球毛壳菌(Chaetomium globosum)NK102 纤维素酶基因及其表达条件

[目的]生物质的利用是当前生物技术研究的一个热点.本小组分离到一株高效降解纤维素球毛壳菌(Chaetomium globosum)NK102,本文拟探索研究此菌的纤维素酶表达系统并寻找影响酶基因表达的关键因素.[方法]通过对NK102测序,本文界定了球毛壳菌NK102的主要纤维素酶编码基因,使用数字基因表达谱升级版(RNA-Seq)的方法得到纤维素酶基因的表达差异,然后观察了营养、物理条件下纤维素酶基因表达和酶活性变化的情况.[结果]发现随着培养时间的延长,纤维素酶基因整体上表达量升高.在所选基因中,外切葡聚糖酶、纤维二糖脱氢酶和内切葡聚糖酶基因(cbh1,cdh和egl1)的表达量最高.糖代谢的负调控因子ACE I和CreA的随时间表达量均降低,而Hap2/3/5复合体的表达量反而升高.之后检测了不同碳源培养基对纤维素酶基因表达量和酶活性的影响,发现葡萄糖为强阻遏因子,纤维二糖为其诱导物,而山梨醇没有影响.特别是,我们发现光照也影响纤维素酶基因的表达,黑暗条件明显抑制酶基因的表达.[结论]转录组学的方法可以初步探索纤维素酶表达的规律,酶基因的表达受到营养、物理条件的影响.本研究为揭示球毛壳菌降解纤维素分子机理和阐释生物质糖代谢途径提供了有用参考.     

球毛壳菌组蛋白H3基因克隆与特性分析

构建了球毛壳菌菌丝的cDNA文库,并获得了1410条ESTs序列,用里氏木霉(Hypocrea jecorina,AAM76068)和粗糙脉胞菌(Neurospora crassa,CAA25761)的组蛋白H3基因(Histone H3)蛋白序列对球毛壳菌(Chaetomium globosum)ESTs序列本地数据库进行tBlastn检索,获得了球毛壳菌组蛋白H3cDNA序列。cDNA序列全长739bp,开放阅读框411bp,编码136个氨基酸组成的多肽,蛋白分子量为15.4kD。BlastP同源性分析表明该基因与里氏木霉同源性最高为100%;与地钱(Marchantia polymorpha)同源性最低为95%。三级结构预测表明,该蛋白C端为球状结构域,而N端结构对其发挥调控作用起重要作用。该基因的cDNA序列及推测的氨基酸序列在GenBank登录(登录号分别为AY669068,AAT74576)。     

中华蜜蜂感觉神经元膜蛋白基因克隆、组织表达分析及原核表达

为明确中华蜜蜂Apis cerana cerana嗅觉形成中重要功能因子的信号转导通路, 本研究利用RT-PCR方法, 克隆了中华蜜蜂感觉神经元膜蛋白 (sensory neuron membrane protein, SNMP) 基因编码区, GenBank登录号为KC012595, 命名为AccSNMP1。序列分析表明, 该编码区开放阅读框长1 563 bp, 编码520个氨基酸, 推测的编码蛋白的相对分子量和等电点分别为58.02 kD和5.83。同源性比较发现, 中华蜜蜂AccSNMP1与其他昆虫感觉神经元膜蛋白基因同源性差异很大, 在氨基酸水平上与西方蜜蜂Apis mellifera SNMP基因一致性达99.2%, 与熊蜂Bombus impatiens SNMP基因一致性达90.9%, 而与赤拟谷盗Tribolium castaneum SNMP基因一致性仅为22.7%。系统发育树显示中华蜜蜂与西方蜜蜂遗传距离最近。实时荧光定量PCR结果分析表明, AccSNMP1在触角中表达量最高, 在足中表达量较高, 与胸、 腹、 头（去除触角和喙）、 喙中表达量相比差异显著（P<0.05）。构建原核表达载体pEASY-E1-AccSNMP1, 经IPTG诱导, 中华蜜蜂感觉神经元膜蛋白在大肠杆菌Escherichia coli BL21 （DE3）中高效表达。结果为进一步研究AccSNMP1在中华蜜蜂体内的作用机理奠定了基础。     

球毛壳菌60S核糖体蛋白L10a基因克隆与特性分析

用粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）XP_322380和赤霉菌（Gibberella zeag）PH-1（EAA76971）的60S核糖体蛋白L10a基因（60S ribosomal protein L10a,RPL10a）蛋白序列对球毛壳菌（Chaetomium globosum）ESTs序列数据库进行tBlastn检索,获得了球毛壳菌RPL10a cDNA序列。cDNA序列长765bp,开放阅读框654bp,编码217个氨基酸组成的多肽,蛋白分了量为23．9kD。BlastP分析表明该基因氨基酸序列与粗糙脉胞菌相似最高为89％;与玉蜀黍黑粉菌（Ustilago maydis）相似性最低为78％。cDNA序列及推测的氨基酸序列在GenBank登录（登录号分别为AY669070,AAT74578）。     

球毛壳菌甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因克隆及特性分析

用粗糙脉孢菌(Neurospora crassa,XP_327967)和菜豆炭疽病菌(Colletotrichum lindemuthianu,P35143)的甘油醛_3_磷酸脱氢酶基因(Glyceraldehyde 3_phosphatedehydrogenase,GAPDH)氨基酸序列对球毛壳菌(Chaetomium globosum)菌丝ESTs序列本地数据库进行tBlastn检索,获得了球毛壳菌GAPDH全长cDNA序列。该序列长1240bp,开放阅读框1014bp,编码337个氨基酸组成的多肽,蛋白分子量为36.1kD。用PCR方法克隆了该基因的DNA序列,序列长为1556bp,由2个内含子和3个外显子组成。BlastP同源性分析表明该基因与鹅掌柄孢壳(Podosporaanserine)同源性最高为95%;与米曲霉(Aspergillusoryzae)同源性最低为87%。GAPDH酵母转化子生物功能分析表明转化子对Na2CO3和高温有高的耐受性,证明GAPDH为抗胁迫基因。该基因的cDNA序列、DNA序列及推测的氨基酸序列在GenBank登录(登录号分别为AY522719,AY593253,AAS01412)。     

球毛壳菌循环肽HC-毒素基因的序列分析

为了验证Phrap软件是否适合在EST分析中应用,对球毛壳菌循环肽HC-毒素基因进行了序列分析。根据EST分析的结果,从cDNA文库中挑取循环肽HC-毒素基因的克隆进行了测序并序列分析。结果表明cDNA文库中循环肽HC-毒素基因的克隆插入片断大小为1217bp;用Phrap软件拼接出来的循环肽HC-毒素的表达序列标签拼接序列与实际序列不完全一致,因此Phrap软件不适合在EST分析中应用。     

棉花GhDHAR2基因克隆、功能序列分析及原核表达

通过RT-PCR方法从棉花纤维组织中克隆得到脱氢抗坏血酸还原酶基因GhDHAR2的cDNA,该基因开放阅读框为639 bp,编码212个氨基酸的蛋白质。同源性序列对比分析显示,GhDHAR2蛋白具有较高的保守性,具有典型的功能结构域,包括GST-N家族和GST-C-DHAR家族的功能结构域;进化树分析显示GhDHAR2和拟南芥AtDHAR2在进化关系上较近。将GhDHAR2基因连接到原核表达载体pET-28a中,将重组载体pET28a-GhDHAR2转入到表达菌株BL21(DE3)中,通过IPTG诱导表达出重组GhDHAR2蛋白,SDS-PAGE凝胶电泳分析显示重组蛋白大小约为28 kD,诱导表达的重组蛋白具有较高的DHAR活性。首次克隆了棉花GhDHAR2基因,通过结构域分析其可能的作用,并成功进行蛋白体外表达及酶活性分析。     

独行菜LaMCT基因的克隆、序列分析与原核表达

强心苷作为药用植物独行菜( Lepidium apetalum)的活性成分,其化学和药理学研究已有良好的基础,但其生物合成途径目前仍不清楚。该研究以独行菜幼苗为材料,通过分析独行菜转录组数据,设计特异性引物,PCR扩增得到了强心苷生物合成MEP途径的关键酶2-C-甲基赤藓醇-4-磷酸胞苷酰转移酶( MCT)基因的开放阅读框( ORF),命名为LaMCT( Genbank注册号KT832554),并进行序列分析和原核表达。序列分析结果表明：LaMCT基因ORF全长为912 bp,编码304个氨基酸。亚细胞定位和保守结构域分析结果表明：LaMCT蛋白位于叶绿体中,不含信号肽,没有跨膜区,含有类异戊二烯合成酶保守结构域( isoprenoid synthase domain)。系统进化树结果表明：LaMCT蛋白与拟南芥的MCT蛋白具有94％的序列相似性,亲缘关系较近。通过构建pET-32a-LaMCT原核表达载体,成功在大肠杆菌BL21( DE3)菌株中诱导表达LaMCT重组蛋白,并得到了纯化的LaMCT重组蛋白。该研究首次从独行菜中克隆了LaMCT基因,建立其稳定的原核表达体系,为LaMCT蛋白抗体的制备以及研究LaMCT基因在独行菜强心苷类化合物生物合成途径中的功能奠定了基础。     

大豆GmOLPa基因的蛋白序列分析及原核表达

以盐诱导后的大豆根为材料,提取总RNA,RT-PCR得到GmOLPa目的片段。对其蛋白序列分析表明,该蛋白属于GH64-TLP-SF同源超家族中的PR-5蛋白,第25-244位氨基酸是其保守结构域,与番茄中的PR-5亲缘关系最为接近。构建GmOLPa基因ORF的原核表达载体pET-28-GP,并对其在大肠杆菌BL21中的表达条件进行优化。SDS-PAGE证实重组质粒能够在大肠杆菌BL21中表达,目的蛋白分子量约为30 kD,最佳诱导时间为4 h,最佳IPTG诱导浓度为1.0 mmol/L。     

球毛壳菌60S核糖体蛋白L10a基因克隆与特性分析*

用粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)XP_322380和赤霉菌(G ibberella zeae)PH-1(EAA76971)的60S核糖体蛋白L10 a基因(60S ribosom al prote in L10 a,RPL10 a)蛋白序列对球毛壳菌(Chaetom ium globosum)ESTs序列数据库进行tB lastn检索,获得了球毛壳菌RPL10 a cDNA序列。cDNA序列长765 bp,开放阅读框654 bp,编码217个氨基     

真养产碱杆菌112R4酰亚胺酶基因的克隆、序列分析及其在大肠杆菌中的表达

筛选到一株具海因水解活力的微生物,经鉴定后命名为真养产碱杆菌112R4。该菌能水解海因、二氢尿嘧啶和琥珀酰亚胺,且对琥珀酰亚胺活力最高,但不水解5单取代海因和5,5’双取代海因,因而被确定为含有酰亚胺酶。真养产碱杆菌112R4能在以琥珀酰亚胺为唯一碳、氮源的培养基上生长,表明该菌中存在琥珀酰亚胺完整的转化途径。从112R4基因组DNA出发,用鸟枪法克隆了一个6kb的与环酰亚胺水解相关的DNA片段;进一步亚克隆得到了带酰亚胺酶基因的2kb的DNA片段,并进行了序列测定。缺失分析确定了一个876bp的ORF为真养产碱杆菌112R4的酰亚胺酶基因,推测编码一个291个氨基酸的多肽,这是第一次报道微生物酰亚胺酶的核酸和蛋白序列。推测的氨基酸序列在蛋白数据库中进行了比较,结果表明,酰亚胺酶与已知的环酰胺酶没有明显的同源性,也不属于氨酰水解酶蛋白超家族,因而被分类为一种新的环酰胺酶。真养产碱杆菌112R4的酰亚胺酶与芽生杆菌A17p4的酰亚胺酶N端的20个氨基酸有较高的同源性,一致性为60%,与多糖脱乙酰酶保守序列也部分同源,一致性为14%。带有酰亚胺酶基因的重组质粒在大肠杆菌中得到表达,在lac启动子控制下,使用1mmol/L IPTG诱导5h,酰亚胺酶活力达到3200U/L,为供体菌真养产碱杆菌112R４的7倍。     

花生白藜芦醇合酶基因的克隆与生物信息学分析

利用Protparam、iPSORT prediction、ProtScale、SOPMA、Swiss-Modeling和Scan Prosite等生物信息学工具分别对其理化性质、信号肽、疏水性、亲水性、二级结构和三级结构进行分析。以花生粤油45总DNA和总RNA为模板,采用PCR和RT-PCR技术克隆花生白藜芦醇合酶基因的DNA和cDNA序列,并利用SWISS-PROT、DNAMAN等生物信息学工具对其基因和蛋白质序列进行了分析。测序结果显示,该基因的DNA和cDNA序列长度分别为1 498 bp和1 251 bp,cDNA序列具有完整的开放性阅读框,编码389个氨基酸的多肽。该白藜芦醇合酶氨基酸368-378位点上存在芪合酶家族的特征位点GVLFGFGPGLT。同源性分析表明,其碱基序列与已报道的花生白藜芦醇合酶基因的一致性为99%,其氨基酸序列与已报道的花生白藜芦醇合酶氨基酸序列的一致性为100%。     

果胶酶基因片段的克隆及其序列分析

根据Genbank上登录的果胶酶基因序列设计三对不同果胶酶片段的引物,从本实验室已筛选的一株具有降解果胶质功能的细菌(暂编号为:C105)中克隆到了果胶裂解酶(PL)和果胶甲酯酶(PE)基因片段。通过分析,PL基因片段与PE基因片段均与来源Erwiniachrysanthemi的果胶裂解酶和果胶甲酯酶基因的同源性很高,达到90%以上。     

人源蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2基因克隆与原核表达

目的:构建蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2的原核表达载体并在大肠杆菌中表达。方法:以人脑组织mRNA为模板,通过RT-PCR扩增出目标cDNA,构建蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-2-pEASY-E1重组质粒。将重组质粒转化进E.coli TOP10感受态细胞中,通过菌落PCR和测序进行阳性克隆的筛选和验证,将正确的质粒转化E.coli Transetta感受态细胞中,通过SDS-PAGE和western-blot进行蛋白检测和验证,酶促动力学分析SHP-2可溶性蛋白的活性。结果:成功克隆SHP-2功能域,构建SHP-2-pEASY-E1原核表达载体,完成可溶性蛋白的表达;酶促动力学分析结果为:米氏常数Km=0.97mmol/L,Vmax为13.57mmol/L/s。结论:本研究成功构建SHP-2的原核表达载体,重组表达的SHP-2蛋白具有较高的磷酸酶活性。     

小麦锌指蛋白基因的克隆、序列与表达分析

根据R基因及其调控基因保守序列设计简并性引物,对白粉菌接种和未接种处理的一对抗病和感病的小麦—黑麦等位突变易位系TAM104R和TAM104S总RNA进行RT-PCR扩增,得到一个诱导表达的cDNA片段。序列分析表明,该片段全长2474bp,其中含有一个822bp的完整开放阅读框,推测其编码一个有273个氨基酸残基、分子量约31kD的蛋白质分子。蛋白质的氨基酸序列比对显示,该蛋白质分子具有C2HC锌结合motif CX2CX4HX4C结构和锌指domain,可见克隆的cDNA是一个锌指蛋白基因,命名为TaZF。Southern杂交表明,TaZF在抗病易位系TAM104R的基因组中是多拷贝的。半定量RT-PCR分析显示,TaZF基因属组成型表达、但受白粉菌诱导表达上调的基因,推测其与白粉病菌的侵染过程相关。基因组DNA专化扩增、克隆和测序揭示TaZF基因无内含子。     

苦荞谷胱甘肽转移酶(FtGST)基因的克隆与序列分析

采用RACE技术,从苦荞(Fagopyrum tatarium)中克隆得到一个谷胱甘肽转移酶(Glutathione S-transferase protein,FtGST)基因。序列分析表明,FtGST基因全长DNA序列和cDNA序列编码区分别为746 bp和666 bp,DNA序列含有一个长度为80 bp(342-421 bp)的内含子;开放阅读框(ORF)长666 bp,编码221个氨基酸。生物信息学分析表明,FtGST基因推导的蛋白质含有Tau家族典型的底物结合口袋、谷胱甘肽结合位点(G-site)和疏水性底物结合位点(H-site)氨基酸残基,表明FtGST为Tau家族蛋白。