Candida amazonensis FLP/FRT基因敲除系统的构建及初步验证

【目的】构建一个适用于Candida amazonensis抗性标记可重复使用的FLP/FRT基因敲除系统,并通过敲除C.amazonensis的丙酮酸脱羧酶基因(Pyruvate decarboxylase,PDC)对该系统进行初步验证。【方法】以gfpm(绿色荧光蛋白基因)为报告基因,通过添加相应诱导剂评估Spathaspora passalidarum来源启动子(SpXYLp、SpMAL6p、SpMAL1p、SpGAL1p)和Saccharomyces cerevisiae来源Sc GAL1p启动子在C.amazonensis中的诱导调控性能。选择严格诱导型启动子调控FLP重组酶的表达,并在FLP表达盒和潮霉素(Hygromycin B)抗性标记基因(hphm)两端添加同向重复的FRT位点,以PDC基因作为靶基因构建敲除盒PRFg HRP,转化宿主菌C.amazonensis CBS 12363,筛选得到阳性转化子后,通过添加诱导剂,表达FLP重组酶,实现FRT位点间片段切除。【结果】诱导调控实验表明启动子SpGAL1p(受半乳糖诱导)和SpMAL1p(受麦芽糖诱导)是适用于C.amazonensis的严格诱导型启动子。以SpGAL1p调控FLP基因表达,构建的敲除盒PRFg HRP成功转化宿主菌,获得阳性转化子C.amazonensis PDC01,通过添加半乳糖诱导,成功切除基因组中FLP表达盒和抗性标记盒,获得突变株C.amazonensis PDC02。【结论】首次建立了一个适用于C.amazonensis抗性标记可重复使用的FLP/FRT基因敲除系统,并利用该系统成功敲除了C.amazonensis内的PDC基因,为进一步利用代谢工程改造C.amazonensis酵母奠定了良好基础。     

地衣芽胞杆菌dif序列的功能鉴定

地衣芽胞杆菌是重要的工业菌株,如何为其建立一种有效的基因删除技术是对该菌株进行遗传改良的基础。枯草芽胞杆菌difB8序列已经被成功用于枯草芽胞杆菌多基因的删除。在分析地衣芽胞杆菌基因组序列并获得与枯草芽胞杆菌difB8以。序列十分相似的一段序列difBLi的基础上,构建了在庆大霉素抗性基因两侧具有difBLi的重组质粒pMD19-difGm和pHY-XI’：：difGm,通过电击转化法将质粒pHY-XI’：：difGm导入B．1icheniformis ATCC14580中,筛选获得了具有庆大霉素抗性的转化子。在转化子的传代过程中,重组质粒的庆大霉素抗性基因在体内Xer／dif／f位点特异性重组系统的介导下通过其侧翼的dif位点进行同源重组而被准确删除。确证了地衣芽胞杆菌中dif序列的功能,为地衣芽胞杆菌基因组中多基因的删除提供了一种新的实验途径。     

炭疽芽胞杆菌mntA基因缺失突变株的构建及鉴定

目的:通过同源重组的方法敲除炭疽芽胞杆菌减毒AP422株的mntA基因,使菌株进一步减毒,用于构建新的疫苗候选株。方法:利用PCR方法扩增mntA基因上下游同源臂后与温敏质粒连接,构建打靶载体,并转化炭疽芽胞杆菌减毒AP422株;利用抗生素和温度2种选择压力实现同源重组,敲除目标基因mntA,然后利用Cre-LoxP系统去除抗性筛选标记,得到无抗性标记的缺失突变株,并利用PCR和Western印迹等方法对重组菌进行系统鉴定,最后分析突变株的生物学性状。结果:敲除了AP422株的mntA基因,获得了无抗性标记的缺失突变株,突变株的生存竞争能力比原始菌株明显减弱。结论:突变株获得了进一步减毒,可用于构建新的疫苗候选株。     

高温α-淀粉酶高表达的研究

为了进一步提高工业上重要的地衣芽胞杆菌高温α-淀粉酶(BLA)的发酵生产性能,以高温α-淀粉酶基因(amyL)为目的基因,构建地衣芽胞杆菌高温α-淀粉酶基因产生菌的整合表达通用性质粒pB li16 s-amyL-EryR,采用原生质体转化法将此整合型表达质粒导入B.licheniformis CBBD302,在整合表达质粒中的16SrDNA序列的介导下实现了同源整合。挑选20株阳性转化子,分别通过提高培养基中红霉素的使用浓度,增加染色体上目的基因amyL的拷贝数,由此获得的重组菌的BLA生产水平提高了56.37%~80.29%。     

一种基于温敏质粒的新型基因敲除方法

基于温敏型质粒而不用线性DNA的方法用于快速敲除沙门氏菌染色体上的目的基因。以伤寒沙门氏菌S.ty2基因组为模板扩增得到的ssaV基因的上下游同源臂,与两端带有FRT位点的卡那霉素抗性基因片段连接到温敏型质粒pHY304,共同构建同源重组载体;然后转化S.ty2,通过筛选得到带有抗性标记的重组菌。通过转入重组酶表达质粒pCP20,去除抗性标记,得到ssaV基因缺失的重组菌,并在 DNA 水平进行了鉴定。建立了一种改进的基于温敏质粒的沙门氏菌的基因敲除方法,此方法也值得在其他革兰氏阴性菌的基因敲除中尝试应用。     

利用Red重组系统敲除大肠杆菌 O157:H7的waaL 基因

目的:利用λ噬菌体Red重组系统敲除大肠杆菌O157:H7的waaL基因。方法:以pKD4为模板扩增出与waaL基因上下游同源的、含有卡那霉素抗性基因的PCR产物。然后电击转化到大肠杆菌 O157:H7 中,利用Red重组系统,通过卡那霉素抗性基因两侧的waaL基因序列在体内与waaL基因发生同源重组,置换了 O157:H7 基因组中的waaL基因。并进一步利用卡那霉素抗性基因两侧的FRT位点,通过FLP位点专一性重组将卡那霉素抗性基因敲除。结果:成功构建了敲除waaL基因且不带卡那霉素抗性基因的菌株。     

利用λRed重组系统敲除伤寒沙门氏菌rfaH基因

目的：利用λRed重组系统敲除伤寒沙门氏菌的rfaH基因。方法：以伤寒沙门氏菌（Salmonella typhi Ty2,S.ty2）基因组为模板扩增得到的同源臂,与两端带有FRT位点的卡那霉素抗性基因片段共同构建同源重组载体;以重组载体为模板扩增打靶片段,将其转化S.ty2;在抗生素压力和λRed重组系统帮助下,打靶片段和菌体基因组发生同源重组,通过卡那抗性筛选得到带有抗性标记的重组菌;转入重组酶表达质粒pCP20以去除抗性标记,得到保留单一FRT位点的突变菌株;通过PCR鉴定重组菌,并经透射电子显微镜分析表型。结果：在S.ty2中敲除了rfaH基因,经PCR扩增和序列测定正确;初步的表型分析表明突变体的鞭毛合成显著减少。结论：获得了S.ty2突变株,为将沙门氏菌进一步减毒成为疫苗表达载体奠定了基础。     

λRed重组系统用于沙门菌质粒毒力基因spvC敲除株的构建

[目的]利用λRed重组系统敲除沙门菌质粒毒力基因spvC。[方法]首先以质粒p KD4为模板,扩增得到两侧含spvC同源臂、中间为卡那霉素抗性基因的线性DNA片段。再将此线性片段电转入具重组功能的感受态沙门菌菌株,发生重组后,卡那霉素平板筛选阳性转化子。最后利用表达FLP重组酶的质粒p CP20,将FRT位点之间的卡那霉素抗性基因消除,用PCR鉴定。Western Blot检测野生沙门菌和spvC敲除株感染的He La细胞ERK磷酸化水平。[结果]沙门菌质粒毒力基因spvC敲除株构建成功,spvC敲除株感染的He La细胞内ERK磷酸化水平升高。[结论]成功构建沙门菌质粒毒力基因spvC敲除株,验证了spvC基因的功能。     

基于Red重组系统构建含Flag标签标记UL23基因的重组人巨细胞病毒

利用来源于λ噬菌体的Red系统,将Flag标签及两侧带有FRT位点的卡那霉素抗性基因片段插入原HCMV TowneBAC中UL23基因3 '末端区域,通过卡那抗性筛选带有抗性标记的重组菌株,并通过表达重组酶FLP的质粒pCP20去除卡那霉素抗性基因,得到带有Flag标签标记UL23基因和单一FRT位点的突变BAC.重组后的BAC分子同质粒pcDNA3.1(+)-pUL82共转染HFF细胞后重建重组HCMV.Western blotting检测证实所构建重组病毒能够表达含Flag标签标记的pUL23蛋白.此含有Flag标签标记UL23基因的重组HCMV的成功构建为了进一步研究人巨细胞病毒UL23基因及其产物的功能提供依据.     

过量表达DegQ有利于地衣芽胞杆菌表达高温α-淀粉酶

研究了过量表达DegQ对地衣芽胞杆菌表达高温α-淀粉酶的影响。通过PCR从地衣芽胞杆菌基因组中扩增得到degQ基因,将其克隆到pHY—P43载体中,得到重组质粒pHY—P43-degQ。将其分别转化至地衣芽胞杆菌ATCC14580和B0204中,得到重组菌ATCC14580（pHY—P43-degQ）和B0204（pHY—P43-degQ）。通过发酵试验,证实degQ基因的表达能够显著提高高温α-淀粉酶的表达水平。     

通过同源介导α-淀粉酶基因扩增改良地衣芽孢杆菌α-淀粉酶生产菌株

地衣芽孢杆菌高温α-淀粉酶(BLA)是淀粉水解与生物加工过程中重要关键酶制剂之一.为了进一步提高地衣芽孢杆菌高温α-淀粉酶生产菌株的生产性能,本研究构建了一种含有地衣芽孢杆菌高温α-淀粉酶编码基因amyL的整合性重组质粒pBL-amyL.将重组质粒pBL-amyL转化入BLA工业生产菌株Bacillus licheniformis B0204,再在卡那霉素存在下介导其B.1icheniformis B0204染色体中的同源整合与高温α-淀粉酶编码基因amyL的扩增,由此获得了携带多个amyL拷贝的转化子.对转化子的amyL拷贝数及其BLA发酵水平分别用荧光实时定量PCR及摇瓶发酵试验进行评价与鉴定.与出发菌株B0204相比,含2～5倍amyL拷贝数的重组菌的BLA的合成水平显著提高.其中,重组菌REBL18生产BLA的水平提高了89.2%.     

地衣芽孢杆菌高温α-淀粉酶异源表达研究

目的：以地衣芽孢杆菌高温α-淀粉酶基因（amyL）为报告基因,构建含不同启动子的枯草杆菌表达载体,转化枯草杆菌,并对重组菌的酶活进行分析,比较不同启动子对amyL基因在枯草杆菌中表达的影响。方法：以高温α-淀粉酶高产菌株B.licheniformis0204染色体DNA为模板,PCR扩增得到amyL并分别与PQ启动子和P43启动子进行连接构建表达载体pUB-PQ-amyL和pUB-P43-amyL,化学法转化枯草杆菌1A717,筛选得到重组转化子后对重组菌的表达产物进行SDS-PAGE和酶活检测。结果：重组菌摇瓶发酵105h后测定高温α-淀粉酶酶活,B.subtilis1A717（pUB-PQ-amyL）的最高酶活为280.1U/mL,B.subtilis1A717（pUB-P43-amyL）的最高酶活为190.5U/mL。结论：PQ启动子调控的高温α-淀粉酶最高表达水平是P43启动子调控的最高表达水平的1.47倍,说明PQ启动子能使amyL基因在枯草杆菌中更高效地表达。     

Sequential gene disruption in Candida albicans by FLP-mediated site-specific recombination

The genetic manipulation of the human fungal pathogen Candida albicans is difficult because of its diploid genome, the lack of a known sexual phase and its unusual codon usage. We devised a new method for sequential gene disruption in C. albicans that is based on the repeated use of the URA3 marker for selection of transformants and its subsequent deletion by FLP-mediated, site-specific recombination. A cassette was constructed that, in addition to the URA3 selection marker, contained an inducible SAP2P-FLP fusion and was flanked by direct repeats of the minimal FLP recognition site (FRT). This URA3 flipper cassette was used to generate homozygous C. albicans mutants disrupted for both alleles of either the CDR4 gene, encoding an ABC transporter, or the MDR1 gene, encoding a membrane transport protein of the major facilitator superfamily. After insertion of the URA3 flipper into the first copy of the target gene, the whole cassette could be efficiently excised by induced FLP-mediated recombination, leaving one FRT site in the disrupted allele of the target gene. The URA3 flipper was then used for another round of mutagenesis to disrupt the second allele. Deletion of the cassette from primary and secondary transformants occurred exclusively by intrachromosomal recombination of the FRT sites flanking the URA3 flipper, whereas interchromosomal recombination between FRT sites on the homologous chromosomes was never observed. This new gene disruption strategy facilitates the generation of specific, homozygous C. albicans mutants as it eliminates the need for a negative selection scheme for marker deletion and minimizes the risk of mitotic recombination in sequential disruption experiments.     

cis sequences involved in modulating expression of Bacillus licheniformis amyL in Bacillus subtilis: effect of sporulation mutations and catabolite repression resistance mutations on expression.

Nutrient conditions which trigger sporulation also activate expression of the Bacillus licheniformis alpha-amylase gene, amyL. Glucose represses both spore formation and expression of amyL. A fusion was constructed between the B. licheniformis alpha-amylase regulatory and 5' upstream sequences (amyRi) and the Escherichia coli lacZ structural gene to identify sequences involved in mediating temporal activation and catabolite repression of the amyL gene in Bacillus subtilis. amyRi-directed expression in a variety of genetic backgrounds and under different growth conditions was investigated. A 108-base-pair sequence containing an inverted repeat sequence, ribosome-binding site, and 26 codons of the structural gene was sufficient to mediate catabolite repression of amyL. spo0 mutations (spo0A, spo0B, spo0E, and spo0H) had no significant effect on temporal activation of the gene fusion when the recipient strains were grown in nonrepressing medium. However, in glucose-grown cultures the presence of a spo0A mutation resulted in more severe repression of amyRi-lacZ. In contrast, a spo0H mutation reduced the repressive effect of glucose on amyRi-lacZ expression. The spo0A effect was relieved by an abrB mutation. Initiation of sporulation is not a prerequisite for either temporal activation or derepression of alpha-amylase synthesis. Mutations causing resistance to catabolite repression in B. subtilis GLU-47, SF33, WLN30, and WLN104 also relieved catabolite repression of amyRi-lacZ.     

铜绿假单胞菌中快速基因操作工具的开发和应用

针对基因的操作,包括缺失和插入基因、替换基因元件(如启动子)、融合荧光蛋白基因、构建原位的基因报告系统,是大多数生物技术实验室的必备技术。目前广泛使用的基于2次同源重组的基因操作方法,在构建质粒、转化和筛选方面较为繁琐。另外使用该方法进行长片段敲除的效率较低。为了简化基因操作的流程,本研究构建了一个最小化的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)整合型质粒pln2,只需将目标基因内部一段序列克隆到pln2质粒并导入细菌,由于质粒不能在细菌内自我复制而只能通过单次等位基因交换整合到基因组上,从而使目的基因断裂为两部分而失去活性。在pln2的基础上开发了一整套工具质粒适用于基因组的不同操作,包括融合荧光蛋白基因、替换基因元件(如启动子)、构建原位的转录型荧光报告系统。此外,本研究借助该系统成功实现超长片段基因簇的敲除,单次可以敲除长达270 kb的片段。     

地衣芽孢杆菌α-淀粉酶基因的克隆和及其启动子功能鉴定

根据已知α-淀粉酶编码基因保守区核苷酸序列,通过PCR和反向PCR技术克隆出Bacillus licheniformisCICIM B0204α-淀粉酶编码基因amyL全长序列及其上下游序列。B.licheniformisCICIM B0204amyL由1539bp组成,其上游180bp为启动子序列,下游160bp为终止子序列;成熟肽由512个氨基酸残基组成,氨基端的29个氨基酸残基为α-淀粉酶的信号肽。通过基因及其氨基酸序列比对发现,amyL及其编码产物与芽孢杆菌来源的α-淀粉酶具有高度相似性。将amyL的结构基因在PT7介导下于大肠杆菌中诱导表达,获得具有α-淀粉酶活性的表达产物。将amyL的启动子序列和信号肽序列与B.licheniformisCICIM B2004的β-甘露聚糖酶结构基因进行读框内重组,在大肠杆菌中获得了β-甘露聚糖酶的分泌表达,重组大肠杆菌表达295U/mL的β-甘露聚糖酶酶活。