斑贝链霉菌接合转移系统的构建及透明颤菌血红蛋白基因的表达对其次级代谢的影响

以pSET152和pHZ1358为出发质粒,通过供体大肠杆菌ET12567(pUZ8002)和S17-1接合转移斑贝链霉菌(Streptomycesbambergiensis),构建和优化了接合转移体系。采用OOE-PCR技术构建含ermEp*与vhb结构基因融合片段的整合型表达载体pBIB2005,转化ET12567(pUZ8002)后,属间接合转移至斑贝链霉菌。通过PCR、CO结合差光谱验证vhb基因在斑贝链霉菌中整合表达。摇瓶发酵显示VHb蛋白能改善菌体对氧的需求,一定程度上促进细胞生长,提高抗生素产量。     

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。     

高效检测分析玫瑰黄链霉菌Men-myco-93-63线性质粒

【目的】建立一种高效检测和分析玫瑰黄链霉菌Men-myco-93-63内源质粒的方法。【方法】根据“链霉菌线性质粒5′末端都结合有共价蛋白”这一性质,通过改进琼脂糖包埋块制作方法,发明了一项快速高效检测链霉菌质粒种类、构型及大小的技术,称为“包埋块二次处理法”,该方法还能从正反两方面表明共价蛋白的存在与否。【结果】利用此方法高效检测出了玫瑰黄链霉菌Men-myco-93-63中存在两种线性质粒,双向电泳验证了该方法的正确性,推测质粒大小分别约为 47 kb和53 kb。【结论】利用本研究发明的方法首次成功地检测了玫瑰黄链霉菌Men-myco-93-63中的内源线性质粒。     

黑暗链霉菌DNA转移系统的建立

研究了黑暗链霉菌的基因转移系统,探索了通过PEG介导的原生质体转化、接合转移向黑暗链霉菌中转入外源DNA的可能性。多次尝试用质粒pIJ702转化黑暗链霉菌9904原生质体均未成功。对原生质体进行“热处理”后转化、利用单链DNA转化等都不能将质粒导入黑暗链霉菌中,表明黑暗链霉菌对外源DNA有很强的限制修饰作用。利用接合转移将具有oriT的大肠杆菌链霉菌穿梭质粒pHZ132转入大肠杆菌ET12567(pUZ8002)中,获得供体菌ET12567(pUZ8002,pHZ132)。将供体菌与预萌发的黑暗链霉菌9904的孢子进行接合转移,成功地将pHZ132转入黑暗链霉菌9904中。质粒pHZ132经黑暗链霉菌自身修饰后也可转入黑暗链霉菌9904菌株的原生质体中,转化率约为103/μg DNA(pHZ132)。     

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。     

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。     

黑暗链霉菌DNA同源重组系统的构建

以黑暗链霉菌Tt-49基因组为模板,利用PCR方法,扩增安普霉素生物合成关键基因aprF-G的上、下游序列,作为同源交换臂,并将红霉素抗性基因筛选标记及其启动子插入两交换臂之间,以温敏型质粒pKC1139为基础,构建用于阻断黑暗链霉菌Tt-49安普霉素生物合成的重组质粒pFD8.该质粒通过E.coil ET12567/pUZ8002去甲基化修饰后,经接舍转移进入黑暗链霉菌Tt-49,利用红霉素抗性筛选得到3株阳性转化子,分别命名为Tt-49 AG1、Tt-49 AG2和Tt-49 AG3.通过PCR鉴定,证明pFD8已插入黑暗链霉菌Tt-49基因组的目标位点.以亲株作对照,对3株工程菌进行红霉素抗性能力考察,发现3株工程菌的抗红霉素能力均高迭1 000 μg/mL以上.     

Streptomyces lincolnensis新遗传操作方法的建立以及lmbQ基因功能研究

以载体pSET152和pKC1139为出发质粒,通过供体菌大肠杆菌ET12567和S17-1转入林可链霉菌 (Streptomyces lincolnensis),建立和优化了接合转移体系.林可霉素生物合成基因簇中,lmbQ基因可能编码一个调控蛋白,构建了S.lincolnensis lmbQ基因中断载体,通过接合转移导入S.lincolnensis野生型菌株,筛选得到基因双交换突变株,通过PCR以及测序验证基因型正确,该突变株即为lmbQ同框敲除突变株.摇瓶发酵结果表明,lmbQ基因是一个正调控基因.     

螺旋链霉菌遗传操作系统-接合转移体系的建立

背景:螺旋链霉菌(Streptomyces spiramyceticus)为国内螺旋霉素(spiramycin,SPM)的生产菌,但目前工业生产中螺旋链霉菌利用遗传操作进行基因改造还没有成功报道。目的:建立螺旋链霉菌遗传操作系统,利用遗传改造的方法改变SPM的组分比例,降低SPM的分离成本。方法:以大肠杆菌(Escherichia coli ET12567/pUZ8002)为供体,螺旋链霉菌为受体进行接合转移实验,建立螺旋链霉菌接合转移的遗传操作系统,并对影响接合转移效率的培养基种类、抗生素覆盖时间、供受体比例等条件进行优化。结果:螺旋链霉菌不适合利用孢子进行接合转移,利用菌体进行接合转移时ISP4培养基为接合转移的最适培养基,供受体比例为103∶1得到的接合子数量最多,接合转移效率为1.93×10-4,SPM中三种组分百分含量变化显著。结论:实验首次建立了螺旋链霉菌接合转移的方法,利用菌体进行接合转移操作,简化了实验操作过程,并且利用CRISRP/Cas9基因编辑系统成功阻断3-O-酰基转移酶基因,并在该位置导入φC31整合位点att B,为后续螺旋链霉菌的基因改造奠定了基础。     

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。     

糖基转移酶基因双敲除对依博素生物合成的影响

以往研究已确定链霉菌胞外多糖依博素的生物合成基因簇(ste), ste15 和ste22 分别编码葡萄糖糖基转移酶和鼠李糖糖基转移酶。现通过基因同源重组双交换,在ste15基因缺失突变株Streptomyces sp. 139 (ste15-) 基础上,再进行ste22 基因阻断,经Southern 杂交验证,得到了ste15 和ste22 双基因缺失突变株Streptomyces sp. 139 (ste15-ste22-),并对该菌株进行了基因互补研究。双基因缺失株产生的胞外多糖与依博素相比,葡萄糖与鼠李糖含量明显降低,分子量下降,生物活性明显变弱。基因互补株产生的胞外多糖中葡萄糖与鼠李糖含量基本恢复至依博素水平,生物活性也显著提高。因此,进一步阐明了ste15和ste22基因参与了依博素生物合成中葡萄糖和鼠李糖重复单元序列的形成过程,在依博素的生物合成中起重要作用,变株产生的依博素新衍生物体内外生物学活性正在深入研究中。     

Sterptomyces rochei4089的L基因阻断变株的构建及功能研究

运用同源重组技术破坏了一株格尔德霉素产生菌Sterptomyces rochei 4089的L基因,该基因编码氧化还原酶.以Sterptomyces rochei 4089基因组总DNA为模板,PCR扩增AHBA-KLM基因簇,采取Red/ET重组技术,构建L基因阻断质粒pKC1139-KLM-KmR.采用大肠杆菌与链霉菌的结合转移将阻断质粒含AHBA-KLM基因簇和Kan表达单元的3.0 kb线性片段转化Sterptomyces rochei 4089菌株,在卡纳霉素的平板上筛选卡纳霉素抗性转化子,经PCR检测分离到L基因阻断突变菌株.对原、变株的发酵液进行TLC和HPLC分析显示,Sterptomyces rochei 4089基因组中的L基因失活后,导致该菌株不能合成安莎类抗生素格尔德霉素.通过阻断L基因,为筛查这类放线菌产生安莎类抗生素提供了明确的组分指示作用.     

BAI1基因敲除打靶载体的快速构建

BAI1(脑血管生成抑制因子1)因其具有抑制血管生成的作用而得名,研究表明肿瘤的发生可能与BAI1的低表达有关.为了进一步探索BAI1的作用机制,运用改良的Red重组系统和低拷贝中间载体,利用50 bp的同源重组序列直接从BAC载体中克隆长片段的小鼠基因组序列;将得到的基因组序列再次通过重组和改造,构建了BAI1基因的完全敲除并带有报告基因的打靶载体,为后续的构建BAI1基因敲除小鼠模型、在动物体内研究基因功能奠定了基础.     

Red/ET重组在基因打靶载体快速构建中的应用

通过合理应用Red/ET重组技术实现基因打靶载体的快速构建。在Red/ET重组介导下,首先从基因组DNA中将靶基因片段亚克隆至打靶质粒载体中,随后将两端带有50 bp同源臂的抗性筛选基因插入并替换靶基因上的目标序列,如此两步操作即可完成一个传统型基因敲除打靶载体的构建;结合Cre-loxP系统,在传统型基因敲除打靶载体的基础上,经过再一轮的Red/ET重组就能够成功实现条件性基因敲除打靶载体的构建。整个实验过程不需要PCR扩增长、短臂序列,也不涉及酶切、连接反应,因此,不仅省时、省力,而且所构建的基因打靶载体序列准确,无突变。此实验方法的建立为加速后基因组时代的基因功能研究提供了一条捷径。     

一种温敏复制缺陷T载体的构建及在鸡白痢沙门氏菌基因敲除中的应用

基因敲除是基因功能研究的重要手段,载体是基因敲除的工具和核心。为获得有效的基因敲除载体以快速构建基因突变株及鉴定相应基因的必需性,在已有温敏复制缺陷pIDM1质粒的基础上,于EcoRⅠ和PstⅠ位点间插入串联的XcmⅠ酶切位点接头,构建了pIDM-T质粒;该质粒经XcmⅠ酶切可获得末端突出T的线性化pIDM-T载体。在验证了pIDM-T质粒复制的温敏特性基础上,应用构建的T载体克隆鸡白痢沙门氏菌CVCC527菌株的eno和ybdr两个基因,鉴定获得pIDM-T_eno和pIDM-T_ybdr两个重组质粒;将重组质粒转化527菌株,经IPC(Integration rate per cell)值计算,鉴定eno为必需基因,ybdr为非必需基因。挑取非必需ybdr基因527菌株重组菌(SalΔybdr),经PCR和测序,确认突变菌株重组位点的正确性。pIDM-T载体可快速克隆PCR产物,用于沙门氏菌的基因敲除及必需性鉴定,为沙门氏菌基因功能研究提供了一种有效快速的手段。     

整合型碱性蛋白酶基因工程菌中抗性基因的敲除*

要：利用大肠杆菌载体pET—韶a和穿梭载体PHY3肋队构建了敲除载体p10c,通过DP4A变性技术和同源重组技术成功地敲除了整合型碱性蛋白酶基因工程茵BP旧1中的卡那霉素抗性基因(M),得到11株敲除卡那霉素抗性基因的阳性克隆,并使产酶水平保持稳定。该方法的建立为基因敲除技术在工业微生物研究中应用提供了经验,并为微生物来源的转基因产品安全性的研究提供了模型。     

Engineering large fragment insertions into the chromosome of Escherichia coli

An effective DNA replacement system has been established for engineering large fragment insertions into the chromosome of Escherichia coli. The DNA replacement plasmid, pHybrid I, was first constructed based on the bacterial artificial chromosome (BAC) vector. Two fragments of the E. coli genome, 5.5 and 6.5 kb in length, were introduced into the vector for homologous recombination. In addition to the chloramphenicol gene, a second gene neo was introduced for double marker screening for recombinant clones. By shot-gun cloning and homologous recombination techniques, using our new recombinant vector (pHybrid I), a 20-kb fragment from Lactococcus lactis genomic DNA has been successfully integrated into the chromosome of the E. coli strain J93-140. Plating tests and PCR amplification indicated that the integration remained stable after many generations in cell culture. This system will be especially useful for the chromosome engineering of large heterologous fragment insertions, which is necessary for pathway engineering.     

鼠伤寒沙门菌spvBC基因编辑株的构建

利用λRed重组系统和pBAD原核表达载体构建鼠伤寒沙门菌spvBC质粒毒力基因修饰菌株,为深入探究沙门菌毒力基因spv的功能和致病机制及宿主抗感染免疫提供工具菌。以pKD4为模板,PCR扩增含spvBC同源臂的卡那霉素抗性基因以构建同源打靶片段,再将其电转入含有质粒pKD46的鼠伤寒沙门菌中进行同源重组,随后将质粒pCP20电转导入阳性转化子,消除卡那霉素抗性基因,PCR鉴定敲除株的构建。PCR扩增含酶切位点的spvBC基因片段,扩增产物与原核表达载体pBAD/gⅢ分别双酶切后连接构建pBAD-spvBC重组质粒,PCR筛选阳性菌落并测序鉴定。将构建成功的pBAD-spvBC重组质粒电转导入spvBC敲除株中,Western blot测定不同浓度L-阿拉伯糖诱导SpvB和SpvC蛋白表达情况。PCR结果表明鼠伤寒沙门菌spvBC基因敲除成功;PCR及测序结果表明pBAD-spvBC重组质粒构建成功,Western blot结果表明13 mmol/L L-阿拉伯糖可诱导SpvB和SpvC蛋白正常表达。λRed重组系统可用于沙门菌质粒上大片段基因的敲除,pBAD原核表达载体可用于沙门菌质粒上大片段基因的回补,丰富了细菌质粒的基因修饰和编辑策略。     

Development of a highly efficient gene targeting system for Fusarium graminearum using the disruption of a polyketide synthase gene as a visible marker

We cloned a polyketide synthase gene (pks12) from Fusarium graminearum, a devastating fungal pathogen of cereals. Transformation-mediated gene disruption led to an easily detectable albino phenotype of the disruptants. We used the disruption of the pks12 gene as a visible marker for transformation-mediated homologous recombination and optimized the transformation procedure to achieve a high rate of homologous recombination. In combination with the published genomic sequence data and the generation of expressed sequence tags (ESTs) for F. graminearum, this is a useful tool to investigate this important plant pathogen on a molecular level. Optimized transformation of F. graminearum resulted in at least 93% homologous recombination events when the homologous genomic DNA fragment in the vector had a size of approximately 800bp and was linearized in the middle. Using a genomic sequence of approximately 500bp in the transformation vector, 70% of the transformants still exhibited homologous recombination. On the contrary, no more than 10% homologous recombination events were observed when less than 400bp DNA fragments were used. We co-transformed F. graminearum with two different vectors. One vector harboured a DNA insert homologous to the pks12 gene, while the other vector consisted of the same vector backbone carrying the selection marker specific for F. graminearum. About 70% of the transformants had a disrupted pks12 gene, and all of these showed an integration of the second vector into the pks disruption vector. Therefore, the time-consuming construction of a single transformation vector can be avoided; furthermore, it is now easily feasible to express a gene construct at a defined and mutated genomic site.     

Spiralin is not essential for helicity, motility, or pathogenicity but is required for efficient transmission of Spiroplasma citri by its leafhopper vector Circulifer haematoceps

Spiralin is the most abundant protein at the surface of the plant pathogenic mollicute Spiroplasma citri and hence might play a role in the interactions of the spiroplasma with its host plant and/or its insect vector. To study spiralin function, mutants were produced by inactivating the spiralin gene through homologous recombination. A spiralin-green fluorescent protein (GFP) translational fusion was engineered and introduced into S. citri by using an oriC-based targeting vector. According to the strategy used, integration of the plasmid by a single-crossover recombination at the spiralin gene resulted in the expression of the spiralin-GFP fusion protein. Two distinct mutants were isolated. Western and colony immunoblot analyses showed that one mutant (GII3-9a5) did produce the spiralin-GFP fusion protein, which was found not to fluoresce, whereas the other (GII3-9a2) produced neither the fusion protein nor the wild-type spiralin. Both mutants displayed helical morphology and motility, similarly to the wild-type strain GII-3. Genomic DNA analyses revealed that GII3-9a5 was unstable and that GII3-9a2 was probably derived from GII3-9a5 by a double-crossover recombination between plasmid sequences integrated into the GII3-9a5 chromosome and free plasmid. When injected into the leafhopper vector Circulifer haematoceps, the spiralinless mutant GII3-9a2 multiplied to high titers in the insects (1.1 x 10(6) to 2.8 x 10(6) CFU/insect) but was transmitted to the host plant 100 times less efficiently than the wild-type strain. As a result, not all plants were infected, and symptom production in these plants was delayed for 2 to 4 weeks compared to that in the wild-type strain. In the infected plants however, the mutant multiplied to high titers (1.2 x 10(6) to 1.4 x 10(7) CFU/g of midribs) and produced the typical symptoms of the disease. These results indicate that spiralin is not essential for pathogenicity but is required for efficient transmission of S. citri by its insect vector.