产肌醇酿酒酵母基因工程菌的构建

【目的】过表达酿酒酵母肌醇合成关键酶基因INO1,促进肌醇合成,构建能够分泌肌醇的基因工程菌株。【方法】构建r DNA介导的INO1基因多拷贝整合表达载体p URIH,电转化酿酒酵母Y01菌株,构建工程菌株YI2-1和YI2-2,荧光定量PCR方法分析INO1基因表达量。敲除Kan MX抗性基因,HPLC检测重组菌发酵液中肌醇含量。【结果】获得INO1基因过表达菌株YI2-1和YI2-2,YI2-1的INO1基因表达量是出发菌Y01的16.235倍。敲除Kan MX抗性基因的菌株命名为YI2-1△KP,初步检测YI2-1△KP产肌醇量为627 mg/L。【结论】r DNA介导的INO1基因多拷贝整合表达载体p URIH能够有效地过表达目的基因;过表达菌株合成的肌醇不仅能满足自身的需要,而且能够向胞外分泌,具有潜在的工业应用价值。     

香豆素类化合物功能及生物合成研究进展*

香豆素类化合物是自然界中一类重要的化合物,具有抗肿瘤、抗凝血、抗菌、杀虫等多种生物活性,应用领域广泛。目前大多数香豆素类化合物从植物中提取,受环境因素影响较大,得率低、成本高,不利于大规模生产,从而限制了其应用和推广。利用合成生物学的思路合成香豆素类化合物具有无污染、原料易得、成本低、过程可控等优势。对香豆素类化合物生物合成途径的研究,尤其是靶标天然产物生物合成表达元件、宿主和发酵条件的优化,以及合成途径中关键酶的挖掘,已经成为研究热点。综述香豆素类化合物及其衍生物的结构、功能和生物合成研究进展,为其生物合成路径中的基因挖掘及异源表达提供参考。     

木酮糖激酶基因整合表达载体构建及在酿酒酵母中的过表达

【目的】以载体p406ADH1为构建骨架,构建一个酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)工业菌株的整合表达载体。【方法】通过酶切连接的方式,将4个元件片段:作为筛选标记的G418抗性基因KanR,用于基因表达的ADH1终止子片段,酿酒酵母W5自身木酮糖激酶基因,18S rDNA介导的同源整合区,插入到骨架质粒p406ADH1中,得到多拷贝整合表达载体pCXS-RKTr。将该载体线性转化酿酒酵母后,对转化子中木酮糖激酶酶活进行测定,检测其表达情况。【结果】重组质粒在酿酒酵母体内实现了木酮糖激酶的高水平稳定表达,其酶活力是初始菌株的2.87倍。【结论】本实验构建了一个酿酒酵母工业菌株整合表达载体,并用此载体过表达了其自身的木酮糖激酶基因。该重组质粒载体的构建可以有效解决酿酒酵母中自身木酮糖激酶酶活较低的情况,这为利用木糖高产乙醇酿酒酵母基因工程菌株的构建和其它酵母重组质粒载体的构建奠定基础。     

产L-苏氨酸重组大肠杆菌的构建和发酵性能

【背景】大肠杆菌由于生长性能优良、遗传背景清晰,常被用作苏氨酸生产菌。【目的】敲除大肠杆菌Escherichia coli THR苏氨酸合成途径的非必需基因,并异源表达苏氨酸合成必需的关键酶,构建一株苏氨酸高产菌株。【方法】利用FLP/FRT重组酶系统,敲除E. coli THR中lysC、pfkB和sstT,同时进行谷氨酸棒杆菌中lysC~(fbr)、thrE和丙酮丁醇梭菌中gapC的重组质粒构建并转化到宿主菌中。【结果】以E. coli THR为出发菌株,敲除其苏氨酸合成途径中表达天冬氨酸激酶Ⅲ (AKⅢ)的基因lysC、磷酸果糖激酶Ⅱ基因pfkB及苏氨酸吸收蛋白表达基因sstT,使菌株积累苏氨酸的产量达到75.64±0.35g/L,比出发菌株增加9.9%。随后异源表达谷氨酸棒杆菌中解除了反馈抑制的天冬氨酸激酶(lysC~(fbr))、苏氨酸分泌转运蛋白(thrE)及丙酮丁醇梭菌中由gapC编码的NADP+依赖型甘油醛-3-磷酸脱氢酶,获得重组菌株E. coli THR6菌株。该菌株积累苏氨酸的产量提高到105.3±0.5 g/L,糖酸转化率提高了43.20%,单位产酸能力提高到5.76 g/g DCW,最大生物量为18.26 g DCW/L。【结论】单独敲除某个基因或改造某个途径不能使苏氨酸大量合成和积累,对多个代谢途径共同改造是构建苏氨酸工程菌的最有效方法。     

代谢工程改造酿酒酵母合成肌醇

【目的】肌醇别名环己六醇,是一种具有生物活性的糖醇,在医药、食品和饲料等领域具有重要的应用价值。为获得生产肌醇的微生物细胞工厂,通过代谢工程改造,构建生产肌醇的酿酒酵母工程菌株。【方法】对酿酒酵母肌醇合成途径的正负调控同时改造,过表达肌醇-3-磷酸合成酶基因ino1,敲除肌醇生物合成的转录抑制子基因opi1和抗性基因kan MX,获得重组菌。利用气相色谱法检测重组菌发酵液中肌醇含量。【结果】构建了生物安全性的产肌醇基因工程菌株,摇瓶培养产量为1.021 g/L。【结论】通过过表达ino1和敲除opi1来改造酿酒酵母,能够有效提高重组菌的肌醇产量,为下一步的微生物发酵法产肌醇的工业应用奠定基础。     

长松萝中一个聚酮合酶基因簇的克隆和鉴定

【目的】探索药用地衣长松萝(Usnea longissima Ach)聚酮化合物的生物合成基因簇,克隆聚酮合酶(PKS)基因并分析其功能。【方法】以长松萝地衣型真菌为材料,通过巢氏PCR获得聚酮合酶基因片段和原位杂交筛选基因组文库获得聚酮合酶基因及相邻基因簇。并对获得聚酮合酶进行分子系统进化分析和基因表达分析。【结果】获得药用地衣长松萝中的编码聚酮合酶基因UlPKS5的全长序列以及相邻修饰基因β-内酰胺酶和脱水酶。聚酮合酶UlPKS5含有酮体合成酶(KS),酰基转移酶(AT),产物模板(PT)以及酰基载体蛋白(ACP)结构域。分子系统进化分析显示UlPKS5属于非还原型聚酮合酶中第五组,与蒽醌类化合物生物合成相关。通过半定量RT-PCR分析表明山梨醇(10%)和蔗糖(2%和10%)能够强烈诱导UlPKS5基因表达。【结论】聚酮合酶(UlPKS5)及相邻修饰基因β-内酰胺酶和脱水酶与长松萝中蒽醌类化合物生物合成相关。     

来自西双版纳3种有毒植物的免培养与纯培养放线菌多样性及生物活性

【背景】由于土壤放线菌中获得新化合物日益困难,抗生素滥用使致病菌耐药性不断增加,人们转向研究植物内生放线菌以期发现新化合物。【目的】探究西双版纳热带雨林有毒植物内生放线菌的多样性,为开发新药提供具有潜在生物活性的菌株。【方法】通过Illumina Hi Seq高通量测序和纯培养方法分析箭毒木、八角枫、马缨丹3种有毒植物的内生放线菌群落结构组成,利用纸片扩散法筛选抑菌活性,通过PCR扩增检测7类化合物合成基因。【结果】高通量测序的多样性分析和群落结构分析得出:3种有毒植物在门分类水平检测出古菌域的2个门、细菌域的18个门和暂定的Rsa HF231、WD272门;在属分类水平检测出30个属的放线菌,八角枫和马缨丹的微生物群落结构比箭毒木更丰富。纯培养分离获得11个属34株菌,分离自箭毒木的菌株比八角枫和马缨丹的菌株更多,而且大多数高通量检测出的菌种不能通过纯培养获得。抑菌活性检测结果显示:抗菌活性作用明显的菌株以链霉菌属为主。链霉菌属的NRPS和PKS基因的检出率明显高于其他化合物合成基因。【结论】有毒植物内生放线菌多样性非常丰富。有毒植物内生放线菌具有合成次生代谢产物的潜力,可以为生物农药及抗生素开发提供丰富的菌种资源。     

染色体DNA琼脂糖包埋法辅助的ExoCET技术克隆放线菌天然产物生物合成基因簇

【目的】本研究旨在通过将琼脂糖包埋染色体DNA的方法与ExoCET重组技术相结合,建立放线菌天然产物生物合成基因簇的捕获方法。然后将克隆基因簇导入通用底盘宿主中,实现目标生物合成基因簇的异源表达。【方法】首先,利用低熔点琼脂糖包埋技术制备菌株的染色体基因组总DNA,再用限制性内切酶消化含有染色体DNA的琼脂块,获得线性化的DNA样品;然后利用ExoCET重组技术,以p15A线性载体片段将目标基因簇线性片段进行捕获;再通过PCR-targeting的方法向目标质粒中引入所需的接合转移DNA元件。接着,将改造质粒通过接合转移导入到Streptomyces coelicolor M1252宿主中,获得不同的重组菌株。最后,对不同的菌株进行发酵并提取化合物,最后进行活性检测以及质谱检测。【结果】通过该方法,从菌株S.lincolnensisNRR2936中成功获得了林可霉素生物合成基因簇(lmb-BGC),从菌株Nonomuraea nitratireducens WYY166^T中克隆得到了2个核糖体肽类化合物的生物合成基因簇(nioblantin,niob-BGC和nitblantin,nitb-BGC),并实现了lmb-BGC在天蓝色链霉菌M1252中的成功表达。【结论】本研究通过将低熔点琼脂糖包埋技术与ExoCET重组技术进行合理整合,定向克隆得到了林可霉素以及2个新颖的羊毛硫肽类化合物的生物合成基因簇。然后,分别对重组质粒改造后,在天蓝色链霉菌M1252宿主中进行表达,分别获得重组菌株MJX01、MJX02和MJX04。最后,利用质谱以及活性测试的手段对发酵提取物进行了检测,确定了林可霉素生物合成基因簇在天蓝色链霉菌M1252中成功表达。本研究为通过基因簇克隆和异源表达发掘新化合物奠定了基础。     

MHF组蛋白折叠复合体组分编码基因MHF1过表达对重组酿酒酵母纤维素酶生产的影响

【背景】重组酿酒酵母可用于生产多种药用蛋白和工业酶等外源蛋白,但蛋白分泌水平低是限制其异源蛋白高效生产的重要因素。异源蛋白表达和分泌过程可能会对宿主细胞产生多种胁迫,因此,研究胁迫响应相关基因对重组酵母异源蛋白生产的影响具有重要意义。Mhf1p是MHF组蛋白折叠复合体的组分之一,与DNA损伤修复及维持基因组稳定性有关,但其对异源蛋白生产的作用尚不清楚。【目的】研究MHF1过表达对重组酿酒酵母蛋白生产的影响。【方法】在分泌表达纤维素酶的重组酿酒酵母菌株中利用基于CRISPR-Cas9的基因组编辑技术整合过表达MHF1,分析其对产酶的影响,并探讨影响产酶的分子机理。【结果】与出发菌株相比,过表达MHF1菌株的外切纤维素酶CBH酶活性提高了38%。对过表达MHF1的CBH生产菌株中蛋白合成和分泌途径相关基因转录水平进行检测,发现与对照菌株相比,CBH1基因和与分泌相关的SEC22、ERV29等基因在不同时间点呈现不同程度显著上调。【结论】MHF1过表达可促进酿酒酵母异源外切纤维素酶的生产,并影响外源酶基因和分泌途径基因的表达,可能通过对多基因的协同表达影响促进产酶。     

基于活性和基因从海洋微生物中筛选烯二炔类抗生素

【目的】高质量的海洋微生物菌种库及其天然产物库是新药开发的重要来源。在本研究中我们通过筛选新的烯二炔类抗生素来对已经构建的海洋微生物天然产物库进行质量评价。【方法】首先我们根据烯二炔类抗生素能引起DNA断裂的活性构建了活性筛选模型,并对我们的天然产物库进行筛选;其次根据合成烯二炔核心结构的独特且保守的重复I型聚酮合成酶设计了引物,通过PCR扩增的方法对海洋微生物库进行序列筛选。【结果】通过活性筛选从我们的海洋微生物天然产物库中获得一个阳性的发酵产物。对该阳性菌(LS481)的系统发育学分析表明该菌属于能产生烯二炔类化合物—Dynemicin的Micromonospora chersina,对其发酵产物TLC分析证明该菌确实产生Dynemicin类化合物。通过基因筛选得到了2个具备合成烯二炔核心结构聚酮合成酶的菌株,16S rRNA基因分析显示其中一个很可能为灰色链霉菌(MS098),另外一株菌则同Streptomyces vinaceus NBRC 13425T和Streptomyces cirratus NRRLB-3250T最相近。【结论】我们的活性筛选模型能够有效获得烯二炔类物质,结合基因筛选能够进一步获得可能产生烯二炔物质的菌株。初筛结果也再一次验证了我们海洋微生物天然产物库的质量较好。     

Selection with two alleles and complete dominance

For a plant selection model with frequency-independent viabilities, fertilities and selfing rates, it is shown that apart from global fixation, for certain parameter combinations a protected polymorphism and facultative fixation (either allele may become fixed according to initial frequencies) may both occur. Facultative fixation requires different selling rates for the dominant and recessive type. Protection of the polymorphism requires resource allocation for male and female function. In this connection the problem of purely genetically caused population extinction is discussed.
For general frequency dependence and regular segregation, the chances for establishment of a completely recessive gene are compared to those of a completely dominant gene. It is proven that the process of establishment of the recessive gene, despite a fitness advantage, may be considerably endangered by drift effects if random mating prevails. The recessive gene may reach the same effectivity in establishment as a dominant gene, only if the recessive homozygote mates exclusively with its own type during the period of establishment.     

杆状病毒出芽病毒粒子膜融合蛋白的研究进展

杆状病毒是一类感染节肢动物的病原微生物,其基因组为双链环状DNA,大小为80～180kb.     

Inception of the Modern Public Health System in China and Perspectives for Effective Control of Emerging Infectious Diseases: In Commemoration of the 140th Anniversary of the Birth of the Plague Fighter Dr. Wu Lien-Teh

In this article, we systematically review Dr. Wu Lien-Teh's academic achievements and outstanding contributions in the prevention and control of the plague epidemic in northeast China and introduce the development of the earliest public health epidemic prevention system in China in order to commemorate the 140th anniversary of Dr. Wu Lien-Teh's birth. We hope that this article will provide insights into the effective prevention and control of emerging infectious diseases as well as the current worldwide pandemic of COVID-19, facilitating the improvement and development of public health systems in China and around the globe.