光控表达系统在合成生物学中的调控作用

光遗传学技术是将遗传学技术与光控技术相结合,利用光源控制生物过程的一项全新技术。光控表达系统是基于光遗传学技术与合成生物学方法相结合的策略,将光作为感测模块与生物体内已有的基因模块组合构成全新的基因回路,通过光信号动态调控基因表达的系统。该系统是一种低成本、低毒性、高灵活性的新型动态调控开关,对基因精准调控的同时还能有效解决能源短缺问题。目前,该系统已经成熟地应用于疾病诊疗、材料合成等领域,同时也极大促进了微生物代谢及合成生物学的发展。光受体是光遗传学技术中不可缺少的工具元件,根据不同生物光受体的感光特性,介绍用于控制基因表达的光调控系统,重点分析其在调控微生物系统内基因表达、代谢途径和药物递送中的应用,探讨光遗传学技术在合成生物学应用中可能存在的问题及未来发展前景。     

光遗传学技术在调控细菌生命活动中的应用

光遗传学技术利用光作为输入信号,能够精准地调控细胞的生理功能,同时具有高度的时间和空间特异性,使得构建高度动态的调控系统成为可能.近年来,随着新型光敏蛋白的发现和光照系统的创新,基于光遗传学技术的光控系统的效率得到了显著提高.通过合成生物学方法构造各种生物回路,光控系统在细菌中的应用也日益广泛.将光控系统作为输入模块,与其他生物功能模块相结合,能够实现对基因表达、蛋白质活性以及细菌生理功能的调控.本文主要介绍光遗传学技术的基本原理及其在合成生物学和调控细菌生命活动方面的应用.     

光遗传学在细菌生产调控中的应用进展

合成生物学的发展使得人们可以根据需求对微生物进行改造,作为“工厂”高效地合成催化所需物质,并通过添加化学诱导物的方式对生命过程进行调控。然而,化学诱导的潜在毒性以及不可逆性等限制其应用。光遗传学技术利用特定波长的光信号实现对细胞生命过程的调控,具有特异性、可逆性、高时空分辨率等特点。近年来,人们对不同来源的光敏蛋白进行改造,开发出各种不同波长、不同效应的光遗传元件用于基因回路的构建,进而实现对细菌蛋白合成、代谢过程的调控。光遗传技术在人与细菌之间搭起了实时的信号沟通桥梁,实现更为精准的物质生产调控:(1)通过光控治疗因子的合成分泌进行药物递送;(2)通过代谢通路的控制提高目的产物的催化效率;(3)通过光诱导控制生物活材料的形成。随着探索的深入,更小体积、更多波长、更高效率的光遗传元件将被开发出来,实现多输入的细菌生命活动调控。     

酿酒酵母位点特异性DNA切离及定点整合的研究

酿酒酵母２μ环的ＦＬＰ－ＦＲＴ位点特异性重组系统由ＦＬＰ重组酶和ＦＲＴ重组位点所组成。将ＦＬＰ基因置于受半乳糖调控的酵母ＧＡＬ１０启动子控制下,在半乳糖诱导下实现了酿酒酵母染色体上两个顺向排列ＦＲＴ位点之间ＤＮＡ序列的切离;并将一个含有ＦＲＴ重组位点的环状质粒整合到酿酒酵母染色体上预先设置的一个ＦＲＴ重组位点上,实现了染色体定点整合。这个由ＦＬＰ重组酶催化的位点特异性重组过程具有重组效率高和重组位     

光遗传学技术研究进展

光遗传学技术是结合遗传学和光学对生物体特定细胞实现精确光控的新兴生物技术。自基于微生物视蛋白的光遗传学策略应用以来,光遗传学在视蛋白的开发与优化,基于病毒和重组酶的遗传学定位表达以及光学传输技术等方面都取得了显著进展。光遗传学在现代神经生物学领域应用广泛,在神经环路、行为、中枢神经系统疾病、精神疾病的机理研究中发挥着重要作用。主要介绍光遗传学技术的发展历程,重点介绍光遗传学工具的优化以及定位表达,旨在为光遗传学及相关领域的研究发展提供参考。     

利用FLP/frt重组系统产生无选择标记的转基因烟草植株

在植物转基因植株产生过程中,对转化细胞进行抗性筛选是通用程序,转化细胞的抗性一般是抗生素抗性或除草剂抗性,将赋予转化细胞抗性的选择标记基因删除是提高转基因植物生物安全性的重要措施。来自于啤酒酵母的FLP/frt位点特异性重组系统可有效删除同向定点重组位点frt之间的基因。通过多步骤重组,建立了可在植物中广泛应用的FLP/frt位点特异性重组系统。该系统包括含有frt位点的植物表达载体pCAMBIA1300-betA-frt-als-frt和含有由热诱导启动子hsp启动的FLP重组酶基因的植物表达载体pCAMBIA1300-hsp-FLP-hpt。利用二次转化的方式将二者先后转入烟草植株,热激处理后,热诱导型启动子hsp调控的重组酶FLP基因的表达催化位于选择标记基因als两侧同向frt位点间的重组反应,有效地删除了选择标记基因als。41%的经热激处理的二次转化植株发生了选择标记基因的删除,表明该系统在获得无选择标记基因的转基因植株中有很好的应用价值。     

一种新的用于删除选择标记基因的Cre／lox系统

设计了一种新的诱导型Cre/lox系统,并在转基因烟草(NicotianatabacumL.)中进行了验证。在诱导剂的作用下,位于同向lox位点之间的选择标记基因(hpt)和重组酶基因(Cre)在烟草愈伤组织中被删除。在该系统中,Cre基因在玉米乙酰苯胺类化合物诱导启动子(In5-2)的控制下表达。对转基因后代的分子检测结果表明,不论是否加入了诱导剂,目的基因(gus)均被整合到烟草基因组中;在诱导剂处理的48株转基因烟草T0代中,45株的hpt基因被删除了。该系统只使用一个载体,克服了二次转化系统带来的问题。     

一种新的用于删除选择标记基因的Cre/lox系统

设计了一种新的诱导型Cre/lox系统,并在转基因烟草(Nicotianatabacum L.)中进行了验证.在诱导剂的作用下,位于同向lox位点之间的选择标记基因(hpt)和重组酶基因(Cre)在烟草愈伤组织中被删除.在该系统中,Cre基因在玉米乙酰苯胺类化合物诱导启动子(In5-2)的控制下表达.对转基因后代的分子检测结果表明,不论是否加入了诱导剂,目的基因(gus)均被整合到烟草基因组中;在诱导剂处理的48株转基因烟草To代中,45株的hpt基因被删除了.该系统只使用一个载体,克服了二次转化系统带来的问题.     

光遗传学工具的开发及其应用研究

细胞所处微环境的动态变化对细胞分化、细胞信号通路、个体生长以及疾病等有很大影响。光遗传学技术利用基因编码蛋白质表达并结合光控的手段为动态调控细胞信号通路、细胞定位和基因表达等方面提供了一种全新、无损、可逆、非侵入、时空特异性的研究手段。文中总结了光遗传学元件的类型以及涉及的细胞信号通路,并探讨了光控细胞信号通路的应用与未来发展前景。     

cre／lox P系统介导的基因重组研究进展

由于具有时间,组织和位点特异性,cre重组酶介导的DNA重组已成为基因靶位操作的一个重要工具,概述了cre/loxP系统的作用特点,cre重组酶的结构和重组机制,表达载体构建及重组个体检测等方面的问题,重点介绍了cre/lox P系统在基因重组研究中的应用及近来的发展与成就。     

条件基因打靶研究存在的主要问题及对策

基于Cre-loxP等位点特异性重组系统的条件基因打靶技术在解析基因功能和制备疾病小鼠模型方面发挥着极其重要的作用。但包括Cre重组酶转基因的表达模式不理想、重组效率存在差异、Cre重组酶的毒性等在内的Cre-loxP重组系统相关的缺陷以及条件基因打靶技术本身存在的问题,如遗传背景、育种策略、实验对照、基因代偿等方面的影响往往被忽略,严重影响基因功能和小鼠表型解析的准确性。针对这些问题,精细调控实现Cre重组酶的理想时空特异性表达、详尽地分析Cre重组酶的重组效率、降低Cre重组酶的毒性、遗传背景单一化、优化育种策略、设立严格实验对照、多基因联合条件基因打靶等诸多解决方案应予以采纳。     

细胞可透过性Cre重组酶表达、纯化及生物活性检测(英)

Cre/lox P系统由Cre位点特异重组酶和可被Cre特异性识别的lox P位点构成,该系统广泛用于条件性基因敲除和表达,以研究基因功能.为了表达和纯化一种细胞可透过性Cre重组酶(即His6-NLS-Cre-MTS);经IPTG诱导,在BL21(DE3)宿主菌成功表达His6-NLS-Cre-MTS融合蛋白,通过His-Bond Ni-NTA树脂分离并纯化了该蛋白质,随后借助细胞和非细胞的重组系统成功检测了His6-NLS-Cre-MTS的生物活性.细胞可透过性Cre重组酶提供了一种快捷而高效的在细胞和在体水平进行遗传操作的新工具.     

Cre/loxP介导的伤寒杆菌染色体上插入基因的切除

来源于P1噬菌体的位点专一性重组系统loxP/Cre,已成为一种新的DNA操作的有用工具,在体内外都获得了成功的应用.为了将四环素诱导表达系统引入减毒伤寒杆菌CVD908株中,tetR-loxP-neo串联基因已通过同源重组被定位插入在CVD908株的△aroC位点中.构建一Cre酶表达受启动子P_LtetO-1控制的自杀质粒pJG9/Cre,以切除CVD908株△aroC中同向loxP序列之间的neo基因.质粒pJG9/Cre电转化入菌中,加入去水四环素诱导Cre酶表达,通过重组切除neo基因,再通过自杀质粒上SacB基因的启动,使质粒清除出菌细胞.抗生素鉴定和PCR扩增都证明,CVD908株△aroC位点中的neo基因被成功切除.     

拟南芥原生质体瞬时表达快速验证重组酶外源基因删除

通过在拟南芥原生质体中瞬时表达重组酶删除系统,以拟南芥热激蛋白Hsp18.2基因的启动子诱导加入马铃薯StLs1基因第2个内含子的重组酶表达,证明瞬时转化质粒DNA中位于识别位点之间的基因元件可以被有效删除。建立了一种快速验证重组酶外源基因删除系统的方法。     

细菌重组系统及其应用研究进展

利用重组酶和辅助蛋白共同作用于DNA片段上,使不同基因重新组合以完成基因重组的现象在细菌中广泛存在,基因重组对于细菌的遗传多样性、进化等具有重要意义。目前,细菌基因重组主要分为同源重组、位点特异性重组和转座重组3种类型。本文主要对细菌重组系统重组酶的种类、作用机制及其在细菌遗传操作中的应用策略进行阐述。     

利用FLP/frt重组系统产生无选择标记的转基因烟草植株

在植物转基因植株产生过程中,对转化细胞进行抗性筛选是通用程序,转化细胞的抗性一般是抗生素抗性或除草剂抗性,将赋予转化细胞抗性的选择标记基因删除是提高转基因植物生物安全性的重要措施。来自于啤酒酵母的FLP/frt位点特异性重组系统可有效删除同向定点重组位点frt之间的基因。通过多步骤重组,建立了可在植物中广泛应用的FLP/frt位点特异性重组系统。该系统包括含有frt位点的植物表达载体pCAMBIA1300-betA-frt-als-frt和含有由热诱导启动子hsp启动的FLP重组酶基因的植物表达载体pCAMBIA1300-hsp-FLP-hpt。利用二次转化的方式将二者先后转入烟草植株,热激处理后,热诱导型启动子hsp调控的重组酶FLP基因的表达催化位于选择标记基因als两侧同向frt位点间的重组反应,有效地删除了选择标记基因als。41%的经热激处理的二次转化植株发生了选择标记基因的删除,表明该系统在获得无选择标记基因的转基因植株中有很好的应用价值。     

植物的光受体及其调控机制的研究

近年来,通过对植物的分子遗传学研究,在植物光受体及其在光形态建成中对植物生长发育的调控机制方面取得了显著进展。从光受体及基因家族的概况,包括光敏色素、隐花色素、向光素的基本结构、分子特征、基因和信号转导等,介绍了光受体在光控发育调节机制方面的研究进展情况。     

位点特异性重组系统的机理和应用

位点特异性重组酶识别特定的位点形成联会复合体, 并发生DNA链的切割与交换, 实现靶位点之间的整合、切离或倒位. 这一过程由位于重组酶催化活性中心的酪氨酸或丝氨酸向DNA磷酸骨架发起攻击, 形成共价中间体, 不需要高能量辅助因子的参与. 由于位点特异性重组系统具有高效精确的优点, 在基因工程领域得到了广泛的应用. 本文从识别位点的性质、重组酶的组成与结构及催化反应的特点三方面对位点特异性重组的机理进行了全面的阐述, 并对当前重组酶的应用研究之现状、热点及存在的问题作了深入剖析, 并讨论了未来的发展趋势.     

异源位点特异性重组系统在植物中的研究

现在对位点特异性重组系统佃ie－sPec们crecombinationsystem）研究的很多,它们都源于低等生物,由于都有独特的位点重组特异性,所以吸引了大批研究人员在真核生物中进行了广泛的研究。本文主要综述了在高等物中研究的位点特异性重组系统的来源、重组机理、重组方式、重组中存在的问题及位点特异性重组系统研究应用前景和意义等。回位点特异性重组系统位点特异性重组是指在重组酶介导下,在特异的重组位点间发生重组,导致重组位点间交互交换的一种精确。组形式。位点特异性重组始于对人噬菌体溶源化过程的研究。又噬菌体通过自身位点att…     

光遗传学装置在生物医学领域中的应用研究进展

光遗传学是一项整合了光学、基因操作技术、电生理等多学科交叉的具有高度时空特异性、低毒性的生物工程技术.目前已经实现了从时空上控制细胞活动并用于疾病的治疗.本文将重点介绍近些年光遗传学装置在生物医学上的应用,阐明光遗传装置用于疾病治疗的构建和机制.此外,本文还简要探讨了光控基因装置在实际临床治疗应用中的前景和挑战.