苏云金芽胞杆菌γ-氨基丁酸代谢途径相关功能基因的克隆、表达及同源性分析

γ-氨基丁酸代谢旁路作为三羧酸循环的一个分支,在真核、原核生物中广泛存在。在这条代谢途径中,涉及γ-氨基丁酸分解代谢的主要有两种酶:一种是γ-氨基丁酸转氨酶,能将γ-氨基丁酸转变成琥珀酸半醛;另一种是琥珀酸半醛脱氢酶,该酶能将琥珀酸半醛氧化形成琥珀酸,后者进入三羧酸循环。从国内分离得到的苏云金芽胞杆菌G03菌株中克隆了gabT和gabD基因。其中gabT基因含有1440bp,编码一个大小为52.6kD的蛋白质,而gabD基因大小为1449bp,编码一个52.2kD的蛋白质。这两个基因都分别在大肠杆菌中进行了表达和纯化。通过酶活测定结果表明,GabT和GabD蛋白分别呈现出γ-氨基丁酸转氨酶和琥珀酸半醛脱氢酶的活性。氨基酸序列同源性比对分析发现,这两个蛋白质在蜡样芽胞杆菌群(B.cereus group)中具有较高的相似性,而与枯草芽胞杆菌的相似性较低则分别为58%、51%。为进一步深入研究γ-氨基丁酸代谢旁路在苏云金芽胞杆菌中的生物学功能及其转录调控机制奠定了基础。     

放线菌Snea253代谢产物及寡糖对南方根结线虫活性的影响

本文针对前期筛选获得的高效放线菌Snea253菌株代谢产物中杀线虫活性成分进行试管法和薄层层析法预试,结果显示活性物质含糖和氨基酸。贝氏皿浸没法研究了Snea253代谢产物中杀线虫活性物质和已知寡糖对南方根结线虫卵孵化和二龄幼虫J2的影响,结果表明:Snea253活性物质对南方根结线虫卵孵化的相对抑制率为84.95%,供试寡糖中除麦芽糖和蔗糖有不显著的抑制作用外,半乳糖、果糖和木糖显著促进了南方根结线虫卵孵化;乳糖、葡萄糖和山梨糖均具有促进作用,但与对照相比不显著。Snea253活性物质对J2的校正死亡率为98.21%,与各寡糖处理和对照相比差异显著;葡萄糖、乳糖和蔗糖处理J2无死亡现象,反而利于南方根结线虫J2的存活。研究结果显示普通寡糖对南方根结线虫基本无毒性,而放线菌Snea253代谢产物中氨基糖类物质则对线虫有毒性。     

芽孢杆菌γ-氨基丁酸代谢旁路研究进展

-γ氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)是一种在生物体中普遍存在的四碳非蛋白质氨基酸,具有较为广泛的生理功能。其代谢是通过GABA旁路(GABA shunt)来完成的。现就其基本性质、代谢调控特点、表达调控机制及其生理功能等方面分别介绍芽孢杆菌γ-氨基丁酸代谢旁路的研究进展。系统研究苏云金芽孢杆菌中γ-氨基丁酸代谢旁路的调控机制和生理功能,有可能为进一步了解其杀虫晶体和芽孢的形成机制提供思路和线索。     

生物合成γ-氨基丁酸曲霉菌株的选育、紫外诱变和发酵条件的研究

从自然发酵的红曲中分离筛选到1株曲霉菌株,其菌丝体可以谷氨酸钠为底物转化富集γ-氨基丁酸(GABA),经初步鉴定该菌株为米曲霉(Aspergillus oryzae)。以该菌株的孢子为对象进行紫外诱变,初筛得到8株产GABA活力不同的菌株,复筛后获1株GABA的产量较高的突变菌株As-8。菌株As-8转化富集GABA的适宜条件为:pH 6.0,以蔗糖为碳源,蛋白胨为唯一氮源或蛋白胨和牛肉膏为复合氮源。产生的GABA含量最高可达4.2g/L,并能稳定遗传。     

产γ-氨基丁酸基因工程重组大肠杆菌的构建及其发酵特性

【目的】构建高产γ-氨基丁酸的基因工程重组大肠杆菌（E.coli）,并研究其发酵特性。【方法】首先通过分子生物学方法构建重组质粒pTrc99a-gadB和pTrc99a-gadB-SNO1-SNZ1,然后分别将它们转入基因敲除菌株E.coli ΔgabPΔpuuE/pTrc99a-gadB在含20 g/L底物l-谷氨酸钠的1 L发酵液中的扩大培养结果表明,重组菌培养24 h时,其发酵液中γ-氨基丁酸的含量达到最高值9.4 g/L。【结论】经基因工程构建的重组大肠杆菌产γ-氨基丁酸的能力明显提高,该研究结果为γ-氨基丁酸的产业化生产提供了良好基础。     

酸菜中高产γ-氨基丁酸乳酸菌的筛选和鉴定

从酸菜中分离筛选出产γ-氨基丁酸(GABA)乳酸菌18株,采用改良纸层析结合高效液相色谱法测定,获得1株高产乳酸菌菌株Lb-2,该Lb-2菌株在含10g/L谷氨酸钠的TYG培养基中静置培养48h,发酵液中GABA含量可达13.4g/L。根据乳酸菌的形态特征、生理生化特征和16S rDNA基因序列分析鉴定Lb-2菌株为乳杆菌属(Lactobacillus)的短乳杆菌(Lactobacillus brevis)。     

酸菜中高产γ-氨基丁酸乳酸菌的筛选

从酸菜中筛选到2株相对高产γ-氨基丁酸的乳酸菌(GABA)菌株,酸菜1号和酸菜3号。酸菜1号初步鉴定为植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum);酸菜3号初步鉴定为乳酸链球菌(Streptococcus lactis)。实验还对酸菜1号菌株的培养基和培养条件进行了优化:用蔗糖为碳源、蛋白胨和牛肉膏作为复合氮源、培养基初始pH为6.0、培养温度为30~34℃时该菌株发酵产GABA的量最多,发酵过程中的振荡培养(100 r/min)和静置培养对GABA的产量无明显影响;在最佳培养基组合和发酵条件下,发酵液中GABA含量可达4 g/L以上,表明利用乳酸菌进行富含GABA食品的生产是可行的。     

高等植物体内γ-氨基丁酸合成、代谢及其生理作用

对γ-氨基丁酸(GABA)在植物体内的合成、代谢和与之有关的谷氨酸脱羧酶、γ-氨基丁酸转氨酶和琥珀酸半醛脱氢酶的特性,H 、Ca2 、CaM等因素对GABA合成代谢的影响和GABA在高等植物体内可能的生理作用作了介绍。     

酵母产γ-氨基丁酸发酵培养基的优化

目的:提高酵母产γ-氨基丁酸的能力。方法:采用单因素及正交设计实验对酵母产γ-氨基丁酸(GABA)的培养基进行优化。结果:确定最适碳源为葡萄糖,最佳氮源为蛋白胨和硫酸铵复合氮源,合适的无机盐为KH2PO4;最佳发酵培养基为3%葡萄糖,3%蛋白胨,0.3%(NH4)2SO4和0.1%KH2PO4。在此培养条件下,摇瓶发酵可以获得1.690g.L-1的GABA产量。结论:发酵培养基的优化,提高了菌株产γ-氨基丁酸的能力。     

西花蓟马GABA受体基因鉴定及FoRDL 在多杀霉素抗性中的作用

【目的】γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid, GABA)是动物神经系统中一种重要的神经递质。本研究旨在鉴定西花蓟马Frankliniella occidentalis γ-氨基丁酸受体(GABA receptors, GABAR)家族基因,明确离子型受体(GABA_AR)在西花蓟马对多杀霉素抗性形成中的作用。【方法】根据西花蓟马基因组和转录组数据,鉴定并克隆GABAR基因,进行生物信息学分析;采用qPCR检测GABAAR亚基基因FoRDL, FoLCCH3和FoGRD在西花蓟马多杀霉素敏感品系不同发育阶段(1-2龄若虫、蛹和成虫)的表达模式及在敏感和抗性品系成虫期的相对表达量差异;对西花蓟马敏感品系3日龄成虫的FoRDL进行RNAi 24 h后,在0.250和0.400 mg/L多杀霉素处理下生物测定计算西花蓟马成虫死亡率。【结果】注释并克隆获得8个GABAR基因：FoRDL, FoLCCH3, FoGRD, FoGRD like1, FoGRD-like2, FoB1, FoB2和FoB-like(GenBank登录号: MH148151-MH148158),其ORF长度介于1 080~3 720 bp;系统进化分析表明,西花蓟马的GABAR基因与其他昆虫物种相应基因聚类,具有很高的保守性。GABA_AR亚基FoRDL, FoLCCH3和FoGRD具有典型的N端胞外区环结构(loop A-F)和4个跨膜区(TM 1-4);FoRDL外显子3存在互斥剪切。FoRDL, FoLCCH3和FoGRD的表达量随多杀霉素敏感品系西花蓟马发育阶段逐渐升高,成虫期达最高;FoRDL在西花蓟马抗性品系成虫期的表达量显著低于敏感品系成虫期的。对西花蓟马敏感品系的FoRDL进行RNAi后,在0.250和0.400 mg/L多杀霉素处理剂量下,西花蓟马成虫死亡率均显著下降,分别比对照下降了55.80%和43.00%。【结论】在西花蓟马体内鉴定到5个离子型和3个代谢型GABAR基因,其中FoRDL可能在西花蓟马对多杀霉素产生抗性中发挥一定作用。     

高产γ-氨基丁酸的棉子糖肠球菌的筛选、鉴定及其摇瓶发酵条件的优化

【目的】在中国传统发酵泡菜中分离出高产γ-氨基丁酸(γ-Aminobutyric acid,GABA)的乳酸菌。【方法】对分离自泡菜中的菌株M1进行形态观察、生理生化特性鉴定及其16S rDNA序列分析,实验采用单因素和正交设计对以MRS培养基为基础的GABA发酵培养基与摇瓶发酵条件进行了优化。【结果】菌株M1的形态培养和生理生化特征均符合肠球菌属(Enterococcus)特征,其16S rDNA序列与Enterococcus raffinosusSS1278 16S rDNA序列同源性达99%,鉴定为棉子糖肠球菌(Enterococcus raffinosus)。优化该菌株产GABA的发酵培养基的实验发现,最佳摇瓶发酵条件为:接种量10%,发酵温度30°C,培养初始pH 5.5,发酵周期60 h,谷氨酸一钠底物浓度10%,GABA产量提高了1.22倍。【结论】棉子糖肠球菌(E.raffinosus)M1菌株具有工业化发酵生产GABA的潜力。     

γ-氨基丁酸对低氧胁迫下甜瓜幼苗多胺代谢的影响

以‘西域一号’甜瓜为试验材料,采用营养液水培法,研究了低氧胁迫下外源添加γ-氨基丁酸(GABA)对甜瓜幼苗多胺代谢的影响.结果表明:与通气对照相比,低氧胁迫处理的甜瓜幼苗谷氨酸脱羧酶(GAD)活性和GABA含量显著提高,同时多胺合成酶活性提高诱导多胺含量显著增加,但二胺氧化酶(DAO)和多胺氧化酶(PAO)活性也显著提高;根系精氨酸脱羧酶(ADC)活性提高幅度较大,导致根系游离态腐胺含量较高,而叶片乌氨酸脱羧酶(ODC)和S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶(SAMDC)活性提高幅度较大,导致叶片游离态亚精胺(Spd)含量较高;根系游离态DAO和PAO活性显著低于叶片,其细胞壁结合态PAO活性显著高于叶片.与低氧胁迫处理相比,低氧胁迫下外源添加GABA处理的甜瓜幼苗叶片和根系中GABA和谷氨酸含量均显著提高,而GAD活性显著降低;精氨酸、鸟氨酸、甲硫氨酸含量的提高促使多胺合成酶活性显著提高,从而诱导多胺含量显著增加,DAO和PAO活性显著降低.     

以葡萄糖为底物一步法合成γ-氨基丁酸整合型重组钝齿棒杆菌的构建

[目的]为了构建一株直接利用廉价的葡萄糖合成γ-氨基丁酸的重组钝齿棒杆菌,将来自于植物乳杆菌γ-氨基丁酸合成途径的关键酶谷氨酸脱羧酶基因(lpgad)在产谷氨酸菌株钝齿棒杆菌中进行整合表达,实现葡萄糖到GABA的一步法生产.[方法]运用PCR技术扩增得到带有tac启动子的谷氨酸脱羧酶基因tacgad.通过重叠PCR的方法获得钝齿棒杆菌精氨酸合成途径关键酶N-乙酰谷氨酸激酶(NAGK)基因内部缺失型基因△argB.利用自杀载体pK18mobsacB构建同源整合载体pK18-△argB::tacgad,以△argB的上下游序列为同源臂,通过两次同源重组将tacgad基因整合到钝齿棒杆菌基因组,同时将NAGK基因argB灭活,利用蔗糖致死基因sacB反向筛选标记筛选得到谷氨酸脱羧酶的重组钝齿棒杆菌C.crenatum △argB::tacgad.重组钝齿棒杆菌以葡萄糖为底物进行发酵,测定GABA含量.[结果]重组菌C.crenatum △argB::tacgad成功表达谷氨酸脱羧酶,同时阻断了精氨酸合成途径对谷氨酸到GABA代谢途径的竞争,粗酶液基本检测不到NAGK活性,发酵液无精氨酸合成.通过96 h发酵,重组菌可积累约8.28 g/L的GABA.[结论]本研究通过将谷氨酸脱羧酶基因定向整合到钝齿棒杆菌精氨酸合成途径的关键酶基因argB内部,成功表达谷氨酸脱羧酶的同时阻断竞争途径精氨酸的合成.本研究为实现直接利用葡萄糖合成GABA的一步法生产奠定了基础.     

γ-氨基丁酸在植物抗逆生理及调控中的作用

γ-氨基丁酸(GABA)是一种非蛋白质氨基酸,广泛存在于生物体中.GABA已经在多种植物体中被发现,但是它在植物体中的生理作用还不十分清楚.对γ-氨基丁酸在高等植物体中的合成、代谢途径、逆境条件下GABA在植物体中起的作用以及对植物的生长发育、氮代谢以及信号调控作用等生理过程的影响进行了综合评述,为GABA在植物体中进一步研究提供理论依据.     

酵母产γ-氨基丁酸发酵培养基的优化

目的：提高酵母产γ-氨基丁酸的能力。方法：采用单因素及正交设计实验对酵母产γ-氨基丁酸（GABA）的培养基进行优化。结果：确定最适碳源为葡萄糖,最佳氮源为蛋白胨和硫酸铵复合氮源,合适的无机盐为KH2PO4;最佳发酵培养基为3%葡萄糖,3%蛋白胨,0.3%（NH4）2SO4和0.1%KH2PO4。在此培养条件下,摇瓶发酵可以获得1.690g.L-1的GABA产量。结论：发酵培养基的优化,提高了菌株产γ-氨基丁酸的能力。     

高产γ-氨基丁酸酵母菌株的亚硝基胍诱变选育

目的:探讨亚硝基胍诱变选育高产γ-氨基丁酸酵母菌株的方法。方法:使用亚硝基胍对酵母菌株进行诱变;采用含溴甲酚绿的YEPD培养基筛选突变菌,采用薄层层析法和比色法鉴定变异菌株发酵液中的γ-氨基丁酸及其含量;对突变菌株连续继代培养4代,测定各代发酵液中γ-氨基丁酸的含量,鉴定诱变菌株的遗传稳定性。结果:亚硝基胍诱变酵母的最佳浓度为1.0g.L-1,最佳诱变时间为15min;获得了5株突变菌株,菌落呈绿色;薄层层析法鉴定突变菌株都能产γ-氨基丁酸;诱变菌发酵液中的γ-氨基丁酸含量各异,但高于对照,且增长幅度很大;对突变菌株后代遗传稳定性进行了鉴定,结果表明突变菌株4遗传性较稳定。结论:采用1.0g.L-1的亚硝基胍溶液处理酵母菌15min,经筛选鉴定,获得了一株遗传稳定的高产γ-氨基丁酸的酵母菌株。     

生菜硝酸还原酶基因的克隆及高氮水平下外源γ-氨基丁酸对其表达和叶片硝酸盐含量的影响

硝酸还原酶(NR)是硝酸盐代谢的关键酶。该研究在成功克隆生菜NR基因的同时,进行了高氮水平下外源γ-氨基丁酸(GABA)对生菜叶片NR基因表达和NO3--N含量的研究。结果表明:(1)生菜NR基因(GenBank登录号为KP122207)序列长1 791bp,编码585个氨基酸残基,蛋白保守结构域含钼辅蛋白超家族、细胞色素b5超家族和FNR超家族;生菜NR基因与菊苣NR基因亲缘关系最近,序列一致性为93%,与烟草、甜菜、黄瓜、大豆等NR序列的一致性均在80%以上。(2)高氮水平下外源2.5mmol/L GABA处理生菜可诱导NR基因上调表达,并显著提高了生菜叶片NR、亚硝酸还原酶(NiR)、谷氨酸脱羧酶(GAD)活性和NH4+-N含量,降低了NO3--N、NO2--N含量;虽然NO3--N含量与NR、GAD、NiR活性、NO2--N、NH4+-N含量均呈显著相关关系,但与NR活性的相关系数最高且达极显著水平。研究认为,高氮水平下外源GABA可通过诱导NR基因上调表达、增强相关酶活性来影响无机氮代谢,从而降低了生菜叶片硝酸盐含量,其中NR在该过程中发挥着至关重要的作用,为生产中GABA的施用及降低叶菜类蔬菜硝酸盐含量提供了理论依据。     

NaCl胁迫下外源γ-氨基丁酸对黄瓜幼苗生长和活性氧代谢的影响

以黄瓜(Cucumis sativusL.)品种津绿3号为材料,采用营养液水培法,研究了外源γ-氨基丁酸(GABA)对NaCl胁迫下幼苗生长和活性氧(ROS)代谢的影响.结果表明,NaCl胁迫处理显著抑制了幼苗的生长,叶片抗氧化酶活性、活性氧含量显著提高;营养液添加GABA处理不但缓解了NaCl胁迫对幼苗生长的抑制作用,且叶片SOD、POD和CAT活性显著高于NaCl处理,而O-·2产生速率、MDA含量却显著低于NaCl处理;5 mmol·L-1GA-BA处理缓解NaCl胁迫对幼苗伤害的效果好于2.5 mmol·L-1GABA处理.表明NaCl胁迫下,GABA参与了黄瓜幼苗活性氧的代谢过程,对增强幼苗耐盐性有重要作用.     

西藏来源的植物内生酵母Wickerhamomyces rabaulensis生产γ-氨基丁酸北大核心

【目的】对西藏地区分离的一株植物内生维克汉姆酵母Wickerhamomyces rabaulensis JT229生产γ-氨基丁酸(γ-aminobutyric acid,GABA)的条件进行研究,并考察胁迫处理对生产的影响。【方法】利用26S rDNA序列进行菌株鉴定,考察葡萄糖和木糖对W.rabaulensis JT229生产GABA的影响,并利用添加乙酸、乙醇和高温等胁迫条件提升其发酵生产GABA的能力。【结果】W.rabaulensis JT229可以利用葡萄糖和木糖生产GABA,并且在适当的高温、乙酸和乙醇的胁迫诱导下胞外GABA浓度明显提升,产量分别为80.07、67.02、104.15 mg/L,分别是对照条件下的2.15、1.85和2.87倍,且胞内也检测到存在一定浓度的GABA。在添加5g/L乙酸和37℃高温胁迫的条件下,胞内ROS水平和细胞膜透性均有明显提高;添加3 g/L乙酸的条件与对照组相比,胞内ROS水平有所下降,但是细胞膜透性有明显提升;在37℃的胁迫条件下胞内GABA含量明显下降。胞外的GABA产量提升推测是由于胁迫导致胞内GABA外排增多导致的。【结论】本研究首次在国内外分离鉴定了内生酵母W.rabaulensis,并发现菌株W.rabaulensis JT229具有生产GABA的潜力,此外,利用胁迫处理促进了该菌株的GABA胞外生产,为进一步开发利用酵母资源生产GABA及富含GABA的产品提供了基础。     

外源γ-氨基丁酸对低氧胁迫下甜瓜幼苗活性氧代谢的影响

以甜瓜品种‘西域一号’幼苗为材料,采用营养液水培方法,设置正常通气(对照)、正常通气+GABA(5mmol.L-1)、低氧胁迫、低氧胁迫+GABA(5mmol.L-1)4个处理,研究了外源γ-氨基丁酸(GABA)对正常通气和低氧胁迫下甜瓜幼苗活性氧代谢的影响。结果表明:与正常通气处理相比,低氧胁迫处理导致甜瓜幼苗体内O2.-产生速率和H2O2、MDA含量显著增加,同时SOD、POD、CAT、APX、GR等抗氧化酶活性和抗氧化物质AsA、GSH含量显著提高。低氧胁迫下外源GABA能显著提高甜瓜幼苗叶片SOD、CAT、APX、GR等酶活性和AsA、GSH含量,降低了植株体内O2.-产生速率和H2O2、MDA含量;而正常通气条件下添加外源GABA处理对甜瓜幼苗活性氧代谢的影响较小,仅CAT、GR活性和AsA、GSH含量显著提高,而H2O2、MDA含量显著降低。结果证明,添加外源GABA可以通过显著提高低氧胁迫下抗氧化酶活性和抗氧化物质含量来降低甜瓜幼苗活性氧积累,维持其细胞膜结构稳定性,从而有效减轻低氧胁迫对甜瓜幼苗的伤害。