代谢工程构建重组耶氏解脂酵母生产中长链聚羟基脂肪酸酯

中长链聚羟基脂肪酸酯(mcl-PHA)是一大类由微生物合成的天然生物聚酯,因具有可再生性和生物降解性越来越受到人们的关注。Mcl-PHA可由一些假单胞菌类利用自身的脂肪酸合成途径或β-氧化途径来合成。耶氏解脂酵母具有很好的脂/脂肪酸分解代谢能力,但是它体内缺乏PHA合成酶不能合成mcl-PHA。采用代谢工程策略构建重组解脂酵母,外源表达来自铜绿假单胞菌PAO1(Pseudomonas aeruginosa PAO1)的PHA合成酶。在PHA合成酶的C端添加PTS1过氧化物酶体定位信号序列,使其在过氧化物酶体内发挥功能,并对其编码基因PhaC1进行密码子优化得到oPhaC1。利用pINA1312载体构建表达框,借助载体上的zeta序列元件将oPhaC1基因表达框整合至酵母基因组,完成基因的稳定表达。重组菌PSOC在葡萄糖为唯一碳源的培养基中几乎不产PHA,添加0.5%的油酸时可合成占细胞干重0.67%的mcl-PHA。在含三油酸甘油酯的培养基中发酵72h产生1.51% mcl-PHA(wt%)。实验结果充分证明重组解脂酵母作为有潜力的微生物细胞工厂可以用于生产mcl-PHA,也为将来利用富含油脂和其他营养的餐厨垃圾水解液等廉价资源生产mcl-PHA打下基础。     

中长链聚羟基脂肪酸酯（mcl PHA）在嗜水气单胞菌I型PHA合酶缺失突变株中的合成

拥有Ⅰ型聚羟基脂肪酸酯(PHA)合酶基因的嗜水气单胞菌CGMCC0911株可利用月桂酸而不能利用葡萄糖作为碳源积累PHBHHx。将氯霉素抗性基因(Cm)插入到该基因中,获得带有I型PHA合酶断裂基因(phaC::Cm)的自杀质粒pFH10。自杀质粒pFH10通过接合作用转入嗜水气单胞菌CGMCC0911株中并发生体内同源重组,Cm被整合到基因组上,获得Ⅰ型PHA合酶缺失突变株。DNA序列测定证明了这一结果。GC分析表明,突变株不再产生PHBHHx,但却可利用月桂酸或葡萄糖积累中长链PHA,明显表明野生型嗜水气单胞菌基因组中存在另一个编码Ⅱ型PHA合酶的基因,且只有Ⅰ型PHA合酶被钝化后,这个功能被隐藏的Ⅱ型PHA合酶才可在细胞中发挥作用。     

应用聚合酶链式反应快速特异鉴定假单胞菌和伯克霍尔德氏菌(R)-3-羟基酯酰载酯蛋白-辅酶A转酰基酶基因

聚羟基脂肪酸酯(PHA)是一类具有广泛应用前景的可降解生物塑料。因其可以以葡萄糖等廉价底物直接发酵生产PHA而日益受到重视。目前的研究表明在积累中长链PHA的假单胞菌中,由phaG基因编码的(R)-3-羟基酯酰载酯蛋白-辅酶A转酰基酶(PhaG)起关键作用,但目前为止对该蛋白还知之甚少。通过聚合酶链式反应(PCR)建立了一种快速、特异鉴定phaG基因的方法,应用该方法成功地从两株积累不同PHA的假单胞菌Pseudomonas stutzeri 1317和Pseudamanas nitroreducens 0802中分别克隆得到phaG基因,并在phaG基因突变株Pseudomonas putida PHAGx-21中表达成功。同时,还首次报道了从非假单胞菌菌株Burkholderia caryophylli AS 1．2741中鉴定得到phaG基因,提示PhaG介导的中长链PHA合成途径作为一种通用的代谢模式在细菌中广泛存在,为进一步实现从廉价的非相关底物合成中长链PHA提供了必要的分子生物学基础。     

黄孢原毛平革菌木质素过氧化物酶基因在甲醇毕赤酵母中的表达

将编码黄孢原毛平革菌木质素过氧化物酶(lip)的cDNA克隆到酵母整合型质粒pMETA上,电转化Ade缺陷型甲醇毕赤酵母(Pichiamethanolica)PMAD16,通过MD平板及PCR方法筛选和鉴定重组子。重组子发酵液经SDSPAGE分析和木质素过氧化物酶活力测定等方法鉴定,表明带自身信号肽的黄孢原毛平革菌木质素过氧化物酶基因(lip)在甲醇毕赤酵母中得到表达。优化其发酵培养条件,以藜芦醇为底物进行酶活测定,其酶活可达932U/L。相应发酵指数为12.94U/h·L。比出发菌株提高了24.18%。     

一株木质纤维素降解菌的筛选及其全基因组分析北大核心CSCD

【目的】筛选和鉴定有木质纤维素降解能力的1株细菌,测定其相关酶活力并进行全基因组分析,为构建木质纤维素降解工程菌提供依据。【方法】采用3种木质素类似物(天青-B;酚红;愈创木酚)的脱色/染色法,从腐木和被枝叶覆盖的土壤中分离和筛选出1株具有较强木质纤维素降解能力的细菌。通过16S r RNA基因和全基因组序列分析对该菌进行种属鉴定。使用紫外分光光度法测定其锰过氧化物酶(Mn P)、漆酶(Lac)、羧甲基纤维素酶(CMCase)以及滤纸酶(FPA)活力,了解该菌相关酶活力大小在一定时间内的变化趋势。使用Illumina Miseq和454 GS Junior测序平台获取该菌的全基因组序列,将其全基因组序列经过注释的基因蛋白质序列提交COG和KEGG数据库进行BLASTp比对分析,确定该菌潜在的重要酶类和代谢途径,并对部分注释基因进行定量RT-PCR验证。【结果】筛选得到1株优势菌株S12,该菌经鉴定后命名为解鸟氨酸拉乌尔菌(Raoultella ornithinolytica)。在液体CMC-Na培养基中发酵28 h,菌体生长达到稳定期,纤维素降解相关酶活力也在此时达到峰值。生物信息学分析结果表明,菌株S12具有木质素降解通路中重要酶类的编码基因,如过氧化物酶、Fe-Mn型超氧化物歧化酶、邻苯二酚1,2-双加氧酶和原儿茶酸-3,4-双加氧酶等,这些基因在以碱性木质素为碳源的培养条件下表达量不同程度地高于以葡萄糖为碳源的培养条件。另外,菌株S12具备完整的纤维素降解和乙醇生成通路。【结论】本研究首次揭示了Raoultella ornithinolytica S12具备有效的木质纤维素降解性能,这对于推动木质纤维素应用产业的发展具有重要意义。     

高产木质素酶荧光假单胞杆菌L-520的筛选及其发酵工艺优化

利用苯胺蓝鉴别培养基及产酶培养基进行菌种筛选,从甘肃兴隆山分离得到的10株菌株中筛选到一株高产木质素酶活力的菌株L-520,对该菌株进行16S rDNA鉴定,确定该菌为荧光假单胞杆菌(Pseudomonas fluorescens)。分别考察了接种量、装液量,初始pH对L-520发酵产酶的影响,以及碳源、氮源对木质素酶活力的影响。结果得到最佳培养基为:蔗糖1%,NH_4Cl 0.2%,KH_2PO_4 0.1%,MgSO_4?7H_2O 0.05%。优化后的发酵条件为:初始pH 5,接种量3%,装液量50%。经发酵工艺优化后,漆酶(Lac)、木质素过氧化物酶(LiP)、锰过氧化物酶(MnP)三种酶活分别为16.43 U/L,106.32 U/L,95.89U/L,与初始酶活相比分别提高了8.7、14.74、11.09倍。本研究筛选得到的荧光假单胞杆菌有助于染料废水中偶氮染料的降解。     

新疆核桃WJ-CAD和ZJ-CAD基因克隆及时空表达表达分析

肉桂醇脱氢酶(CAD)是木质素生物合成中最后一步反应酶。本研究采用RT-PCR技术克隆露仁核桃WJ-CAD基因和硬壳完整核桃ZJ-CAD基因,研究CAD基因在硬壳完整和露仁核桃内果皮中发育过程中的表达特性。WJ-CAD基因cDNA序列含有788 bp ORF,编码258个氨基酸,分子量84.57 kD,理论等电点5.05;ZJ-CAD基因cDNA序列含有666 bp ORF,编码332个氨基酸,分子量81.93 kD,理论等电点5.09;对所编码的蛋白预测分析表明均属于FrmA超基因家族;实时荧光定量PCR结果表明,WJ-CAD基因的相对表达量整体呈现下降-上升-下降的趋势,ZJ-CAD基因的相对表达量整体均呈现上升-下降-上升-下降的趋势,2个基因均在花后65 d表达量达到最高峰,其后期表达量均较低,CAD基因在"温138"核桃内果皮中的表达量远低于同期"纸皮"的表达量。推测"温138"核桃露仁现象由于花后65 d后木质素合成量降低,导致缺乏木质素的积累或影响木质素单体的组成,从而造成内果皮发育不完整(露仁),初步证明CAD基因参与调控木质素合成,露仁现象可能由于硬核期缺乏木质素的积累。     

遗传工程改良植物

利用作物生产生物可降解塑料 多羟基链烷酸酯(PHA)是一类可制造部分或整体可生物降解的塑料制品的化合物,存在于各种细菌中。曾通过细菌发酵进行过商品化生产。通过改变发酵过程中所用的碳源和细菌菌株可生产具有各种特性的PHA聚合物。但人们认为,细菌PHA的生产成本比合成塑料高,由此限制了它在消费产品中的应用程度。如果编码PHA生产的基因能够转移并在作物中表达,则可以百万吨的规模低价合成,与之相比,细菌发酵才以千吨规模生产PHA。 为了探讨在植物中合成PHA的可行性,华盛顿Carnegie研究院的研究人员将两个细菌基因(编码合成100%可降解PHA多羟基丁酸(PHB)的酶)转移到拟南芥中。结果发现,转基因植株液泡、核和胞质中含有少量的PHB,但质体或线粒体中却不含PHB。同时,转基因植株生长缓慢、产籽量降低。但若     

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。     

中长链聚羟基脂肪酸酯(mcl PHA)在嗜水气单胞菌Ⅰ型PHA合酶缺失突变株中的合成

拥有Ⅰ型聚羟基脂肪酸酯(PHA)舍酶基因的嗜水气单胞菌CGMCC 0911株可利用月桂酸而不能利用葡萄糖作为碳源积累PHBHHx。将氯霉素抗性基因(cm)插入到该基因中,获得带有Ⅰ型PHA合酶断裂基因(phaC：：Cm)的自杀质粒pFH10。自杀质粒DFH10通过接合作用转入嗜水气单胞菌CGMCC 0911株中并发生体内同源重组,Cm被整合到基因组上,获得Ⅰ型PHA合酶缺失突变株。DNA序列测定证明了这一结果。GC分析表明,突变株不再产生PHBHHx,但却可利用月桂酸或葡萄糖积累中长链PHA,明显表明野生型嗜水气单胞菌基因组中存在另一个编码Ⅱ型PHA合酶的基因,且只有Ⅰ型PHA合酶被钝化后,这个功能被隐藏的Ⅱ型PHA合酶才可在细胞中发挥作用。     

琥珀酸脱氢酶或琥珀酰辅酶A合成酶缺失促进大肠杆菌积累5-氨基乙酰丙酸

5-氨基乙酰丙酸 (ALA) 是生物体内四吡咯类化合物的合成前体,在农业及医药领域应用广泛,是极具开发价值的高附加值生物基化学品。目前利用外源C4途径的重组大肠杆菌发酵生产ALA的研究主要利用LB培养基并添加葡萄糖和琥珀酸、甘氨酸等合成前体,成本较高。琥珀酸在C4途径中以琥珀酰辅酶A的形式直接参与ALA的合成。文中在以葡萄糖为主要碳源的无机盐培养基中研究了琥珀酰辅酶A下游代谢途径琥珀酸脱氢酶编码基因sdhAB和琥珀酰辅酶A合成酶编码基因sucCD缺失对ALA积累的影响。与仅表达异源ALA合成酶的对照菌株相比,sdhAB和sucCD缺失菌株ALA的产量分别提高了25.59%和12.40%,且ALA的积累不依赖于琥珀酸的添加和LB培养基的使用,从而大幅降低了生产成本,显示出良好的工业应用前景。     

3-甾酮-9α-羟基化酶基因在分枝杆菌中的异源表达与9α-羟基雄烯二酮的制备

9α-羟基雄烯二酮(9-OH-AD)是制备甾体类药物的重要中间产物。3-甾酮-9α-羟基化酶(KSH)能够转化雄烯二酮(AD)产生9α-羟基雄烯二酮(9-OH-AD),该酶由Ksh A和Ksh B两个亚基构成。为获得高效积累9-OH-AD的重组菌株,本研究选择耻垢分枝杆菌Mycobacterium smegmatis mc2155和戈登氏菌Gordonia neofelifaecis NRRL B-59395,对其在胆固醇为唯一碳源条件下表达明显上调的ksh A和ksh B候选基因进行克隆,插入到分枝杆菌表达载体p NIT中,构建共表达质粒,并将它们导入分枝杆菌Mycobacterium sp.NRRL B-3805中,获得重组菌株。利用重组菌株分别对植物甾醇、胆固醇和谷甾醇进行生物转化,分离纯化转化产物,采用光谱学方法鉴定其化学结构,确定该转化产物为9α-羟基雄烯二酮,说明分枝杆菌Mycobacterium sp.NRRL B-3805由积累雄烯二酮变为积累9α-羟基雄烯二酮(9-OH-AD),进而证明导入的候选基因ksh A和ksh B确实为有功能的基因。生物转化实验表明,与胆固醇、谷甾醇相比,植物甾醇作为底物更易于转化;而用来源于耻垢分枝杆菌的ksh A、ksh B构建的重组菌转化率更高,可达90%,具有较高的应用价值。本研究通过对KSH编码基因的异源表达,成功地进行了分枝杆菌生物转化特性的改造,为探索各种甾体药物中间体的工业生产奠定了基础。     

白灵侧耳子实体发育相关基因的挖掘

白灵侧耳色泽洁白,营养丰富,且具有抗肿瘤、增强免疫力等多种功效,是我国具有自主知识产权的珍稀食用菌品种。探索白灵侧耳子实体发育相关基因能够为分子辅助育种提供有效、快速标记。实验前期获得了两株白灵侧耳双核菌株,JZB2106010能够结实形成子实体,JZB2106010的单核菌株经自交获得了1株不能形成子实体的双核菌株JZB2106103。以JZB2106010和JZB2106103为实验材料,进行转录组测序,获得了两个菌株的差异表达基因并进行了功能富集分析,其中催化活性和代谢过程本体中差异基因数目最多,选取部分表达差异显著的基因通过荧光定量PCR进行验证,结果显示编码苯丙氨酸裂解酶的基因(CL4509)和编码乙醇氧化酶的基因(CL2173)在JZB2106010中表达量显著提高,推断与白灵侧耳的子实体发育相关;另外还发现一个编码DNA解旋酶的基因(Unigene7793)在JZB2106103中的表达量是JZB2106010的1 046倍,推测该基因与白灵侧耳子实体发育呈负相关。     

三氯卡班降解菌株Sphingomonas sp. YL-JM2C中多个邻苯二酚双加氧酶的功能

【目的】研究Sphingomonas sp.YL-JM2C菌株的生长特性,确定以三氯卡班作为碳源的生长情况。挖掘菌株YL-JM2C潜在的邻苯二酚1,2-双加氧酶及邻苯二酚2,3-双加氧酶基因,在大肠杆菌(Escherichia coli)中异源表达邻苯二酚双加氧酶基因并研究其酶学性质。【方法】优化S.sp.YL-JM2C菌株以三氯卡班作为碳源时的培养条件,并利用全自动生长曲线测定仪测定菌株生长情况,绘制生长曲线。通过生物信息学方法挖掘潜在的邻苯二酚双加氧酶基因,并分别在Escherichia coli BL21(DE3)中进行异源表达,通过AKTA快速纯化系统纯化蛋白,分别以邻苯二酚、3-和4-氯邻苯二酚为底物检测重组蛋白的酶学特性。【结果】菌株在pH为7.0-7.5时生长最优。在以浓度为4-8 mg/L的三氯卡班做为底物时,菌株适宜生长。当R2A培养基仅含有0.01%酵母提取物和无机盐时,加入终浓度为4 mg/L的三氯卡班可促进菌株生长。挖掘到6个潜在的邻苯二酚双加氧酶基因stcA1、stcA2、stcA3、stcE1、stcE2和stcE3,表达并通过粗酶液分析证明其中5个基因stcA1、stcA2、stcA3、stcE1和stcE2编码的酶均具有邻苯二酚双加氧酶和氯邻苯二酚双加氧酶的活性;纯化酶的底物范围研究揭示了StcA1、StcA2和StcA3均属于Ⅱ型邻苯二酚1,2-双加氧酶,StcE1和StcE2为两个新型邻苯二酚2,3-双加氧酶;它们酶动力学分析研究证明了5个酶对邻苯二酚的亲和力和催化效率最高,4-氯邻苯二酚次之。【结论】在同一菌株中发现了5个具有功能的邻苯二酚双加氧酶基因,stcA1、stcA2和stcA3编码的酶均属于Ⅱ型邻苯二酚1,2-双加氧酶,stcE1和stcE2为两个新型邻苯二酚2,3-双加氧酶编码基因。5个酶均具有催化邻苯二酚和氯邻苯二酚开环反应的功能,这为更好地理解微生物基因组内代谢邻苯二酚及其衍生物氯代邻苯二酚基因的多样性奠定了基础。     

Pseudomonas putida S1海藻糖合成酶基因在大肠杆菌中的克隆表达

利用PCR和TA克隆方法扩增和克隆得到了恶臭假单胞菌Pseudomonas putida S1的海藻糖合成酶基因treS.对其进行序列分析表明,其编码区含有2067bp,编码含688个氨基酸残基的蛋白质,其核苷酸序列和蛋白质序列与来源于其它假单胞菌属细菌的海藻糖合成酶的序列表现出了较高同源性.将该基因序列与表达载体pQE30T连接,构建重组质粒pQE30T-TS,并将其转化至E.coli M15菌株中.重组菌株经诱导表达后SDS-聚丙烯酰胺凝胶电泳结果显示有明显的分子量约77.5kD的特异蛋白条带出现.经测定酶活力达19U/mL,约是原始菌株P.putida S1的50倍.     

解淀粉芽胞杆菌关键酶基因过表达对鸟苷积累的影响

【目的】研究鸟苷生物合成途径中的3个关键酶编码基因(prs,purF,guaB)过表达对解淀粉芽胞杆菌(Bacillus amyloliquefaciens)发酵生产鸟苷的影响。【方法】利用穿梭表达载体PBE43,构建含有prs、purF和guaB基因的单独表达载体和prs、purF基因的串联表达载体,将它们分别转入鸟苷生产菌B.amyloliquefaciens TA208后,通过实时定量PCR测定各工程菌株内相关基因的转录水平;通过酶活检测分析关键酶基因扩增对肌苷酸脱氢酶活性的影响;通过摇瓶发酵实验考察工程菌株与对照菌株的生长、耗糖和鸟苷积累情况。【结果】转录分析结果表明prs、purF和guaB基因过表达的同时都伴随着自身转录水平的显著上调。与此同时,prs和purF基因单独表达均轻微下调了嘌呤操纵子的转录水平,但是guaB基因的过表达并不影响嘌呤操纵子和prs基因的转录。酶活分析结果表明prs和purF基因扩增并不影响肌苷酸脱氢酶的活性,guaB基因的扩增使其活性提高了126%。摇瓶发酵实验发现prs和purF基因的单独过表达均未促进宿主菌合成鸟苷,而含guaB基因过表达载体的工程菌鸟苷产量较出发菌株提高20.7%。将prs和purF基因串联表达后,鸟苷产量提高14.4%,糖苷转化率增加6.8%。【结论】过表达guaB基因能够大幅提高鸟苷产量,而prs和purF基因只有实现协同表达才能对宿主菌积累鸟苷产生积极影响,为通过代谢工程技术提高鸟苷产量奠定了研究基础。     

高效组成型分泌表达木素过氧化物酶酿酒酵母工程菌的构建

【目的】为了获得高产木素过氧化物酶酿酒酵母工程菌。【方法】本研究从黄孢原毛平革菌中克隆了木素过氧化物酶(lignin peroxidases,LiP)基因,全长2193 bp,编码371个氨基酸,并与来源于酿酒酵母的PGK启动子序列、来源于pPIC9K质粒的α-信号肽序列以及来源于pSH65质粒的CYC1终止子序列通过重叠延伸PCR构建完整表达盒(PαLiC),利用rDNA整合法构建木素过氧化物酶酿酒酵母表达载体,实现木素过氧化物酶在酿酒酵母中的多拷贝表达。利用数字微滴PCR技术对拷贝数进行鉴定,探究拷贝数与蛋白表达量之间的关系。【结果】通过rDNA整合法得到拷贝数为1、2、4、5、6、7、8、9、10、11、12和13的木素过氧化物酶酿酒酵母工程菌,通过对其酶活测定,表明当拷贝数为7时,酶活力最高,为367U/L。【结论】本研究在酿酒酵母中表达了木素过氧化物酶,研究了其基因拷贝数与酶活性的关系,对木质素降解技术的发展具有重要意义。     

异源表达番茄LeMPK3基因提高烟草的抗低温胁迫能力

促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号系统在植物应对环境胁迫中发挥重要作用。为了探讨LeMPK3基因在低温胁迫中的功能,我们从番茄中分离了LeMPK3基因并将其转化到烟草中,获得了异源表达LeMPK3基因的转基因烟草。RT-PCR分析结果表明,番茄幼苗在低温和高温胁迫及外源物质——过氧化氢(H2O2)、茉莉酸甲酯(MeJA)和水杨酸(SA)处理下LeMPK3基因的表达量提高。在烟草中异源表达LeMPK3基因可以提高超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化物酶(POD)、过氧化氢酶(CAT)和抗坏血酸过氧化物酶(APX)活性,增加脯氨酸和可溶性糖的含量,增强逆境相关基因的表达。说明异源表达番茄LeMPK3基因提高烟草对低温的抗性。     

表达透明颤菌血红蛋白基因对酿酒酵母生长及细胞内氧化状态的影响*

透明颤菌血红蛋白基因vgb在多种研究和工业发酵菌中异源表达很好的解决了高密度发酵中的溶氧率问题。酿酒酵母是经典的真核模型,且在发酵工业中具有重要的应用价值,但vgb在酿酒酵母中异源表达对细胞生长的影响并不清楚。以ADH1为启动子构建了含透明颤菌(Vistreoscilla)血红蛋白基因vgb的异源表达质粒YEplac195-ADH1pr-vgb,并转化至酿酒酵母BY4741。通过生长敏感性实验,发现在发酵碳源和非发酵碳源中,vgb的异源表达均抑制了菌株生长。接着,通过2',7'-二氯荧光黄双乙酸盐和PI染色和脂质过氧化产物检测分析,发现过表达vgb的酿酒酵母细胞中活性氧(ROS)的积累、细胞膜通透性改变以及脂质过氧化。结果表明,酿酒酵母中过表达vgb改变细胞的氧化状态促进活性氧的累积,氧化应激导致菌株的生长抑制。     

黑曲霉菌株柠檬酸合成酶基因的敲除及功能分析

【背景】柠檬酸合成酶是碳代谢途径的中心酶,其在三羧酸循环(tricarboxylic acid cycle,TCA)、氨基酸合成和乙醛酸循环中发挥着重要作用,是柠檬酸合成的关键酶。本论文所选用的是一株高产柠檬酸的黑曲霉菌株CGMCC10142。【目的】克隆柠檬酸合成酶关键基因,构建柠檬酸合成酶的敲除菌株并鉴定其在黑曲霉菌株高产柠檬酸过程中的功能及影响。【方法】采用根癌农杆菌转化方法并利用同源重组原理,采用抗性筛选和致死型反向筛选的双重筛选方法获得正确敲除株。对转化子在不同碳源下的生长情况进行观察并对柠檬酸发酵过程中菌丝球变化和产酸量进行分析,最后通过荧光定量PCR分析柠檬酸合成酶基因对黑曲霉积累柠檬酸的影响,及其对主要代谢途径中重要酶相关基因和其他的表达量的影响。【结果】以柠檬酸高产菌株黑曲霉CGMCC10142为出发菌,构建一株遗传稳定的柠檬酸合成酶敲除的菌株T1-2。结果发现该菌株在以葡萄糖为碳源的培养基上生长缓慢并且产生孢子量减少。通过摇瓶发酵产酸实验,结果表明敲除菌在84 h产酸量为64.3 g/L,相对于出发菌的98.7g/L降低了34.85%。通过荧光定量PCR发现柠檬酸合成酶的表达量是下降的,同时重要酶的表达量都下降。【结论】该菌株的柠檬酸合成酶基因对柠檬酸积累具有重要作用,但存在其他同工酶基因,该基因敲除仅使产酸合成降低34.85%,同时发现该柠檬酸合成酶的顺畅表达有助于主代谢途径中各关键酶的高效表达,本研究可为研究黑曲霉高产柠檬酸机理奠定基础。