工业酿酒酵母比较,发酵液乙醇浓度得到提高,甘油含量降低,纤维二糖含量显著减少。     

在GPD1中整合表达bglⅡ基因改善酒精发酵*

依据同源重组的原理将来源于里氏木霉的β-葡萄糖苷酶基因bglⅡ整合到工业酿酒酵母染色体上的3-磷酸甘油脱氢酶基因GPD1中,通过G418抗性筛选得到重组子。实验数据表明,重组子Saccharomyces cerevisiae CG1利用纤维二糖的能力显著提高,产甘油能力下降。引入外源基因后酵母性状与亲代相比没有显著差异,但生长时具自絮凝能力。当S.cerevisiae CG1以玉米粉为原料进行浓醪酒精发酵,与亲代工业酿酒酵母比较,发酵液乙醇浓度得到提     

用毕赤酵母表达理氏木霉的β-葡萄糖苷酶基因

目的:为提高β-葡萄糖苷酶的产量,用毕赤酵母取代理氏木霉用于生产,以弥补理氏木霉在大规模生产中的缺陷。方法:用套叠PCR法从理氏木霉基因组中扩增β-葡萄糖苷酶基因(bglⅠ)。用T4DNA连接酶和限制性DNA内酶将bglⅠ重组于P.pastoris表达载体pPIC9K的多克隆位点,获得含bglⅠ的重组表达载体pPIC9K-bglⅠ。通过电转法将其pPIC9K-bglⅠ载体转化于P.pastoris基因组,筛选高G418抗性以及高表达bglⅠ酶的重组子作为工程菌。结果:用BMGY-BMMY培养基体系,在摇瓶中发酵48 h,表达BglⅠ30 mg/L,在P.pastoris中表达的BglⅠ能水解对硝基苯-β-D-葡萄糖苷具有β-葡萄糖苷酶活性。其酶活力为56 U/L发酵液。结论:通过这种方法,可以成功地用毕赤酵母表达理氏木霉的β-葡萄糖苷酶基因。     

酿酒酵母3-磷酸甘油酸激酶基因(PGK1)启动子片段的亚克隆

含有3-磷酸甘油酸激酶基因(PGK1)的酿酒酵母染色体3.1kb HindⅢ片段,已被克隆到大肠杆菌-酵母菌穿梭载体pCN60上。Kpn Ⅰ核酸内切酶在pCN60上没有酶切位点,而在pCN60(PGK1)上仅有一酶切位点。用此酶将pCN60(PGK1)质粒完全酶切,再用Bal31从两端逐步消解碱基对,使反应终止于每端消解500bp左右,加上EcoR Ⅰlinker。用EcoRⅠ、BamH Ⅰ酶切,分离1. 9kb的DNA片段,插入用同样双酶切的酵母启动子探针载体pVC727上,转化E.coli C600,再从转化子中提取重组质粒转化酵母受体菌NA87-11A。用菌落染色法筛选出PHO5基因高效表达转化子,这个转化子质粒含有1.9kb的BamH Ⅰ、EcoRⅠ酶切片段,它具有强启动子功能,并测定其3'末端序列。     

基于筛选标记整合拷贝增加的酿酒酵母外源蛋白高效表达北大核心CSCD

【目的】利用酿酒酵母内部核糖体进入位点(IRES)介导构建外源蛋白高效表达系统,构建酿酒酵母蛋白表达工程菌,为酿酒酵母在代谢工程中的应用奠定基础。【方法】首先分别构建含启动子Pilv5,Padh2,Ptdh3的Promoter-mCherry-TIF4631 IRES-URA3共表达框,利用同源重组的方法将共表达框整合到酿酒酵母W303-1B-A基因组中,经URA3功能回复筛选转化子。然后比较转化子中mCherry荧光强度的差异,以表征三种启动子在共表达框中的应用效果。利用荧光定量PCR测定并分析转化子中整合DNA片段在基因组中的拷贝数,并在无选择压力的条件下连续传代培养转化子,分析其遗传稳定性。最后以木糖还原酶基因XYL1,β-半乳糖苷酶基因LACZ替换共表达框中的mCherry基因,检测木糖还原酶(xylose reductase)和β-半乳糖苷酶(β-galactosidase)的酶活力、蛋白表达量等,以验证该表达框的应用效果。【结果】整合DNA片段的拷贝数和mCherry的表达量受启动子影响。其中含Padh2的转化子最低,含Ptdh3的转化子居中,含Pilv5的转化子最高。含有Pilv5启动子且mCherry表达量最高的转化子,整合DNA片段在基因组中的拷贝数为47,构建的工程菌株具有较好的遗传稳定性。在含Pilv5启动子和TIF4631 IRES的表达框中,木糖还原酶成功表达,其中活力最高的转化子WIX-10的酶活力为0.209 U/mg粗蛋白;β-半乳糖苷酶也成功表达,其中酶活力最高的转化子WIL-1的酶活力为12.58 U/mg粗蛋白。【结论】在酿酒酵母中,由Pilv5启动子和TIF4631IRES介导的外源蛋白表达系统能够高效表达外源蛋白,为外源蛋白在酿酒酵母中表达提供了新的策略,也为该系统在酿酒酵母代谢工程中的应用提供了充分的实验依据。     

酿酒酵母3-磷酸甘油酸激酶基因(PGK1)启动子片段的亚克隆

含有3-磷酸甘油酸激酶基因(PGK1)的酿酒酵母染色体3.1kb HindⅢ片段,已被克隆到大肠杆菌-酵母菌穿梭载体pCN60上。Kpn Ⅰ核酸内切酶在pCN60上没有酶切位点,而在pCN60(PGK1)上仅有一酶切位点。用此酶将pCN60(PGK1)质粒完全酶切,再用Bal31从两端逐步消解碱基对,使反应终止于每端消解500bp左右,加上EcoR Ⅰlinker。用EcoRⅠ、BamH Ⅰ酶切,分离1. 9kb的DNA片段,插入用同样双酶切的酵母启动子探针载体pVC727上,转化E.coli C600,再从转化子中提取重组质粒转化酵母受体菌NA87-11A。用菌落染色法筛选出PHO5基因高效表达转化子,这个转化子质粒含有1.9kb的BamH Ⅰ、EcoRⅠ酶切片段,它具有强启动子功能,并测定其3'末端序列。     

高SO2产量啤酒酵母工业菌株的构建

二氧化硫在啤酒中具有抗氧化的重要功能,而在其形成过程中APS激酶(MET14编码)起着非常重要的作用。以二氧化硫产量较高的青岛啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)YSF-5的总DNA为模板,用PCR方法克隆得到MET14基因。为使目的基因在酿酒酵母中表达,以大肠杆菌-酿酒酵母穿梭质粒YEp352为载体,以PGK1强启动子为调控元件,构建了重组表达质粒pPM,并转化酿酒酵母YS58。转化子在YNB添加亮氨酸、组氨酸和色氨酸的选择性培养基上筛选鉴定,盐酸副玫瑰苯胺法测得转化子的SO2产量是受体菌的2倍左右。在重组表达质粒pPM的基础上添加铜抗性标记基因构建了重组表达质粒pCPM,并转化青岛啤酒工业酵母菌株YSF-38,转化子在YEPD 4mmol/L CuSO4的选择性培养基上筛选鉴定,实验室条件下培养后,测得转化子YSF-38(pCPM)的SO2产量是受体菌的3.2倍。用该转化子在青岛啤酒厂进行小型发酵实验,结果表明在发酵结束时,YSF-38(pCPM)转化子的SO2产量是受体菌的1.4倍。因此,MET14基因的有效表达可以提高啤酒工业酵母的SO2产量。     

大肠杆菌甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)的敲除及其对甘油产量的影响

利用Red重组系统构建了大肠杆菌JM109甘油激酶基因(glpK)和甘油脱氢酶基因(gldA)缺失的双突变菌株JM109B,然后将表达酿酒酵母3-磷酸甘油脱氢酶基因(GPD1)和3-磷酸甘油酯酶基因(HOR2)的质粒pSE-gpd1-hor2转化到JM109B突变菌株中,在含1%葡萄糖的摇瓶发酵培养基中37℃发酵24 h,甘油的最高产量为5.61 g/L,是原始菌株JM109/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.59倍;在30 L发酵罐中发酵28 h,甘油的最高产量为103.12 g/L,是原始菌株JM109/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.59倍,是原始菌株BL21/pSE-gpd1-hor2甘油产量的1.41倍,葡萄糖转化率为50.39%。     

长枝木霉eg1基因的克隆及表达

从长枝木霉3.1029基因组中克隆了内切葡聚糖酶EGI基因,该基因全长1 566 bp,由3个外显子2个内含子组成,编码461个氨基酸,编码蛋白的N端为22aa组成的信号肽。采用重叠PCR法获得无内含子的内切葡聚糖酶基因eg1,构建成pYE-Leg1重组质粒;同时将其成熟肽编码序列插入酿酒酵母分泌型表达载体pYEα中,构建成pYEα-Leg1重组质粒;分别转化酿酒酵母。重组转化子经β-半乳糖诱导,检测表达产物的酶活,结果表明,pYE-Leg1转化子无明显胞外酶活;而pYEα-Leg1转化子在刚果红平板上可产生明显的水解圈,酶活检测显示pYEα载体可有效地将该基因在酿酒酵母中表达并分泌到胞外,发酵液中的酶活在培养96 h达到最高1.16 U/mL,最适酶解温度为50℃,最适pH值为5.6。以上研究将为利用酿酒酵母生产胞外纤维素酶提供依据。     

酒类酒球菌mleP基因的克隆及其在酿酒酵母中的表达

苹果酸通透酶具有协助苹果酸 乳酸发酵 (MLF)的重要功能。以酒类酒球菌 (Oenococcusoeni)优良菌系Oenococcus Lee SD 2a的总DNA为模板 ,用PCR方法克隆到苹果酸通透酶基因mleP ,构建了重组质粒pBMmleP。序列分析表明克隆到的基因序列与已报道的序列同源性为 99%。为使目的基因在酿酒酵母中表达 ,以大肠杆菌 酿酒酵母穿梭质粒YEp35 2为载体 ,以PGK1强启动子和ADH1终止子为调控元件 ,构建了重组表达质粒YEpmleP ,并转化酿酒酵母 (Saccharomycescerevisiae)YS5 8。酵母转化子用含有亮氨酸、组氨酸和色氨酸的YNB平板筛选鉴定。获得的转化子在添加了L 苹果酸 (5g L)的培养基中培养 4d ;取培养液上清用HPLC检测 ,结果显示重组转化子YSP的培养液中L 苹果酸剩余含量均低于空载体转化子YS35 2 ,因此所得酵母重组转化子对苹果酸的转运能力有所提高     

Oenococcusoeni苹果酸-乳酸酶基因克隆及其在酿酒酵母中的表达

苹果酸-乳酸酶是苹果酸-乳酸发酵过程中负责苹果酸转化为乳酸的功能酶。在进行酒酒球菌SD2a的苹果酸-乳酸酶基因(mleA)克隆测序基础上,以PGK1强启动子和ADH1终止子为调控元件,以大肠杆菌-酵母菌穿梭质粒YEp352为载体,构建了重组表达质粒并转化酿酒酵母YS58。酵母转化子用SD/Ura平板筛选鉴定。斑点杂交检测表明目的基因mleA转化到受体菌中,SDSPAGE检测表明获得的转化子表达了约60kDa的目标蛋白。获得的转化子在添加了L苹果酸的培养基中培养4d;取培养液上清用HPLC检测L苹果酸及L乳酸含量,采用t检验进行差异显著性分析,结果表明mleA基因进行了功能性的表达,将L苹果酸转化成L乳酸,L苹果酸和L乳酸含量分别与对照差异极显著和显著,苹果酸的相对降低率平均为20.95%。在有选择压力条件下,重组质粒相对稳定,而在无选择压力条件下,传代培养10d后大约有65%的重组质粒丢失。     

微生物发酵转化牛蒡子的研究

从牛蒡子药材中筛选到一株具有转化牛蒡子苷能力的菌株HB-2,对牛蒡子进行发酵,利用其产生的β-葡萄糖苷酶将牛蒡子苷转化为牛蒡子苷元。研究了该菌株对牛蒡子的发酵动力学,HPLC测得转化率达95%以上。发酵产物经大孔吸附树脂、硅胶柱层析及重结晶等方法制备出牛蒡子苷元纯品,并采用核磁共振(NMR)、红外(IR)、质谱(MS)等方法对产物进行了鉴定。     

扣囊复膜孢酵母BGLl基因在工业酒精酵母中的整合表达

构建了含有工业酿酒酵母自身GPD2启动子和终止子、扣囊复膜孢酵母β-葡萄糖苷酶基因（BGL1）和潮霉素选择性标记hyg的重组质粒pPIC-gpd-bgl-hyg,通过酵母染色体同源重组,将BGLl基因整合进入工业酒精酵母的染色体上。重组酵母可以在以纤维二糖为唯一碳源的培养基上生长,48h时β-葡萄糖苷酶酶活达到0.764U／mL。在玉米浓醪酒精发酵实验中,与宿主菌株相比,重组酵母醪液中纤维二糖含量减少约80％,达到了消耗醪液中纤维二糖含量的目的。     

苹果酸降解相关基因在酿酒酵母中的表达

微生物降酸是现代葡萄酒酿造重要工艺。将裂殖酵母苹果酸通透酶基因(mae1)和苹果酸酶基因(mae2)克隆到酿酒酵母中,构建了苹果酸酒精酵母;将mae1基因和乳酸乳球菌的苹果酸乳酸酶基因(mleS)克隆到酿酒酵母中,构建了苹果酸乳酸酵母。构建的酵母重组子能够有效地分解发酵基质中的苹果酸。     

絮凝基因FLO1及FLO1c高表达提高工业酿酒酵母乙酸耐受性及发酵性能

乙酸是生物质乙醇发酵过程中酵母细胞面临的重要抑制剂之一,对细胞生长及发酵性能有强烈的抑制作用。增强酵母菌对乙酸胁迫的耐受性对提高乙醇产率具有重要意义。用分别带有完整絮凝基因FLO1及其重复序列单元C发生缺失的衍生基因FLO1c的重组表达质粒分别转化非絮凝型工业酿酒酵母CE6,获得絮凝型重组酵母菌株6-AF1和6-AF1c。同时以空载体p YCPGA1转化CE6的菌株CE6-V为对照菌株。与CE6-V相比,絮凝酵母明显提高了对乙酸胁迫的耐受性。在0.6%(V/V)乙酸胁迫下,6-AF1和6-AF1c的乙醇产率分别为对照菌株CE6-V的1.56倍和1.62倍;在1.0%(V/V)乙酸胁迫下,6-AF1和6-AF1c的乙醇产率分别为对照菌株CE6-V的1.21倍和1.78倍。可见絮凝能力改造能明显提高工业酿酒酵母的乙酸胁迫耐受性及发酵性能,而且FLO1内重复序列单元C缺失具有更加明显的效果。     

在GPD1中整合表达蜜二糖酶基因改善酒精发酵水平

依据同源重组的原理将来源于粟酒裂殖酵母的α-半乳糖苷酶基因mel整合到工业酿酒酵母染色体的甘油合成途径关键酶基因GPD1中,通过G418抗性筛选得到重组子。实验数据表明,重组子S．cerevisiae MG1利用蜜二糖的能力显著提高,产甘油能力下降。引入外源基因后酵母性状与亲代相比没有显著差异,但生长时具自絮凝能力。MG1分别以玉米粉、小麦淀粉为原料进行浓醪酒精发酵,与亲代工业酿酒酵母比较,发酵液乙醇浓度得到提高,甘油含量降低,蜜二糖消耗殆尽。     

mal62 基因高表达对工业面包酵母发酵力的影响

【目的】构建高麦芽糖利用能力的面包酵母菌株,以期提高面包酵母在不加糖面团中的发酵力,增加经济效益的同时减少成本消耗。【方法】克隆工业面包酵母BY-14的麦芽糖酶基因mal62,以PGK1强启动子和终止子为调控元件,以酵母-大肠穿梭型质粒Yep-C为载体,构建重组表达质粒Yep-CPM,并转化酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)BY-14,经筛选鉴定获得酵母转化子BYCPM。进行转化子的酶活力、mal62基因表达水平及发酵力测定,检测目的基因的功能性表达。【结果】工业酵母转化子BYCPM的最大麦芽糖酶活力比对照菌提高15%-52%,发酵力提高40%,比发酵力提高5.6%。【结论】转化子BYCPM具有更高的麦芽糖酶活力和更强的抗葡萄糖阻遏能力。并且在不加糖面团中,转化子具有更高的发酵力,可以在更短的时间内获得更大的产气量且消耗更少的碳源。     

葡枝根霉TP-02cDNA文库中两种新的β-葡萄糖苷酶基因的克隆及其在毕赤酵母中的表达

从具有良好降解纤维素能力的葡枝根霉TP-02的cDNA文库中筛选获得两个新的β-葡萄糖苷酶基因bgl1和bgl2,并在毕赤酵母中高效表达.阳性克隆在MM培养基中发酵84 h和1%的甲醇的诱导的情况下,产生的β-葡萄糖苷酶酶活达到峰值分别为8.2 IU/mL 和9.9 IU/mL,分别较原菌株葡枝根霉的β-葡萄糖苷酶酶活...