雨生红球藻质体球滴结构蛋白基因的克隆与原核表达

叶绿体或者有色体中的质体球滴结构(Plastoglobules)是多数植物的类胡萝卜素等次生代谢产物积累的场所,但在能大量积累虾青素的雨生红球藻中,这个结构一直没有得到确认。通过透射电子显微镜观察发现雨生红球藻的质体内确切存在plastoglobules结构;并通过RT-PCR结合RACE技术,从雨生红球藻cDNA文库中克隆到了与编码plastoglobules的结构蛋白(Plastoglobulin)具有高度同源性的基因序列全长,称做Hpgp基因;该基因的表达产物称之为雨生红球藻质体球滴蛋白(HPGP;Haematococcus plastoglobules pro-tein);并进一步利用原核表达系统将该编码基因进行原核诱导表达,用His-Tag蛋白分离纯化系统纯化到了目标蛋白,并用该His-Tag融合蛋白为抗原免疫实验兔,制备到了相应的一抗抗体,为下一步对该蛋白的功能阐明以及雨生红球藻的虾青素积累机制研究提供重要的基础。     

β-环糊精包合雨生红球藻皂化产物可行性研究

本文以雨生红球藻皂化产物中虾青素含量为评价指标,对β-环糊精包合雨生红球藻皂化产物可行性进行了实验研究。试验结果表明,当雨生红球藻粉在优选的实验条件下皂化产物经β-环糊精包合后,HPLC检测主要成分组成未见明显变化,包合率可达到90%。于温度40℃,湿度75%条件下进行稳定性加速实验,结果表明,经皂化后包合物中虾青素稳定性较好,达到了药物和保健食品原料的稳定性要求,说明该方法可行。     

雨生红球藻培养过程中色素动态变化与光合生理特性研究

以雨生红球藻Haematococcus pluvialis CG-06为实验材料,分析测定在正常培养周期内藻细胞主要色素的变化动态、光合生理特性,以及培养基中硝态氮的含量。结果表明,雨生红球藻在绿色细胞阶段的主要色素包括:叶绿素、叶黄素、β-胡萝卜素,培养至红色细胞阶段增加了角黄素、海胆酮、虾青素单酯及双酯等次生类胡萝卜素。硝态氮浓度在培养初期下降迅速,第3 d降至4.875 mg/L,下降了85.3%,至第7 d下降为0.169 mg/L。雨生红球藻培养至第7 d时,细胞中开始检测出虾青素,含量为0.159 mg/g,此时虾青素合成速度较快,至第11 d虾青素含量上升为1.68 mg/g,在虾青素合成初期β-胡萝卜素的含量下降。藻细胞的光合速率、呼吸速率和NPQ在培养前期比较稳定,第7 d细胞光合速率开始下降,而呼吸速率和NPQ则上升,在整个培养周期中,藻细胞的Fv/Fm变化不明显。     

雨生红球藻β-胡萝卜素羟化酶基因的克隆与序列分析

利用RT-PCR技术,从雨生红球藻(Haematococcus pluvialis 34-1n)总RNA中扩增出β-胡萝卜素羟化酶基因cDNA序列,将此序列亚克隆于pMD 18-T simple Vector上,经过序列测定,表明该基因的开放阅读框为879bp,编码292个氨基酸,与雨生红球藻(H. pluvialis Flotow NIES-144)β-胡萝卜素羟化酶基因氨基酸序列相比,其在编码氨基酸的第33位有一个氨基酸的缺失。在15、314、9和56位上的氨基酸也存在差异。多序列比对分析表明,雨生红球藻与莱茵衣藻的亲缘关系较近,与其他高等植物以及细菌的亲缘关系相对较远。     

通过番茄红素环化酶的优化构建β-胡萝卜素高产菌株

目标产物的合成途径往往需要对关键酶的来源、表达水平等因素进行系统性优化才能实现代谢通量的最大化。β-胡萝卜素是一类具有重要应用价值的萜类化合物,其中番茄红素环化酶(Lycopene cyclase,CrtY)是β-胡萝卜素合成途径中的关键酶,能够催化FAD依赖的环化反应将番茄红素转化合成β-胡萝卜素。本研究通过对CrtY的系统优化提高β-胡萝卜素的合成水平,并确定CrtY的表达对代谢通路的影响。在大肠杆菌中以番茄红素合成模块为基础,通过引入番茄红素环化酶基因crt Y构建了β-胡萝卜素合成模块。并进一步利用寡聚接头介导的DNA组装方法 (Oligo-linker mediated assembly method,OLMA)引入一系列不同强度的人工设计的核糖体结合位点(Ribosome-binding site,RBS),对CrtY的表达强度、基因来源等因素进行高通量的优化。通过OLMA文库构建和平板筛选,获得了5株高产β-胡萝卜素的工程菌株。在摇瓶中,5株工程菌株的β-胡萝卜素产量可达15.79-18.90 mg/g DCW(Dry cell weight),比优化前提高了65%。进一步选取了其中的CP12菌株,在5 L发酵罐上,利用高密度培养技术验证工程菌株合成β-胡萝卜素的能力。最终β-胡萝卜素产量可达1.9 g/L。RBS强度分析及代谢中间体分析表明,适当地降低CrtY表达强度能够有利于β-胡萝卜素模块相关基因之间协同发挥作用。以上结果为β-胡萝卜素合成途径的优化规律提供了理论指导。     

饲料中添加雨生红球藻粉对中华绒螯蟹成体雄蟹生化组成的影响

为研究饲料中添加雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)粉对中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)成体雄蟹成活、增重和生化组成的影响,分别在饲料中添加0、0.2%、0.4%和0.6%的雨生红球藻粉,配制4种等氮等脂的育肥饲料,投喂生殖蜕壳后雄蟹60 d,计算各组成活率、增重率、特定生长率和肥满度,同时测定了组织中的常规营养成分、脂肪酸组成和类胡萝卜素含量,并对实验数据进行方差分析。结果显示:(1)饲料中添加雨生红球藻粉对成体雄蟹的成活率、增重率、特定生长率和肥满度均无显著影响。(2)雄蟹性腺中的粗蛋白及肝胰腺总脂含量均以雨生红球藻粉0.4%组最高,而肌肉水分含量随饲料中雨生红球藻粉含量的升高整体呈上升趋势(P0.05)。(3)性腺中的脂肪酸C20:0含量随饲料雨生红球藻粉添加水平的升高而显著上升,而C16:1n7、C18:2n6和C18:3n3含量分别在雨生红球藻粉0.6%组、0.4%组和0组最高(P0.05)。(4)肝胰腺中的脂肪酸C14:0、C18:0和C18:1n7含量均以雨生红球藻粉0.2%组最高,而C18:1n9和总单不饱和脂肪酸(∑MUFA)含量均以雨生红球藻粉0.6%组最高(P0.05)。(5)肌肉中的脂肪酸C14:1n5和C20:2n6含量在雨生红球藻粉0.2%组最高(P0.05),C16:0含量及二十二碳六烯酸/二十碳五烯酸(DHA/EPA)比例以雨生红球藻粉0.4%组最高,而C22:6n3、总多不饱和脂肪酸(∑PUFA)、∑n-3 PUFA和总高度不饱和脂肪酸(∑HUFA)含量均以雨生红球藻粉0.6%组最高(P0.05)。(6)肝胰腺中的虾青素、β-胡萝卜素和头胸甲中的虾青素、叶黄素、玉米黄素含量随饲料中雨生红球藻粉含量的升高而显著上升(P0.05)。综上,饲料中添加雨生红球藻粉对成体雄蟹成活率、增重率和肥满度无显著影响,但可提高性腺粗蛋白、肌肉总多不饱和脂肪酸、肝胰腺和头胸甲中的类胡萝卜素含量,雄蟹育肥饲料中适宜的雨生红球藻粉添加量建议为0.4%左右。     

雨生红球藻低覆盖度基因组草图分析

开展雨生红球藻基因组测序研究,对于解读绿藻起源与进化及生物逆境胁迫响应机制,以及推动雨生红球藻产业发展都具有重要意义。利用Illumina Hiseq 2500对雨生红球藻(Haematococcus pluvialis)进行高通量测序,获得低覆盖度全基因组草图。通过计算k-mer分布预测该基因组草图大小约为547Mb,GC含量为59.2%,为纯合或单倍体。共得到11 059个预测基因,平均基因长度为1 711bp,平均CDS长度为681bp;平均每个基因包含3.2个外显子,外显子的平均长度为353bp。代谢通路分析表明,具有完整的糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径、嘌呤和嘧啶合成等基本代谢通路。     

雨生红球藻β－胡萝卜素酮化酶（bkt）启动子功能分析

单细胞绿藻———雨生红球藻在逆境条件下积累大量的虾青素。β-胡萝卜素酮化酶(bkt)催化在β-胡萝卜素和玉米黄素的β-紫罗酮环C-4位引入酮基的反应,是虾青素合成过程中的关键酶。我们利用凝胶阻滞的方法研究雨生红球藻中bkt基因309bp(-617/-309)启动子区域的转录因子结合位点并发现在-396/-338的59bp探针存在特异的核蛋白结合位点。通过序列分析,发现此59bp区域并不包含TATA或者CAAT-box,而是存在对光、缺氧、p-香豆酸及激素反应的G-box。     

雨生红球藻基因组文库的构建及鉴定

本研究以雨生红球藻34-1n为材料,提取其基因组DNA,利用限制性内切酶Sau3AⅠ对基因组DNA进行酶解,回收6~8kb的基因组DNA片段,并浓缩至200ng/μL。该片段与经BamH Ⅰ酶切和去磷酸化处理后的pUC18载体连接,然后电击转化到受体菌Escherichia.coli DH5α中,获得雨生红球藻34-1n的基因组文库。该文库的平均插入片段长度约为6.5kb,获得6×105个克隆数。通过PCR筛选,由雨生红球藻基因组文库中获得含bkt1序列的单克隆菌,与β-胡萝卜素氧化酶序列(GenBank:DQ086233.1)进行比对,结果表明bkt1基因组序列含有6个外显子。本研究为进一步鉴定雨生红球藻相关基因提供了一个文库平台。     

CO_2浓度对雨生红球藻生理生化指标的影响

为了探讨雨生红球藻对不同CO_2浓度的响应,利用生理生化测定方法比较了两种CO_2浓度对雨生红球藻生长、色素含量、叶绿素荧光参数和两种碳代谢相关酶的影响。结果显示在雨生红球藻的绿色营养阶段,4倍空气CO_2浓度下培养的藻细胞密度是空气CO_2浓度下的3.08倍(第10天),与空气CO_2相比,较高CO_2培养藻的叶绿素和类胡萝卜素含量、胞外碳酸酐酶(CA)活性降低,非光化学淬灭(NPQ)显著升高,最大光能转化效率(Fv/Fm)、实际光化学量子效率(ФPSII)多显著升高,而光化学淬灭(q P)、核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶/加氧酶(Rubisco)活性无显著差异。在雨生红球藻的红色孢子阶段,4倍空气CO_2培养下的藻细胞密度显著降低,但虾青素含量提高了20.23%(第8天)。以上研究表明可以通过适当提高CO_2浓度来促进雨生红球藻的生长和虾青素的积累。