杜氏盐藻基因工程研究现状及应用前景

杜氏盐藻(简称盐藻)作为一种新型生物反应器,成为藻类基因工程的研究热点之一.利用基因工程手段对盐藻进行遗传重组改造以生产外源性物质是目前研究的重要领域.从盐藻相关基因的克隆、cDNA文库的建立、基因组文库的构建、筛选标记的确立和外源基因的表达等五个方面概述了国内外盐藻基因工程的研究进展,并对基因工程技术在盐藻深入研究中的应用作了前景展望.     

杜氏盐藻（Dunaliella salina）基因工程的研究现状及应用前景

杜氏盐藻（简称盐藻）作为新型的生物反应器,成为藻类基因工程的研究热点之一。利用基因工程手段对盐藻进行遗传改造以生产外源物质是目前研究的重要领域。本文从盐藻相关基因的克隆、cDNA文库的建立、基因组文库的构建、筛选标记的确立和外源基因的表达等五个方面全面概述了国内外盐藻基因工程的研究进展,特别是对最新的研究结果进行了综述,并对基因工程技术在盐藻深入研究中的应用做了前景展望。     

杜氏盐藻两种碳酸酐酶基因启动子的克隆和功能研究

将克隆得到的杜氏盐藻DCA7和CA基因的启动子区与bar基因和NOS polyA终止子片段融合,分别构建成pMDDC-B和pMDC-B转基因杜氏盐藻表达载体。用基因枪法将两种表达载体转化人杜氏盐藻细胞,通过除草剂草丁膦筛选培养获得转化藻株,对转化藻株进行分析。对转化杜氏盐藻藻株的筛选培养结果表明：pMDDC-B和pMDC-B载体中的外源bar基因能在杜氏盐藻细胞中稳定或瞬时表达。同时在氦气压力为690kPa条件下,微弹轰击2次比微弹轰击1次或3次的效果更好。对pMDDC-B转化杜氏盐藻得到的稳定表达的转化藻株进行的PCR和Southern印迹分析的结果表明：外源的bar基因确已整合到杜氏盐藻基因组中。Northern印迹分析表明：DCA7基因启动子驱动bar基因在杜氏盐藻细胞中的表达效率受氯化钠浓度梯度调控。推测首次克隆得到的DCA7基因启动子可能是一种活性高、安全性好的高渗诱导性启动子;杜氏盐藻DCA7和CA基因启动子区的GT高度重复序列,可能与杜氏盐藻高度耐盐的分子机制有关。     

杜氏盐藻光系统Ⅰ反应中心psaB基因cDNA克隆及系统进化分析

杜氏盐藻是一种抗逆性很强的单细胞真核绿藻,能在010525mol/L 的盐水中生长,繁殖1。杜氏盐藻的突出优点在于培养条件简单,光合自养,抗逆性极佳,这些特性为利用其进行实验提供了便利。本研究通过比较现有已知物种的psaB 基因的氨基酸序列,利用 psaB 基因的氨基酸高度保守序列设计一对简并引物,采用 RT2PCR 从杜氏盐藻中克隆了psaB cDNA 片段,为进一步研究杜氏盐藻A2 亚基的结构与功能以及它的光合机理打下基础,同时通过 psaB 基因的进化分析可以更加深刻地了解杜氏盐藻与其他高等植物以及真核藻类之间的亲缘关系.       

杜氏盐藻寡糖基转移酶亚基STT3a功能结构域的克隆与表达分析

为了研究STT3a基因在杜氏盐藻耐盐及鞭毛再生方面的作用,根据衣藻、拟南芥等STT3a蛋白的氨基酸高度保守序列VCVFTA、DVDYVL设计一对简并引物,采用RT-PCR及3'RACE的方法扩增杜氏盐藻STT3a蛋白功能结构域的cDNA序列。序列分析显示克隆的cDNA全长1650bp,具有一定保守性,与衣藻、拟南芥和人的相似性分别为48%、50%和46%。实时荧光定量PCR结果显示杜氏盐藻STT3amRNA水平随着盐浓度的升高而逐渐增加,其水平在3.5mol/LNaCl浓度时比在1.5mol/LNaCl浓度时升高了11倍(P0.01)。另外,与没有脱鞭毛的杜氏盐藻相比,STT3amRNA在鞭毛再生过程中持续高表达。本研究显示杜氏盐藻STT3a基因的高表达可以增强其盐适应和鞭毛再生能力。     

SOEing 法构建EGFP真核表达载体及其在杜氏盐藻中的表达

通过重叠区扩增基因拼接法（Gene splicing by overlap extension,SOEing）构建含有杜氏盐藻（Dunaliella salina）硝酸盐还原酶（NR）基因5′-上游序列（Pnr）and 3′-端序列（Tnr）的EGFP真核表达载体,并将其转化杜氏盐藻。利用改进的SOEing法,将杜氏盐藻NR基因Pnr与报告基因EGFP cDNA融合,并与pEGM-7zf克隆载体连接,顺序将盐藻NR基因Tnr序列与融合片段相连,构建含Pnr-EGFP-Tnr表达盒的盐藻真核表达载体p7NET。电击法转化杜氏盐藻,在盐藻转化株中观察到了EGFP的瞬时表达。此研究为转基因杜氏盐藻研究和成功建立杜氏盐藻生物反应器奠定了实验基础。     

不同盐度胁迫下杜氏盐藻全转录组测序及注释

【目的】通过对杜氏盐藻的转录组进行测序和基因功能分析,阐明不同浓度盐胁迫对杜氏盐藻生长发育以及不同信号途径的影响。【方法】分别获取9%NaCl浓度和24%NaCl浓度培养下的杜氏盐藻转录组并通过Illumina平台进行测序。将所得的序列进行拼接、去冗余处理。【结果】获得40682个unigenes,其中注释到NR数据库的10905个,注释到NT数据库的2768个,注释到SWISS-PROT数据库的7261个,注释到COG/KOG数据库的6499个。受到高盐胁迫的杜氏盐藻细胞相比低盐环境下,有717个基因表达上调,1012个基因表达下调。进一步对60个显著差异基因进行了功能聚类,发现盐胁迫诱导了光合作用途径的基因表达。【结论】杜氏盐藻通过提高光合作用基因表达增强耐盐性。该研究最大范围上挖掘了杜氏盐藻在高盐和低盐环境的基因转录水平,为深入揭示杜氏盐藻盐胁迫下基因差异表达提供了平台,并为进一步研究杜氏盐藻耐盐机理提供理论依据。     

外源ble基因在杜氏盐藻中的瞬时表达

利用电击法将带有ble基因的pSP124S转入杜氏盐藻细胞内进行瞬时表达．研究了外源基因在盐藻内的存留及表达情况,确定了合适的电击转化条件,发现利用电击法可以使大量的质粒导入盐藻细胞,质粒在细胞中逐渐降解但至少96h内可以检测得到。外源启动子能够使ble基因有效转录,转录至少可以持续72h,ble基因能够在盐藻细胞中正确翻译,可以作为盐藻遗传转化研究的筛选标记。     

外源ble基因在杜氏盐藻中的瞬时表达

利用电击法将带有ble基因的pSP124S转入杜氏盐藻细胞内进行瞬时表达,研究了外源基因在盐藻内的存留及表达情况,确定了合适的电击转化条件,发现利用电击法可以使大量的质粒导入盐藻细胞,质粒在细胞中逐渐降解但至少96h内可以检测得到,外源启动子能够使ble基因有效转录,转录至少可以持续72h,ble基因能够在盐藻细胞中正确翻译,可以作为盐藻遗传转化研究的筛选标记。     

盐藻的生物学特性与开发利用

盐藻即杜氏藻（Ｄｕｎａｌｉｅｌａ）,是绿藻门团藻目多睫毛藻科的一个属,包含约３０个种,其中最有代表性和应用最广的是盐生杜氏藻（Ｄ．Ｓａｌｉｎａ）。盐藻为单细胞藻类,外包一层薄胶鞘,无细胞壁。个体呈梨形、卵形或椭圆形,具２条等长鞭毛,可自由游动。藻体内...     

杜氏盐藻外源基因稳定表达系统的构建(英文)

A stable transformation system for the expression of foreign genes in the unicellular greenmarine alga (Dunaliella salina Teod.) was established. Using electroporation, the alga was transformed witha plasmid containing the hepatitis B surface antigen (HBsAg） gene and the chloramphenicol acetyltransferase(CAT) gene as a selectable gene. PCR and Southern blotting analysis indicated that the HBsAEgene wasintegrated into the D. salina genome. Northern dotting analysis showed that the HBsAg gene was expressedat the mRNA level. The stable expression of HBsAg protein in transformants was confirmed by HBsAgenzyme-linked immunosorbent assay (HBsAg EUSA) and Western blotting analysis. Also, PCR and Southernblotting analyses showed that the CA Tgene was integrated into the D, salina genome, and CAT EUSAindicated that CAT protein was stably expressed in the cells. The introduced HBsAg DNA and HBsAgprotein expression were stably maintained for at least 60 generations in media devoid of chloramphenicol.This is the first report of the stable expression of foreign genes in D. salina.     

杜氏盐藻外源基因稳定表达系统的构建

建立了一种单细胞海水绿藻--杜氏盐藻(Dunaliella salina Teod.)的外源基因稳定表达系统.通过电激法将携带乙肝病毒表面抗原基因(HBsAg)和氯霉素乙酰转移酶基因(CAT)的质粒转入盐藻细胞内,CAT基因为筛选基因.PCR和Southern杂交结果显示,HBsAg基因已经整合到盐藻基因组中.Northern杂交结果表明,转化成功细胞内的该基因已转录成mRNA.HBsAgELISA和Western杂交检测证明,HBsAg蛋白在转化的盐藻细胞内稳定地表达.同时,PCR和Southern杂交显示,CAT基因也已整合到盐藻基因组中.且CATELISA检测证明,CAT蛋白在转化体中也已稳定地表达.进一步对转化盐藻进行无氯霉素筛选培养,60代后,HBsAg基因依然稳定地存在并表达.本实验第一次报道了外源基因在杜氏盐藻细胞内的稳定表达.     

Identification of a gene encoding the light-harvesting chlorophyll a/b proteins of photosystem I in green alga Dunaliella salina.

There are four LhcII genes of Dunaliella salina have been submitted to the database of GenBank. However, little is known about Lhca genes of this green alga, although this knowledge might be available to study the composition and phylogenesis of Lhc gene family. Recently, one Lhca gene was been cloned from the green alga D. salina by PCR amplification using degenerate primers. This cDNA, designated as DsLhca1, contains an open reading frame encoded a protein of 222 amino acids with a calculated molecular mass of 27.8 kDa. DsLhca1 is predicted to contain three transmembrane domains and a N-terminal chloroplast transit peptide (cTP) with length of 33 amino acids. The genomic sequence of DsLhca1 is composed of five introns. The deduced polypeptide sequence of this gene showed a lower degree of identity (less than 30%) with LHCII proteins from D. salina. But its homology to Lhca proteins of other algae (Volvox carteri Lhca_AF110786) was higher with pairwise identities of up to 67.1%. Phylogenetic analysis indicated that DsLhcal protein cannot be assigned to any types of Lhca proteins in higher plants or in Chlamydomonas reinhardtii.     

不同启动子驱动下转基因盐藻外源基因的稳定表达

摘要：为了探讨外源性与内源性启动子对转基因盐藻外源基因表达的影响,将含外源性启动子CMV35S的表达载体CMV35S-bar（G12）和含内源双拷贝碳酸酐酶启动子DCA1的表达载体DCA1-bar（D-B）分别转化盐藻,筛选稳定转化株后,观察在不同启动子驱动下外源基因的表达情况及对转基因盐藻生长的影响。 通过电击法分别将表达载体G12 和D-B转化盐藻,经PPT筛选后,各得到了3株PPT抗性藻株,经PCR及测序分析证实外源基因bar已经整合到盐藻的基因组中,半定量RT-PCR结果显示,在内源性启动子DCA1驱动下,bar基因的表达强度明显高于在外源性启动子驱动下bar的表达,并且D-B转化株的bar基因表达在盐诱导下其表达明显提高,而G12转化株中bar基因的表达对盐诱导无反应。Southern blot 分析显示,外源基因的拷贝数与不同启动子间无相关性。转化株的生长特性分析显示,D-B转化株的生长速度明显高于G12转化株。本研究的结果指出,内源诱导型启动子在驱动转基因盐藻外源基因的高效稳定表达中比外源组成型启动子更具有优势。     

Identification and characterization of a new strain of the unicellular green alga Dunaliella salina (Teod.) from Korea

The unicellular green alga Dunaliella salina is a halotolerant eukaryotic organism. Its halophytic properties provide an important advantage for open pond mass cultivation, since D. salina can be grown selectively. D. salina was originally described by E. C. Teodoresco in 1905. Since that time, numerous isolates of D. salina have been identified from hypersaline environments on different continents. The new Dunaliella strain used for this study was isolated from the salt farm area of the west coastal side of South Korea. Cells of the new strain were approximately oval- or pear-shaped (approximately 16-24 microm long and 10-15 microm wide), and contained one pyrenoid, cytoplasmatic granules, and no visible eyespot. Although levels of beta-carotene per cell were relatively low in cells grown at salinities between 0.5 to 2.5 M NaCl, cells grown at 4.5 M NaCl contained about a ten-fold increase in cellular levels of beta-carotene, which demonstrated that cells of the new Korean strain of Dunaliella can overaccumulate beta- carotene in response to salt stress. Analysis of the ITS1 and ITS2 regions of the new Korean isolate showed that it is in the same clade as D. salina. Consequently, based on comparative cell morphology, biochemistry, and molecular phylogeny, the new Dunaliella isolate from South Korea was classified as D. salina KCTC10654BP.     

小球藻的分子生物学研究进展

单细胞真核藻类—小球藻是一种重要的微藻资源。近年来,随着藻类生物技术的迅速发展,有大量关于小球藻的研究工作被报道。在分子生物学领域,研究则集中在小球藻的核基因组和叶绿体基因组、重要功能基因的克隆和分析以及以小球藻为载体的基因工程研究等方面,本文仅就此方面的进展作一综述。Abstract: Unicellular green alga Chlorella is a kind of important eukaryotic microalga. A lot of work about Chlorella was reported in recent years with the rapid development of algal biotechnique. In the area of molecular biology, studies of Chlorella focus on the nuclear and chloroplast genome, cloning and analysis of important genes and genetic engineering using Chlorella as vector. This review reports the research progress in these aspects.     

通过cDNARDA法分离和识别盐藻(Dunaliella salina)盐胁迫相关基因

采用cDNA代表性差异分析 (RDA)技术 ,对盐藻在盐胁迫时差异表达的基因进行了分离鉴定 .在分离到的 10个基因中 ,有 5个与已知基因同源 (包括叶绿素a b结合蛋白基因、蛋白磷酸酶I催化亚基基因和 3个核糖体蛋白基因 ) ,还有 5个未知功能基因则是首次在盐藻中被分离 .值得注意的是 ,所有这 5个已知基因的功能都与细胞分裂或盐胁迫有关 .结果表明 :取样时盐藻细胞仍处于恢复阶段 ,所分离到的基因对于盐藻耐盐可能具有重要意义 ;蛋白磷酸酶I的下调表达可能是盐藻调节离子平衡的一个重要过程和细胞分裂受阻的原因所在 ;盐藻减缓细胞分裂速度可能是为了减少能量消耗 ,以留出足够的能量来应对盐胁迫 ;其它 5个未知基因可能也与盐藻适应盐胁迫机制有关 .