同源过表达BglR对嗜热毁丝霉β-葡萄糖苷酶活性的影响

目的:克隆嗜热毁丝霉(Myceliophthora thermophila ATCC42464)bglr基因,构建Mtbglr过表达载体,研究同源过表达bglr对嗜热毁丝霉β-葡萄糖苷酶活性及总纤维素酶活性的影响。方法:利用SLIC技术构建Mtbglr过表达载体;使用MtPpdc启动子及MtTpdc终止子将该基因进行同源过表达;利用原生质体转化、实时荧光定量PCR和酶活测定等技术实现bglr基因在嗜热毁丝霉中表达及酶活水平的鉴定。结果:成功构建Mtbglr过表达载体,并转化嗜热毁丝霉,结果表明,诱导培养条件下,转化子Mt8菌株的β-葡萄糖苷酶活性和胞外蛋白质浓度分别是WT菌株的1.7倍和1.9倍。结论:bglr基因对嗜热毁丝霉β-葡萄糖苷酶活性具有增强作用,为嗜热真菌β-葡萄糖苷酶基因调控奠定了理论基础。     

多靶向沉默里氏木霉碳代谢阻遏物对纤维素酶活性和表达的调控研究

【目的】构建多靶向siRNA表达载体对里氏木霉碳阻遏抑制因子CRE1、CRE2、CRE3和CRE4进行同时多靶向siRNA干扰,以研究其对里氏木霉纤维素酶基因表达的调控作用。【方法】根据此前研究筛选出沉默cre1、cre2、cre3和cre4基因的4个最佳siRNA序列,设计并构建了A多靶向表达载体,另根据cre1、cre2、cre3和cre4基因中所含有的5个共有序列设计并构建了B多靶向表达载体,将两者转化至里氏木霉QM9414。经筛选后分别在48 h和120 h对各转化子进行纤维素酶酶活力测试(CMC活力测试和滤纸酶酶活力测试)及利用qPCR检测相关基因的表达。【结果】通过RT-qPCR测定结果表明,两种表达载体均可同时抑制里氏木霉的分解代谢物阻遏基因cre1、cre2、cre3和cre4的表达,纤维素酶活力比出发菌株明显升高,多靶向抑制菌株的CMC酶活和滤纸酶活比出发菌株平均提高了1.95倍和2.66倍。纤维素酶基因cbh1和egl1的表达水平比出发菌株也有明显提升,平均提高了3.83倍和3.95倍。纤维素酶相关基因xyr1的表达水平与出发菌株相比也明显上升,平均提高了2.78倍。【结论】多靶向沉默里氏木霉的碳代谢阻遏蛋白有利于解除葡萄糖效应,提高非还原糖的利用,从而提高纤维素酶的产量,使纤维素酶的表达得到更大的提升,为里氏木霉表达纤维素酶在分解代谢物阻遏基因调控方面提供了实验依据和新的技术思路。     

里氏木霉组成型表达siRNA干扰cre1基因对纤维素酶表达的调控作用

使用组成型siRNA干扰载体对里氏木霉碳阻遏抑制因子CRE1进行siRNA干扰以研究其对里氏木霉纤维素酶基因表达的调控作用。根据里氏木霉cre1基因序列设计siRNA干扰片段。利用里氏木霉组成型表达载体将干扰片段分别构建至里氏木霉cre1干扰载体并将其转化里氏木霉QM9414。分别在48和144 h对各转化子进行纤维素酶酶活力测试(CMC酶活力测试和滤纸酶活力测试)及利用qPCR检测相关基因的表达。在诱导144 h时转化子的两种酶活力平均约比出发菌株高出1倍。qPCR检测cre1基因的表达结果表明,转化子的cre1表达量比出发菌株平均降低约50%,而ace1基因表达量变化不大。其他纤维素酶相关基因的表达水平也均高于出发菌株。通过组成型表达siRNA干扰里氏木霉cre1基因可以明显调控纤维素酶基因的表达,为研究纤维素酶的基因表达与调控提供参考。     

敲除组蛋白去乙酰化酶基因hdac对里氏木霉纤维素酶表达的调控作用

[背景]里氏木霉(Trichoderma reesei)是木霉属中产纤维素酶最具代表性的真菌之一,表观遗传调控是不涉及DNA序列变化的可遗传变化,组蛋白去乙酰化是其中一种。组蛋白去乙酰化酶(histone deacetylase,HDAC)负责脱乙酰化,敲除去乙酰化酶基因可引起菌株孢子、菌丝及纤维素酶活性等的一系列改变。[目的]通过敲除里氏木霉组蛋白去乙酰化酶基因(histone deacetylase,hdac)建立了里氏木霉hdac缺失突变株(T.reesei△hdac),以研究对纤维素酶基因表达的调控作用。[方法]利用Split-Maker技术构建了组蛋白去乙酰化酶基因敲除表达盒,并转化了里氏木霉T.reesei QM9414。经PCR及Southern blotting验证正确后,对突变体T.reesei△hdac连续7 d检测滤纸酶活(filter paper activity,AFP)、羧甲基纤维素钠酶活(carboxymethyl cellulase activity,CMCA),利用RT-qPCR检测纤维素酶及其相关基因cbh1、egl1和xyr1的表达。[结果]突变体T.reesei△hdac两种酶活力均显著高于出发菌株,分别高出8.00、30.00 IU/mL。突变体T.reesei△hdac纤维素酶及其相关基因cbh1、egl1和xyr1的转录水平分别为出发菌株T.reesei QM9414的6.50、6.01和4.51倍。[结论]里氏木霉中纤维素酶的基因表达明显受到组蛋白去乙酰化酶基因(hdac)的调控,这为研究里氏木霉表观遗传调控对纤维素酶的影响提供了新的证据。     

敲除里氏木霉hkmt基因可增强纤维素酶的酶活性和表达水平

表观遗传是不涉及DNA序列变化的可遗传变化,包括DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA调控等。在组蛋白甲基化修饰中,主要是组蛋白赖氨酸甲基转移酶（histone lysine methyltransferase,HKMT）参与调控。有文献报道,HKMT蛋白的催化核心为SET结构域,它具有促进或抑制基因表达的作用。在里氏木霉(Trichoderma reesei)中,HKMT对纤维素酶基因的表达调控的机制尚不明确。本文阐述了以里氏木霉为研究对象,利用Split-Maker技术构建了组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因敲除表达盒,并转化了里氏木霉T. reesei QM9414。经PCR及Southern印迹验证正确后,显微镜观察到T.reesei Δhkmt菌株菌丝较长,分支较多。检测到突变体菌株连续7d滤纸酶活（filter paper enzyme activity,AFP）和羧甲基纤维素钠酶活 (carboxymethyl cellulose sodium enzyme activity,CMCA)。结果分别比野生型菌株高出5.00 IU·mL^-1、15.00 IU·mL^-1。利用RT-qPCR检测到突变菌株纤维素酶及其相关基因cbh1、egl1和xyr1的表达分别高出野生型4.51、3.87和2.51倍。通过对野生型菌株和突变菌株形态特征、纤维素酶酶活性、纤维素酶相关基因表达量的探索,为进一步研究里氏木霉表观遗传调控对纤维素酶表达的影响提供了新思路和实验资料。     

敲除里氏木霉hkmt基因可增强纤维素酶的酶活性和表达水平

表观遗传是不涉及DNA序列变化的可遗传变化,包括DNA甲基化、组蛋白修饰和miRNA调控等。在组蛋白甲基化修饰中,主要是组蛋白赖氨酸甲基转移酶（histone lysine methyltransferase,HKMT）参与调控。有文献报道,HKMT蛋白的催化核心为SET结构域,它具有促进或抑制基因表达的作用。在里氏木霉(Trichoderma reesei)中,HKMT对纤维素酶基因的表达调控的机制尚不明确。本文阐述了以里氏木霉为研究对象,利用Split-Maker技术构建了组蛋白赖氨酸甲基转移酶基因敲除表达盒,并转化了里氏木霉T. reesei QM9414。经PCR及Southern印迹验证正确后,显微镜观察到T.reesei Δhkmt菌株菌丝较长,分支较多。检测到突变体菌株连续7d滤纸酶活（filter paper enzyme activity,AFP）和羧甲基纤维素钠酶活 (carboxymethyl cellulose sodium enzyme activity,CMCA)。结果分别比野生型菌株高出5.00 IU·mL^-1、15.00 IU·mL^-1。利用RT-qPCR检测到突变菌株纤维素酶及其相关基因cbh1、egl1和xyr1的表达分别高出野生型4.51、3.87和2.51倍。通过对野生型菌株和突变菌株形态特征、纤维素酶酶活性、纤维素酶相关基因表达量的探索,为进一步研究里氏木霉表观遗传调控对纤维素酶表达的影响提供了新思路和实验资料。     

里氏木霉不同糖苷水解酶基因转录水平比较分析

以前期里氏木霉RNA-seq中发现的7个糖苷水解酶基因为对象,分析其不同条件下的表达特性,以期为寻找新的纤维素降解功能酶提供证据。运用生物信息学方法,分析了7个基因可能的编码产物和结构特征。以不同的产纤维素酶菌株（QM 9414、RUT C30）为材料,采用实时荧光定量PCR,对7个糖苷水解酶基因（编号4–10）在各种碳源条件下转录情况与主要的3个纤维素酶基因cbh1,cbh2,egl1（编号1–3）进行了比较分析。信息学分析表明,7个基因编码蛋白分属于GH47（4号、5号）,GH92（6–8号）,GH16（9号）,GH31（10号）糖苷水解酶家族,具有典型的信号肽序列。cbh1,cbh2,egl1基因在纤维素酶诱导条件下,转录水平均表现显著的增加,上调倍数以QM 9414菌株表现的最高。QM 9414菌株中,cbh1,cbh2,egl1基因在纤维素条件下的上调倍数显著高于乳糖,3个基因在RUT C30菌株中的转录水平则显示乳糖条件下上调幅度更大。7个糖苷水解酶基因也存在类似的情况,而且编码α-甘露糖苷酶和内切β-葡聚糖酶的8号、9号基因上调倍数在纤维素酶诱导条件下仅次于纤维素酶基因,而以甘油为碳源条件下,8号、9号基因上调倍数高于纤维素酶基因。4号基因在上述碳源条件下,转录水平变化不大。结果表明：4号基因可能是组成型表达。基因5、6、7、8、9、10的表达呈现明显的菌株和碳源依赖性,且在纤维素酶诱导条件下基本上是和3个纤维素酶基因共转录的。     

东方肉座菌EU7-22纤维素酶基因的克隆及序列分析

东方肉座菌EU7-22与XC-9、里氏木霉、康宁木霉、黑曲霉、斜卧青霉进行产纤维素酶比较,结果表明菌株EU7-22具有较高的产纤维素酶能力及完整的纤维素酶系.根据里氏木霉和绿色木霉的外切葡聚糖酶,内切葡聚糖酶及β-葡萄糖苷酶相关基因序列,设计引物PCR扩增出菌株EU7-22 cbhⅠ、cbhⅡ、egⅠ、egⅡ及bgl Ⅰ.基因序列经NCBI Blast分析表明,cbhⅠ与绿色木霉cbh1基因(FJ871063)同源性最高达99％;cbhⅡ与康宁木霉cbh2基因(DQ504304)同源性最高达99％;eg Ⅰ与长枝木霉egl基因(GU144298)同源性最高达99％;egⅡ与绿色木霉eg2基因(EF602036)同源性最高达99％;bglⅠ与菌株Trichoderma sp.SSL bgl基因(FJ040193)同源性最高达100％.5种纤维素酶基因编码的相应氨基酸序列与其他木霉纤维素酶的氨基酸序列相似性也非常高.对上述纤维素酶基因编码的相应蛋白的分子量、等电点、N-糖基化位点、信号肽序列进行分析;对纤维素结合区及糖基水解酶家族特征结构区进行了定位;用SWISS-Model模拟了酶蛋白的三级结构.     

嗜热毛壳菌CT2纤维二糖水解酶Ⅰ在毕赤酵母中的高效表达

嗜热毛壳菌ChaetomiumthermophilumCT2可产生具有重要工业生产价值的纤维素酶类。RT-PCR扩增cbh1成熟蛋白的编码基因,利用基因重组的方法构建可在毕赤酵母分泌表达系统中表达纤维二糖水解酶的重组表达载体,并转化毕赤酵母得到重组子。在毕赤酵母醇氧化酶AOX1基因启动子的作用下,重组蛋白得到高效表达,小规模发酵量达1.42mg/mL。表达蛋白分泌到培养基中,分子量约80kD;以脱脂棉为底物测得酶活为21U/mL。表达蛋白在60℃稳定,70℃保温60分钟仍保持90%的酶活力,具有较高的热稳定性。     

里氏木霉双基因同步缺失菌株的构建与甘露聚糖酶表达研究

在里氏木霉中建立了一个快速的双基因位点同步同源重组新方法,较好解决了里氏木霉基因逐个敲除周期长等问题。研究以里氏木霉自身甘露聚糖酶基因（man5A）为重组表达的报告基因,通过一步转化,将该基因定点整合入纤维二糖水解酶Ⅰ（cbh1）基因位点,同时缺失主要的两个纤维素酶基因（cbh1、cbh2）,得到重组工程菌Man12。将重组工程菌Man12与出发菌株Tu6Δku70进行摇瓶发酵,结果显示,重组菌株的甘露聚糖酶产量比出发菌株提高10倍,而纤维素酶产量降低了60%,胞外总蛋白分泌水平降低了40%。Real-time PCR检测甘露聚糖酶基因（man5A）的转录水平,发现重组菌株较出发菌株提高了25倍。在里氏木霉中首次报道了通过一步转化实现两个基因同步定点整合的方法,对利用基因工程手段构建高效表达重组蛋白的里氏木霉工程菌株具有一定的指导意义。     

High frequency one-step gene replacement in Trichoderma reesei. II. Effects of deletions of individual cellulase genes

Four cellulase genes of Trichoderma reesei, cbh1, cbh2, egl1 and egl2, have been replaced by the amdS marker gene. When linear DNA fragments and flanking regions of the corresponding cellulase locus of more than 1 kb were used, the replacement frequencies were high, ranging from 32 to 52%. Deletion of the major cellobiohydrolase 1 gene led to a 2-fold increase in the production of cellobiohydrolase II; however, replacement of the cbh2 gene did not affect the final cellulase levels and deletion of egl1 or egl2, slightly increased production of both cellobiohydrolases. Based on our results, endoglucanase II accounts for most of the endoglucanase activity produced by the hypercellulolytic host strain. Furthermore, loss of the egl2, gene causes a significant drop in the filter paper-hydrolysing activity, indicating that endoglucanase II has an important role in the total hydrolysis of cellulose.     

High frequency one-step gene replacement in Trichoderma reesei. I. Endoglucanase I overproduction

The chromosomal cellobiohydrolase 1 locus (cbh1) of the biotechnologically important filamentous fungus Trichoderma reesei was replaced in a single-step procedure by an expression cassette containing an endoglucanase I cDNA (egl1) under control of the cbh1 promoter. CBHI protein was missing from 37–63% of the transformants, showing that targeting of the linear expression cassette to the cbh1 locus was efficient. Studies of expression of the intact cbh1-egl1 cassette at the cbh1 locus revealed that egl1 cDNA is expressed from the cbh1 promoter as efficiently as cbh1 itself. Furthermore, a strain carrying two copies of the cbh1-egl1 expression cassette produced twice as much EG I as the amount of CBHI, the major cellulase protein, produced by the host strain. The level of egl1-specific mRNA in the single-copy transformant was about 10-fold higher than that found in the non transformed host strain, indicating that the cbh1 promoter is about 10 times stronger than the egl1 promoter. The 10-fold increase in the secreted EG I protein, measured with an enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), correlated well with the increase in egl1-specific mRNA.     

普鲁兰酶在需钠弧菌中的分泌表达与发酵优化

普鲁兰酶是一种淀粉脱支酶,因其分子量较大,胞外分泌表达难度较高。需钠弧菌(Vibrionatriegens)是一种新型的蛋白表达宿主,拥有高效的蛋白合成效率。本研究使用基因组整合T7 RNA聚合酶表达框的V.natriegens VnDX为宿主,构建了产全长普鲁兰酶PulA及其截短突变体PulN2的重组需钠弧菌,分析了信号肽、发酵温度、诱导剂浓度、甘氨酸浓度及发酵时间等条件对产酶的影响,并且对比了2种普鲁兰酶在V.natriegens VnDX与大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中的胞外产酶能力。研究结果显示,普鲁兰酶PulA和PulN2在V.natriegens VnDX中的胞外酶活为61.6 U/mL和64.3 U/mL,分别为E.coli BL21(DE3)最大酶活力的110%和62%。上述结果表明V.natriegens VnDX可以分泌表达大分子量的全长普鲁兰酶PulA,本研究可为其他大分子量蛋白在V.natriegens VnDX中的分泌表达提供参考和借鉴。     

AsSlt2基因对茄链格孢细胞壁完整性的调控

【背景】由茄链格孢(Alternaria solani)引起的马铃薯早疫病被普遍认为是马铃薯生产上的第二大叶部病害,在马铃薯各产区普遍发生,给马铃薯生产造成了巨大的经济损失。【目的】明确AsSlt2基因对茄链格孢细胞壁完整性的影响。【方法】在含有刚果红、细胞壁降解酶和十二烷基硫酸钠(sodiumdodecylsulfate,SDS)等细胞壁胁迫的培养基上观察ΔAsSlt2缺失突变株的生长情况,计算相对生长抑制率;通过实时荧光定量PCR (RT-qPCR)方法检测ΔAsSlt2菌株中细胞壁合成相关基因的表达情况;进一步检测ΔAsSlt2细胞壁中几丁质的含量及胞外酶活性。【结果】ΔAsSlt2缺失突变株对SDS、刚果红、细胞壁降解酶等细胞壁胁迫的敏感性增强,在加入细胞壁降解酶后突变株原生质体释放量显著增多;ΔAsSlt2对外源氧胁迫更敏感,突变株胞外过氧化物酶和漆酶活性均显著降低;进一步研究发现,ΔAsSlt2细胞壁中几丁质含量减少,几丁质合成相关基因与漆酶合成相关基因的表达量均明显降低。【结论】AsSlt2基因在茄链格孢细胞壁的完整性及抵御外界胁迫方面发挥重要作用。     

Mutants of the white-rot fungus Sporotrichum pulverulentum with increased cellulase and β- -glucosidase production

This paper reports the isolation of mutants of the white-rot fungus Sporotrichum pulverulentum and the results of a survey of enzymic activity among these mutants. The strains were screened for extracellular cellulase [see 1,4-(1,3;1,4)-β- -glucan 4-glucanohydrolase, EC 3.2.1.4] and β- -glucosidase (β- -glucoside glucohydrolase, EC 3.2.1.21) production in shake flask experiments. Apart from strain 63-2, strains 6, 63, 9, L5, E-1 and UV-18 showed equal or higher endo-1,4-β- -glucanase (cellulase), filter paper-degrading and β- -glucosidase activities than S. pulverulentum. The cellulase activity obtained, measured as filter paper activity, was comparable to that reported for Trichoderma reesei QM9414. However, the β- -glucosidase activity was about six times higher than for the QM9414 strain. The pH and temperature-activity profiles of crude β- -glucosidase preparations from the various strains were determined and were found to be identical. The thermal stability at pH 4.5 and 40°C was 5 days for all these preparations.     

碱性蛋白酶SubC在枯草芽孢杆菌中的高效异源表达

【背景】碱性蛋白酶是工业用酶中占比最大的酶类,广泛应用于清洁、食品、医疗等行业。近期研究发现碱性蛋白酶在生产生物活性肽方面有巨大潜力,这将进一步拓宽其在保健食品领域中的应用。【目的】利用枯草芽孢杆菌异源表达地衣芽孢杆菌来源的碱性蛋白酶SubC。【方法】通过筛选3种枯草芽孢杆菌宿主菌株(Bacillus subtilis 1A751、MA07、MA08)和6种信号肽(AmyE、AprE、NprE、Pel、YddT、YoqM),同时优化诱导剂浓度、发酵培养基和发酵时长,最终得到最优重组菌株MA08-AmyE-subCopt。【结果】重组菌株MA08-AmyE-subCopt的胞外酶活力为3.33×103 AU/mL,胞外蛋白分泌量为胞内可溶蛋白表达量的4倍,与携带野生型信号肽的对照组菌株WT相比,酶活提高了73.4%。【结论】异源碱性蛋白酶SubC在枯草芽孢杆菌中成功表达,为碱性蛋白酶SubC的表达和在保健食品领域的工业化应用提供了理论基础。     

转GhB301基因烟草的防御酶活性及抗病相关基因表达分析

为了明确棉花ERF-B3亚族转录因子基因GhB301在烟草异位表达后(抗枯萎病中)的功能,该研究以过表达GhB301基因烟草和野生型烟草为材料,采用枯萎病菌孢子悬浮液接菌方法,分析病原菌侵染前后防御酶活性变化以及防卫相关基因的表达变化与抗病性的关系。结果显示:(1)棉花枯萎病菌处理15d后,2个转基因株系烟草叶片黄化程度与野生型相比较轻。(2)棉花枯萎病菌处理后,过表达GhB301转基因烟草和野生型烟草叶片过氧化物酶(POD)、苯丙氨酸解氨酶(PAL)、多酚氧化酶(PPO)的活性较未接菌对照显著提高,并且酶活峰值出现均早于野生型材料;转基因材料叶片的POD、PAL、PPO活性均在处理3d后达到峰值,而野生型材料叶片的POD、PAL活性在处理5d后才达到峰值。(3)接种棉花枯萎病菌后活性氧相关基因、乙烯(ET)/茉莉酸(JA)途径相关基因、病程相关基因的表达量在转基因株系OE1和OE2中均受到明显影响。研究推测,GhB301在烟草中的异位表达激活了防卫相关基因的表达,提高了防御酶的活性,从而增强了烟草对枯萎病菌的抗性。