异源表达【FeFe】氢酶的基因工程大肠杆菌的构建

摘要:【目的】探讨一种构建异源表达【FeFe】氢酶的重组大肠杆菌的新方法。【方法】通过同源重组,依次将来源于丙酮丁醇梭菌中促进【FeFe】氢酶成熟的3 个辅助基因hydE、hydF 和hydG 分别整合到大肠杆菌BW2513-10(缺失氢酶基因) 的丙酮酸甲酸脱氢酶(ybiW)、乳酸脱氢酶(ldh) 和乙醇脱氢酶(adhE) 编码基因位点上。在此基础上进一步将含有来源于丁酸梭菌的氢酶基因的表达载体转化上述重组菌,并对转化子的氢酶活性进行分析。【结果】PCR 和RT-PCR 的检测结果表明,3 个辅助基因都     

棘孢木霉糖苷水解酶3基因家族的生物信息学及表达模式分析

【背景】糖苷水解酶(glycoside hydrolase, GH) 3基因家族成员主要编码胞外β-葡萄糖苷酶,是纤维素降解中的关键酶。【目的】鉴定棘孢木霉GH3基因家族成员,探究其在纤维素降解过程中转录水平的表达模式。【方法】通过生物信息学方法对棘孢木霉GH3基因家族成员进行鉴定,对其基因结构、系统进化、蛋白理化性质、亚细胞定位及蛋白质三级结构进行分析,并采用荧光定量PCR技术对纤维素诱导下转录水平的表达模式进行综合分析。【结果】棘孢木霉基因组共鉴定到16个GH3基因家族成员,含有1-8个外显子,编码蛋白质长度为533-934个氨基酸,分子量为57.82-101.91 kDa,大多数为胞外蛋白。系统发育表明,该基因家族成员可分为4组,与里氏木霉的相似性较高。基因表达模式分析表明,纤维素诱导下,16个GH3基因均有表达,但不同成员在转录水平的表达存在差异。其中,1个基因呈组成型表达,2个基因表达下调,13个基因表达上调。棘孢木霉的胞外β-葡萄糖苷酶活力在纤维素诱导下明显提升,与GH3基因家族成员在转录水平的整体表达模式相一致。【结论】棘孢木霉基因组共包含16个GH3基因家族成员,而且多...     

梨小食心虫谷胱甘肽S-转移酶GmolGST6的基因克隆、原核表达和酶学特征

【目的】克隆一种梨小食心虫Grapholita molesta触角中谷胱甘肽S-转移酶(glutathione Stransferase,GST)基因并分析其结构特征,明确其表达特点及该基因编码蛋白的酶学特征,以期为该基因的功能研究提供理论依据。【方法】根据梨小食心虫雌虫触角转录组数据,利用RT-PCR克隆梨小食心虫GST基因;通过实时荧光定量PCR测定该基因在成虫触角、头(去触角)、胸、腹、足和翅中的转录水平;利用原核表达系统和Ni离子亲和层析技术表达和纯化梨小食心虫GST重组蛋白,并对重组蛋白的稳定性和酶促动力学参数进行分析。【结果】获得了梨小食心虫谷胱甘肽S-转移酶基因GmolGST6(GenBank登录号:MF503496)的完整编码序列,开放阅读框为645 bp,编码214个氨基酸,分子量为24.21 kD,理论等电点为5.10;进化树分析和三维结构模拟表明GmolGST6属于Delta亚家族。qPCR测定结果表明,GmolGST6基因在雌雄成虫触角中高丰度表达,且在雄虫触角中的表达量显著高于雌虫。重组蛋白GmolGST6具有催化通用底物CDNB的活性,并且在pH7.5,40℃时具有最高的酶活力。重组蛋白GmolGST6的米氏常数K_m为0.21±0.06 mmol/L,最大反应速度V_(max)为14.02±1.40μmol/min·mg。【结论】根据GmolGST6的表达特点及其重组酶对模式底物CDNB的催化活性,推测在触角中高丰度表达的GmolGST6具有参与降解外源物质、保护嗅觉系统免受外源性物质毒害的功能。     

环境胁迫和非胁迫条件下类植物乳杆菌转录组分析

【背景】类植物乳杆菌L-ZS9是一株在食品发酵与保鲜方面具有潜在应用价值的产细菌素益生菌。【目的】深入了解环境胁迫影响类植物乳杆菌L-ZS9细菌素合成的重要相关调节基因的信息。【方法】通过高通量测序技术对类植物乳杆菌转录组进行测序,对所有转录本进行COG(Clusters of Orthologous Groups)、GO(Gene Ontology)和KEGG(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes)分类和Pathway注释。【结果】转录组测序显示2个样品基因覆盖度都在90%以上,差异表达基因927个,其中744个上调,183个下调。KEGG分析结果表明,649个差异表达基因中68个集中在"ABC转运途径",占10.48%,其中3个基因表达上调超过16倍,1个基因表达下调超过1/16,暗示类植物乳杆菌L-ZS9细菌素合成与"ABC转运途径"密切相关。另外多个孤儿基因表达变化也超过16倍,有的甚至表达上调达万倍。【结论】进一步拓展了类植物乳杆菌的基因信息,为类植物乳杆菌细菌素代谢途径和逆境反应研究提供了坚实的基础。     

洋河酒窖泥细菌群落结构与菌株产酸能力分析

【背景】窖泥微生物的种类及其代谢产物类型是影响浓香型白酒发酵过程中丁酸和己酸等白酒中主要有机酸合成的影响因素之一。【目的】揭示浓香型白酒不同窖龄窖泥细菌群落结构,研究厌氧细菌产酸性能,阐明窖泥细菌与白酒中有机酸合成的相关性。【方法】通过Illumina HiSeq高通量测序,基于16S rRNA基因序列分析不同窖龄窖泥细菌的组成。分离获得厌氧细菌,通过比较菌株产丁酸和己酸能力来分析窖泥的微生物代谢特性。【结果】洋河酒窖泥细菌主要分布于梭菌纲(Clostridia)、拟杆菌纲(Bacteroidia)、互营养菌纲(Synergistia)和芽孢杆菌纲(Bacilli)。20年窖龄的窖泥中氢孢菌属(Hydrogenispora)和瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)丰度显著增加。窖泥细菌间相关性分析表明,瘤胃梭菌属(Ruminiclostridium)为窖泥中影响最大的核心微生物,很多微生物与梭菌属(Clostridium)菌株之间多为相互促进关系。通过传统可培养方法共分离得到梭菌目(Clostridiales)的20株厌氧菌。其中梭菌属(Clostridium)菌株产酸能力高于其他菌属,酪丁酸梭菌(Clostridium tyrobutyricum)和丁酸梭菌(Clostridium butyricum)产丁酸和己酸的能力最强。产丁酸能力最高的菌主要分离自5年和20年窖龄窖泥,产己酸能力最高的菌分离自20年窖龄窖泥。【结论】解析了浓香型白酒不同窖龄窖泥的细菌组成,并对菌株产丁酸和己酸的能力进行了比较,为揭示窖泥微生物功能及其对白酒风味物质合成的影响奠定了相关的研究基础。     

糖丁基梭菌产丁醇途径在大肠杆菌中的构建及发酵

摘要:【目的】通过克隆来源于糖丁基梭菌(Clostridium saccharobutylicum DSM13864)丁醇合成途径的关键酶基因(thlA,bcs-operon和adhE),构建产丁醇大肠杆菌。【方法】以Clostridium saccharobutylicum DSM13864的基因组为模板,分别扩增丁醇途径关键酶基因thlA,bcs-operon(crt-bcd1-etfB2-fixB2-hbd)和adhE,构建了两个重组质粒pETDuet-bcs和pRSFDuet-thlA-adhE,并成功转入E.coli JM109(DE3)实现异源表达,使大肠杆菌具备产丁醇能力。在半厌氧条件下进行重组菌的发酵,并研究不同培养基对产丁醇的影响。【结果】该重组菌在半厌氧条件下经摇瓶发酵丁醇产量达到25.4 mg/L,通过优化培养基后,在TB发酵培养基中丁醇产量可达到34.1 mg/L。【结论】通过构建重组共表达质粒,将糖丁基梭菌来源的丁醇途径关键酶基因在大肠杆菌中表达,成功构建产丁醇大肠杆菌。该研究提供了一株易于操作的丁醇发酵重组大肠杆菌,避免了传统梭菌发酵丁醇生产中苛刻的厌氧条件、易产孢子等限制问题。     

24株鸡源丁酸梭菌的分离鉴定及耐药基因与毒力基因携带情况

【目的】旨在对鸡源丁酸梭菌进行分离鉴定与安全性评估。【方法】利用厌氧培养方法对源自汶上芦花鸡与SPF鸡粪便样品进行丁酸梭菌的分离与纯化,挑选可疑菌落进行微生物质谱鉴定,进一步通过16S rRNA基因测序进行鉴定,16S rRNA测序结果与NCBI核苷酸数据库中丁酸梭菌的16S rRNA序列进行同源性分析;同时,进行所有分离株对氧氟沙星、头孢吡肟等9种药物的药敏试验,利用PCR方法进行mefA等23种耐药基因扩增,基于益生菌安全要求对样品进行alpha等4种梭菌毒素基因以及typeA等4种肉毒毒素基因的测定。【结果】共分离鉴定了24株丁酸梭菌。24株均对氧氟沙星等7种抗生素表现为敏感,L-1、L-6、L-12仅对新霉素表现为中介,L-19仅对头孢吡肟表现为中介。全部菌株的mefA等16种耐药基因结果全部为阴性,sul2、flor、blaTEM 3种耐药基因全部呈阳性,tetC携带率为79.2%,cmlA携带率为45.8%,blaOXA携带率为37.5%,aadB携带率为12.5%,qnrA携带率为4.2%。PCR结果显示所有分离菌株的alpha、beta、epsilon、iota等4种梭菌毒素基因携带率0%。全部分离菌株均未携带typeA、typeB、typeE、typeF 4种肉毒毒素基因。【结论】结果表明,从未饲喂抗生素和丁酸梭菌的汶上芦花鸡与SPF鸡群中获得的24株丁酸梭菌分离株达到预期的安全性要求,可作为益生添加菌的筛选参考株。     

聚苹果酸聚合途径中苹果酰辅酶A连接酶基因的克隆、表达及酶学性质

【目的】研究出芽短梗霉聚苹果酸聚合途径中苹果酰辅酶A连接酶基因及其酶学特性。【方法】通过设计兼并引物,采用IPCR技术从出芽短梗霉CCTCC M2012223的基因组中扩增得到苹果酰辅酶A连接酶基因的cDNA全长序列,构建表达载体,通过大肠杆菌异源表达,Ni-NTA柱层析纯化酶蛋白,分析其酶学特性。【结果】获得苹果酰辅酶A连接酶基因序列全长为1498 bp,编码440 aa,含有4个外显子和3个内含子。该重组酶最适反应温度为25℃,最适反应pH值为8.0,高浓度底物ATP明显对酶活性具有抑制作用,单体选择性表明对底物草酸、草酰乙酸、丁酸、丙二酸也具有很好催化活性。【结论】成功从出芽短梗霉CCTCC M2012223中克隆获得聚苹果酸聚合途径的苹果酰辅酶A连接酶基因,为聚苹果酸聚合途径解析及新型可降解材料创制奠定基础。     

基于RNA-Seq分析MpigE在红曲霉色素生物合成中的转录调控

【目的】分析MpigE的缺失在转录水平对红曲色素产生的影响。【方法】对实验室保存的野生型紫色红曲霉(Monascus purpureus)Mp-21和△MpigE菌株进行高通量转录组测序、注释、表达差异基因功能富集分析和基因通路富集分析,在转录水平揭示MpigE缺失后红曲霉色素产量变化的原因。【结果】通过RNA-Seq测序,每个样品获得7.5–8.5 Gb的原始数据,经过拼接后得到7219个转录本(Unigenes),其中成功注释的为5692个。差异基因表达富集分析发现基因缺失菌株△MpigE相较于野生型菌株Mp-21上调差异基因达到199个,下调差异基因为293个。【结论】MpigE的缺失能够促进红曲霉中中央碳代谢和乙酰辅酶A代谢相关基因的表达以此影响色素生物合成。     

利用全长转录本优化柞蚕基因组注释(英文)

【目的】优化柞蚕Antheraea pernyi基因组注释,更好地扩展其在比较基因组学及品种改良研究中的应用。【方法】对柞蚕进行全长转录组测序分析;经全长转录本与参考基因组比对,鉴定新基因及新转录本,并对这些新基因和新转录本进行功能注释及长链非编码RNAs (lncRNAs)预测。利用大量的蛋白质编码转录本和lncRNAs对柞蚕基因组中基因结构进行修订。最后创建矫正后的柞蚕基因组基因注释。【结果】新发现1 997个蛋白编码基因和3 399个lncRNA基因,分别由2 402个和3 574个全长转录本数据支持。发现柞蚕基因组含25 021个基因,其中19 825个基因是蛋白编码基因,包括7个保幼激素酸甲基转移酶基因。【结论】本研究促进了对柞蚕基因组基因注释信息的认识,为柞蚕及相关物种功能基因组及比较基因组学研究提供了很有用的数据资源。     

Studies on the substrate range of Clostridium kluyveri; the use of propanol and succinate

The metabolism of Clostridium kluyveri has been extensively studied, but the range of substrates C. kluyveri can use for growth has not been fully explored. The use of propanol and succinate as growth substrates were established. C. kluyveri grows on acetate with propanol replacing ethanol. The principle carbon containing products were propionate, valerate, butyrate and hexanoate with traces of heptanoate. When grown with ethanol and succinate the principle carbon-containing products were acetate, butyrate and hexanoate. Hexanol was found as a product when incubated with ethanol and succinate 4-hydroxybutyrate or 3-butenoate. 5-Hexenoate was also a product of 3-butenoate and ethanol metabolism. The splitting of succinate into 2 acetates was indicated with ethanol providing the necessary reducing equivalents. Hydrogen was also found as a source of reducing equivalents but could not replace ethanol. A mechanism of succinate metabolism to acetate was proposed which accounts for growth yield, energetics considerations, carbon balances, production of side products and intermediates.Contribution No. 3619     

珠江口沉积物来源链霉菌SCSIO 40020中bafilomycins的鉴定及其生物合成基因簇的异源表达

[目的] 从珠江口沉积物来源的菌株SCSIO 40020中分离bafilomycins,并对其生物合成基因簇进行克隆和异源表达研究。[方法] 通过分析菌株SCSIO 40020的16S rRNA基因序列并构建系统发育树以鉴定菌种,以柱层析法和制备色谱法对次级代谢产物进行分离纯化,借助波谱学手段完成单体化合物的结构鉴定,采用生物信息学分析定位bafilomycins的生物合成基因簇,通过筛选菌株SCSIO 40020基因组的细菌人工染色体文库和接合转移将bafilomycins生物合成基因簇导入3种链霉菌进行异源表达,利用高效液相色谱检测异源表达菌株的发酵产物。[结果] 菌株SCSIO 40020被鉴定为链霉菌属菌株,从其发酵产物中分离鉴定了2个单体化合物bafilomycins A₁和D。克隆了链霉菌SCSIO 40020中bafilomycins的生物合成基因簇并推导了其生物合成途径,在3种链霉菌中表达产生了bafilomycins。[结论] 从珠江口环境中获得了一株产生bafilomycins的链霉菌SCSIO 40020,成功建立了该菌株次级代谢产物生物合成基因簇的异源表达体系,并首次在链霉菌Streptomyces lividans SBT18、Streptomyces coelicolor M1154和Streptomyces albus J1074中进行了表达,获得了bafilomycins,为后续bafilomycins结构类似物的生产和链霉菌SCSIO 40020中新结构活性化合物的挖掘奠定了基础。     

丙酮丁醇梭菌硫氧还蛋白系统在溶剂生产过程中的功能

【目的】探究丙酮丁醇梭菌硫氧还蛋白系统在生长和代谢过程中的功能。【方法】使用ClosTron系统对硫氧还蛋白系统中的硫氧还蛋白还原酶基因(trxB)进行插入失活,得到突变株,通过Southern杂交方法验证插入内含子的拷贝数;在基本培养基中进行分批发酵,比较并分析突变株的生长特点;通过pH控制,利用限磷的连续发酵方法使丙酮丁醇梭菌稳定地在产酸期和产溶剂期生长,分析野生型菌株和突变株在稳定的产酸期和产醇期的生长和产物合成情况;通过添加不同浓度的过氧化氢检测野生型和突变株的抗氧化压力。【结果】抗性筛选和基因测序结果表明,成功构建了硫氧还蛋白还原酶失活的突变株,命名为Clostridiumacetobutylicum trxB::int(29)。在分批发酵中,突变株和野生型菌株的最大生长量相近,细胞在600 nm处的光吸收值(OD600)达到6.5,但是突变株在36 h的OD600达到最大,较野生型推迟12 h;在连续发酵的产酸期,野生型菌株与突变株生长变化不大,OD600分别稳定在4.6和4.4,且葡萄糖的消耗和酸产量相差不大;在产溶剂期,突变株的OD600稳定在3.5,低于野生型的4.0...     

猪不同肠段微生物体外培养对蛋氨酸的代谢特性

【目的】旨在通过微生物体外发酵技术,以回肠微生物为参照,研究猪盲肠及结肠微生物对在小肠微生物中代谢率较低的蛋氨酸的代谢特性。【方法】采集4头健康100 kg左右杜×长×大杂交猪的盲肠、结肠与回肠食糜作为接种物,分别接种于10 mmol/L蛋氨酸的培养基中,37°C体外培养24 h。分别设含蛋基酸溶液和含各肠段食糜接种物的空白对照组。【结果】(1)不同肠段微生物以蛋氨酸为底物体外发酵,盲肠组蛋氨酸消失率(21.9%)显著高于结肠组(16.7%)与回肠组(16.3%)(P0.05)。盲肠组总SCFA量显著高于结肠与回肠组(P0.05),伴随着p H值下降程度最高;盲肠组MCP产量也显著高于结肠与回肠组(P0.05);在产气量与NH3-N浓度上,盲肠组与结肠组均显著低于回肠组(P0.05)。(2)以蛋氨酸为底物体外发酵,门水平上,总菌、厚壁菌门含量在各肠段组间无显著差异(P0.05),拟杆菌门含量在盲肠组最高;与不加蛋氨酸底物的对照组比较,三个肠段试验组总菌、厚壁菌门含量均显著高于对照组(P0.05),而拟杆菌门含量在试验组与对照组间差异不显著(P0.05)。属水平上,盲肠组和结肠组大肠杆菌属数量显著低于回肠组(P0.05),而柔嫩梭菌属和梭菌XIV属数量在盲肠组和结肠组均高于回肠组;各肠段组间双歧杆菌数量无显著差异(P0.05)。【结论】以蛋氨酸为底物,体外培养猪盲肠微生物对蛋氨酸代谢率高于回肠微生物,伴随着其他发酵参数的变化,并且发酵产生更多的菌体蛋白。相比于回肠微生物发酵,大肠微生物发酵后,柔嫩梭菌属和梭菌XIV属数量较高,而大肠杆菌属数量较低。     

精氨酸代谢调控蛋白ArgR调控嗜热链球菌胞外多糖合成

[目的] 研究精氨酸代谢调控蛋白ArgR对嗜热链球菌胞外多糖（EPS）合成的调控作用。[方法] 利用大肠杆菌异源表达嗜热链球菌ArgR蛋白,通过尿素变性-复性和Ni²⁺亲和层析纯化。采用凝胶电泳迁移（EMSA）和生物膜层干涉（BLI）分析ArgR和eps基因簇中P_epsA启动子的相互作用和动力学信息。构建过表达和弱化argR基因菌株,利用苯酚-硫酸法测定其合成EPS差异。[结果] 大肠杆菌异源表达的ArgR为包涵体,使用尿素变性-复性纯化可获得2.95 mg/mL可溶性蛋白;EMSA和BLI结果显示ArgR和启动子P_epsA有特异性结合,且结合因解离水平低而稳定;过表达argR基因可显著降低嗜热链球菌EPS合成,而弱化argR基因则提高EPS合成。[结论] 本研究表明ArgR能特异性结合嗜热链球菌eps基因簇启动子,并负调控EPS生物合成。     

碱性蛋白酶SubC在枯草芽孢杆菌中的高效异源表达

【背景】碱性蛋白酶是工业用酶中占比最大的酶类,广泛应用于清洁、食品、医疗等行业。近期研究发现碱性蛋白酶在生产生物活性肽方面有巨大潜力,这将进一步拓宽其在保健食品领域中的应用。【目的】利用枯草芽孢杆菌异源表达地衣芽孢杆菌来源的碱性蛋白酶SubC。【方法】通过筛选3种枯草芽孢杆菌宿主菌株(Bacillus subtilis 1A751、MA07、MA08)和6种信号肽(AmyE、AprE、NprE、Pel、YddT、YoqM),同时优化诱导剂浓度、发酵培养基和发酵时长,最终得到最优重组菌株MA08-AmyE-subCopt。【结果】重组菌株MA08-AmyE-subCopt的胞外酶活力为3.33×103 AU/mL,胞外蛋白分泌量为胞内可溶蛋白表达量的4倍,与携带野生型信号肽的对照组菌株WT相比,酶活提高了73.4%。【结论】异源碱性蛋白酶SubC在枯草芽孢杆菌中成功表达,为碱性蛋白酶SubC的表达和在保健食品领域的工业化应用提供了理论基础。     

丁酸梭菌发酵培养基的优化及发酵产物对黄曲霉毒素B1的降解

【背景】丁酸梭菌是专性厌氧的新一代芽孢益生菌,耐热、耐酸、抗逆性强,极具应用价值和开发前景。【目的】优化丁酸梭菌发酵培养基并初步研究其发酵液对黄曲霉菌的抑制作用和降解黄曲霉毒素B₁ (aflatoxin B₁, AFB₁)的能力。【方法】利用响应面法对发酵培养基进行优化,采用牛津杯法对丁酸梭菌发酵液抑制黄曲霉菌生长进行研究,并通过酶联免疫法测定发酵液对AFB₁的降解能力。【结果】优化后的发酵培养基为：葡萄糖18.1g/L,大豆蛋白胨29.7g/L,磷酸氢二钾3.8 g/L,氯化钠2.0 g/L,乙酸钠4.0 g/L,结晶硫酸镁1.2 g/L,L-半胱氨酸盐酸盐0.3 g/L。优化后的丁酸梭菌生物量由8.99×10⁸个/mL提高至2.28×10⁹个/mL,是优化前的2.54倍。丁酸梭菌发酵液对致病真菌黄曲霉菌的抑菌效果十分显著,其上清液经浓缩后对AFB₁降解72h的降解率达到68.65%,初步分析表明上清液中对AFB₁     

贺兰山东麓优良本土酿酒酵母筛选及发酵特性分析

【背景】商业酵母的使用造成葡萄酒同质化问题严重,发掘优良本土酿酒酵母具有十分重要的意义。【目的】从168株宁夏本土酿酒酵母菌株中筛选出性能优良、具有出色葡萄酒发酵能力的菌株。【方法】基于杜氏管发酵试验和乙醇、高糖等耐受性试验分析产H2S能力及生长曲线测定的方法,筛选出发酵力好、耐受性强、低产H2S的本土酿酒酵母进行赤霞珠葡萄酒发酵试验,测定葡萄酒样基础理化指标、酚类物质和挥发性成分,探究筛选出的酿酒酵母发酵特性。【结果】初步筛选出发酵快速,能适应13%乙醇、350 g/L葡萄糖、250 mg/L SO2、pH 1.0的生存环境且低产H2S的4株本土酿酒酵母YC-E8、QTX-D17、QTX-D7、YQY-E18。菌株YC-E8产甘油能力强,所发酵酒样香气与商业酵母XR、F33最为接近,适用于赤霞珠葡萄酒的发酵。菌株QTX-D17发酵酒样中酒精、单宁、总酚和花色苷含量最高,表现出本土酿酒酵母优良的发酵特性。菌株QTX-D7所发酵酒样香气中乙酸乙酯、辛酸乙酯、1-壬醇等物质含量较高,赋予了葡萄酒香蕉味、苹果味、菠萝味、椰子味等愉悦花果香。【结论】最终筛选出3株优良本土酿酒酵母QTX-D17...