高温链霉菌质粒pTSC2的测序分析和滚环复制方式的鉴定

从猪粪堆肥中分离到一株编号为X3-3的可以在50℃高温生长的链霉菌菌株,该菌株含有一个约7kb的环型质粒pTSC2。【目的】克隆、测序和分析pTSC2,以及鉴定质粒的复制方式。【方法】利用分段克隆和引物延伸获得pTSC2的全序列,利用多序列比对寻找复制元件rep、dso和sso,利用中性转移和Southern杂交检测复制中间体。【结果】克隆和测序获得了全长为7516bp的pTSC2序列,预测编码8种蛋白,其中4种蛋白与链霉菌滚环复制的质粒pIJ101中负责复制和接合转移的蛋白非常相似。pTSC2的复制元件rep、dso和sso也与pIJ101的相似。克隆、转化变铅青链霉菌ZX7以及高温链霉菌2C证明了rep和dso为复制所必需元件。Southern杂交检测到pTSC2复制过程中积累了大量的单链DNA。【结论】高温链霉菌质粒pTSC2以滚环方式进行复制。这是首次在高温链霉菌中克隆和测序质粒,以及鉴定其复制方式。     

红球菌线型质粒pNSL1的克隆、测序和复制区的鉴定

从红球菌NS1中检测到两个线型质粒pNSL1和pNSL2。【目的】克隆、测序和分析pNSL1,并鉴定质粒的复制区。【方法】利用脉冲电泳方法从凝胶中回收大量的质粒DNA,进行鸟枪法克隆、测序和拼接,通过生物信息学分析和实验证明质粒的自主复制区。【结果】克隆、测序和拼接获得pNSL1全长为117252bp的序列,包括在红球菌中保守的1282bp端粒的序列。序列预测含有103个蛋白编码区,包括质粒的复制、分配、转移等功能基因。将pNSL1中一个与分枝杆菌质粒的复制基因同源的pNSL1.038及其上游的767bp非编码序列克隆到大肠杆菌质粒,电击转化珊瑚诺卡氏菌4.1037,获得了抗性转化子。【结论】克隆、测序了全长的线型质粒pNSL1,鉴定了质粒的复制区。     

青蒿植物内生链霉菌中的质粒pCQ4与噬菌体ΦCQ4

【目的】在青蒿植物的内生链霉菌W75中检测到一个大的环型质粒pCQ4。克隆、测序、分析和功能研究pCQ4。【方法】Southern杂交确定质粒的酶切图谱,利用接合转移和同源重组方法将质粒克隆到了大肠杆菌BAC衍生的载体上,并进行鸟枪测序和分析。【结果】获得了全长为84833 bp的pCQ4序列,预测编码129个基因,其中成簇的40个基因与其它噬菌体的基因同源。实验证明含有质粒pCQ4的菌株能够低频率释放噬菌体ФCQ4,并可以侵染消除了pCQ4的W75X孢子和形成噬菌斑。在透射电镜下观察到噬菌体颗粒,脉冲场凝胶电泳显示ФCQ4为线型DNA。pCQ4与已发表的链霉菌质粒-噬菌体pZL12比对,编码噬菌体的主要结构蛋白的基因是相似的。【结论】链霉菌大的质粒pCQ4也可以转化为噬菌体ФCQ4,其噬菌体相关的基因簇可能是可转移的单元。     

Fostriecin产生菌Streptomyces pulveraceus遗传转化体系的建立与优化

【目的】建立并优化链霉菌Fostriecin产生菌Streptomyces pulveraceus的遗传转化系统。【方法】以整合型质粒pSET152为出发质粒,通过供体菌E.coli ET12567/pUZ8002与受体菌Streptomyces pulveraceus进行接合转移。【结果】确定了链霉菌Streptomyces pulveraceus的最佳接合转移条件:培养基为终浓度含15%甘氨酸的MS培养基;孢子热激条件为50°C 10 min;阿伯拉霉素覆盖的时间为18 h,终浓度为20 mg/L。同时,把组成型启动子ermE+与绿色荧光蛋白基因(gfp)克隆到pSET152载体上,通过接合转移整合到该链霉菌中,gfp获得表达。【结论】建立Fostriecin产生菌的遗传转化系统,并发现甘氨酸能显著提高链霉菌的接合转移效率。     

链霉菌基因组中放线菌型整合性接合元件的识别

【目的】链霉菌染色体重组和外源DNA片段插入是影响其遗传多样性的主要因素。旨在考察放线菌型整合性接合元件(AICE)在链霉菌遗传多样性中所发挥的作用。【方法】基于AICE的特征性模块, 采用隐马尔科夫模型预测链霉菌基因组序列中的AICEs。【结果】在已全测序的12条链霉菌染色体和35个质粒中, 共识别出29个AICEs, 其中12个为首次报道。Streptomyces coelicolor基因组中发现了4个AICEs, 而其近缘的Streptomyces lividans却没有。【结论】AICEs都整合在链霉菌染色体的核心区, 且都具有典型的整合环出、复制和接合转移等核心模块, 这些可自行转移的元件在链霉菌基因组可塑性中扮演了重要角色。     

拟诺卡氏菌线型质粒pNPL1的测序和分析

【目的】检测和分析稀有放线菌中新的线型质粒。【方法】从植物内生菌中分离链霉菌之外的放线菌菌株,检测、测序和分析线型质粒。【结果】从中草药植物紫花前胡的叶片中分离到一株内生放线菌25L-1-1c,经过16S rRNA基因序列比对属于拟诺卡氏菌。从该菌株中检测到一个约25 kb的线型质粒pNPL1。克隆和测序了pNPL1新的端粒,含有多个小的回文序列。测序获得全长为24 621 bp的线型质粒pNPL1,预测编码22个基因,其中2个基因与链霉菌质粒的端粒复制基因同源,1个基因与链霉菌质粒主要的接合转移基因相似,其余19个基因为未知功能。携带pNPL1端粒复制基因的质粒不能转化变铅青链霉菌,暗示需要发展拟诺卡氏菌的遗传操作系统。【结论】这是首次在拟诺卡氏菌中发现和描述线型质粒。     

小葱植物内生链霉菌线型质粒pYY8L的端粒与复制区的克隆和鉴定

从小葱植物中分离到一株编号为36R-2-1B的链霉菌菌株,该菌株含有一个约为280kb的线型质粒pYY8L。【目的】克隆、测序和分析pYY8L新的端粒和复制区。【方法】采用改良的"在凝胶中进行DNA碱处理与酶切"的方法来克隆大的线型质粒pYY8L的端粒,通过构建基因组柯斯文库和次级克隆的方法来缩小和鉴定pYY8L的复制区。【结果】在小葱植物内生链霉菌36R-2-1B中检测到约为280kb的线型质粒pYY8L,克隆了pYY8L的端粒。其末端的152bp包含6个小的回文序列,可以形成复杂的二级结构。利用柯斯文库构建、次级克隆和测序获得了4891bp的pYY8L的复制区。该复制区含有6个基因,其中2个与天蓝色链霉菌线型质粒SCP1的复制基因非常相似,但是邻近的重复序列不同。【结论】采用新的改良的方法克隆和鉴定了pYY8L新的端粒和复制区。本文首次报道了植物内生链霉菌线型质粒的端粒和复制基因。     

大肠杆菌-链霉菌穿梭表达载体pMF的构建及其应用

【目的】构建能定点整合到链霉菌(Streptomyces)染色体上的高效表达载体。【方法】以链霉菌自杀型表达载体pLSB2为基础,通过插入链霉菌噬菌体ΦC31整合酶基因int和attP位点(Phage attachment site),构建了能在大肠杆菌和链霉菌之间进行接合转移并定点整合到链霉菌染色体上的表达载体pMF。将pMF转化大肠杆菌ET12567(pUZ8002),并分别接合转移天蓝色链霉菌(Streptomyces coelicolorM145)、变铅青链霉菌(Streptomyces lividansTK24)和红色糖多孢菌(Saccharopolyspora erythraea2338),挑取接合子进行PCR和Southern杂交检测。将来自刺糖多孢菌S08-4的S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因(SAM-s)克隆到载体pMF的启动子下游,接合转移到天蓝色链霉菌中。【结果】表明pMF成功整入链霉菌染色体,并且检测到目的蛋白的表达。【结论】构建的pMF载体可作为外源基因定点整合表达的有效工具,为后续的基因功能研究以及链霉菌的遗传改造奠定了基础。     

委内瑞拉链霉菌秦岭变种属间接合转移系统的构建及透明颤菌血红蛋白的表达

【目的】构建委内瑞拉链霉菌秦岭变种属间接合转移系统及透明颤菌血红蛋白的表达。【方法】以链霉菌广泛使用的整合型质粒pSET152和复制型pHZ1358为出发质粒,通过供体大肠杆菌(Escherichia coli)ET12567(pUZ8002)进行属间接合转移委内瑞拉链霉菌秦岭变种。【结果】确定了该变种的最佳接合转移条件;通过SOE-PCR(Splicing by overlap extension PCR)技术构建含PermE和vhb结构基因融合片段的整合型表达载体pJD100,转化ET12567(pUZ8002)后属间接合转移委内瑞拉链霉菌秦岭变种。通过PCR和CO结合差光谱验证了vhb基因在委内瑞拉链霉菌秦岭变种中的整合表达。【结论】本文首次探索了委内瑞拉链霉菌秦岭变种接合转移系统,确定了委内瑞拉链霉菌秦岭变种的最佳接合转移条件,并采用基因工程手段使vhb基因在委内瑞拉链霉菌秦岭变种中获得表达。     

大肠杆菌-链霉菌高效接合载体的构建及其应用

以链霉菌质粒SCP2^*的衍生质粒pHJL400为基础,构建了能够在大肠杆菌到链霉菌之间进行高效接合转移的质粒DGH112。pGH112含有在大肠杆菌和链霉菌中复制起始位点,以及分别在大肠杆菌和链霉菌中进行筛选的抗性标记。用pGH112转化Escherichia coli ET12567(pUZ8002)后,与天蓝链霉菌(Streptomyces coelicolor A3(2))、除虫链霉菌(Streptomyces avermitilis)、变铅青链霉菌(Streptomyces lividans TK54)、毒三素链霉菌(Streptomyces toxytricini NRRL15443)、委内瑞拉链霉菌(Streptomyces．vertezuelae ISP5230)和红色糖多孢菌(Saccharopolypora erythraea)进行接合,发现本构建的pGH112与pKC1139相比,接合转移效率较高,稳定性好,而且宿主范围较广。把组成型启动子ermE^*与绿色荧光蛋白基因(gfp)克隆到本构建的pGH112,通过接合转移到链霉菌中,gfp获得表达,证明其可以用作基因接合转移的有效工具载体,这为研究链霉菌的基因功能创造了有利条件。     

尤马马杜拉放线菌染色体复制区的克隆及功能分析

尤马马杜拉放线菌(Actinomadura yumaensis)NRRL12515产生马杜拉霉素,用于防治禽类球虫病。试验以放线菌dnaA与dnaN基因保守区设计的简并引物进行PCR扩增,获得了包含尤马马杜拉放线菌的染色体复制区oriC的片段,并进行了序列分析和复制功能的研究。尤马马杜拉放线菌染色体的oriC全长为919碱基对,含有14个DnaA盒子和2个AT富含区,DnaA盒子的保守序列是(T/C)(T/C)GTCC(A/C)CA,与已发表的3个属的放线菌染色体oriC的序列特征不同。携带该oriC片段的大肠杆菌质粒可以在天蓝色链霉菌中复制并以低拷贝方式遗传,表明这是一段有复制功能的序列。比较来自放线菌4个属的oriC,发现以oriC序列和以16S rRNA基因序列构建的进化树十分相似,表明oriC序列也可以体现放线菌物种之间的关系。     

Linear plasmid SLP2 of Streptomyces lividans is a composite replicon

SLP2 is a 50 kb linear plasmid in Streptomyces lividans that contains short (44 bp) terminal inverted repeats and covalently bound terminal proteins. The nucleotide sequence of SLP2 was determined. The rightmost 15.4 kb sequence is identical to that of the host chromosome, including the Tn4811 sequence at the border, which is interrupted by an insertion sequence (IS) element in SLP2. Examination of the flanking target sequences of Tn4811 suggests a previous recombinational event there. The 43 putative protein coding sequences contained many involved in replication (including two terminal protein homologues), partitioning, conjugal transfer and intramycelial spread. The terminally located helicase-like gene ttrA was necessary for conjugal transfer. The two telomeres diverge significantly in primary sequence, while preserving similar secondary structures. Mini-linear plasmids containing these telomeres replicated in S. lividans using the chromosomally encoded terminal protein. In addition, two pseudotelomere sequences are present near the left telomere. The G+C content and GC or AT skew profiles exhibit complex distributions. These, plus the inferred recombination at the right arm, indicate that SLP2 has evolved through rounds of exchanges involving at least three replicons.     

链霉菌11371基因工程宿主菌的确定

为消除链霉菌11371内源性质粒对pIJ702的限制,以提高pIJ702转化率,确定11371基因工程宿主菌。采用种内接合转移的方法对链霉菌11371衍生菌U3和P2、P5、P7进行内源性质粒的消除。获得接合转移子U3-P7-6,具有转化外源质粒的能力,转化率为17～20个/100个菌,为链霉菌11371转化体系构建、克隆基因结构、功能鉴定和基因定位等研究提供生物材料。     

圈卷产色链霉菌分化相关基因——saw1的结构和功能

用双脱氧链终止法进行了分化基因——saw1的双链测序.结果表明在1500bp的DNA片段中有一个完整的开读框架(ORF),其编码区是在419bp至1252bp处.其产物与已知的天蓝色链霉菌whiG的氨基酸序列有89%的同源性.当把1500bp的saw1DNA片段插入到链霉菌表达质粒载体pIJ702后,构建的重组质粒转化天蓝色链霉菌孢子形成缺陷突变株C71,可使C71形成孢子和灰色色素.用基因破坏的策略进一步研究了该基因的生物学功能,结果表明saw1在圈卷产色链霉菌气生菌丝到孢子形成的发育转变中有重要作用,是分化中控制孢子发育起始的一个重要基因.     

Unique conjugation mechanism in mycelial streptomycetes: a DNA-binding ATPase translocates unprocessed plasmid DNA at the hyphal tip

A single plasmid-encoded protein, the septal DNA translocator TraB, is sufficient to promote conjugal plasmid transfer in mycelial streptomycetes. To analyse the molecular mechanism of conjugation the closely related TraB proteins from plasmids pSG5 of Streptomyces ghanaensis and pSVH1 of Streptomyces venezuelae were characterized. TraB of pSG5 was expressed as a fusion protein with eGFP and found to be localized at the hyphal tips of Streptomyces lividans by fluorescence microscopy, which strongly indicates that conjugation takes place at the tips of the mating mycelium. The TraB protein of pSVH1 was heterologously expressed in S. lividans with an N-terminal strep-tagII and purified as a soluble protein to near homogeneity. The purified protein was shown to hydrolyse ATP and to bind to a 50 bp non-coding pSVH1 sequence containing a 14 bp direct repeat. The protein-DNA complex was too large to enter an agarose gel, indicating that multimers of TraB were bound to the DNA. Denaturation of the protein-DNA complex released unprocessed plasmid DNA demonstrating that the TraB protein does not possess nicking activity. Our experimental data provide evidence that conjugal DNA transfer in streptomycetes is mediated by the septal DNA translocator TraB, an plasmid-encoded ATPase that interacts non-covalently with DNA and translocates an unprocessed double-stranded DNA molecule at the hyphal tip into the recipient.