大肠杆菌启动基因的重组和表达——Ⅱ.不同启动基因对抗四环素基因表达的影响

质粒pHE5为pBR322的EcoRI—HindⅢ片段由噬菌体T4基因37的EcoRI-HindⅢ片段取代、构建而成,抗Tc基因的启动基因被破坏。在抗Tc结构基因前插入新的启动基因,可以使抗Tc功能恢复,以此可以筛选各种启动基因。我们用pHE5构建了含大肠杆菌启动基因的重组质粒800株,对它们抗四环素程度的分布作了测定,制作了重组质粒pTP210、pTP213的限制性酶切图谱,并且就应用这二个质粒作为真核基因表达运载体的可能性进行了初步讨论。     

解淀粉芽胞杆菌启动基因的克隆及其对地衣杆菌α-淀粉酶基因的调控

用大肠杆菌启动基因探针质粒pHE5克隆了解淀粉芽胞杆菌的启动基因。供体菌DNA的HindⅢ片段与pHE5重组后转化大肠杆菌,获得一批带启动基因的抗四环素转化子,其中四株的抗性达到200μg/mL,从这四株高抗性转化子中提取质粒,并对其中的一个重组质粒pAE23的插入片段进行限制性图谱分析和缺失研究,获得了一个缺失了部份片段,四环素抗性仍达到200μg/mL的衍生质粒pAED23,经酶切分析证明其上的启动基因位于0.8kb的EcoR Ⅰ—HindⅢ片段上。点杂交分析证实该片段来自解淀粉芽胞杆菌的DNA。将地衣杆菌的α-淀粉酶基因亚克隆至pAED23启动基因下游的HindⅢ位点上能增强该基因在大肠杆菌中的表达。     

具有原核基因启动子活性的蓖麻蚕染色体DNA片段

利用大肠杆菌启动子克隆载体pHE5,研究了蓖麻蚕染色体的Hind Ⅲ酶解片段在大肠杆菌中作为四环素抗性基因启动子的功能作用。蓖麻蚕染色体的Hind Ⅲ片段与pHE5重组,在大约10~6个重组子中获得953株启动子重组体。测定了这些含有重组质粒的菌株抗四环素能力,其中有4株在平板上抗四环素水平超过225微克/毫升。对其中pARP201的插入片段进行了限制性图谱分析和启动子活性区域的缺失定位,证明了pARP-DB(由pARP201衍生而来)中的约0.5kb的外源插入片段具有完整的原核启动子功能。我们分析了这段DNA的部分核苷酸顺序,发现它与原核基因启动子极其相似。     

利用酵母人工染色体(YAC)减数分裂同源重组构建人免疫球蛋白κ链基因组大片段

具有同源重叠区的酵母人工染色体(YAC)可以利用酵母细胞减数分裂进行同源重组,从而构建更大的人工染色体基因组,这对生命科学基础研究和生物技术应用研究有着非常重要的意义。本实验以两个含人免疫球蛋白κ链基因簇片段的YAC克隆为材料,通过酵母改型、异型接合、二倍体发孢、单孢子筛选和分子生物学鉴定等技术和方法,利用酵母菌减数分裂同源重组机制,构建了一条包含人的免疫球蛋白κ轻链32个Vκ基因、5个Jκ基因、Cκ基因、Eκ基因和κde基因的YAC重组体,长度约400kb。同时,本实验利用溶壁酶消化法获取单孢子重组体,代替了传统的显微分孢操作。使得利用酵母人工染色体减数分裂同源重组的技术更加简便可行。     

利用酵母人工染色体（YAC）减数分裂同源重组构建人免疫球蛋白κ链基因组大片段

具有同源重叠区的酵母人工染色体(YAC)可以利用酵母细胞减数分裂进行同源重组,从而构建更大的人工染色体基因组,这对生命科学基础研究和生物技术应用研究有着非常重要的意义。本实验以两个含人免疫球蛋白κ链基因簇片段的YAC克隆为材料,通过酵母改型、异型接合、二倍体发孢、单孢子筛选和分子生物学鉴定等技术和方法,利用酵母菌减数分裂同源重组机制,构建了一条包含人的免疫球蛋白κ轻链32个Vκ基因、5个Jκ基因、Cκ基因、Eκ基因和κde基因的YAC重组体,长度约400kb。同时,本实验利用溶壁酶消化法获取单孢子重组体,代替了传统的显微分孢操作。使得利用酵母人工染色体减数分裂同源重组的技术更加简便可行。     

酵母绿色荧光蛋白报告载体的构建及其在过氧化物酶体研究中的应用

以载体pYES2为基础,构建了酵母表达载体pYES2G,该载体含有融合了过氧化物酶体定位信号1(PTS1)的绿色荧光蛋白报告分子GFP-SKL编码基因,该基因以酵母TEF1启动子启动。pYES2转化研究表明,在野生型酵母INVScl中,GFP-SKL蛋白在细胞中呈点状聚集,而在酵母PEX5p缺陷菌株ATCC4003603中,荧光为弥散状,证明报告分子GFP-SKL可通过PEX5p蛋白有效定位到过氧化物酶体。在载体pYES2G的多克隆位点分别连入酵母及产黄青霉PEX5p编码基因得到载体pYES2G/ScPEX5和pYES2G/PcPEX5,转化酵母ATCC4003603,荧光均呈聚集状,证明外源PEX5p基因的表达恢复了缺陷菌株的功能。pYES2G载体为真菌过氧化物酶体相关基因的功能研究提供了直观有效的方法。     

5’端非翻译区对LT—B基因表达的影响

RNA 5’端非翻译区的不同结构可影响基因表达,为了改善编码人毒素源性大肠杆菌热敏感肠毒素B亚单位的LT—B基因的表达水平,我们把该基因置于pBV220载体的PRPL串联启动子下游,构建了带有不同核苷酸组成的5’端非翻译区的重组体。这些重组体分别在大肠杆菌Hblol和DH5a中表达。结果表明,起始密码前有两个连续串联SD序列的LT—B基因的表达水平低于只有单个SD序列下的表达水平,而翻译偶联可使表达改善;用不同的SD序列LT—B基因的表达水平也有所不同,用基因本身sD序列可能要比用pBV220 PL启动于下游的SD序列好;在只含单个LT－B基因SD序列的重组体中,5’端非翻译区序列的长短对LT—B基因表达没有什么影响;重组体在HB101中的表达水平高于在DH5α中的表达水平。     

ApCl基因在毕赤酵母中的表达

为了研究ApCl基因的功能,应用基因重组技术将ApCl基因片段克隆入大肠埃希菌—酵母穿梭质拉pGAPZαA,构建重组真核表达质拉pGAPZαA-ApCl,电转化巴斯德单赤酵母GS115,Zeocin筛选出阳性克隆转化子.通过比较转化空载体pGAPZaA和重组载体pGAPZαA-ApCl的不同菌株分别在含有高盐和高山梨醇浓度的液体培养基中生长情况,发现毕赤酵母GS115在转化ApCl基因后其抗旱、抗盐能力显著提高(约3倍),进一步验证了ApCl基因对提高生物抗逆能力有显著作用,为将来分离该蛋白及进一步研究奠定基础.     

不同宿主来源的重组酿酒酵母混合糖代谢比较

【目的】研究不同工业酿酒酵母宿主背景对重组酵母木糖利用效率的影响。【方法】将木糖利用途径的木糖还原酶(XR)、木糖醇脱氢酶(XDH)和木酮糖激酶(XK)编码基因串联后分别转入3株不同的工业酿酒酵母中,得到重组酵母ZQ1、ZQ5和ZQ7。分别对3个木糖途径代谢基因的表达水平、酶活和重组菌株的木糖发酵效率进行比较。【结果】重组菌株在木糖代谢基因转录、酶活性和木糖利用性能方面有很大差异,其中ZQ5木糖代谢能力最强,ZQ7其次,ZQ1木糖利用能力最弱。ZQ7在初始木糖浓度为20 g/L时木糖利用速率快于ZQ5,表明木糖浓度对重组菌发酵性能评价具有影响。【结论】不同菌株的遗传背景和木糖浓度对重组菌木糖利用的影响很大,评价重组酵母的木糖利用需考虑宿主的遗传背景和底物浓度的影响。     

毕赤酵母重组菌株直接基因缺失方法的研究

毕赤酵母重组菌在表达外源蛋白时往往存在比较严重的蛋白降解现象,一种可供选择的解决办法就是将其中起作用的某种蛋白酶基因缺失,但目前国内外研究主要集中于非重组毕赤酵母的基因缺失,直接对重组菌进行基因缺失的研究较少。以现有的毕赤酵母基因重组菌(GS115Hir)为宿主菌,分别采用有标记的插入替换方法和无标记的Pop-In/Pop-Out方法直接缺失其PRC1蛋白酶基因和KEX1蛋白酶基因。缺失菌株经测序分析,结果显示发生了理论的基因缺失。在此基础上本文比较了这两种方法的各自优缺点,探讨了它们的不同的用途,为直接在毕赤酵母重组菌中进行基因缺失提供了有益的参考。     

mNUDC基因在巴斯德毕赤酵母中表达载体的构建及表达

目的:探索小鼠核迁移蛋白C(mNUDC)在毕赤酵母分泌表达的方法.方法:应用PCR扩增本实验室所构建的重组质粒PET28b-his-mNUDC中的mNUDC基因,使用基因重组方法构建毕赤酵母真核表达栽体pPICZaA-his-mNUDC,电击转化酵母茵株KM71后,经摇瓶发酵和甲醇诱导,SDS-PAGE和Westernblot分析鉴定上清中重组mNUDC蛋白表达量.结果:经过PCR方法,有效扩增了mNUDC基因,构建了pPICZα A-his-mNUDC酵母表达质粒,序列分析表明所构建的含mNUDC基因的质粒与设计相同,mNUDC蛋白得到正确表达.使用SDS-PAGE和Western blot方法可以检测到mNUDC的稳定、高效地分泌表达.结论:成功地构建了mNUDC基因的毕赤酵母表达载体pPICZα A-his-mNUDC,并在毕赤酵母中实现分泌型离表达,为进一步研究mNUDC蛋白对小鼠的生物活性奠定了实验基础.     

高温α-淀粉酶基因突变体在大肠杆菌、毕赤酵母中的表达

对地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)高温α-淀粉酶(amyE)基因进行改造获得的基因突变体(amyEM),通过PCR扩增,将此基因分别克隆至大肠杆菌表达载体pBV220和毕赤酵母表达载体pPIC9K上,并分别转化大肠杆菌DH5α和毕赤酵母GS115感受态细胞,获得重组大肠杆菌和重组毕赤酵母。通过表达产物的酶活性检测和SDS-PAGE分析,证明突变α-淀粉酶(AmyEM)在大肠杆菌、毕赤酵母中获得有效表达。对重组大肠杆菌产生的α-淀粉酶的粗酶性质分析表明,此酶分子量约为55kDa。其最适反应温度为80℃~90℃,与野生型基因相比,其最适pH均为6.0,但不同的是突变体在pH 5.0~5.5时表现出较高的酶活力;在毕赤酵母细胞的表达产物可分泌至胞外。由于酵母可对蛋白进行糖基化,酶分子量增加到60kDa,最适pH也改变为5.5。此高温α-淀粉酶突变体所具有的在微酸性环境具有较高酶活力的性质,具有重要的潜在工业应用价值。     

利用荧光蛋白研究产甘油假丝酵母胞浆3-磷酸甘油脱氢酶基因CgGPD启动子

[目的]克隆产甘油假丝酵母(Candida glycerinogenes)胞浆3-磷酸甘油脱氢酶基因CgGPD的启动子(PCggpd),并通过报告基因gfp的差异表达来研究葡萄糖浓度对PCggpd在酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中的诱导特性.[方法]采用PCR扩增的方法分别从产甘油假丝酵母基因组和pCAMBIA1302载体中克隆出CgGPD的启动序列PCggpd和绿色荧光蛋白基因gfp.将两个基因同时构建到酿酒酵母表达载体pYX212-zeocin中,构建时将绿色荧光蛋白基因gfp置于CgGPD的启动序列下游,获得重组质粒pYX212-zeocin-PCggpd-gfp.通过电击转化酿酒酵母W303-lA.将重组酿酒酵母S.cerevisiae W303-1A-GFP置于不同葡萄糖浓度培养基中进行培养,利用荧光显微技术对其进行荧光检测.[结果]重组酿酒酵母能产生稳定的荧光,当葡萄糖浓度为2%时,重组酿酒酵母在YEPD培养基中产生较弱的荧光,随着葡萄糖浓度的升高,荧光强度有明显的增强.[结论]PCggpd属于环境胁迫诱导型启动子,高浓度的葡萄糖能诱导PCggpd启动绿色荧光蛋白的高水平表达,这对完善产甘油假丝酵母的遗传背景研究,阐明其高产甘油的机理具有重要意义.     

毕赤酵母己糖运载体HXTl基因缺失菌株的构建

葡萄糖在酵母胞内的转运是依靠己糖运载体家族成员完成的.目前在酿酒酵母中已鉴定了18个己糖运载体基因,各自功能也已得到深入的研究.然而在作为优良蛋白表达系统的毕赤酵母中,目前国内外尚未有此类基因的相关报道.本文基于酵母同源重组率高的特性,以G418作为抗性筛选标记,分别在其5'和3'端连接待缺失毕赤酵母基因HXTl开放阅读框ORF的上下游各200 bp作为同源重组区,电转毕赤酵母GS115感受态,通过不同浓度G418抗性平板筛选,最终得到了HXTl基因缺失的毕赤酵母菌株GS115AHXTl.通过与野生株比较发现,HXTl基因缺失株的生长状况及葡萄糖利用都有所下降.     

RT-PCR检测毕赤酵母外源β-甘露聚糖酶基因拷贝数

利用荧光定量PCR方法检测毕赤酵母外源β-甘露聚糖酶基因(man)拷贝数。以毕赤酵母中高度保守基因三磷酸甘油醛脱氢酶基因(gap)为内参基因,分别构建含有gap和man的克隆质粒,进行RT-PCR反应构建gap和man双标准曲线;获得的双标准曲线具有良好的重复性,其相关系数(R2)均为0.999,其扩增效率分别为105.1%和102.2%。提取含有外源man基因的毕赤酵母基因组进行RT-PCR检测,通过双标准曲线计算出外源man基因的拷贝数。结果显示:预先经过博莱霉素(Zeoicn)抗性筛选得到的10株毕赤酵母重组菌株中含有1、2、3、4、5和7个不等拷贝的β-甘露聚糖酶基因。结果表明该方法能够高效快速筛选和鉴定出含有不同外源β-甘露聚糖酶基因拷贝数的毕赤酵母重组菌株。     

MAL1基因启动子区的克隆及其在大肠杆菌中的启动功能分析

目的：MAL1基因启动子区在原核生物大肠杆菌中是否有双向启动外源基因的功能。方法：利用PCR扩增MAL1基因启动子区,将不同方向的MAL1基因启动子区后接上Zeocin基因,构建成重组报告质粒,转化大肠杆菌DH5α,验证该启动子区是否双向都具有启动外源基因的功能。结果：将含不同方向启动子区的重组质粒PUCMZ1和PUCMZ2,转化大肠杆菌,转化子均有Zeoein抗性。结论：证明了MAL1结构基因上游启动子区在原核生物大肠杆菌中具有双向启动的功能,且3′-5′方向的启动能力强于5′-3′方向。     

毕赤酵母己糖运载体HXT1基因缺失菌株的构建

葡萄糖在酵母胞内的转运是依靠己糖运载体家族成员完成的。目前在酿酒酵母中已鉴定了18个己糖运载体基因, 各自功能也已得到深入的研究。然而在作为优良蛋白表达系统的毕赤酵母中, 目前国内外尚未有此类基因的相关报道。本文基于酵母同源重组率高的特性, 以G418作为抗性筛选标记, 分别在其5￠和3￠端连接待缺失毕赤酵母基因HXT1开放阅读框ORF的上下游各200 bp作为同源重组区, 电转毕赤酵母GS115感受态, 通过不同浓度G418抗性平板筛选, 最终得到了HXT1基因缺失的毕赤酵母菌株GS115ΔHXT1。通过与野生株比较发现, HXT1基因缺失株的生长状况及葡萄糖利用都有所下降。     

一种增加重组毕赤酵母拷贝数提高胰岛素前体产量的策略

[目的] 为了进一步提高毕赤酵母表达生产人胰岛素前体的产量,[方法] 将构建的表达载体pPICZα-IP 电转至毕赤酵母X-33中,在100 μg/mL zeocin的YPDS抗性平板筛选获得过量表达人源胰岛素前体(IP)的重组菌株B4和S6.在此基础上,以过量表达胰岛素前体的B4和S6为出发菌株,以SacI线性化的表达载体pPICZα-IP进行重复电转化,并在1000 μg/mL zeocin的YPDS平板上筛选获得一株拷贝数为7的重组毕赤酵母2B4.[结果] 该菌株在5L规模发酵罐上,人源胰岛素前体产量是低拷贝数菌株B7的2.7倍,且菌体并未因拷贝数高而表现出生长不良的现象.实时定量PCR检测后,发现2B4菌株胰岛素前体基因的转录水平是B7的2倍.[结论] 综上结果表明,采用抗性筛选和重复电转相结合的高拷贝重组毕赤酵母构建策略,能有效促进目的基因的转录水平,最终显著提高目标蛋白的产量.     

5′端非翻译区对LT-B基因表达的影响

mRNA5＇端非翻译区的不同结构可影响基因表达,为了改善编码人毒素源性大肠杆菌热敏感肠毒素B亚单位的LT-B基因的表达水平,我们把该基因置于pBV220载体的P_RP_L串联启动子下游,构建了带有不同核苷酸组成的5＇端非翻译区的重组体。这些重组体分别在大肠杆菌HB101和DH5α中表达。结果表明,起始密码前有两个连续串联SD序列的LT-B基因的表达水平低于只有单个SD序列下的表达水平,而翻译偶联可使表达改善;用不同的SD序列LT-B基因的表达水平也有所不同,用基因本身SD序列可能要比用pBV220P_L启动子下游的SD序列好;在只含单个LT-B基因SD序列的重组体中,5＇端非翻译区序列的长短对LT-B基因表达没有什么影响;重组体在HB101中的表达水平高于在DH5α中的表达水平。     

酵母杂交系统在CRISPR/Cas9基因编辑系统脱靶率研究中的应用*

目的:为提高CRISPR/Cas9(clustered regularly interspaced short palindromic repeats/CRISPR-associated protein 9)靶向性奠定基础,同时证明酵母杂交系统在研究CRISPR/Cas9脱靶效应中的应用价值。方法:以实验室前期构建成功的activase基因编辑水稻株为研究对象,先采用T7核酸内切酶Ⅰ法初步预测30株基因编辑水稻株的脱靶率。随后以酵母杂交系统进一步预测脱靶率以及研究sgRNA结构对脱靶率的影响。首先,将activase靶向基因的标准sgRNA(standard sgRNA)和短sgRNA(truncated sgRNA)分别克隆至CRISPR/Cas9系统表达载体pDW3769中,构建对应的重组载体pHZ2和pHZ4,转化至YPH499酵母单倍体形成重组酵母YpHZ2和YpHZ4;其次,根据脱靶位点预测选择7组脱靶序列A、B、C、D、E、F、G以及靶向序列,分别克隆至包含报告基因mCherry的高拷贝载体pDW3133和低拷贝载体pDW3134,构建相应的高拷贝重组载体pHZ5、pHZ7、pHZ9、pHZ11、pHZ13、pHZ15、pHZ17和pHZ19,以及对应的低拷贝重组载体pHZ6、pHZ8、pHZ10、pHZ12、pHZ14、pHZ16、pHZ18和pHZ20,转化至YPH500酵母单倍体,构建重组酵母YpHZ5-20。随后,重组酵母YpHZ2和YpHZ4与重组酵母YpHZ5-20分别杂交,挑取双倍体酵母菌落,在不同的时间段下检测荧光数值,根据荧光值定量预测脱靶率。结果:酵母培养144~192 h时荧光最为显著,脱靶序列sgRNA与靶向基因sgRNA同源性越高,越易造成脱靶,但短sgRNA较标准sgRNA脱靶率低。根据水稻植株的脱靶检测显示脱靶率约20%,基于酵母杂交的检测结果显示脱靶率为20%~28%。结论:酵母细胞进入稳定期时荧光值最为显著,且与载体的拷贝数量成正比。sgRNA序列以及长短结构可影响CRISPR/Cas9的基因靶向性。两种方法的脱靶率预测结果相当,表明酵母杂交系统在评价CRISPR/Cas9系统的脱靶率以及研究脱靶影响因素中具有良好的应用价值。