枯草芽孢杆菌L-脯氨酸合成途径中glnA、proB、proA基因功能探究

【目的】从基因水平探究枯草芽孢杆菌渗透压调节因子L-脯氨酸合成途径中glnA、proB、proA基因的功能,通过分子改造实现对代谢途径的人工扰动。【方法】从枯草芽孢杆菌WB600出发,通过向胞内引入一系列基因敲除或过表达,分别构建了proB和proA基因过表达的重组菌WB601和WB602、glnA基因缺失的重组菌WB603以及在此基础之上过表达proB基因的重组菌WB604。借助菌株胞外和胞内游离脯氨酸积累的表型分析影响途径的关键节点。【结果】在非胁迫条件下,重组菌WB601和WB602胞外脯氨酸含量分别是原始菌的2.21倍和2.82倍,单位细胞胞外脯氨酸得率分别是原始菌的4.09倍和9.80倍,胞内游离脯氨酸含量分别是原始菌的1.91倍和3.34倍;重组菌WB603胞外脯氨酸含量上升至1221.43 mg/L,是原始菌的6.28倍,单位细胞胞外和胞内游离脯氨酸得率分别为原始菌的9.13倍和3.66倍;而重组菌WB604胞外脯氨酸含量最高达1391.65 mg/L,相比菌株WB603,其胞外脯氨酸含量及单位细胞得率分别提高了13.94%和14.10%,且胞内游离脯氨酸含量提高了32.60%。在5%Na Cl胁迫条件下,重组菌WB601和WB602的胞外脯氨酸含量分别是原始菌的1.94倍和1.54倍,单位细胞胞外脯氨酸得率分别是原始菌的2.15倍和2.19倍;重组菌WB603胞外脯氨酸含量及其单位细胞得率分别是原始菌的4.16倍和7.29倍;相同条件下,相比于重组菌WB603,重组菌WB604的胞外脯氨酸含量及其单位细胞得率分别提高了32.61%和5.54%。此外,实验组菌株的胞内游离脯氨酸含量均高于非胁迫时,并达到相对平衡状态。【结论】proB和proA基因的过表达均能显著提升细胞合成脯氨酸的能力,并且能增强细胞的耐盐性;glnA基因的缺失能增强脯氨酸合成途径,提高脯氨酸的积累;两种效应的正向叠加可进一步提升细胞脯氨酸合成能力。     

枯草芽孢杆菌B53产聚γ-谷氨酸的絮凝特性

枯草芽孢杆菌B53产聚γ-谷氨酸(γ-PGA)对高岭土、Ca(OH)2、Mg(OH)2表现出较强的絮凝活性,采用0.6 g/L的γ-PGA溶液对高岭土的絮凝活性可达到90%以上。K 、Fe2 、Mg2 及Ca2 具有明显的促絮凝作用,而Al3 、Fe3 则起削弱作用。CaCl2浓度超过2 g/L及介质溶液维持pH值中性都有利于γ-PGA提高絮凝活性。     

添加物对枯草芽胞杆菌γ-聚谷氨酸合成代谢的影响

在枯草芽孢杆菌HCUL-B115代谢网络和发酵特性研究的基础上,通过添加适量的氨基酸、有机酸和维生素对聚γ谷氨酸(γPGA)发酵进行合成代谢进行研究。结果发现,大部分添加物对聚γ谷氨酸的积累都有一定的影响,特别是L谷氨酸、L苯丙氨酸、L精氨酸、L天冬氨酸、L缬氨酸、延胡索酸、草酸、丙二酸、烟酸、维生素B6和抗坏血酸等添加物对菌株HCUL-B115合成聚γ谷氨酸有明显促进作用,添加后产率比不添加任何物质提高20%左右。从代谢层面上分析,这些添加物除了促进菌体自身生长之外,同时防止了菌体对各添加物的过量合成,强化了菌株HCUL-B115合成聚γ谷氨酸的代谢途径。     

枯草芽孢杆菌基因修饰生产核黄素

【目的】研究枯草芽孢杆菌核黄素合成途径、木糖代谢相关基因修饰对核黄素合成的影响。【方法】单独过表达或共同过表达核黄素操纵子中的基因、过表达木糖代谢相关基因构建相应的重组菌株。通过测定和比较重组菌株摇瓶发酵的核黄素产量和生物量,表征各个基因修饰的效应。采用摇瓶和5 L罐发酵,考察木糖作为主要碳源以及木糖与蔗糖共代谢对核黄素发酵的影响。【结果】ribA基因单独过表达,使核黄素产量提高99%,但生物量降低30%,出现细胞自溶现象。ribA-ribH基因共表达,使核黄素产量提高280%,并且无细胞自溶和生物量下降现象。1.5%蔗糖与6.5%木糖作为碳源,5 L发酵罐发酵70 h,核黄素产量达到3.6 g/L,与8%蔗糖为碳源的发酵相比,核黄素产量提高80%。木糖代谢相关基因过表达,均明显降低核黄素产量。【结论】与ribA基因单独过表达相比,ribA-ribH基因共表达可有效避免细胞自溶现象,并能进一步提高核黄素产量。蔗糖与木糖共代谢,能够改善前体物供给,有利于提高核黄素产量。     

枯草芽孢杆菌bgIS基因在酵母染色体上整合

将枯草杆菌β－１,３－１,４－葡聚糖酶基因（ｂｇＩＳ）２．７ｋｂＥｃｏＲＩ片段和酵母染色体ｒＤＮＡ片段克隆到整合型不含酵母自主复制序列（Ａｕｔｏｎｏｍｕｓｌｙ ｒｅｐｌｉｃａｔｉｎｇ ｓｅｑｕｅｎｃｅ）的大肠杆菌／酵母菌穿梭质粒ＹＩＰ５上,构建成ＹＩＰ５－ｂｇＩＳ－ｒＤＮＡ的杂种质粒ＰＣＺＨ,转化Ｓ．ｃｅｒｅｖｉｓｉａｅ并得到表达。稳定性测定表明,Ｙ３３（ＰＣＺＨ１０１）和Ｙ３３（ＰＣＺＨ１０４）     

聚γ-谷氨酸生产菌地衣芽孢杆菌的He-Ne激光辐射效应

应用He Ne激光对聚γ 谷氨酸生产菌地衣芽孢杆菌BacilluslicheniformisATCC9945A进行辐射处理。研究了不同剂量激光辐射对菌体生长的影响 ,0 .48mw·cm-2 、15min的剂量利于菌体的诱变。 2种激光辐射方式中 ,“生理盐水菌悬液”辐射方式诱变效果较好。延滞期的菌体细胞对激光辐射最敏感 ,随着菌体培养进程 ,其激光辐射抗性逐渐增强。另外 ,发现菌体的芽孢对激光辐射不敏感。经聚γ 谷氨酸发酵试验和菌体扫描电镜观察 ,发现He Ne激光对地衣芽孢杆菌具有明显的生物刺激效应和诱变作用 ,并初步筛选到产聚γ 谷氨酸含量有较大变化的辐射变异菌株 ;同时 ,通过对变异菌株的细胞外、胞周间、细胞内三位区的PGA、RNA、DNA分析和发酵过程检测 ,进一步证实了He Ne激光对聚γ 谷氨酸生产菌地衣芽孢杆菌的诱变作用。     

枯草芽孢杆菌感受态研究新进展

在枯草芽孢杆菌中,感受态的形成受到一种二元信号转导系统的调节,这种系统对胞外的感受态信息素浓度作出感应而激活晚期感受态基因的表达。各种晚期感受态蛋白分别负责外源DNA的吸附、吸收和内源化,它们共同构成了DNA的运输系统。初步探讨了枯草芽孢杆菌感受态调节在细胞生长和进化中的意义。     

响应面法优化枯草芽孢杆菌产γ-PGA的条件

对枯草芽孢杆菌液体发酵产γ-聚谷氨酸[γ-poly（glutamic acid）,γ-PGA]条件进行了优化。首先采用单因子实验筛选出最适碳源为玉米糖化液,氮源为蛋白胨和谷氨酸钠,无机盐为KH2PO4,MgCl,MnCl2和NaCl。在此基础上,利用Plackett-Burman设计对影响产量的12个因素进行评价,筛选出具有显著效应的因素蛋白胨、谷氨酸钠和NaCl。用最陡爬坡路径逼近最大产γ-PGA区域后,利用响应面中心组合设计对显著因素进行优化,得出蛋白胨、谷氨酸钠和NaCl的最佳质量分数分别为0.54%,8.13%和0.96%。优化后液体发酵液γ-PGA产量提高到29.00 g/L,比初始γ-PGA产量14.10 g/L提高了2倍。     

地衣芽孢杆菌α—淀粉酶基因在枯草芽孢杆菌中的诱导表达

采用PCR技术扩增了sacB基因的启动子-信号序列,并将扩增的序列重组进含地衣芽孢杆菌α-淀粉酶基因的质粒载体上构建了含α-淀粉酶基因的分泌型表达载体pSA60。将pSA60转化枯草芽孢杆菌QB1098后,α-淀粉酶基因在sacB基因启动子-信号序列的调控和蔗糖的诱导下获得表达,表达产物分泌至胞外。     

茄科劳尔氏菌复合体毒力基因及调控网络最新研究进展

植物青枯病是一种能造成巨大经济损失的土传病害,其病原茄科劳尔氏菌复合体(Ralstonia solanacearum species complex,RSSC)能通过复杂的毒力调控网络将毒力因子合成并分泌到植物细胞胞质间或细胞质内,从而引起寄主植物发病。本文详细分析了RSSC主要的毒力基因及调控网络,包括其运动性(鞭毛,菌毛)、细菌分泌系统(T2SS、T3SS以及T6SS)、毒力调控系统(Phc、Prh、Vsr、Peh、Sol)、毒力因子(CWDEs、T3Es、EPS)、群体信号因子AHL及植物激素,总结了近年来最新的研究进展并绘制了相关网络调控模式图,以期为进一步研究RSSC的致病机理及防控研究提供参考。     

解淀粉芽胞杆菌HZ-12中ysnE参与吲哚-3-乙酸合成的代谢途径研究

【目的】吲哚-3-乙酸是调控植物生长发育和生理活动的重要激素,吲哚-3-乙酸N-乙酰转移酶YsnE在吲哚-3-乙酸合成中发挥重要作用,本研究拟解析解淀粉芽胞杆菌中YsnE参与吲哚-3-乙酸合成的代谢途径。【方法】通过基因ysnE缺失和强化表达,分析ysnE对吲哚-3-乙酸合成影响,结合吲哚-3-乙酸合成中间物(吲哚丙酮酸、吲哚乙酰胺、色胺和吲哚乙腈)添加和体外酶转化实验,解析ysnE参与吲哚-3-乙酸合成的代谢途径。【结果】明确了YsnE在解淀粉芽胞杆菌HZ-12吲哚-3-乙酸合成中发挥重要作用。发现ysnE缺失菌株中的吲哚丙酮酸、吲哚乙酰胺和吲哚乙腈利用显著降低,揭示了YsnE主要发挥吲哚丙酮酸脱羧酶YclB和吲哚乙酰胺水解酶/腈水解酶/腈水合酶YhcX的功能,并通过参与吲哚丙酮酸、吲哚乙酰胺和吲哚乙腈途径来影响吲哚-3-乙酸合成。【结论】初步揭示了YsnE通过影响吲哚丙酮酸、吲哚乙酰胺和吲哚乙腈途径参与吲哚-3-乙酸合成的代谢机理,为吲哚-3-乙酸合成途径解析和代谢工程育种构建吲哚-3-乙酸高产菌株奠定了基础。     

Genetic mapping of regulatory mutations of Bacillus subtilis riboflavin operon

Summary Seven mutations leading to riboflavin overproduction inBacillus subtilis were found to be linked to the markerdnaF133 (145° on theB. subtilis genetic map) by transformation. Cotransfer indexes (42.5%–61.7%) suggest that theribC mutations are alleles of the same locus. Results of transduction and transformation crosses suggest the following order of markers:pyrD26 –ts-6 –dnaF133 –ribC –recA1.     

枯草芽胞杆菌降解毒死蜱特性研究

研究生物量、pH、毒死蜱浓度和温度对枯草芽胞杆菌3374菌株(编号为GU086422)在水溶液中降解毒死蜱特性,考察该菌株对白菜上毒死蜱残留的降解特性。结果表明,在毒死蜱质量浓度为240 mg/L、pH7.0、温度30℃的适宜条件下,枯草芽胞杆菌3374菌株对毒死蜱的降解率达到92.48%。该菌株能够有效提高白菜叶面上毒死蜱残留的降解速度,表明其在白菜上具有有效降解毒死蜱的能力,在无公害农产品生产中具有广阔的应用潜力。     

Subspecies-specific distribution of intervening sequences in the Bacillus subtilis prophage ribonucleotide reductase genes

A collection of 212 gram-positive bacilli isolated from natural habitats was screened for the presence of intervening sequences (introns and intein-coding sequences) in the SPbeta prophage-related ribonucleotide reductase genes bnrdE and bnrdF. Three novel configurations were identified on the basis of the presence of (i) intervening sequences in bnrdE and bnrdF, and (ii) an ORF in the bnrdE-bnrdF spacer. Analysis of the cell wall genetic determinants as well as of the incorporation of radio-labelled glycerol into cell wall allowed newly and previously identified B. subtilis strains with different configurations of bnrdE/bnrdF intervening sequences to be assigned to one of two subspecies. Strains apparently belonging to the subsp. subtilis contain three intervening sequences many of which are associated with the putative homing endonuclease activity. Strains of the subsp. spizizenii contain only one or two ORF-less group I introns. Introns occupying bnrdF are confined to the subspecies subtilis.     

枯草芽孢杆菌中高效响应N-乙酰神经氨酸生物传感器的构建

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是公认的食品安全菌株,目前已被用于多种高附加值产品的生物合成,包括被广泛用作营养化学品和药物中间体的N-乙酰神经氨酸(N-acetylneuraminic acid, NeuAc)。响应目标产物的生物传感器被广泛用于代谢工程中的动态调控和高通量筛选等方面,以提高生物合成效率。但是,枯草芽孢杆菌中缺乏可高效响应NeuAc的生物传感器。因此,本文首先测试和优化了能将胞外NeuAc转运进胞内的转运蛋白,获得了一系列具有不同转运能力的菌株,以用于后续响应NeuAc的生物传感器的验证;随后将响应NeuAc的转录因子Bbr_NanR的结合位点插入枯草芽孢杆菌组成型启动子的不同位置,筛选具有活性的杂合启动子;接下来,通过在具有NeuAc转运能力的枯草芽孢杆菌中表达Bbr_NanR,选择能响应NeuAc的杂合启动子,并进一步通过优化Bbr_NanR表达量获得了一系列动态范围广、激活倍数高的生物传感器,其中生物传感器P535-N2能灵敏地响应胞内NeuAc浓度的变化,具有最大的动态范围,为(180–20 245) AU/OD;P566-N2则具有最高的激活倍数,为122倍,是已报道的枯草芽孢杆菌中响应N-乙酰神经氨酸的生物传感器的2倍。本文构建的响应NeuAc的生物传感器可用于高产NeuAc的酶突变体和枯草芽孢杆菌菌株的筛选,为枯草芽孢杆菌生物合成NeuAc提供了高效、灵敏的分析和调控工具。     

Molecular cloning of Bacillus subtilis genes involved in DNA metabolism

Summary Different clones carrying a chromosomal DNA fragment able to transform Bacillus subtilis mutants dnaA13, dnaB19, dnaG5, recG40 and polA42 to a wild-type phenotype were isolated from a library constructed in plasmid pJH101. A recombinant clone carrying a chromosomal fragment able to transform dnaC mutants was obtained from a Charon 4A library. A restriction map of the cloned DNA fragments was constructed. The 11.3 kb cloned DNA fragment of plasmid pMP60-13 containing the wild-type sequence of dnaG5 was shown to transform a recF33 mutant as well.     

Extracellular production of human cystatin S and cystatin SA by Bacillus subtilis

We herein describe the development of a Bacillus subtilis system that can be used to produce large quantities of recombinant (r-) human salivary cystatins, a cysteine protease inhibitor of family 2 in the cystatin superfamily. The B. subtilis that lacked the alkaline protease E gene (DeltaaprE type mutant strain) was prepared by homologous recombination. The cDNA fragments coding for mature cystatins (S and SA) were ligated in frame to the DNA segment for the signal peptide of endoglucanase in the pHSP-US plasmid vector that was then use to transform the DeltaaprE type mutant strain of B. subtilis. The transformants carrying the expression vectors were cultivated in 5-L jar fermenters for 3 days at 30 degrees C. Both r-cystatin S and r-cystatin SA were successfully expressed and secreted into the culture broth, and were purified using a fast performance liquid chromatography system. The first use of DeltaaprE type mutant strain of B. subtilis made it possible to obtain a high yield of secreted protein, which makes this system an improvement over expression in Escherichia coli. We conclude that this system has high utility for expression of commercial quantities of secreted proteins.