利用CRISPR-Cas9技术失活黑曲霉中果胶酶基因及突变株性能评价*

我国果胶酶制剂使用广泛但专一性不高,高效、专一的果胶酶制剂在市场上仍然匮乏。利用基因工程技术改造果胶酶生产菌株——黑曲霉来生产单一成分的果胶酶成为解决果胶酶应用需求的一种有效方案。构建一种高效的CRISPR-Cas9基因编辑技术,可为构建高产单一性果胶酶的黑曲霉底盘菌株提供有效的基因编辑工具。首先敲除产果胶酶黑曲霉基因组上的pyrG基因构建尿嘧啶营养缺陷型菌株AnΔpyrG,并在AnΔpyrG菌株的pyrG基因位点定点整合Cas9基因表达盒和pyrG基因表达盒,构建组成型表达Cas9基因的黑曲霉菌株AnCas9,再构建含有gpdA启动子、锤头结构核酶、HDV核酶的稳定性表达sgRNA的pLM2-sgRNA质粒,建立CRISPR-Cas9基因编辑体系。利用该技术失活AnCas9菌株中的2个聚半乳糖醛酸酶基因4978020和4983861来检测构建的CRISPR-Cas9基因编辑效率并检测4978020基因功能缺失菌株的表型变化和产酶变化,结果表明果胶酶基因编辑效率大于50%,AnΔ4978020的表型和果胶酶酶活性与出发菌株均无明显变化。在黑曲霉中成功构建了高效的Cas9基因编辑技术,4978020基因功能缺失也不影响菌株表型,为构建高产单一性果胶酶黑曲霉底盘菌株奠定基础。     

栗疫病菌的营养体亲和性基因和dsRNAs对病毒传播的影响

研究了栗疫病菌[Cryphonectria parasitica(Murr.)Barr]的营养体亲和性基因及dsRNA病毒对菌株间病毒特征传播的影响。试验选用已知4个VC基因座位的15个Vc基因型菌株和3种dsRNA病毒,通过含病毒菌株与野生型菌株的配对培养,将病毒逐个转入不同Vc基因型菌株。将不同Vc基因型的含病毒菌株与具特定VC基因差异的野生型菌株配对培养,根据培养两周后野生型菌株培养性状的改变与否,统计菌株间的病毒传播率。结果表明,各个VC基因对菌株间病毒传播的影响不同;存在2个VC基因差异的菌株间病毒传播率低于相差1个VC基因的：病毒在相差1个VC基因的菌株间的传播多具单向性：不同类型的病毒在菌株间的传播率也有差异。     

丁香假单胞菌冰核基因inaQ变速箱启动子结构与活性分析

序列比对与结构预测显示丁香假单胞菌(Pseudomonas syringae)野生型菌株MB03的冰核基因inaQ启动子为一种在细菌中罕见的变速箱型启动子。通过克隆长度为522bp的inaQ基因启动子区(P522)并与绿色荧光蛋白基因gfp构建融合基因P522gfp后,在恶臭假单胞菌AB92019菌株中进行表达分析。结果表明,包含结构模块A-Box和B-Box的P522在该菌株中具有启动子活性,且在寡营养条件和较低温度下具有更高的活性,是一种可调控启动子。     

幽门螺杆菌hpaA基因RFLP研究

用限制性片段长度多态性(RFLP)的方法评价幽门螺杆菌不同菌株鞭毛粘附素基因(hpaA)的变异性。PCR扩增9株幽门螺杆菌710bp的hpaA基因,用Hha Ⅰ、HaeⅢ限制性内切酶对该基因片段进行酶切分析。hpaA基因HaeⅢ单酶切可见4种带型,HhaⅠ单酶切出现5种带型。从临床分离的H.pylori菌株hpaA RFLP互有差异,且不同于国际标准菌株;临床分离株感染动物后分离得到的动物适应株其hpaA基因也发生了变异。不同H.pylori菌株间hpaA基因表现出明显的多态性,为开展H.pylori的分子流行病学调查提供了一种有效的方法。     

抑制差减杂交技术在细菌基因差异表达研究中的应用

同种细菌基因组差异及基因差异表达的鉴定与研究具有重要的分子生物学意义。某一菌株所具有的而另一菌株所缺乏的基因可能决定菌株重要的遗传特征。抑制差减杂交技术是近年来新建立起来的一种快速鉴别差异表达基因的新方法,本文就该方法的原理及在原核细菌中的应用作一综述。     

利用CRISPR-Cas9系统构建新型异戊酰螺旋霉素Ⅰ产生菌

异戊酰螺旋霉素(Isovalerylspiramycin,ISP)Ⅰ是必特螺旋霉素(Bitespiramycin,BT)的一种主组分,其抗菌活性与BT相似,而且作为单一组分在质控和剂型上更具优势,目前正在进行临床前研究。原有的 ISPⅠ工程菌株经过3次基因改造,已经具有2种抗性基因,很难再进行遗传操作。前期研究利用经典同源重组的方法无法构建无抗性的ISPⅠ产生菌,文中利用CRISPR-Cas9基因编辑系统在螺旋霉素(Spiramycin,SP)产生菌中成功将3位酰基化酶的基因bsm4替换为组成型强启动子ermEp~*控制下的异戊酰基转移酶基因(Isovaleryltansferase gene,ist)。删除bsm4后突变株只能产生SPⅠ组分,外源基因ist的表达产物催化SPⅠ在其4″位进行异戊酰化修饰形成ISPⅠ。经过HPLC和质谱鉴定,阳性菌株ΔEI的发酵产物中只有ISPⅠ一种ISP组分,证实新的ISPⅠ工程菌株构建成功。ΔEI菌株不带有抗性基因,可重复利用CRISPR-Cas9系统进行基因操作来获得新的改良菌株。     

基于同源重组的裂殖壶菌遗传转化体系的构建及验证

【目的】裂殖壶菌是一种能高效生产DHA的海洋真菌;基因工程技术已经成功应用在微生物改造和代谢机理研究中,利用基因工程技术对裂殖壶菌进行改造首先需要构建适合裂殖壶菌的遗传转化体系;【方法】本文利用电转化的方法将含有18S r DNA同源重组片段的ble基因导入裂殖壶菌中,通过zeocin抗性平板筛选出阳性菌株,并设计ble基因引物,以裂殖壶菌基因组为模板,进行PCR验证ble基因是否成功结合到裂殖壶菌染色体上。【结果】筛选获得的抗性菌株基因组上确实PCR出ble基因片段,对改造菌株与原始菌株进行发酵培养,发现改造后菌株在生物量、油脂含量、DHA含量及脂肪酸分布等方面和原始菌株基本一致。【结论】抗性基因的插入不会影响菌株的正常代谢,该体系的构建为后续其他外源基因导入奠定基础。     

通过减毒和Red/ET同源重组构建跨界基因沉默菌株

"跨界基因沉默"技术是一种全新的、跨原核界与真核界的小分子RNA干扰传递技术。该技术构建了一种大肠杆菌,在这种大肠杆菌中转录的短发夹RNA(short hairpin RNA,shRNA)能够引发真核细胞内特异性基因的RNA干扰(RNA interference,RNAi),所以此大肠杆菌又被称为"跨界基因沉默菌株"。"跨界基因沉默菌株"具有RNA干扰传递功能,主要得益于"跨界干扰质粒"(trans-kingdom RNAi plasmid,TRIP)。TRIP质粒主要包含inv基因、hly基因以及能够转录shRNA的基因片段。hly基因表达的listeriolysin O蛋白可以帮助细菌逃离真核细胞的吞噬体,但listeriolysin O蛋白是一种重要的毒力因子,对宿主细胞具有一定的损害。为了克服这种缺陷,在hly基因上设计了△PEST和G486D两种减毒突变。同时,为了使减毒后的TRIP质粒能够在"跨界基因沉默菌株"中稳定存在,进一步利用Red/ET同源重组将该质粒整合进大肠杆菌的基因组中。实验结果表明,减毒、整合后的"跨界基因沉默菌株"能更好地发挥RNAi作用。该技术的完善将推进工程菌的研发和利用。     

红球菌R04苯甲酸转运相关膜蛋白RHOGL009301的生理功能

【目的】探究红球菌(Rhodococcus sp.)R04膜蛋白RHOGL009301的生理功能和突变菌株的代谢特性,确定该膜蛋白的生理功能与苯甲酸转运的关系。【方法】将RHOGL009301基因与绿色荧光蛋白基因在Rhodococcus erythropolis进行融合表达,Delta Vision观察该基因蛋白产物的定位。通过基因同源重组敲除RHOGL009301基因,并对比野生型菌株和缺陷型菌株在不同碳源培养下的生长情况。HPLC测定红球菌R04野生型菌株和缺陷型菌株代谢联苯和苯甲酸时细胞内外代谢物,分析不同生长条件下代谢物的浓度变化。【结果】RHOGL009301基因与绿色荧光蛋白基因在Rhodococcus erythropolis中实现共表达,并定位在细胞膜上。获得了RHOGL009301基因的缺陷型菌株R04ΔMP,与野生型菌株相比,缺陷型菌株在联苯和苯甲酸培养条件下的生物量明显降低,生长速度减慢。HPLC分析表明RHOGL009301基因的缺失抑制了苯甲酸的转运。【结论】膜蛋白RHOGL009301是苯甲酸代谢和转运相关的蛋白,基于序列同源性分析,该膜蛋白是一种新型的苯甲酸转运蛋白。     

产ESBLs大肠埃希菌的AmpC基因型分析

目的 了解深圳市人民医院产超广谱β-内酰胺酶(ESBLs)大肠埃希菌合并产AmpC酶的状况及基因型特点.方法 从近几年深圳市人民医院产ESBLs大肠埃希菌临床菌株中,筛选出对头孢西丁耐药菌株51株,PCR分别扩增菌株的TEM、SHV、CTX-M基因,同时应用多重PCR检测菌株的AmpC酶基因,序列测定PCR阳性产物以确定其基因亚型.结果 51株菌中有49株至少检出一种ESBLs或AmpC基因.单ESBLs基因阳性菌株37株(72.5％),单AmpC基因阳性4株(7.8％),合并ESBLs和AmpC基因阳性的8株(15.6％).共有41株(80.4％)含CTX-M-14基因,4株含CTX-M-15,其他基因型ESBLs较少.2株检出两种ESBLs基因;一株同时检三种ESBLs基因.检出AmpC基因的菌株12株,其中10株为DHA-1型,2株为CMY-2型;其中6株DHA-1型及2株CMY-2型菌同时检出CTX-M-14基因.结论 该院头孢西丁耐药产ESBLs大肠埃希菌中大多数为单产ESBLs菌,主要为CTX-M-14型;少数同时产生ESBLs和AmpC酶,AmpC酶以DHA-1型为最常见.     

纤维素酶在酿酒酵母中的表达研究

统合生物加工过程（Consolidated bioprocessing,CBP）具有应用于纤维素乙醇生产的潜力,而该技术的关键是构建能有效降解纤维素的工程菌株。酿酒酵母是传统的乙醇发酵菌株,作为CBP宿主菌株具有很多优势,因此在酿酒酵母中表达纤维素酶引起研究者的普遍关注。综述了纤维素酶基因在酿酒酵母中表达的影响因素,包括基因表达盒表达元件（启动子、信号肽和终止子等）、纤维素酶基因拷贝数及存在形式以及纤维素酶基因来源等,并对一种和多种纤维素酶基因在酿酒酵母中的表达及构建得到的CBP菌株研究进展做了简要介绍。     

RNAi技术降低头孢菌素C工业生产菌株中cefG基因的转录

RNAi是近年来新兴的一种通过抑制基因转录水平来实现特定基因表达沉默的技术。本研究尝试在顶头孢霉工业生产菌株中利用RNAi技术沉默cefG基因的转录,构建了一个含可形成cefG双链RNA转录单元的质粒,并将其导入头孢菌素C工业生产菌株中。结果发现其中两个转化子的cefG基因转录水平在发酵第4天较出发菌株降低了80%以上,而它们的头孢菌素C发酵水平较出发菌株则分别降低了34.6%和28.8%。     

一种E. Coli B菌株的芳香族氨基酸氨基转移酶基因克隆

一种证明由苯丙酮酸盐到苯丙氨酸的转氨作用活性高的E. Coli B菌株为在E. Coli DG30中构建柯斯质粒文库的DNA来源。已知E. Coli DG30缺失三种主要的氨基转移酶基因(asp C,ilv E和tyr B)。通过互补分析,证明柯斯质拉克隆是一种携带有tyr B基因的插入物。这种DNA插入物进一步亚克隆进PAT153,发现E. Coli B的tyrB基因类似于已报道的E. Coli K_(12)的tyrB基因,含有E. Coli B菌株tyrB基因的质粒转化到原来的E. Coli B菌株中,并对重组茵株的转氨酶活性及质粒的稳定性进行了分析。     

草菇不同菌株RT-qPCR参考基因筛选

适合的参考基因是应用实时荧光定量PCR (RT-qPCR)技术进行基因表达分析的前提。本研究以7个食用菌常用参考基因(β-TUB 1、GPD、ACTB、Ras、α-TUB、β-TUB 2和SPRYp)为候选基因,利用RT-qPCR检测其在草菇常用生产菌株(CPS)V844、V5、V971和V844继代退化菌株(SDS) T8、T12、T16、T20中的表达;用Genorm、NormFinder和BestKeeper3种软件分析候选基因的表达稳定性,并结合几何平均数法筛选出最佳参考基因。结果表明,SPRYp、α-TUB和β-TUB2基因适用于草菇常用生产菌株检测,SPRYp、GPD和α-TUB基因适用于草菇继代退化检测,SPRYp基因适用于两种条件的检测。两两差异分析表明,草菇常用生产菌株的最佳参考基因组合为SPRYp、α-TUB和β-TUB 2,继代退化菌株的最佳参考基因组合为SPRYp和GPD,两种条件混合菌株的最佳参考基因组合为SPRYp和α-TUB。     

大肠杆菌整体代谢网络调控基因(csrA)的敲除及其对苯丙氨酸生物合成的影响

csrA基因产物是大肠杆菌芳香族氨基酸生物合成途径中碳中心代谢有关的一种全局性调控蛋白质。采用Red敲除系统介导的同源重组的方法定位缺失大肠杆菌染色体csrA基因,经PCR、DNA测序等多种方法证实了基因重组缺失的可靠性。csrA基因缺失后,缺失菌株较对照菌株,糖酸转化率有所提高,发酵生产苯丙氨酸的能力也得到一定的提高,产酸提高约13%。     

分离自黑茶的散囊菌属真菌中的NRPS基因的检测和分布

【目的】检测源自黑茶的散囊菌属分离菌株中的NRPS基因,推测它们相应的次级代谢产物合成能力,并考察了基于NRPS基因分布特征进行散囊菌属真菌遗传多样性分析的可能性。【方法】运用IQS法提取来自湖南、四川和湖北等地黑茶样品的14株散囊菌(Eurotium spp.)菌株的总DNA,利用特异性引物对菌株中11种NRPS基因片段进行PCR检测和序列分析,并结合UPGMA法分析了NRPS基因的分布。【结果】各菌株分别含有4 10个NRPS基因片段。NRPS7、CPS1基因在所有菌株中都可以检测到,而NRPS2、NRPS6基因则仅在个别菌株中检测到;其它NRPS基因的分布则呈现出多样性。来自同一块砖茶的菌株Fw-30813-7、Fw-30813-4、Fw-30813-1和Fw-30925-5之间,NRPS1、NRPS2、NRPS3、NRPS4和NRPS8五个基因的分布存在差异,显示出黑茶内散囊菌的遗传多样性。来自湖南白沙溪茶厂的茯砖样品的菌株Fa-20719-3不含有NRPS5和NRPS8基因;而从湖南益阳茶厂茯砖茶7个分离菌株中均含有这两种基因。不同地点加工出来的黑茶样品中的散囊菌菌株之间存在一些明显的遗传差异。【结论】首次从我国黑茶中的散囊菌属分离菌株中检测到NRPS基因,并推测了NRPS产物的多样性,展示了其多样化分布特征,提示NRPS基因的分析有可能成为衡量散囊菌遗传多样性的另一个尺度。     

5种中国苏云金芽孢杆菌的伴孢 晶体蛋白基因分析

利用聚合酶联反应(PCR)和聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)技术分析了5种中国苏云金杆菌制剂菌株的伴孢晶体蛋白及其基因组成。结果发现,5种菌株均含有cry1Aa和/或c和/或d和/或b基因,只有Bt+Virus菌株含有cry1Ab基因,cry1A基因编码的伴孢晶体蛋白分子量约为130 kD;仅有JS-Bt C菌株含有cry1B基因,其编码的伴孢晶体蛋白分子量约为138 kD;除HB Bt C菌株外,其余4个菌株均含有cry2Aa和/或b基因,这类基因编码分子量为70 kD的伴孢晶体蛋白;所有5个菌株都含有cry1I基因,其编码的伴孢晶体蛋白分子量应为81.2 kD,但实验中未曾检测到cry1I基因的表达;所有的菌株都不含有cry1C和cry1D基因。     

橙色红曲菌As3.4384 orf7基因缺失株的构建及其功能分析

红曲菌能产生多种有益的次级代谢产物,但红曲菌也产生一种对人和哺乳动物肝和肾有毒害的毒素,即桔霉素。因此控制毒素的产生是保障红曲产品安全性所必须的。故对桔霉素的合成途径及相关的基因做深入了解。6个桔霉素合成相关的基因成簇位于21 kb的DNA片段上。克隆了一个新基因(orf7基因),其位于该基因簇的外侧。采用基因敲除技术,构建红曲菌orf7基因缺失菌株。并采用紫外分光光度法检测orf7基因缺失菌株的红曲色素产量,HPLC法检测其桔霉素产量。orf7缺失菌株产红曲色素能力与出发菌株As3.4384相比没有变化;产桔霉素培养13~19 d,桔霉素的产量与出发菌株As3.4384相比增加了 142.4%。从而证实orf7基因与桔霉素代谢相关。     

苏云金芽胞杆菌4.0718菌株中杀虫晶体蛋白基因的定位及鉴定

[目的]对苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt)4.0718菌株中的杀虫晶体蛋白基因(insecticidal crystal protein gene,简称cry基因)进行定位和鉴定,系统分析高毒力Bt4.0718菌株的杀虫基因背景.[方法]采用脉冲电泳(PFGE)分离Bt 4.0718菌株的基因组DNA,确定该菌株的PFGE图谱和质粒图谱;采用Southern杂交分析该菌株中cry基因的定位,并使用PCR及PCR产物限制性片段长度多态性分析(PCR-RFLP)方法鉴定该菌株染色体和质粒上含有的cry基因类型.[结果]确定了Bt 4.0718菌株的PFGE图谱和质粒图潜,鉴定到Bt4.0718菌株的染色体和质粒上均定位有cry基因,且分别包含crylAa、crylAc、cry2Aa和cry2Ab 4种基因成分.但染色体上含有的cry基因可能不如质粒上含有的cry基因具有完整的开放阅渎框.[结论]首次在Bt 4.0718菌株的染色体上发现有丰富的cry基因,且与质粒上含有的cry基因类型一致.     

新型隐球菌临床菌株中CNAG_01032基因的鉴定和功能研究

新型隐球菌是一种具有荚膜的重要临床致病真菌。本课题组在前期工作中发现CNAG_01032基因可能引起不同来源菌株的表型差异,本研究在此基础上以新型隐球菌临床来源菌株IFM56800（C1）、IFM56769（C2）为背景构建CNAG_01032基因敲除突变体,并检测突变株和野生型菌株经典毒力因子变化情况;使用API 20C AUX测试系统测试突变株和野生型菌株对19种糖的利用情况;使用尾静脉注射法感染BALB/c雌性小鼠进行致病性检测。结果显示：成功构建以临床株C1、C2为背景的CNAG-01032基因敲除突变株;突变株在37℃生长、黑色素产生与野生型菌株无显著差异,但荚膜厚度分别比C1、C2减少16.4%、18.2%;两基因敲除菌株均不能分解利用纤维二糖;致病性与野生型菌株无显著差异。新型隐球菌CNAG_01032基因可能参与临床来源菌株IFM56800、IFM56769的荚膜合成和纤维二糖的代谢。