大肠杆菌基因组基因无痕敲除的优化方法

目的：优化大肠杆菌基因组基因无痕敲除的方法,提高无痕敲除的效率。方法：以无痕敲除大肠杆菌nanKETA基因簇为模型,利用Red同源重组系统和核酸内切酶I-SceI的筛选作用,通过两步连续同源重组无痕敲除大肠杆菌CLM37基因组中的nanKETA基因,优化无痕敲除时同源DNA长度与诱导用于筛选阳性克隆I-SceI表达的诱导剂浓度。通过比较敲除nanKETA基因前后菌株的生长曲线,研究大肠杆菌CLM37缺失nanKETA基因后的生长状态。结果：成功无痕敲除大肠杆菌CLM37基因组中的nanKETA基因,并在无痕化处理时,通过延长与基因组同源DNA的长度,由通常使用的80碱基对延长到684碱基对;并通过提高诱导筛选基因表达的四环素的浓度,由500 μg/ml提高到1000 μg/ml后,使无痕敲除效率高达90%以上。生长曲线研究表明,缺失nanKETA基因后的菌株生长状态与原菌株基本一致。结论：通过延长与基因组同源的双链核苷酸的长度和诱导筛选基因表达的四环素的浓度可显著提高无痕敲除的效率。     

金色链霉菌J13基因敲除体系的构建

目的:建立金色链霉菌基因敲除体系,敲除金色链霉菌J13中的ctcF基因,研究工程菌的代谢变化.方法:采用基因置换和框内缺失技术,对ctcF基因进行敲除.结果:利用接合转移的方法,将质粒pFD109导入到金色链霉菌J13中,经抗性筛选及PCR验证获得ctcF基因置换菌株金色链霉菌A1 - 20;将质粒pFD111经接合转移导入到A1 -20中,获得ctcF基因框内缺失菌株金色链霉菌K2-46;以上工程菌的发酵组分经HPLC分析,发现金霉素发酵单位显著降低.结论:获得的接合子发生双交换的概率可达18％以上,建立及验证了金色链霉菌基因敲除体系的实用性和可操作性,并初步推测ctcF为金霉素生物合成中的调控基因.     

链霉菌负调控因子突变筛选系统的构建

摘要:【目的】构建用于阻遏链霉菌隐性次级代谢基因簇表达的负调控因子筛选的报告系统。【方法】通过“REDIRECT (Rapid Efficient Directed Recombination Time Saving)”技术结合链霉菌温和噬菌体BT1整合酶的体内位点特异性重组技术,对链霉菌中多基因进行无痕敲除。以链霉菌隐性次级代谢基因簇中受阻遏的启动子驱动链霉菌中保守的inoA 构建报告质粒,针对阻遏次级代谢基因簇表达的负调控基因的突变进行检测,以验证报告系统的可行性。【结果】本研究首先通过对天蓝色链霉菌的肌醇从头合成途径关键酶基因inoA,及合成黄色聚酮类隐性抗生素(yellow cryptic polyketide,yCPK)的途径特异性负调控基因scbR2依次进行了无痕敲除,以构建进一步筛选所用的受体菌,再以scbR2阻遏的cpkO启动子控制inoA 的表达构建了报告质粒pIJ8660::PcpkO::inoA。结果显示沉默的cpkO 启动子在突变的受体菌中被激活并使inoA得到了表达,可以使inoA的光秃型突变表型在不添加肌醇的培养基上恢复到产孢的野生型表型。【结论】inoA可以作为新的链霉菌普遍适用的报告基因,可方便地通过表型变化的观察进行筛选,同时可针对性对负调控基因的突变进行检测,可应用于链霉菌隐性抗生素激活的研究。     

大肠杆菌基因无痕敲除技术及策略

基因敲除技术是大肠杆菌基因组减小和代谢途径改造的有效手段,其中基于同源重组原理的基因无痕敲除技术显现出其他技术所不具备的应用优势和发展潜力。该技术可以快速敲除大肠杆菌基因组中的目标基因,并且在基因组中不残留任何外源片段,所以不会干扰后续的基因操作。我们分类介绍了无痕敲除技术中所涉及载体的结构、功能及其相应的敲除策略,着重介绍了无痕敲除技术的原理及载体构建方法。     

大肠杆菌hfq和rne-710基因的双质粒无痕敲除技术

基因敲除技术是了解基因功能的重要技术手段。以大肠杆菌K-12 MG1655基因组hfq(309 bp)和rne-710(1056 bp)基因为模型,首先构建Δhfq∷Spe和Δrne-710∷Spe菌株,通过融合PCR方法分别构建缺失hfq(309 bp)和rne-710(1056 bp)的融合片段并连接至辅助质粒,缺失hfq和rne-710的片段经重组分别替换壮观霉素抗性盒,得到无痕敲除株Δhfq和Δrne-710。双质粒无痕敲除和融合PCR方法相结合为大片段基因缺失开辟了新的途径。     

链霉菌分类研究进展

自从Waksman和Henrici[1]于1943年建立链霉菌属(Streptomyces)以来,链霉菌已成为细菌域中种的数量最大的一个属.目前,包括出现在专利中的种已经超过3000个,至1996年已有有效描述的种464个和亚种45个[2].由于链霉菌是产生抗生素等生物活性物质种类最多的一类微生物,因此至今各国学者仍在不断研究设计新的分离、培养、鉴定和分类方法,以指导新的天然生物活性物质的寻找.但长期以来,国际上因缺少可以接受的统一的分类鉴定标准,导致了链霉菌分类中的混乱.     

位点特异性重组技术研究进展

位点特异性重组技术是现代生命科学中研究基因敲除与靶向整合的工具。它的应用实现了外源基因可预测、可重复的高效表达;对于利用模型动物进行基因分析更是具有划时代的意义;在转基因植物中的运用价值同样不可忽视。     

高效位点特异性链霉菌φC31噬菌体整合酶的研究进展

链霉菌φC31噬菌体整合酶（φC31-int）属于位点特异性重组酶的解离酶／转化酶系,该家族催化机制由丝氨酸介导,能识别噬菌体附着位点（attP）和宿主基因组上的细菌附着位点（attB）,介导同源序列之间的位点特异性重组。实验证实,φC31-int是一种高效位点特异性整合工具酶,与其他整合策略相比,具有集高效和安全于一体的优点,通过介导位点特异性整合,将外源基因特异地整合到宿主基因组,使目的基因得以持续、高效的表达,并且具有DNA容量方面的优势。随着研究的深入,人们对φC31-int介导整合作用机制和影响因素有了进一步的认识。通过一系列成功应用φC31-int进行的基因治疗的动物学实验,为今后如何利用非病毒载体系统进行基因治疗及转基因动物模型的建立提供了一种新的选择。     

蛋白质内含肽的研究进展

蛋白质内含肽是能够自我剪接的一段多肽链.它的发现不仅在理论上丰富了遗传信息翻译后加工的内容,而且在蛋白质纯化的实践方面有着广泛的应用前景.主要对蛋白质内含肽的剪接机制、结构特征、核酸内切酶活性以及应用方面的研究进展作一概述.     

一种新的基于Red重组及I-Sec I体内切割的大肠杆菌基因组无痕删减方法

目前常用的基因修饰方法是在Red同源重组介导下,电转线性PCR片段替换染色体上指定序列。因PCR过程错误掺入,该方法常常会在同源序列部位产生一些突变。为了避免此类突变,我们建立了一种新的无痕删除方法。首先将含有抗性标记(两侧带有I-Sec I识别位点)的线性DNA电转到Red重组感受态细胞内,用抗性基因替换基因组上指定序列;然后,将携带融合同源臂(两侧带有I-Sec I位点)的供体质粒导入上述细胞,诱导表达I-Sec I内切酶切割供体质粒释放同源片段,同时切除染色体上抗性基因产生双链断裂,通过分子间同源重组实现无痕删除。我们应用该方法连续删除了大肠杆菌DH1基因组上11个非必需区,使基因组减小10.59%。PCR测序证明所有删减区域同源臂未发生突变,基因组重测序证明指定区域被删除。删减菌的生长变化不大,但耐酸能力有所改变,并对番茄红素合成有不同影响。     

地衣芽胞杆菌dif序列的功能鉴定

地衣芽胞杆菌是重要的工业菌株,如何为其建立一种有效的基因删除技术是对该菌株进行遗传改良的基础。枯草芽胞杆菌difB8序列已经被成功用于枯草芽胞杆菌多基因的删除。在分析地衣芽胞杆菌基因组序列并获得与枯草芽胞杆菌difB8以。序列十分相似的一段序列difBLi的基础上,构建了在庆大霉素抗性基因两侧具有difBLi的重组质粒pMD19-difGm和pHY-XI’：：difGm,通过电击转化法将质粒pHY-XI’：：difGm导入B．1icheniformis ATCC14580中,筛选获得了具有庆大霉素抗性的转化子。在转化子的传代过程中,重组质粒的庆大霉素抗性基因在体内Xer／dif／f位点特异性重组系统的介导下通过其侧翼的dif位点进行同源重组而被准确删除。确证了地衣芽胞杆菌中dif序列的功能,为地衣芽胞杆菌基因组中多基因的删除提供了一种新的实验途径。     

大肠杆菌基因组减小研究进展

大肠杆菌是遗传重组领域广泛应用的宿主之一,用于生产重组蛋白、氨基酸和其他化学品。基因组减小可以减少代谢调节网络中的冗余,提高其预测性和可控性。我们介绍了最小基因组的研究策略、应用无痕敲除技术减小大肠杆菌基因组的方法,以及基因组减小后对菌体生长特性、附加体稳定性、重组蛋白表达和代谢的影响。     

A novel counter‐selection method for markerless genetic modification in Synechocystis sp. PCC 6803

The cyanobacterium Synechocystis sp. PCC 6803 is a photosynthetic organism capable of efficient harnessing of solar energy while capturing CO₂ from the environment. Methods to genetically alter its genomic DNA are essential for elucidating gene functions and are useful tools for metabolic engineering. In this study, a novel counter‐selection method for the genetic alteration of Synechocystis was developed. This method utilizes the nickel inducible expression of mazF, a general protein synthesis inhibitor, as a counter‐selection marker. Counter‐selection is particularly useful because the engineered strain is free of any markers which make further genetic modification independent of available antibiotic resistance genes. The usability of this method was further demonstrated by altering genes at several loci in two variants of Synechocystis. © 2012 American Institute of Chemical Engineers Biotechnol. Prog., 2013     

XerCD/dif位点特异性重组

大约10%~15%的大肠杆菌在染色体复制过程中会形成染色体二聚体。大肠杆菌染色体编码的重组酶XerC和XerD作用于染色体复制终点区的dif序列,以同源重组的方式将染色体二聚体解离为单体,使细菌得以正常复制分裂。编码霍乱毒素的噬菌体CTXΦ以位点特异的方式整合入霍乱弧菌染色体,但其基因组中不含有任何重组酶基因,其整合过程需要细菌染色体编码的XerC和XerD重组酶,且整合位点与大肠杆菌dif序列相似。XerCD重组酶基因和dif位点在细菌染色体广泛存在,表明其可能是染色体二聚体解离,噬菌体及其他外源基因成分整合入染色体过程中一种广泛存在的途径。文章对XerCD/dif位点特异性重组在细菌染色体二聚体解离、外源基因整合的研究进展进行综述。     

Developmentally programmed excision of internal DNA sequences in Paramecium aurelia

The development of a new somatic nucleus (macronucleus) during sexual reproduction of the ciliate Paramecium aurelia involves reproducible chromosomal rearrangements that affect the entire germline genome. Macronuclear development can be induced experimentally, which makes P. aurelia an attractive model for the study of the mechanism and the regulation of DNA rearrangements. Two major types of rearrangements have been identified: the fragmentation of the germline chromosomes, followed by the formation of the new macronuclear chromosome ends in association with imprecise DNA elimination, and the precise excision of internal eliminated sequences (IESs). All IESs identified so far are short, A/T rich and non-coding elements. They are flanked by a direct repeat of a 5’-TA-3’ dinucleotide, a single copy of which remains at the macronuclear junction after excision. The number of these single-copy sequences has been estimated to be around 60 000 per haploid genome. This review focuses on the current knowledge about the genetic and epigenetic determinants of IES elimination in P. aurelia, the analysis of excision products, and the tightly regulated timing of excision throughout macronuclear development. Several models for the molecular mechanism of IES excision will be discussed in relation to those proposed for DNA elimination in other ciliates.     

Cre重组酶结构与功能的研究进展

Cre/loxP定位重组系统来源于噬菌体P₁,由Cre重组酶和loxP位点两部分组成。在Cre重组酶的介导下,设定的DNA片段可以被切除,可以发生倒位,亦可造成定点的整合。由于其作用方式高效简单,Cre/loxP定位重组系统已在特定基因的删除、基因功能的鉴定、外源基因的整合、基因捕获及染色体工程等方面得到了有效的利用,在转基因的酵母、植物、昆虫、哺乳动物的体内外DNA重组方面成为一个有力的工具。这里就Cre重组酶的结构、功能及该定位重组系统的应用等方面的研究进行了综述。     

Is it possible to improve homologous recombination in Chlamydomonas reinhardtii?

Targeted modification of the genome has long been an aim of many geneticists and biotechnologists. Gene targeting is a main molecular tool to examine biological effects of genes in a controlled environment. Effective gene targeting depends on the frequency of homologous recombination that is indispensable for the insertion of foreign DNA into a specific sequence of the genome. The main problem associated with the development of an optimal procedure for gene targeting in a particular organism is the variability of homologous recombination (HR) in different species. Chlamydomonas reinhardtii is an attractive model system for the study of many cellular processes and is also an interesting object for the biotechnology industry. In spite of many advantages of this model system, C. reinhardtii does not readily express heterologous genes and does not allow targeted integration of foreign DNA into its genome easily. This paper compares data obtained from several different experiments designed for improving gene targeting in different organisms and reviews the suitability of particular techniques in C. reinhardtii cells. Presented at the International Symposium Biology and Taxonomy of Green Algae V, Smolenice, June 26–29, 2007, Slovakia.     

Cre/lox位点特异性重组系统在高等真核生物中的研究进展

来自于P1噬菌体的Cre/lox系统通过位点特异性重组可以迅速而有效地实现各种生理环境下的基因定点插入、删除、替换和倒位等操作。Cre/lox系统作为目前基因打靶技术的核心工具,已被广泛应用于拟南芥、水稻、小鼠、果蝇、斑马鱼等高等真核模式生物。文章较为全面地介绍了Cre/lox系统的基本概况及其在高等真核生物中的应用,讨论了Cre/lox系统在研究中存在的主要问题和今后的发展方向,为利用该系统在不同高等生物中进行基因操作提供有用的参考。     

基因敲除小鼠技术的研究进展

基因敲除小鼠技术的建立和发展使得人们为研究基因的功能和寻找新的治疗人类疾病的靶点提供了强有力的支持。基因打靶和基因捕获是两种通过胚胎干细胞(Embryonicstemcell,ESC)构建基因敲除小鼠的技术。基因打靶通过同源重组替换内源基因从而敲除目的基因,而基因捕获则有启动子捕获和polyA捕获两种方法对目的基因进行敲除。近年来,有许多新的基因敲除技术不断被开发出来,包括Cre/loxP系统、CRISP/Cas9系统以及最新的ZFN技术和TAILEN技术,都有望取代传统基因敲除手段。文中简要阐述了如今新出现的几种基因敲除小鼠技术。