密码子优化策略在异源蛋白表达中的应用

酶在医疗和生物药物方面有着广泛的应用,不仅可以用来治疗各种疾病,还在临床诊断和人体健康等方面有着重要的影响。利用微生物来表达异源蛋白已经成为获取酶最简单快速的方法。为获得高浓度和高质量的异源蛋白,常用的方法是对基因序列进行密码子优化。传统的密码子优化策略主要基于密码子偏好性和GC含量,忽略了翻译动力学和代谢水平等复杂多样的变化因素。文中从基因水平、转录水平、翻译水平、翻译后水平以及代谢水平等多方面考虑出发,提供了一个较为全面的密码子优化策略,主要包括密码子偏好性、密码子协调性、密码子敏感性、调整基因序列结构以及一些其他影响因素。同时对每种策略的内容、理论支持以及应用范围等方面作了全面的总结,并将各策略的优缺点进行了系统的比较,为异源蛋白表达提供了全方位、多层次、多选择的优化策略,也为酶工业和生物药物等方面提供参考。     

地黄SCoT分子标记体系的建立和指纹图谱的构建

该研究采用L_(25)(5~6)正交设计和单因素两种方法,对影响地黄SCoT-PCR反应的5个因素(模板DNA浓度,引物浓度,ddH_2O和Mix的用量以及退火温度)进行了优化。结果表明:优化后的反应体系总体积为25μL,含有8μL ddH_2O,1μL模板DNA(80 ng·μL~(-1)),1μL引物(8μmol·L~(-1))和15μL Mix,退火温度为45℃。运用30份地黄种质材料,对优化的SCoT-PCR正交体系进行多次重复验证,获得了多态性丰富、条带清晰的扩增图谱,证明该反应体系稳定可靠。利用该体系对32条SCoT引物进行两次筛选,得到14个扩增产物清晰、重复性好且多态性条带相对较高的引物。利用SCoT_4等5条引物构建了上述地黄2个种共30份种质的SCoT指纹图谱。利用这5个SCoT引物指纹图谱可将7个地黄常用栽培品种区分开。这表明SCoT分子标记体系适用于地黄主要品种亲缘关系及遗传多样性的研究,所构建的指纹图谱也为地黄常见的7个栽培品种的区分提供参考依据。     

普通野生稻线粒体蛋白质编码基因密码子使用偏好性的分析

以普通野生稻(Oryza rufipogon Griff.)线粒体基因组为对象,分析其蛋白质编码基因的密码子使用特征及与亚洲栽培稻(O. sativa L.)的差异,探讨其密码子偏性形成的影响因素和进化过程。结果显示:普通野生稻线粒体基因组编码序列第1、第2和第3位碱基的GC含量依次为49.18%、42.67%和40.86%;有效密码子数(Nc)分布于45.32～61.00之间,其密码子偏性较弱; Nc值仅与GC_3呈显著相关,密码子第3位的碱基组成对密码子偏性影响较大;第1向量轴上显示9.91%的差异,其与GC_3s、Nc、密码子偏好指数(CBI)和最优密码子使用频率(Fop)的相关性均达到显著水平;而GC_3和GC₁₂的相关性未达到显著水平。因此,普通野生稻线粒体基因组密码子的使用偏性主要受自然选择压力影响而形成。本研究确定了21个普通野生稻线粒体基因组的最优密码子,大多以A或T结尾,与叶绿体密码子具有趋同进化,但是与核基因组具有不同的偏好性。同义密码子相对使用度(RSCU)、PR2偏倚分析和中性绘图分析显示,普通野生稻线粒体基因功能和其密码子使用密切相关,且线粒体密码子使用在普通野生稻、粳稻(O. sativa L. subsp. japonica Kato)和籼稻(O. sativa L. subsp.indica Kato)内具有同质性。     

纳豆激酶基因的优化设计、合成及其在烟草叶片中的瞬时表达

根据植物偏爱密码子优化设计、合成纳豆激酶基因sNK,利用重叠延伸PCR法在其中插入番茄果实特异性表达基因E8的第一内含子构成sNKi基因,通过农杆菌渗透法将这两种基因渗入到烟草NC89叶片中并实现瞬时表达。通过RT-qPCR法将两种基因在烟草叶片中转录水平的表达量进行比较,结果表明两种基因在烟草叶片中均表达,且sNKi基因的表达量显著高于sNK基因;通过纤维蛋白平板法在两种基因的瞬时表达样品中均能检测到纤溶酶活性,表明目的基因在烟草叶片中可正常翻译并表现出溶栓活性,且sNKi基因在翻译水平的表达量显著高于sNK基因。表明内含子对人工合成的纳豆激酶基因的瞬时表达具有显著的促进作用。     

抗siRNA的GFP-Plk1同义突变表达载体及其稳定细胞系的构建

目的:构建GFP-Plk1同义突变表达载体及其稳定转染细胞系。方法:设计Polo样激酶1(Plk1)si RNA序列及相对应的同义突变引物,并利用二次PCR方法扩增Plk1基因,定向克隆到p Rex-EGFP-IRES-Hygro载体中,构建p Rex-EGFP-r Plk1-IRES-Hygro表达载体;利用逆转录病毒感染的方法,构建He La/GFP-r Plk1稳定细胞系;利用免疫印迹及激光共聚焦显微镜,验证Plk1 si RNA的干扰效果及稳定细胞系的构建。结果:双酶切鉴定和测序结果表明构建的p Rex-EGFP-r Plk1-IRES-Hygro正确;免疫印迹实验证明Plk1 si RNA序列可以有效抑制He La/GFP-r Plk1细胞中内源性Plk1蛋白的表达,但不能干扰掉外源GFP-r Plk1蛋白;在荧光共聚焦显微镜下,观察到有丝分裂的前中期和末期,GFP-r Plk1分别定位于着丝粒和中间体上。结论:构建了Plk1同义突变表达载体p Rex-EGFP-r Plk1-IRES-Hygro和He La/GFP-r Plk1稳定细胞系,为下一步研究Plk1在有丝分裂期的调控机制提供了模型。     

利用ARIMA模型对木聚糖酶F/10和G/11的进化过程分析

目的:利用ARIMA模型对木聚糖酶(Xylanase)F/10和G/11家族的进化过程进行分析,并分析两家族中同时含量较高的氨基酸在进化中的特征.方法:计算出每条序列中均含量较高的几种氨基酸,利用SAS时间序列中的ARIMA模型,选取木聚糖酶F/10和G/11两个家族的各十条进化阶段不同的序列,设计一个时间序列实验进行分析.结果:F/10家族的进化是平稳的,甘氨酸含量逐渐降至7%左右,缬氨酸的含量稳定的保持在7%上下,而G/11家族的进化存在较大波动,甘氨酸含量升至14%左右,丙氨酸含量相对于F/10家族稳定.结论:F/10家族的进化比G/11家族稳定,甘氨酸在两家族进化存在明显差异,这对研究木聚糖酶分子的进化以及同义密码子的偏好性具有一定的指导意义.     

蛛丝蛋白基因在大肠杆菌中表达研究

利用大腹园蛛基因组文库筛选获得一段693 bp基因片段,经分析该段基因处于鞭毛状丝基因重复区域,且其中包含了一个完整的重复框架。通过基因密码子优化,在其3′和5′端分别融合蛋白质亲和层析标签,克隆于pET30LIC表达载体中,在不同的大肠杆菌中进行表达试验。实验结果显示:经过密码子优化,融合目的蛋白基因在BL21(DE3)中得到了高效表达,产量达到25~30mg/L,纯化产物纯度达90%以上。SDS-PAGE和W estern-b lotting检测目的融合蛋白均与预期蛋白大小一致。     

寄生曲霉脂肪酶的全基因合成、原核表达及其结构分析

根据寄生曲霉脂肪酶基因序列(GenBank登录号:AF404488)及大肠杆菌密码子的偏爱性,应用重叠延伸PCR技术,人工合成了寄生曲霉脂肪酶基因lipAP.将基因克隆到pFL-B13cl载体上获得重组质粒pFL-B13cl/Lip AP,并在大肠杆菌BL21(DE3)中进行优化表达.融合蛋白Sumo-LipAP在0.1 mmol/L IPTG、37℃条件下诱导6 h表达量最高.SDS-PAGE分析显示融合蛋白His-Sumo-LipAP以包涵体形式表达,大小约为53 kD.复性后透析处理,大部分融合蛋白转化为正确构象且具有催化活性,经一步疏水层析其纯度可达98％.生物信息学工具预测和分析发现,LipAP空间结构保守,具有催化三联体(Ser173-Asp226-His288)、活性部位盖子(S111YSIRNWVTDAT122)及保守五肽(GHSLG)3个功能域.