黑曲霉诱变株Aspergillus niger T21糖化酶产量提高的分子基础

黑曲霉Aspergillus niger T21是以A.niger AS3.795为出发株经诱变获得的糖化酶高产菌株,产量比原株提高10~17倍.Northern分析知T21的糖化酶mRNA含量约为AS3. 795的20倍,表明糖化酶基因(glaA)转录水平的提高是糖化酶产量提高的主要原因.以编码葡糖苷酸酶(GUS)的E.coli uidA为报告基因,分别与T21和AS3.795的glaA 5′调控区融合后,引入A.niger,根据转化子GUS酶活性测定结果,T21glaA 5′调控区的启动子活性是AS3.795相应启动子活性的3倍多,提示cis调控的改变是T21glaA转录水平提高的重要原因之一,但trans调控的改变是T21glaA转录水平提高的更重要的原因. 作为trans调控研究的第1步,进行了T21glaA 5′调控区的功能分析,结果表明,ATG上游-408 ~-513间的约100 bp区域与 glaA基因高水平表达相关.     

黑曲霉糖化酶cis调控区上两个CCAAT框协同参与基因启动子的转录激活作用

已报道的EMSA和Footprinting试验表明黑曲霉Aspergillus niger T21糖化酶基因glaA启动子区−489~−414 bp及−390~−345 bp (分别简称为DC, PC)是与蛋白粗提液中同一蛋白因子结合, 并均含有CCAAT五核苷酸的序列. 对DC, PC在糖化酶表达调控中的作用进行了分析. 用CGTAA取代CCAAT, 获得突变体DCm, PCm, 两者均丧失体外结合蛋白因子的能力. 突变体的体内分析结果显示, DC和PC中任何一个发生突变或改变DC, PC在原启动子中的相对方向, 则启动子的活性下降到基础表达水平. 将多拷贝串联后的DC引入A. niger T21glaA启动子原位, 则内源糖化酶的表达和由该启动子引导的外源uidA基因的表达均发生下降, 但由构巢曲霉3-磷酸甘油醛脱氢酶启动子PgpdA引导的uidA的表达不受影响, 而且EMSA结果表明不等DC拷贝的A. niger转化子中DNA结合蛋白的含量没有明显变化, 表明多拷贝DC的引入引起了调控蛋白的滴定效应. 从A. niger T21cDNA中克隆到AngHapC基因, 将AngHapC基因引入上述含多拷贝DC而糖化酶低表达的A. niger菌株, AngHapC基因的表达使糖化酶的表达量得到明显回升. 上述结果表明, DC和PC中CCAAT五核苷酸序列为蛋白因子结合所必需, 而且两者必须同时与调控蛋白结合才能发挥促进转录的作用, AngHapC为与DC区域结合的正调节蛋白.     

携多拷贝glaA的重组黑曲霉过量合成糖化酶的研究

以工业生产菌株黑曲霉CICIM F0410基因组DNA为模板,扩增出糖化酶glaA基因,测序并进行表达研究。GlaA基因的核苷酸序列长为2167 bp,包含4个内含子。氨基酸序列比对表明此黑曲霉糖化酶与其他曲霉属来源的糖化酶有很高的同源性。将glaA基因克隆到pBC-Hygro载体中,构建重组质粒pBC-Hygro-glaA并转化A. nigerF0410。携多拷贝glaA的转化子用150μg/mL潮霉素抗性筛选并通过荧光实时定量PCR鉴定。结果表明,在染色体整合2～3倍糖化酶基因对糖化酶的过量合成是适宜的,有助于提高糖化酶活力。对转化子进行摇瓶发酵研究,发酵终止时转化子GB0506的糖化酶活力比出发菌株F0410提高了17.5%。因此,增加黑曲霉染色体糖化酶基因的拷贝数可以显著提高糖化酶活力。     

黑曲霉糖化酶高产和低产菌株糖化酶基因调控区的克隆及其分析比较

以PCR合成的糖化酶高产菌株黑曲霉(Asp. Niger)T21糖化酶基因5’近端非编码区588bp(EcoRI-BamHI)的序列为探针,从T21染色体DNA中克隆到近2.0kb的糖化酶基因5’端非编码区序列,并以此序列为探针从糖化酶低产菌株黑曲霉3.795(T21的诱变出发株)的染色体DNA中克隆到1.5kb的糖化酶基因5’端非编码区序列。该二序列的分析测定结果表明,其结构特征与文献报道的黑曲霉糖化酶基因5’端非编码区的基本一致,被称为“核心启动子”(Core promoter)的TATAAAT框及GCAAT框,分别在翻译起始点的-109bp及-178bp处。此外,在曲霉amdS,amyB基因中已发现有调控功能的CCAAT序列存在于-449bp和-799bp处。高产和低产菌株糖化酶基因5’端非编码区序列的分析比较结果表明,有9个部位的碱基发生了变化。此实验结果为进一步研究黑曲霉糖化酶基因在转录水平上的调控规律打下了基础。     

油菜质膜水孔蛋白BnPIP1基因启动子区的克隆及初步的功能分析

利用双链接头介导PCR的染色体步行技术, 克隆了油菜质膜水孔蛋白BnPIP1基因上游1.6 kb的调控区域(GenBank登录号为AF472487). 序列分析表明, 该片段中含有种子萌发特异性序列及维管束特异性序列. 将其全长片段及5′端不同长度的缺失片段与gus(uidA)基因连接构建植物表达载体, 转化烟草. GUS组织化学染色表明, 全长1.6 kb片段具有较强的启动子活性. GUS染色主要分布在细胞迅速增生的部位及维管束组织中. 启动子缺失试验的GUS染色结果表明, -1610~-1030 bp区段的缺失使gus基因的表达明显变弱, 推测该区段含有启动子的正调控元件; -1030~-902 bp可能存在强烈抑制基因表达的负调控元件; -902~-19 bp的片段亦可驱动gus基因的高水平表达.     

丝状真菌表达分泌系统中受体菌的构建

黑曲霉糖化酶高产菌株T21经紫外诱变后, 通过酪蛋白平板和蛋白酶活性测定筛选出胞外酸性蛋白酶活力仅为原株076%的菌株A.nigerT21-201,其生长特性和产糖化酶活力与原株基本一致。利用原生质体PEG法将含有报告基因vhb的表达分泌质粒Pgt10-vhb通过与选择标记质粒的共转化导入此蛋白酶部分缺陷株及其原株T21,检测在蛋白酶缺陷株Aspergillus niger T21-201 和原株T21中VHb的分泌表达,结果表明在A.nigerT21-201中VHb表达水平显著高于原株,但Northern blot却显示在两菌株中^vnb基因的转录水平近似,由此证明酸性蛋白酶缺陷对保护外源蛋白产生了显著效果。      

人血管生成素-1的天然反义RNA, Gna-1的克隆及鉴定

用差异显示-PCR方法,从血管内皮细胞中获得一新的cDNA片段,以该片段为探针,从人主动脉cDNA文库中筛选到一个长2198 bp的cDNA克隆,经DNA测序及同源性分析,发现该序列中含有与血管生成素-1 FD编码区及3′端部分非翻译区完全互补的碱基,推测该克隆为体内血管生成素-1的天然反义RNA,命名为Gna-1,它不编码蛋白质.RT-PCR方法证实, Gna-1在人脐静脉内皮细胞及ECV304中有转录,推测Gna-1可能具有调控血管生成素-1的作用,参与血管再造过程.     

芒果生长素反应因子类蛋白的cDNA克隆和表达

通过SSH法获得了一个与不定根形成相关的差异表达的cDNA片段,其推导的氨基酸序列与拟南芥的生长素反应因子(ARF)类蛋白具有较大的同源性,因此将它命名为MiARF。用所设计的基因特异引物进行3′RACE扩增获得包含完整读码框架(ORF)的MiARF1（GenBank登录号为AY255705）和MiARF2（GenBank登录号为AY300808）。MiARF1全长为3272bp,其中,ORF含2523bp,5′非翻译区（5′UTR）含285bp, 3′非翻译区(3′UTR)含464bp。由该序列所推导的氨基酸序列与拟南芥ARF2（BAB10162）的ID值为64%, E值为0,在DNA结合区域（DBD）、III和IV区域的同源性更高,ID值均大于80%。MiARF2cDNA全长为1474bp,其中ORF含981bp,5′非翻译区含285bp, 3′非翻译区含208bp,由该序列所推导的氨基酸序列与拟南芥ARF2（BAB10162）的ID值为84%,E值为e-151。 MiARF2仅具有DBD保守区并与MiARF1的基本相同,但缺乏III和IV区域。Virtural Northern 杂交表明：MiARF2在生根的组织中表达水平高, 而在非生根的组织中未见表达;MiARF1在生根及非生根的组织中均有表达。     

芝田硫化叶菌Ssh7蛋白的进化保守性及DNA结合特性

嗜酸热古菌——芝田硫化叶菌(Sulfolobus shibatae)合成大量7 kD DNA结合蛋白Ssh7. Southern杂交结果显示, 该菌基因组中含有两个编码Ssh7蛋白的基因, 分别命名为ssh7a和ssh7b. 对这两个基因进行了克隆、序列测定和在大肠杆菌中的表达. 测序结果表明, 两个Ssh7多肽仅在3个氨基酸位置上有差异; 此外, ssh7a和ssh7b的顺式调控序列也十分相似, 提示存在着维持两个基因的序列和表达都不变的选择压力. 杂交结果还显示, 与芝田硫化叶菌一样, 硫磺矿硫化叶菌(Sulfolobus solfataricus)基因组中也含有两个编码7 kD蛋白的基因. 结合其他报道, 这一结果提示编码7 kD蛋白的基因可能在硫化叶菌种间分歧形成之前发生了基因复制. 采用电泳迁移率改变试验(EMSA)分析了天然及重组Ssh7蛋白与双链DNA片段之间的相互作用. 天然和重组蛋白的EMSA行为相似, 说明Ssh7与DNA的相互作用既不受发生在天然蛋白赖氨酸残基上的甲基化的影响, 也不受两种多肽异构体之间在序列上的差异的影响. 在所采用的实验条件下, Ssh7与双链DNA片段结合时的结合位点大约为6.6 bp, 表观解离常数为(0.7~1.0)×10^-7 mol/L. 此外, Ssh7与负超螺旋DNA的结合强于与线性和松弛DNA的结合.     

大肠杆菌原核增强子样序列的克隆及其结构与功能的研究

利用氯霉素乙酰转移酶(cat)以及β-半乳糖苷酶(lacZ)基因作为报告基因,从大肠杆菌MC1061株染色体基因组中克隆到3个原核增强子样序列——MC2,MC8,MC9,这3个片段均具有正反向增强活性,对β-半乳糖苷酶基因的增强活性(正向)在2～5.5倍之间。采用体内转录,RNA Dot blot杂交的方法对MC8的功能进行了研究,结果表明,MC8片段对于基因表达的调控发生在转录水平上。用核酸外切酶III末端缺失的方法对MC8的功能区进行了定位。结果显示,MC8的功能区位于距其正向克隆5′端450～950bp长约500bp的区段内。在450～600bp以及840～950bp区段内至少分别含有一个功能位点。序列分析的结果表明,MC8功能区有3个AT丰富区,其中2个分别位于450～600bp以及840～950bp区段内。     

琥珀酸弧菌L-天门冬酰胺酶基因的初级克隆和表达

本文以表达型噬菌体λgtll为载体,以及¹²⁵I标记的放射免疫抗体为探针,从EcDR I酶切的琥珀酸弧菌(Vyibrto succinogenes)染色体DNA片段中克隆得到携带天门冬酰胺酶基因的目的片段,在宿主菌E．Coil Y 1090 中得到表达。经酶解和凝胶电泳分析表明该插入DNA片段的分子量为5．8kb．重组DNA感染另一宿主菌E．ColiYl089后所产生的酶蛋白具有L-天门冬酰胺酶活力。用重组DNA(λgt11-AS8)为探针进行southern DNA杂交,琥珀酸弧菌染色体DNA的Ec0R I酶切片段中,出现一条位置在5．8kb处的杂交带,证明我们克隆到的携带L-天门冬酰胺酶基因的目的片段来自琥珀酸弧菌。     

黑曲霉糖化酶高产株糖化酶cDNA的合成、克隆和序列分析

从黑曲霉糖化酶高产株T21分离总Poly(A)⁺RNA,经反转录合成cDNA,建立cDNA库。以糖化酶基因片段为探针从cDNA库进行筛选,阳性率达1．6％。由限制酶酶切图谱确定30％的阳性克隆携带全长的糖化酶cDNA。序列分析结果表明,菌株T21虽经多次诱变获得,但糖化酶基因编码区序列与文献报道的黑曲霉糖化酶基因编码区序列一致。从菌株T2l构建的cDNA库中含糖化酶cDNA插入片段的克隆的高比率充分证明,菌株T21中稳态糖化酶mRNA含量很高,显然这是突变株T21糖化酶高产的重要原因之一。     

青花菜雄性不育相关基因BoDHAR的克隆与表达分析

以一个与甘蓝显性核不育相关的差异表达片段的序列为信息探针,通过在NCBI与TAIR网站数据库中进行同源EST序列搜索,经人工拼接、RT-PCR、PCR 克隆与序列分析,获得了青花菜脱氢抗坏血酸还原酶DHAR dehydroascorbate reductase 基因的 cDNA 与 DNA 全长序列,命名为BoDHAR。并利用双链接头介导 PCR 的染色体步行技术（genome walking）克隆了其上游 644bp 的5′端序列。所获的BoDHAR基因全长 1486bp,存在两个内含子,DNA 编码区序列633bp,编码210个氨基酸;序列分析表明：BoDHAR与同源基因AT1G195701cDNA 序列有 82.3% 的一致性,推导的氨基酸序列有 79.6% 的一致性;编码的水溶性蛋白存在多个磷酸化位点;5′端上游区存在明显的转录调控序列。半定量RT-PCR结果表明：BoDHAR 在可育系花蕾中的表达量明显高于不育系花蕾,在花药中的表达明显高于其它部位。     

噬菌体434单链阻遏蛋白高亲和力DNA配体的筛选和设计

单链阻遏蛋白R R_TRES是噬菌体434阻遏蛋白的衍生物,含有两个DBD(DNA结合结构域),一个是野生型噬菌体434的DBD-R,另一个是突变型DBD-R_TRES,二者用重组接头以头接尾的方式连接起来.R_TRES的α-3-螺旋中-1,1,2,5位DNA结合氨基酸分别为T,R,E,S. 利用核心序列是CATACAAGAAAGNNNNNNTTTATG的随机DNA库, 体外循环筛选R_TRES的DNA结合位点,将筛选到的群体克隆、测序.单链阻遏蛋白RR_TRES的亲和力测定表明,最适操纵区序列含有TTAC或TTCC(上述画线部分)时,K_d值在10^-12~10^-11mol/L的范围.天然噬菌体434阻遏蛋白与其操纵区的亲和力的K_d值在10^-9 mol/L数量级,与之相比,所筛选操纵区的亲和力明显提高.同时发现,亲和力大小还受到最适结合位点两侧碱基的影响,特别是5′位碱基的影响.根据R_TRES的识别特性,设计了共有序列为GTAAGAAARNTTACN或GGAAGAAARNTTCCN (R为A或G)的单链阻遏蛋白R_TRES R_TRE的操纵区序列.结果表明,它们之间有特异性结合,且亲和力也很高.此方法可望用于其他DNA结合蛋白新的结合特异性的筛选.     

利用反向PCR方法扩增细菌热激蛋白HSP60基因

利用PCR简并引物扩增出HSP6 0基因中一段约 6 0 0bp的核心片段 ,将该核心片段标记为探针 ,与基因组DNA进行Southern杂交 ,选择出适宜的限制性内切酶 ,以便消化基因组DNA得到大小合适的、含有HSP6 0基因的酶切片段。将酶切片段自身环化后作为模板进行反向PCR ,引物的延伸方向自核心片段出发延环化分子向未知序列区进行 ,可扩增出核心区上下游的序列。应用该方法 ,扩增并测定了寓齿双歧杆菌 (Bifidobacteriumdenticolens)DSM1 0 1 0 5 T、奇异双歧杆菌 (Bifidobacteriuminopinatum)DSM1 0 1 0 7T 和阴道加德纳氏菌 (Gard nerellavaginalis)ATCC1 40 1 8T 的HSP6 0全基因序列及青春双歧杆菌 (Bifidobacteriumadolescentis)JCM1 2 75 T98%以上的HSP6 0全基因序列。结果表明 ,反向PCR方法可有效的扩增细菌HSP6 0基因     

枯草杆菌(Bacillus subtilis)pur操纵子调控区内PurBox1突变对细胞内受腺嘌呤调节的基因表达的影响

枯草杆菌的嘌呤阻抑蛋白(PurR)通过与pur操纵子调控区DNA的相互作用来抑制该操纵子的转录. pur操纵子的调控区中有两个PurBox序列, 它是PurR高效结合所必需的. 位于上游的PurBox1 (−81~−68, 核苷酸定位是以转录起始点为+1)结合力较强, 下游的PurBox2 (−49~−36)结合力较弱. 我们构建了3个PurBox1突变体, 离体测定了突变对PurR-pur操纵子调控区DNA结合的影响, 也测定了突变对细胞内pur操纵子表达调控的影响. 结果表明, 突变使体外的PurR-pur操纵子调控区DNA间结合的能力显著地下降; 在G-75A, G-75T和缺失5个核苷酸的D 5这3个突变菌株中, 体内腺嘌呤对pur操纵子的阻抑调节也受到了严重的影响. 此外, 细胞内PurR滴定的方法也用来证明了连着PurBox1和PurBox2上下游的一些DNA顺序是PurR与操纵基因结合所必需的.     

油菜BnMKK2基因的克隆及表达分析

通过实验从陇油6号油菜中克隆得到了一种新的MAPK激酶基因BnMKK2基因的cDNA,全长1 344 bp,其中包括5′非翻译区（5′UTR）111 bp,3′非翻译区（3′UTR）165 bp,开放阅读框（ORF）长1 068 bp,编码355个氨基酸,该基因编码的蛋白质分子量为39.3 kDa,理论等电点为6.8。与拟南芥AtMKK2有很高的同源性,因此命名为BnMKK2(GenBank登录号:HQ848661)。该基因实时荧光定量PCR分析表明,BnMKK2基因的表达受低温胁迫诱导。     

青霉素G酰化酶操纵子的负调控因子的研究

青霉素G酰化酶(PA)操纵子的调节基因(pacR)存在于青霉素G酰化酶结构基因(pac)内部Dral-Taql一段约500bp的DNA片段内,此片段内含有2个ORF。2个ORF及其突变体分别克隆到pUC18得到一系列重组质粒,用这些重组质粒转化青霉素G酰化酶产生菌E.coliD816,测定克隆片段对PA表达的影响。如果克隆片段含有具功能的pacR,诱导剂苯乙酸(PAA)不能使由高拷贝却pacR表达的阻抑物全部失活,部分阻抑物结合pac操纵基因,阻碍RNA聚合酶对pac的转录,因此PA的表达量降低。结果表明,阻抑物是由pac结构基因内部的ORF2编码的蛋白因子,pacR即ORF2。RNA—DNA杂交实验证实了pacR在转录水平阻抑pac的表达。     

地中海拟无枝菌酸菌U32中amrC/amkC基因的序列分析及在大肠杆菌中的表达

从力复霉素SV产生菌——地中海拟无枝菌酸菌(Amycolatopsis mediterranei)U32的硝酸盐同化基因簇的上游克隆了一个2.6kb的Eco-RI—XhoI DNA片段并测定其序列。序列分析表明,该DNA片段编码两个完整的开放阅读框架(ORF),ORF2的起始密码子GTG与ORF1的终止密码子TGA在TG处重叠。ORF1编码一个含224个氨基酸的多肽,它同放线菌中典型的应答调节蛋白包括AfsQ1和MtrA有很高的同源性;ORF2编码一个含472个氨基酸的蛋白,它同包括AfsQ2和MtrB在内的组氨酸激酶同源。ORF1和ORF2有可能构成典型的双组份信号传导系统,分别命名为amrC和amkC。在T7启动子的控制下,完整的amrC和去除子N端一个可能的跨膜区的amkC在大肠杆菌中分别得到了高效表达,表达蛋白的分子量分别为30kD和46kD,与推测蛋白的分子量一致。     

华葵根瘤菌nifA基因的克隆和功能分析

华葵根瘤菌(Mesorhizobium huakuii即R.astragali)159的nifA基因的序列分析表明,该基因全长1227bp,编码分子量为44734D的Nif A蛋白。与其它NifA蛋白的序列比较发现,华葵根瘤菌NifA蛋白也存在保守的中间结构域和C末端DNA结合结构域,但其氨基端缺失。Tn5定点突变得到的突变体是Nif-表型。构建了nifA基因组成型表达的质粒,此质粒在大肠杆菌中对华葵根瘤菌nifHlacZ有激活作用。