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...     

细胞分裂蛋白编码基因的敲除对丙酮丁醇梭菌溶剂合成与细胞形态的影响

丙酮丁醇梭菌是生物丁醇合成的重要菌株,近年来,研究者们利用基因编辑等技术对其进行菌株改造。通过对丙酮丁醇梭菌中3个细胞分裂蛋白(RodA、DivIVA、DivIB)编码基因(cac1251、cac2118、cac2125)进行敲除,发现cac2118敲除菌株的细胞在产溶剂期为球状形态,细胞变小,ABE发酵的丁醇得率为0.19 g/g,与野生型相比提高了5.6%。cac1251敲除菌株的葡萄糖消耗量和丁醇产量与野生型相比降低了33.9%和56.3%,分别为47.3 g/L和5.6 g/L。cac1251和cac2125的敲除对细胞生长有显著影响,菌体浓度最大值与野生型相比分别降低了40.4%和38.3%。研究表明细胞分裂蛋白DivIVA对细胞的形态和大小调控起重要作用;细胞分裂蛋白RodA和DivIB调控细胞分裂进程,进而影响细胞生长和溶剂合成进程。     

新生隐球菌半胱氨酸转运蛋白Mup1鉴定及其表达调控研究

【目的】鉴定新生隐球菌(Cryptococcus neoformans)的半胱氨酸转运蛋白及其对致病性的影响。【方法】构建候选基因敲除株,检测突变株以半胱氨酸为唯一硫源的生长情况;检测半胱氨酸转运蛋白Mup1对新生隐球菌毒力因子表达和不同胁迫条件下生长的影响;通过新生隐球菌大蜡螟(Galleria mellonella)和小鼠感染模型分析Mup1对致病性的影响;通过转录组分析和酵母单杂交研究硫代谢核心转录因子Cys3与Mup1的调控关系。【结果】Mup1具有转运半胱氨酸、胱氨酸、胱硫醚和同型半胱氨酸的能力。基因MUP1缺失不影响毒力因子表达和细胞对应激的反应。大蜡螟和小鼠隐球菌感染模型表明Mup1对新生隐球菌的致病性无显著影响。转录组分析和酵母单杂交实验显示Cys3可能间接调控MUP1的转录。【结论】新生隐球菌Mup1具有转运半胱氨酸、胱氨酸、胱硫醚和同型半胱氨酸的功能,但不影响致病性,基因转录可能受Cys3的间接调控。     

吸水链霉菌HS023 milF基因敲除构建产5-酮米尔贝霉素基因工程菌

【目的】通过敲除吸水链霉菌HS023的mil F基因,构建产5-酮米尔贝霉素的基因工程菌。【方法】构建mil F基因敲除质粒p MSST-Δmil F,转入米尔贝霉素产生菌——吸水链霉菌HS023,获得mil F基因敲除的双交换突变株F2-18。【结果】发酵结果表明:mil F基因敲除突变株F2-18不再产生米尔贝霉素,仅产生中间产物5-酮米尔贝霉素,且发酵单位较出发菌株略有提升。【结论】通过敲除mil F基因,发酵可生产5-酮米尔贝霉素,并直接用于驱虫药米尔贝肟和乐平霉素的化学合成,可大大简化从米尔贝霉素到米尔贝肟和乐平霉素的合成步骤。     

fliY基因失活减弱沙福芽孢杆菌ST7菌株的锰氧化能力

【背景】沙福芽孢杆菌ST7菌株具有较强的锰氧化能力,但其分子机制不清楚。【目的】着重研究鞭毛马达开关蛋白基因(fliY)对沙福芽孢杆菌锰氧化能力的影响。【方法】根据同源重组原理,以沙福芽孢杆菌ST7菌株为起始菌株,构建fliY基因敲除的突变株ΔfliY,测定菌落迁徙、细菌生物膜和锰氧化率等,研究fliY基因突变后菌株的运动能力、生物膜生成和锰氧化能力是否发生变化。【结果】经克隆测序,证实突变株ΔfliY中fliY基因的后半段被卡纳霉素抗性基因取代,fliY基因失活;与野生型菌株ST7相比,突变株ΔfliY在全营养的LB培养基中生长变化不大,但在含锰的PYCM培养基中,突变株的生长速度减慢、菌落较小、生物膜生成量显著下降,运动性和锰氧化能力分别下降65%和20%。【结论】fliY基因不仅影响菌株的生长和运动,而且参与细菌的趋化和锰氧化等生物学过程。     

suhB基因对绿针假单胞菌HT66生防能力的影响

【背景】绿针假单胞菌(Pseudomonas chlororaphis) HT66是一株兼具生防安全性和吩嗪-1-甲酰胺(Phenazine-1-Carboxamide,PCN)高产的植物根际促生菌,在生物防治、生态农业及可持续发展农业领域具有广阔的应用前景。非编码RNA (ncRNA) SuhB参与了细胞中多个过程的代谢调控。【目的】探究suhB基因对绿针假单胞菌HT66生防能力的影响。【方法】以同源重组的方法无痕敲除suhB基因构建突变菌株HT66ΔsuhB,利用质粒回补suhB基因构建突变菌株HT66ΔsuhB-pBBR-suhB,研究suhB基因对菌株生长状态、生物膜形成、群集运动及PCN合成的影响。【结果】缺失suhB基因后,菌株HT66生长缓慢,平台期滞后12 h,而且生物量减少为野生型的61.6%;在KMB培养基中单位细胞PCN产量最高达109.5mg/g,为野生株的2.1倍;生物膜形成量明显增加,为野生型的1.8倍;在运动性检测平板上,野生株的运动半径为21 mm,而suhB突变株的运动半径缩减至9.7 mm,群集运动能力明显下降。suhB基因回补突变株上述生物学功能同野生株相似。在突变株HT66ΔsuhB中,pME6015-phzI-lacZ融合质粒表达的LacZ酶活与野生型差异不显著;pME6015-phzR-lacZ融合质粒表达的LacZ酶活显著上升,为野生型的3.1倍;pME6522-phzAp-lacZ融合质粒表达的LacZ酶活为野生型的1.8倍。【结论】绿针假单胞菌HT66中suhB基因参与了菌株生长、生物膜形成、群集运动及PCN合成等多个过程的调控。本研究为该菌株的代谢改造与生防应用提供了理论基础。     

华癸根瘤菌7653R hfq基因突变株的构建及其生物学特性

【目的】研究hfq基因在Mesorhizobium huakuii 7653R抵抗外界不利环境和共生固氮中的功能特性。【方法】利用pK19mob同源重组方法构建7653R hfq基因的插入失活突变株7653RΔhfq,并构建互补菌株7653RΔhfq-C,对hfq在压力胁迫和共生固氮中的功能特性进行研究。【结果】与野生型7653R相比,突变株7653RΔhfq的生长速率降低,热激处理后致死率升高;hfq突变影响了7653R中部分sRNA的表达;在4.5%乙醇和50 mmol H_2O_2生长胁迫下,突变株适应性明显较野生型差。另外,接种突变株的紫云英结瘤能力和固氮酶活性都明显降低。【结论】hfq基因作为重要的转录后调控因子,在7653R抵御外界胁迫环境和与宿主紫云英的共生固氮中发挥了重要作用。     

2型猪链球菌SSU0448基因敲除突变株的构建及其毒力分析

【目的】 通过构建2型猪链球菌(SS2)强毒株05ZYH33的SSU0448基因缺失突变株Δ0448和互补株CΔ0448,探索SSU0448基因缺失对细菌基本生物学特性和细菌毒力的影响。【方法】用同源重组基因敲除方法构建筛选强毒株05ZYH33中N-乙酰半乳糖胺和半乳糖胺代谢途径相关转录调节因子SSU0448基因的缺失突变株,比较分析突变株Δ0448与野生株05ZYH33、互补株CΔ0448的基本生物学特性,小鼠毒力实验分析SSU0448基因缺失对细菌毒力的影响。【结果】PCR检测分析显示,SSU0448基因在转化重组体中被壮观霉素抗性基因所替代,表明基因敲除突变株构建成功;同时构建了基因功能互补株CΔ0448。生物学特性实验表明突变株Δ0448在成链能力上较野生株明显减弱,对数生长期稍短,快速到达平台期;而菌落形态、革兰氏染色和溶血活性方面无明显差异;小鼠毒力实验发现,突变株毒力并无显著改变。【结论】SSU0448基因的敲除能够改变2型猪链球菌的成链能力;不影响其侵袭致病能力,可能延缓2型猪链球菌的发病过程,此研究为2型猪链球菌致病感染奠定了基础。     

crgA调控三孢布拉霉合成类胡萝卜素

【目的】探究crgA基因在三孢布拉霉合成类胡萝卜素过程中的调控作用。【方法】克隆三孢布拉霉crgA基因并利用split-marker策略敲除该基因;在表型特征、关键酶基因转录水平、类胡萝卜素合成水平等方面将基因敲除株与野生株进行比较分析。【结果】与野生型菌株相比,crgA基因敲除菌产孢能力明显下降,而类胡萝卜素合成途径中的关键酶基因转录水平明显提高,在发酵120h后β-胡萝卜素的积累量提高了31.2%。将crgA基因重新导入到敲除菌后,该菌的性状恢复至野生型。【结论】crgA基因调控三孢布拉霉的生长和产孢能力,并通过调控类胡萝卜素关键酶基因表达来调控类胡萝卜素的合成,是一个负调控因子。     

茎瘤固氮根瘤菌环二鸟苷酸代谢相关基因的功能鉴定

【目的】考察茎瘤固氮根瘤菌ORS571中c-di-GMP合成酶AZC-2412的编码基因缺失的突变表型,初步探究其功能机理。【方法】本实验构建基于cre-loxp重组酶系统的根瘤菌基因敲除系统,以及采用三亲接合技术构建突变株。测定野生型和突变株的生长速率、趋化能力、胞外多糖产量、生物膜形成等表型。【结果】突变株与野生型生长速率几乎相同。与野生型相比突变株由于细胞内c-di-GMP水平降低,胞外多糖、生物膜产量等均有所下降。【结论】实验表明,环二鸟苷酸合成酶AZC-2412缺失,使得c-di-GMP水平降低,对胞外多糖生成、细菌的运动能力、生物膜的形成、细胞絮凝、与植物的互作等均有调控作用。     

基于pDS132的基因敲除中创伤弧菌氯霉素的耐药性变化及影响

【背景】基于自杀载体的基因敲除在单基因敲除上的应用较为常见,但在多基因敲除过程中细菌耐药性的变化及对后续敲除的影响尚未明确。【目的】探究基于自杀载体pDS132的创伤弧菌vvhA与rtxA1双基因敲除株构建过程中,创伤弧菌对氯霉素耐药性的变化及对后续基因敲除的影响。【方法】基于自杀载体pDS132的同源重组法构建创伤弧菌YJ016的单基因敲除株YJ016-ΔvvhA、YJ016-ΔrtxA1和双基因敲除株YJ016-ΔvvhAΔrtxA1,记录单交换筛选时的氯霉素浓度与筛选平板上成功重组的菌株所占比例。琼脂稀释法测定野生型与敲除株的氯霉素最低抑菌浓度(Minimum InhibitoryConcentration,MIC)和抗性突变频率,纸片扩散法测定菌株对其他药物的敏感性,分析其对单交换筛选的影响。【结果】单基因敲除株的氯霉素MIC及氯霉素抗性突变频率高于野生型;双基因敲除株的庆大霉素抑菌圈直径小于野生型。单基因敲除时,单交换重组菌株的占比为100%(20/20);在YJ016-ΔvvhA上敲除rtxA1基因,氯霉素筛选浓度为2、4μg/mL时,单交换重组菌株的占比分别为40%(8/20)、5%(1/20);在YJ016-ΔrtxA1上敲除vvhA基因,氯霉素筛选浓度为2、4μg/mL时,单交换重组菌株的占比均为0%(0/20)。【结论】基于自杀载体pDS132的基因敲除中创伤弧菌氯霉素的耐药性升高,可能影响后续单交换重组的筛选,该结果为基于自杀载体的同源重组技术应用于多基因敲除提供了参考。     

枯草芽孢杆菌胞外氨肽酶对菌体生长的作用研究

【目的】利用基因敲除技术构建突变菌株BS-AP-K来研究枯草芽孢杆菌的分泌型氨肽酶对菌体生长的作用。【方法】基于Xer/dif重组系统敲除Bacillus subtilis 168基因组中ywaD基因,研究比较野生型与BS-AP-K菌株在不同培养基中的生长情况。【结果】通过比较两菌株的生长情况,发现敲除分泌型氨肽酶会对菌体生长带来不利影响,而这种影响可以通过在培养基中添加多种游离氨基酸来弥补。【结论】研究结果表明胞外氨肽酶通过酶切外源蛋白质以及多肽来为细胞生长提供营养所需。     

一个甲基转移酶基因lomo3在洛蒙真菌素生物合成途径中的功能

【目的】洛蒙真菌素是在洛蒙德链霉菌(Streptomyces lomondensis)中生物合成的一种具有广谱抑菌活性的吩嗪类抗生素,但其合成机理仍不清晰。在洛蒙德链霉菌S015的洛蒙真菌素生物合成核心基因簇下游,有一甲基转移酶基因——lomo3,研究该基因对洛蒙真菌素生物合成的影响。【方法】对lomo3基因进行无痕敲除得到基因缺失突变株S015Δlomo3,再过表达重组质粒构建回补突变株S015Δlomo3::lomo3,比较两株突变株与野生型S015的发酵产物的变化。【结果】发现基因缺失菌株S015Δlomo3不能合成洛蒙真菌素,而基因回补菌株S015Δlomo3::lomo3则可恢复洛蒙真菌素的合成能力。【结论】甲基转移酶基因lomo3在洛蒙真菌素生物合成过程中起着重要的作用,但该基因的具体功能还有待深入研究。研究对于阐明洛蒙真菌素的生物合成途径具有一定的指导作用。     

粟酒裂殖酵母核糖体蛋白RPL21表达不足引发细胞粘附

【目的】随机选择裂殖酵母核糖体蛋白RPL21作为研究对象,分析其表达不足对细胞的影响。【方法】通过同源臂交换的方法,敲除裂殖酵母基因组中RPL21蛋白的编码基因rpl21-1和rpl21-2,观察突变菌株rpl21-1Δ和rpl21-2Δ细胞内的核糖体合成情况以及细胞表型变化。【结果】突变菌株rpl21-1Δ和rpl21-2Δ细胞内总的rpl21(rpl21-1+rpl21-2)表达水平与野生型菌株相比分别减少了66.5%和58.7%,合成的核糖体总量较野生型菌株分别下降了62.8%和50.4%。突变菌株在YEPD液体培养基中培养时发生细胞粘附现象,而基因回补的重组菌株rpl21-1Δ/RPL21-1和rpl21-2Δ/RPL21-2突变株细胞中粘附现象消失。【结论】核糖体蛋白损伤造成核糖体合成受阻,进而引发细胞生长过程中的粘附在粟酒裂殖酵母中是普遍存在的现象。     

CD630＿27900基因缺失显著降低艰难拟梭菌自溶速率、毒力及对酸和抗生素的耐受性

艰难拟梭菌(Clostridioidesdifficile)CD630＿27900基因位于slpA-cwp66基因座上,CD630＿27900基因属于假定的Lmbe家族的酶,但基因功能尚未明确。【目的】本研究通过构建艰难拟梭菌CD630＿27900基因敲除菌株,比较野生型菌株(CD630)与突变株表型差异,探讨CD630＿27900基因对艰难拟梭菌感染的影响。【方法】用非等长同源臂偶联等位交换(allele-coupled exchange, ACE)构建CD630＿27900基因缺失菌株与回补菌株。比较它们在生长曲线、自溶素(cwp19,Acd)基因表达、细胞毒力、主要毒素基因表达、抗生素及pH敏感性差异,以研究CD630＿27900基因的功能。【结果】成功构建△CD630＿27900突变菌株和::CD630＿27900回补菌株。菌株△CD630＿27900在衰亡期自溶速率显著低于菌株CD630,::CD630＿27900自溶速率恢复。实时荧光定量聚合酶链反应(real-timefluorescencequantitative polymerasechainreaction,RT-q...     

洛蒙德链霉菌S015中cutR/cutS双组分调控系统对洛蒙真菌素合成的调控

【背景】cutR/cutS双组分调控系统在链霉菌次级代谢过程中起重要作用。【目的】通过同源重组的方法在野生型S015菌株中分别敲除cutR和cutS,构建单基因缺失突变株,研究cutR/cutS双组分调控系统对洛蒙真菌素合成的调控。【方法】对突变株及野生型菌株的发酵产物进行高效液相色谱法(Highperformanceliquidchromatography,HPLC)分析,通过qPCR测定基因表达量的变化。【结果】HPLC产物分析发现,S015Δcut R和S015Δcut S中洛蒙真菌素产量分别达到了128.1±26.4 mg/L和61.8±4.5 mg/L,分别为野生型S015产量的11.5倍和5.5倍。qPCR检测发现,S015ΔcutR突变株中lomo14、lomo10、lphzB、lphzC、lphzE和lphzG的表达量分别达到野生型的1 151.7±88.8、110.5±5.8、129.3±7.7、380.2±34.6、348.2±42.1和299.8±38.2倍;S015ΔcutS突变株中lomo14、lomo10、lphzB、lphzC、lphzE和lphzG的表达量分别达到野生型的4.3±0.5、2.2±0.2、9.3±0.9、10.3±0.6、20.7±1.5和20.4±0.8倍。【结论】cutR/cutS双组分调控系统在洛蒙德链霉菌的洛蒙真菌素合成过程中对其合成途径核心基因和侧链修饰基因的表达有抑制作用,从而抑制其合成。     

地中海富盐菌中phaB基因的鉴定及PHBV前体供应途径的分析

【目的】进一步揭示地中海富盐菌(Haloferax mediterranei)中聚羟基丁酸羟基戊酸酯[poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate),PHBV]前体供应的途径并鉴定其中的关键基因。【方法】将细菌及其他古菌中已鉴定的与聚羟基脂肪酸酯前体(3-羟基脂酰-CoA)供应相关的酶与地中海富盐菌预测的全蛋白质组进行同源性比对,得到相似性比较高的5个基因,分别命名为:phaB1,phaB2,phaJ1,phaJ2和phaJ3。首先利用RT-PCR检测了5个基因在产PHBV的条件下的转录情况。然后利用同源重组双交换的方法,将5个基因分别或组合敲除,得到突变株:ΔphaB1,ΔphaB2,ΔphaJ1,ΔphaJ2,ΔphaJ3,ΔphaB1phaB2,ΔphaJ1phaJ2和ΔphaJ1phaJ2phaJ3。并在突变株ΔphaB1phaB2中分别互补phaB1和phaB2基因。【结果】无论是将3个phaJ基因单独敲除,还是组合敲除,对地中海富盐菌PHBV的积累都没有明显影响。单独敲除phaB1基因对PHBV的积累没有明显影响,单独敲除phaB2基因导致突变株PHBV产量明显下降,而且3-HV单体组分所占的摩尔比例也有所下降。将phaB1和phaB2基因同时敲除后,得到的突变株不再产生PHBV。【结论】在地中海富盐菌中可能主要存在由乙酰-CoA和丙酰-CoA提供PHBV前体的途径,其中编码乙酰乙酰-CoA还原酶的两个基因即为phaB1和phaB2。     

致病菌烟曲霉新基因Afu4g13170生孢致毒相关性初步研究

【目的】对烟曲霉Afu4g13170基因功能进行初步研究。【方法】利用Double-jointPCR方法和一步基因敲除技术,构建Afu4g13170基因缺失突变株。【结果】序列比对表明烟曲霉Afu4g13170蛋白与构巢曲霉Ani04163蛋白和新型隐球菌Gib2蛋白的氨基酸序列相似性为88.6%;表型分析表明基因破坏使突变株生长迟缓、梗基伸长、孢子分化能力下降,产孢推迟、产孢量减少,色素产生量降低;色谱分析显示基因缺失突变株的产毒能力下降。【结论】烟曲霉Afu4g13170基因可以作为控制曲霉致毒的一个靶位点。     

猪链球菌2型Ⅳ型分泌系统组分VirD4与毒力相关性分析

摘要:【目的】构建猪链球菌2型强毒株05ZYH33毒力岛89 K上的Ⅳ型分泌系统组分VirD4敲除突变株,初步分析其活性和毒力,为进一步研究猪链球菌2 型在逃避宿主天然免疫杀伤中的作用提供基础。【方法】以05ZYH33基因组为模板,PCR扩增VirD4基因上下游同源臂,以穿梭质粒pSET1为模板,PCR扩增氯霉素抗性基因Cm,通过重叠PCR技术搭建上述3个片段并连接至温敏载体pSET4s,构建基因敲除载体pSET4s∷VirD4;通过同源重组构建基因敲除突变株ΔVirD4;通过体外全血杀伤实验、CD1小鼠竞争感染及攻毒实验 对突变株和野生株的毒力进行比较分析。【结果】获得了基因敲除突变株ΔVirD4,通过对比发现其毒力与野生株相比有所降低。【结论】猪链球菌2型Ⅳ型分泌系统组分VirD 与其毒力相关,并在早期抵抗天然免疫细胞杀伤中发挥一定作用。     

非编码小RNA(sraB)调控肠炎型沙门菌的抗蛋清抑菌作用

【目的】肠炎型沙门菌是一种食源性人畜共患病病原菌,可在禽蛋中存活并传播。sRNA为新近发现的基因表达调控分子,本实验以sRNA(sraB)为对象,探索sRNA与肠炎型沙门菌在禽蛋中存活的相关性,及研究其在细菌抵抗蛋清抑菌作用中的调控功能。【方法】参考已报道的沙门菌全基因组及sraB序列,设计并扩增sraB突变用基因片段,运用Red重组系统(red recombination system)对肠炎沙门菌野生株(SE2472)sraB基因进行定点敲除,构建出sraB敲除株(SE2472ΔsraB)。分析比较sraB敲除对沙门菌在蛋清中存活的影响;另构建表达sraB的回复表达质粒pHDB3-sraB,将其转入sraB敲除株构建回复株SE2472ΔsraB-comp,以回复表达sraB,分析sraB表达对沙门菌敲除株的回复作用;并分别以野生株、敲除株及回复株研究sraB在抵抗蛋清中几种抑菌因子(如溶菌酶和卵转铁蛋白)作用中可能的调控作用。【结果】敲除株在蛋清中存活率为野生型的61%-70%,回复株相比野生型的存活率比敲除株提高10%-33%;在转铁蛋白抑菌实验中,孵育8h和24h,敲除株的存活率分别为野生型存活率的38%和23%,孵育8h回复株相比野生型的存活率比敲除株提高15%,但孵育24h回复株的存活率未见提高;在溶菌酶抑菌实验中,孵育8h和24h后,敲除株存活率分别为野生型的41%和27%,回复株相比野生型的存活率分别比敲除株提高35%和23%。【结论】通过比较sraB敲除与否,研究肠炎型沙门菌在禽蛋中的存活及对抑菌因子的抵抗作用,结果表明sraB在肠炎沙门菌抵抗蛋清抑菌作用中起着重要调控功能。