大肠杆菌染色体上严谨型启动子的构建

【背景】启动子的渗漏表达是代谢工程和合成生物学较为关注的问题,探索严谨型启动子使之能像开关一样控制基因的表达有助于解决这一问题。【目的】为避免在质粒上研究启动子带来的弊端,本研究将在染色体上对严谨型启动子进行构建和评价。【方法】基于4种调控元件四环素tetO、乳糖lacO、阿拉伯糖araC和鼠李糖rhaR的序列,以及2种来源的启动子PL和Plac序列,设计和组合构建了6个启动子PtetO2、PtetO3、PlacO2、PlacO3、PlacO+ara和PlacO+rha。应用CRISPR/Cas9系统将这6个启动子序列整合到大肠杆菌ATCC 8739染色体上,利用绿色荧光蛋白(Green fluorescent protein,GFP)的表达,分析这6个启动子的相对表达强度和严谨型控制情况。【结果】GFP表达分析显示,启动子PlacO+rha为最佳严谨型启动子,在无诱导剂时表达为0.02,有诱导剂时最大表达强度为lac Z基因启动子的12倍,相对控制范围为600倍。【结论】研究结果将为代谢工程和合成生物学中的精确调控基因表达奠定良好的应用基础。     

不同碳源对大肠杆菌lpdA突变菌累积丙酮酸的影响

为了利用大肠杆菌构建模式"细胞工厂",必须了解在构建过程中各种因素的影响。本研究选用敲除了lpdA基因的大肠杆菌作为模型细胞,考察了该突变菌在合成培养基中利用葡萄糖、果糖、木糖和甘露糖累积丙酮酸的能力。结果显示,在初始糖浓度为10g/L的情况下,lpdA突变菌可以很好地利用葡萄糖、果糖、木糖和甘露糖转化丙酮酸,其得率分别达到了0.884g/g、0.802g/g、0.817g/g和0.808g/g,且在以葡萄糖、果糖和木糖发酵时,丙酮酸的积累过程与细胞生长偶联。甘露糖发酵的情况则不同:菌浓度很快达到平台期,随后丙酮酸积累和甘露糖消耗都表现为线性变化。当在考察了不同的接种量对lpdA突变菌发酵葡萄糖的影响时发现,大接种量能加快葡萄糖消耗速率、丙酮酸的积累速率和细胞生长速率,但丙酮酸得率却明显下降。这些结果对构建以大肠杆菌为母体的模式"细胞工厂"有参考价值。     

多形汉逊酵母启动子的挖掘

多形汉逊酵母可以利用甲醇作为唯一的碳源和能量来源,是构建微生物细胞工厂的潜在宿主,在代谢工程改造和重组蛋白生产中引起了广泛关注.在合成生物学研究和代谢工程改造过程中,通常需要改变相关基因的转录水平来调节代谢通量,而这一过程需要借助不同种类、不同表达强度的启动子来实现.因此,对汉逊酵母糖酵解途径和活性氧(ROS)防御途径...     

T细胞的效应功能受有氧糖酵解的转录后调控

非增殖细胞将葡萄糖代谢为丙酮酸,进而进入线粒体的三羧酸循环,通过氧化磷酸化产生还原当量和ATP。然而,增殖细胞如激活的T细胞和癌细胞,它们进行糖酵解,在胞浆中将丙酮酸代谢为乳酸,有充足的氧气可以进行氧化磷酸化(OX-PHOS)。这一现象被称为Warburg效应。显然,后者在提供能量方面效率不如前者,提示这一过程可能有其他功能。之前有学者认为有氧糖酵解在增殖产生子细胞营养物质生物合成的过程中是必需的。但是氧化磷酸化转变为有氧糖酵解是T细胞激活而不是增殖的标志,所以作者希望探索有氧糖酵解对T细胞是否有增殖以外其他方面的功能。他们的研究成果发表在2013年6月6日在线出版的《细胞》(cell)杂志上。     

Achlya bisexualis丙酮酸激酶基因的筛选、克隆及序列分析

从真菌藻状菌纲Achlya bisexualis 的cDNA文库中克隆了糖酵解途径的最后一种酶－丙酮酸激酶的基因,获得这个基因的完整阅读框架,并且对这个基因的全序列进行了测定。使用在线计算机PSORT II程序分析推导的氨基酸序列,发现此基因编码的丙酮酸激酶可能位于Achlya bisexualis的细胞质中,结果表明,在低等真核细胞的糖酵解途径的整个过程可能发生在细胞质中,与Liaud等人^[1]在硅藻细胞中的发现有所不同。     

敲除aceE基因对猪链球菌丙酮酸代谢的影响

【目的】探究缺失编码丙酮酸脱氢酶蛋白的aceE基因对猪链球菌生长特性、三羧酸循环和丙酮酸代谢的影响。【方法】通过测量菌液的OD600值,绘制野生型菌株与aceE基因缺失突变株的生长曲线;利用试剂盒测定三羧酸循环和丙酮酸代谢旁路中乙酰CoA、琥珀酸CoA、延胡索酸、草酰乙酸、丙酮酸、乳酸和ATP的含量,通过荧光定量qRT-PCR确定柠檬酸合酶基因、苹果酸脱氢酶基因、琥珀酸脱氢酶基因、异柠檬酸脱氢酶基因、丙酮酸脱羧酶基因、乳酸脱氢酶基因、乙醇脱氢酶基因和乙醛脱氢酶基因的表达水平。【结果】与野生株相比,菌株ΔaceE在平台期OD600值下降;添加1g/L乙酸盐能够显著提升菌株ΔaceE平台期OD600值。菌株ΔaceE的丙酮酸含量上升,ATP含量下降;三羧酸循环代谢中乙酰CoA、琥珀酸CoA、延胡索酸含量降低;柠檬酸合酶基因和苹果酸脱氢酶基因表达水平上升,琥珀酸脱氢酶基因和异柠檬酸脱氢酶基因表达水平下调;在丙酮酸代谢旁路中丙酮酸脱羧酶基因、乳酸脱氢酶基因、乙醇脱氢酶基因和乙醛脱氢酶基因表达水平上升。【结论】结果显示,菌株ΔaceE三羧酸循环活性降低,虽然能够通过PDH旁路将部分丙酮酸分解为乙...     

星形胶质细胞和神经元之间谷氨酸-谷氨酰胺的代谢偶联

谷氨酸-谷氨酰胺循环是星形胶质细胞和神经元代谢偶联最重要的途径之一。在中枢神经系统中葡萄糖经糖酵解和三羧酸循环,合成三羧酸循环的中间产物。神经元因缺乏丙酮酸羧化酶,不能由葡萄糖直接合成谷氨酸,而必须依赖于星形胶质细胞的三羧酸循环来产生作为谷氨酸前体的三羧酸循环中间代谢产物。星形胶质细胞的谷氨酸载体从突触间隙摄取谷氨酸,在星形胶质细胞中转变成谷氨酰胺并释放到细胞外,然后重新被神经元摄取,转变成谷氨酸进入新一轮的循环。本文介绍了该循环,以及星形胶质细胞谷氨酸载体的功能、特性及调控。     

两性绵霉线粒体中存在丙酮酸激酶?另一种丙酮酸激酶基因(pyk2)的克隆及序列分析

在藻状菌纲两性绵霉 (Achlyabisexualis)的cDNA文库中筛选并克隆了另外一种类型的丙酮酸激酶基因pyk2 ,完成了这种基因的全序列测定 .将这种这种基因编码的丙酮酸激酶PYK2与前文报道的两性绵霉丙酮酸激酶PYK1氨基酸序列进行比较 ,显示二者有 4 0 8%同源性 .用PSORTII计算机程序分析表明 ,与存在于细胞质中的PYK1不同 ,PYK2的N端带有线粒体的导肽序列 ,因而可能位于线粒体中 .结合有关光合生物硅藻一些糖酵解酶位于线粒体的报道 ,认为不论是光合还是非光合的原生生物的线粒体中都可能存在有糖酵解酶 .     

生物元件的挖掘、改造与标准化

生物元件是合成生物学中的三大基本要素之一,是合成生物学的基石。现阶段,生物元件的挖掘、鉴定和改造仍然是合成生物学领域的重要研究方向之一。合成生物学与基因工程和代谢工程最显著的差别在于能够将大量的生物元件进行快速、随意的组装,而实现这一目标的前提是将生物元件标准化。目前,已经有大量基因组被解析,通过这些基因组数据库的注释与功能验证,并借助于各种生物信息学软件预测启动子、终止子、操纵了、转录因子和转录因子结合位点、核糖体结合位点以及蛋白质编码区等部件,为合成生物学提供丰富的生物元件信息资源。随着元基因组技术的兴起,大量未培养微生物中的基因和基因簇信息被解析,使得我们可以从占自然界中实际存在微生物总数99％的未知微生物中挖掘更多的生物元件。另外,生物元件可以从自然界分离出来,也可以对天然生物元件进行修饰、重组和改造后得到新的元件。酵母是异源蛋白表达的通用宿主和生物基产品生产的细胞工厂,但其本身可用的启动子非常有限,近年来各国学者在酵母启动子改造和文库构建方面做了很多工作,该文也将概述酵母启动子改造和在合成生物生物学研究领域中的应用方面的研究进展。     

与人PC-1同源的鼠PC-1基因的启动子的分子克隆和特性分析

为了鉴定鼠mPC-1基因表达的调控元件,克隆并分析了该基因的启动子.构建了一系列mPC-1基因启动子的截短序列.通过荧光素酶报道基因,分析了它们在前列腺癌细胞和其它细胞中的表达.结果表明,在AR阳性细胞系中,mPC-1基因启动子活性远远高于SV40和p61-PSA 启动子,mPC-1基因启动子 599 bp 至449bp 可能含有一个负调控元件; mPC-1 1.1 kb 启动子控制的表达主要在前列腺癌细胞系中; 雄激素可调控mPC-1 1.1kb 启动子表达.mPC-1 1.1kb 序列是一个有前列腺癌细胞特异性和较强的启动子,经过进一步的修饰有可能作为一种有用的前列腺癌基因治疗元件.     

壳聚糖酶的克隆表达与壳寡糖的制备分析

目的:克隆壳聚糖酶基因于大肠杆菌中实现高表达,制备壳寡糖。方法:以枯草芽孢杆菌总DNA为模板扩增壳聚糖酶基因(CSN),克隆至载体pET23a(+)上,转化菌株BL21(DE3)。重组子经0.5 mmol/L IPTG诱导后,SDS-PAGE和质谱检测与鉴定重组酶。酶纯化后水解壳聚糖,薄层色谱分析其水解产物。结果:质谱证明壳聚糖酶(31.5kDa)成功表达,表达量占菌体总蛋白的45%左右。纯化后重组酶浓度为900 mg/L,纯度95%、回收率85%,酶活力为10 000 U/mg。壳聚糖降解产物为壳二糖至壳四糖。结论:原核表达载体pET23a(+)-CSN构建正确,壳聚糖酶表达量与活性高,适用于水解壳聚糖制备壳寡糖。     

国内外蝗害治理技术现状与展望

本文首先概述了国内外蝗虫发生与为害的态势,总结了现阶段我国蝗虫发生与为害的主要特点:即农田飞蝗暴发频繁而且严重,草原土蝗的发生时常造成严重的经济损失,而且侵入城市干扰市民生活,我国与周边国家之间蝗虫过境迁移频繁,使用化学农药污染环境和农产品;分析了国内外蝗虫防治对策与技术的发展现状,重点介绍了应急防治和可持续治理对策、...     

Coiled-coil nanomechanics and uncoiling and unfolding of the superhelix and alpha-helices of myosin

The nanomechanical properties of the coiled-coils of myosin are fundamentally important in understanding muscle assembly and contraction. Force spectra of single molecules of double-headed myosin, single-headed myosin, and coiled-coil tail fragments were acquired with an atomic force microscope and displayed characteristic triphasic force-distance responses to stretch: a rise phase (R) and a plateau phase (P) and an exponential phase (E). The R and P phases arise mainly from the stretching of the coiled-coils, with the hinge region being the main contributor to the rise phase at low force. Only the E phase was analyzable by the worm-like chain model of polymer elasticity. Restrained molecular mechanics simulations on an existing x-ray structure of scallop S2 yielded force spectra with either two or three phases, depending on the mode of stretch. It revealed that coiled-coil chains separate completely near the end of the P phase and the stretching of the unfolded chains gives rise to the E phase. Extensive conformational searching yielded a P phase force near 40 pN that agreed well with the experimental value. We suggest that the flexible and elastic S2 region, particularly the hinge region, may undergo force-induced unfolding and extend reversibly during actomyosin powerstroke.     

放牧对牧草光合作用、呼吸作用和氮、碳吸收与转运的影响

研究放牧对草地植物生理活动的影响,对于揭示草地放牧演替的生理机制有重要意义.大量研究表明,家畜放牧对牧草光合作用、呼吸作用以及C和N吸收与转运的影响,可以分为生理伤害和生理恢复2个阶段.放牧通过改变草地冠层结构影响牧草光合作用,净光合作用速率短期内迅速下降,随着叶面积指数增加又逐渐上升,呼吸作用有相似的变化趋势.牧草放牧后再生长所需的C和N最初主要来自根系和留茬中的贮藏物质,此后随着牧草生长恢复逐渐由同化作用供给,C代谢与土壤N水平负相关.放牧后牧草生理活动变化与牧草遗传特性、种间竞争、家畜放牧特征、非生物环境等因素密切相关.     

Synthesis of hapten and conjugates of coumestrol and development of immunoassay

3-O-Carboxymethylcoumestrol was prepared as the hapten for immunoassay by a partial alkylation of coumestrol with ethyl chloroacetate in acetone alkalized with potassium carbonate. 3-O-Ethoxycarbonylmethylcoumestrol was separated by column chromatography and finally was hydrolyzed with formic acid. 1H and 13C NMR data (APT, COSY, HMQC, and HMBC) revealed that the reaction was regioselective, as 3-O-ethoxycarboxymethylcoumestrol was the only monosubstituted derivative. The hapten was then conjugated to bovine serum albumin and used for immunization of rabbits. A radioimmunoassay (RIA) system was established based on the polyclonal antiserum and a 125I-labeled hapten-tyrosine methyl ester conjugate as the radioligand. Parameters of the RIA: sensitivity: 12 pg per tube, 50% intercept: 140 pg per tube, working range: 20-4000 pg per tube. The cross-reactivity of a panel isoflavonoid and lignan phytoestrogens was either negligible (e.g. formononetin 0.07%; biochanin A 0.06%) or not detectable at all. The major immunoreactive peak in HPLC fractions from an alfalfa extract had the same retention time as coumestrol standard and represented 94.8% of the signal. The remaining 5.2% of immunoreactivity was distributed between five minor peaks. We conclude that after the validation for particular matrices, the method will be a useful tool for analysis of coumestrol, especially in low volume and low concentration samples.     

Kinetics and thermodynamics of peroxidase- and laccase-catalyzed oxidation of N-substituted phenothiazines and phenoxazines

N -substituted phenothiazines (PTs) and phenoxazines (POs) catalyzed by fungal Coprinus cinereus peroxidase and Polyporus pinsitus laccase were investigated at pH 4–10. In the case of peroxidase, an apparent bimolecular rate constant (expressed as k _cat/K _m) varied from 1 ×10⁷M⁻¹s⁻¹to 2.6×10⁸M⁻¹s⁻¹ at pH 7.0. The constants for PO oxidation were higher in comparison to PT. pH dependence revealed two or three ionizable groups with pK _a values of 4.9–5.7 and 7.7–9.7 that significantly affected the activity of peroxidase. Single-turnover experiments showed that the limiting step of PT oxidation was reduction of compound II and second-order rate constants were obtained which were consistent with the constants at steady-state conditions. Laccase-catalyzed PT and PO oxidation rates were lower; apparent bimolecular rate constants varied from 1.8×10⁵M⁻¹s⁻¹ to 2.0×10⁷M⁻¹s⁻¹ at pH 5.3. PO constants were higher in comparison to PT, as was the case with peroxidase. The dependence of the apparent bimolecular constants of compound II or copper type 1 reduction, in the case of peroxidase or laccase, respectively, was analyzed in the framework of the Marcus outer-sphere electron-transfer theory. Peroxidase-catalyzed reactions with PT, as well as PO, fitted the same hyperbolic dependence with a maximal oxidation rate of 1.6×10⁸M⁻¹s⁻¹ and a reorganization energy of 0.30 eV. The respective parameters for laccase were 5.0×10⁷M⁻¹s⁻¹ and 0.29 eV. Received: 20 September 1999 / Accepted: 24 February 2000     

白术同源四倍体的诱导和鉴定及其与二倍体过氧化物酶的比较

以白术（Atractylodes macrooephala Koidz.）二倍体组培苗为材料,对其四倍体诱导方法进行研究,共获得45个白术同源四倍体株系,为优良株系的选育提供了材料。此外,还分析比较了其中8个白术四倍体株系与二倍体的过氧化物酶同工酶（POD）的酶谱差异,发现四倍体各株系过氧化物酶同工酶谱比二倍体的均多了Rf0.310的谱带,且总过氧化物酶比活力也发生了很大改变,对探讨白术四倍体优良株系的生理生化机理具有一定的参考价值。