嗜热脱铁去硫弧菌Pif1解旋酶生物学活性的分子特征分析

已知Pif1解旋酶在维持基因组稳定性方面发挥重要作用,且不同生物Pif1解旋酶具有不同的生物学活性;然而迄今为止,嗜热细菌Pif1解旋酶的生物学活性分子特征的研究尚未见报道。本文运用生物化学与生物物理学前沿技术,系统地研究了嗜热脱铁去硫弧菌Pif1解旋酶（Defe.Pif1）结合活性与解旋活性的分子特征。通过原核表达纯化系统,本研究获得纯度95%以上、无标签的Defe.Pif1蛋白。利用荧光偏振技术研究Defe.Pif1结合反应的底物特异性,揭示出Defe.Pif1优先结合ssDNA与G4 DNA,并对含3′-尾链的部分双链底物有较强亲和力,其结合反应底物特异性为：ssDNA > G4 DNA > 3′-ssDNA-dsDNA≈Y-structure > Other substrates。通过快速停留检测技术研究Defe.Pif1的解旋活性,明确其最适解旋温度为50℃,最佳反应溶液为10 mmol/L NaCl、3 mmol/L DTT、3 mmol/L MgCl2及1 mmol/L ATP;进一步的解旋动力学特征分析结果显示,Defe.Pif1可以高效解旋含G4结构的DNA底物,其解旋5′-G4 dsDNA底物时的解旋幅度超过90%,解旋速率也与其解旋5′-ss-dsDNA底物的速率相近,提示Defe.Pif1解旋G4 DNA更接近Bs.Pif1的单体反应模式。此外,本研究还发现Defe.Pif1解旋不同类型复制叉/复制泡底物时拥有独特的解旋倾向性：与解旋其它复制中间体DNA的低效性不同,Defe.Pif1解旋12nt bubble底物的速率与幅度均较高,暗示12nt bubble结构很可能是该解旋酶复制中间体的天然底物。上述结果证明,Defe.Pif1不仅具有Pif1解旋酶家族成员共同的结合与解旋G4 DNA等活性特征;而且作为嗜热细菌的解旋酶,它还具有独特的反应条件与解旋底物特异性。本研究为研究Pif1解旋酶家族其它成员的分子特征与生物功能提供了潜在的研究策略,为阐明此类Pif1解旋酶的分子作用机制奠定实验基础。     

极端嗜热古菌——芝田硫化叶菌DNA解旋酶的分离纯化和性质研究

采用Qsepharose离子交换层析、磷酸纤维素P1 1吸附层析、肝素琼脂糖吸附层析、Su perdex 2 0 0凝胶过滤和PhenylSuperose疏水层析等步骤 ,从嗜酸热芝田硫化叶菌细胞裂解液中分离纯化了一个DNA解旋酶。该解旋酶具有受DNA激活的ATP酶活性。根据SDS PAGE测定结果 ,该酶的分子质量约为 63kD。芝田硫化叶菌DNA解旋酶可以解开底物上 70bp的双链区 ,其解旋活性依赖于双链区旁的单链分叉。该解旋酶的活性依赖于Mg2 + 和ATP的水解 ,在NaCl浓度超过 2 0 0mmol L时受到抑制。该酶的最适pH为 6 7。该酶在 40℃～ 80℃之间均有活性 ,70℃时活性最高。芝田硫化叶菌DNA解旋酶是从古菌中分离得到的第一个天然DNA解旋酶。     

嗜热古菌Sulfolobus acidocaldarius核酸内切酶V的重组表达与酶学特征

[目的] 表达纯化嗜酸嗜热硫化叶菌（Sulfolobus acidocaldarius）的核酸内切酶V （Saci_0544）,对其核酸内切酶活性及酶学特征进行探究。[方法] 将Sulfolobus acidocaldarius核酸内切酶V （SacEndoV）在大肠杆菌中进行重组表达,经亲和层析纯化得到目标蛋白;利用带有不同类型损伤的寡核苷酸作为底物,结合变性聚丙烯酰胺凝胶电泳技术,鉴定SacEndoV对相应损伤寡核苷酸底物的剪切活性。[结果] SacEndoV特异性剪切含脱氧肌苷（Deoxyinosine）的损伤DNA底物,明显偏好单链DNA底物。SacEndoV在70-95℃温度范围内酶活性高,酶活性依赖于二价金属离子,Mg²⁺为最佳辅助离子,其最佳反应pH为7.5-8.0,高于200 mmol/L的NaCl会明显抑制其剪切活性。损伤DNA中脱氧肌苷3''端相邻的脱氧核糖核苷酸的结构完整性对于SacEndoV识别并剪切相应底物具有重要影响,脱氧肌苷3''端无碱基位点的存在使得SacEndoV不能够切断损伤DNA。此外,经测定SacEndoV对于含肌苷的损伤RNA底物具有剪切活性。[结论] 本研究证实SacEndoV是一种典型的核酸内切酶V,对含脱氧肌苷的损伤DNA具有特异性的内切酶活性,推测其在Sulfolobus acidocaldarius体内参与脱氧肌苷的切除修复。     

一株中度嗜热嗜酸铁氧化细菌特性研究*

从我国煤矿废石堆分离到一株中度嗜热嗜酸铁氧化细菌MLY菌株,最适生长温度50℃－54℃,最适pH1.2-1.4。MLY菌株是兼性化能自养菌,能利用酵母粉异养生长。在自养和混合营养条件下,能氧化Fe^2 、黄铁矿(FeS2)和元素硫(S^0)。自养营养时,氧化元素硫较弱。对比研究MLY菌株和氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus ferrooxidans)A10菌株对Fe^2 和黄铁矿的氧化作用,结果表明,MLY比A10的氧化速度快1倍多。     

超嗜热需氧古生菌K1嗜热磷脂酶A2的序列和结构预测

目的:从超嗜热需氧古生菌(Aeropyrumpernix)K1中抽提染色体基因组,经PCR扩增获得磷脂酶A2基因,在大肠杆菌中诱导表达嗜热磷脂酶A2(APEPLA2),分析其氨基酸组成,预测其结构,从而探讨可能导致嗜热酶热稳定性的原因。方法:利用DNASIS二级结构预测软件和由NCBI提供的多种蛋白质进行同源性分析和结构预测。结果:同源序列分析表明APEPLA2与其他磷脂酶A2的同源性较低。结论:推测APEPLA2属于钙离子不依赖性(iPLA2),形成了以β折叠为中心、两边有多个长度不等的α螺旋环绕的α/β拓扑结构。     

嗜热古菌S-腺苷甲硫氨酸合成酶的序列分析、基因克隆与异源表达

将Methanopyrus sp.SNP6进行功能基因组测序,获得S-腺苷甲硫氨酸合成酶基因(sam)序列,并进行序列分析。将sam基因扩增后连接至表达质粒p ET-28b(+),转化E.coli BL21(DE3),获得重组菌后进行诱导表达。生物信息学分析表明,sam基因编码蛋白的理论分子量为44 086.4Da,三级结构为同源四聚体,与其他相关古菌来源的S-腺苷甲硫氨酸合成酶的蛋白序列较保守。实验结果显示,构建的重组表达质粒p ET28b(+)-sam可在E.coli BL21(DE3)宿主菌中高水平表达。重组蛋白的分子量与预期值基本一致,部分为胞内可溶性表达,另一部分以包涵体形式存在。本研究首次实现了Methanopyrus sp.SNP6菌株S-腺苷甲硫氨酸合成酶的异源表达,为后期的蛋白纯化、酶学性质研究和酶促转化法生产S-腺苷甲硫氨酸奠定了理论基础。     

嗜热细菌Clostridium thermocellum阿魏酸酯酶基因的克隆、异源表达及酶学特性分析

【目的】阐明嗜热细菌Clostridium thermocellum Xyn Z蛋白的阿魏酸酯酶催化域的酶学特性,为其在生物质能源及其它发酵工业中的应用奠定基础。【方法】分别构建了C.thermocellum Xyn Z的阿魏酸酯酶催化域(FAE)及该阿魏酸酯酶催化域和碳水化合物结合域(FAE-CBM6)编码基因的原核表达载体,并在大肠杆菌菌株BL21(DE3)中异源表达,在此基础上分析比较了温度、pH、底物、金属离子及CBM6结合域对阿魏酸酯酶活性的影响。【结果】重组FAE酶及FAE-CBM6酶发挥催化活性的适宜pH值为5.0-9.0,适宜温度为50-70°C,它们对不同金属离子的响应有差异。【结论】在同一反应条件下,FAE-CBM6酶的酶活均比FAE高,说明CBM6结合域的存在对于阿魏酸酯酶活性有促进作用。     

一种嗜热厌氧纤维素降解细菌的分离纯化方法*

根据纤维素降解细菌对不溶性纤维素底物的粘附作用,利用Hungate厌氧操作技术直接以不溶性纤维素粉为基质进行滚管,分离和纯化获得嗜热厌氧纤维素降解细菌。     

嗜热厌氧乙醇菌JW200转化条件的研究

摘要 嗜热厌氧乙醇菌遗传转化系统的缺少,制约了对该菌理论基础和应用领域的进一步研究。利用聚乙二醇（PEG6000）转化和电转化技术国际首次实现了嗜热厌氧乙醇菌JW200外源基因的导入。PEG转化效率很低,因此选择对电转化条件进行优化,转化效率从4±3.2个转化子/μg质粒DNA提高到50±7.4个转化子/μg质粒DNA。实验表明获得较高的转化效率的必要条件是在细胞密度为OD660 0.2时添加甘氨酸与蔗糖后继续培养2h以及细胞在电击前的收集与洗涤保持低温。本研究为利用基因工程手段改造嗜热厌氧乙醇菌和从分子水平研究胞内乙醇代谢途径奠定了基础。     

超嗜热古菌Thermococcus eurythermalis A501编码B家族DNA聚合酶的生化特性及PCR应用

DNA聚合酶广泛应用于PCR技术,在生命科学研究及相关领域发挥重要作用。但目前商业化DNA聚合酶仍不能完全满足科研需要,有必要寻求高性能DNA聚合酶。文中克隆表达了超嗜热古菌（Thermococcus eurythermalis）A501来源的B家族DNA聚合酶基因（NCBI数据库基因登录号为TEU＿RS04875）、表征该重组蛋白的生化特性、评价了其PCR应用。将删除intein蛋白序列的DNA聚合酶（Teu-PolB）进行体外重组表达,经亲和层析和离子交换层析纯化获得Teu-PolB蛋白;利用5′端带荧光标记的寡核苷酸作为底物,用尿素变性聚丙烯酰胺凝胶电泳鉴定Teu-PolB的生化特性;以噬菌体λDNA基因组为模板,探究Teu-PolB的PCR应用。结果显示,Teu-PolB具有DNA聚合酶活性和3′→5′核酸外切酶活性,该酶在98℃下的半衰期约为2 h,热稳定性高。使用Teu-PolB进行PCR扩增,最适PCR缓冲液为50 mmol/L Tris-HCl pH 8.0,2.5 mmol/L MgCl₂,60 mmol/L KCl,10 mmol/L （NH<...     

米曲霉裂解性多糖单加氧酶的异源表达与性质分析

【目的】裂解性多糖单加氧酶(lytic polysaccharide monooxygenases,LPMOs)是一类以氧化方式断裂多聚糖糖苷键的新型木质纤维素降解酶,本文旨在挖掘新型LPMOs并研究其性质。【方法】从米曲霉中克隆LPMO基因,利用毕赤酵母表达系统进行异源表达,研究其酶学性质和还原剂对其活性的影响,进一步探讨LPMO与糖苷水解酶协同作用时的底物结合现象。【结果】Ao LPMO2和Ao LPMO5序列分析显示,两种蛋白都为辅助酶类9家族的LPMOs;电击转化至真核毕赤酵母GS115中,获得双拷贝转化子GS/AO5-4,经1%甲醇诱导4 d后,上清液蛋白表达量为0.19±0.01 g/L。重组蛋白分子量约34 k Da,高于理论分子量,推测可能存在翻译后修饰。酶学性质分析表明,Ao LPMO5对刺槐豆胶的最适反应温度和p H分别为60°C和5.0,Km和Vmax分别为8.72±1.99 mg/m L和109.4±12.8μmol/(s·mg)。0.1 mmol/L Cu^2+促进酶活性提高(7.10±1.32)%(P<0.05),0.5、2.0和2.5 mmol/L H2O2分别促进酶活性提高(21.11±6.17)%(P<0.01)、(20.22±1.13)%(P<0.01)和(18.40±2.86)%(P<0.01),而没食子酸和维生素C对活性无明显作用。在反应前期,Ao LPMO5与刺槐豆胶底物结合从而影响甘露聚糖酶Bs MAN3的降解作用。而在反应后期,Ao LPMO5与Bs MAN3则表现出协同增效作用。【结论】Ao LPMO5是一种全新的生物质降解酶,阐明其酶学性质和底物作用方式,将为天然木质纤维素类底物的高效转化与生物炼制,如第二代生物乙醇、功能性低聚寡糖等生产建立基础。     

Heterologous expression and characterization of man gene from Bacillus Subtilis in Pichia Pastoris

β-Mannanase catalyzes endo-wise hydrolysis of the backbone of mannan and heteromannan, which are abundant in the cell wall structure of ungerminated leguminous seeds. The mature β-mannanase originated from Bacillus subtilis was expressed in Pichia pastoris, a methylotrophic yeast, using the leader peptide sequence of Saccharomyces cerevisiae α-factor. The cultivation of β-mannanase expressing Pichia pastoris yields up to 1.8 g/L protein. In the supernatant the activity of the 40 kDa—total mannanase attained a level of 1102.0 IU/mL. The properties of the β-mannanase were characterized. Optimum pH and temperature for the recombinant enzyme were 5.5 and 50°C respectively. The enzyme was stable at pH 5.0–10.0 and maintained over 30% original activity after incubating at 70°C for 30 min. __________ Translated from China Biotechnology, 2005, 26(7): 52–56 [译自: 中国生物工程杂志]     

The C. elegans sex determination gene laf-1 encodes a putative DEAD-box RNA helicase

The Caenorhabditis elegans gene laf-1 is critical for both embryonic development and sex determination. Laf-1 is thought to promote male cell fates by negatively regulating expression of tra-2 in both hermaphrodites and males. We cloned laf-1 and established that it encodes a putative DEAD-box RNA helicase related to Saccharomyces cerevisiae Ded1p and Drosophila Vasa. Three sequenced laf-1 mutations are missense alleles affecting a small region of the protein in or near helicase motif III. We demonstrate that the phenotypes resulting from laf-1 mutations are due to loss or reduction of laf-1 function, and that both laf-1 and a related helicase vbh-1 function in germline sex determination. Laf-1 mRNA is expressed in both males and hermaphrodites and in both the germline and soma of hermaphrodites. It is expressed at all developmental stages and is most abundant in embryos. LAF-1 is predominantly, if not exclusively, cytoplasmic and colocalizes with PGL-1 in P granules of germline precursor cells. Previous results suggest that laf-1 functions to negatively regulate expression of the sex determination protein TRA-2, and we find that the abundance of TRA-2 is modestly elevated in laf-1/+ females. We discuss potential functions of LAF-1 as a helicase and its roles in sex determination.     

卡氏德巴利酵母植酸酶在毕赤酵母中的异源表达及优化

【背景】植酸是一种能螯合金属离子和蛋白质的有机磷类化合物,广泛存在于植物组织中,影响动物对营养元素的吸收。在饲料中加入植酸酶可有效降解植酸。【目的】构建毕赤酵母异源表达卡氏德巴利酵母(Debaryomyces castellii,D. castellii)植酸酶的菌株,促进卡氏德巴利酵母植酸酶的研究及工业应用。【方法】将卡氏德巴利酵母植酸酶基因进行密码子优化后转入毕赤酵母GS115中,通过筛选多拷贝、敲除蛋白酶、过表达分子伴侣及转运蛋白的方法获取优势菌株。【结果】所得重组菌株GS115/DCphy(ΔPep4)(BFR2)的产酶酶活是低拷贝菌株的7倍。【结论】研究结果为卡氏德巴利酵母植酸酶的异源表达及潜在工业应用提供了一定的指导。     

天蓝色链霉菌孢子色素whiE在大肠杆菌中的异源生物合成

【目的】在大肠杆菌中完整重构孢子色素whiE的生物合成途径,分离纯化表达体系中合成的新化合物,并解析whiE的生物合成途径。【方法】构建whiE-ORFII、whiE-ORFVII和whiE-ORFI的单基因重组质粒,SDS-PAGE检测蛋白表达情况;借助Xba I与Spe I互为同尾酶的特性,实现多基因组合串联;构建好的重组质粒再导入大肠杆菌菌株BAP1中进行异源表达,并用高效液相色谱(HPLC)检测发酵产物;依次使用正相硅胶柱和反向半制备柱分离发酵产物,四级杆飞行时间质谱仪(Q-TOFMS)鉴定发酵产物分子量。【结果】whiE-ORFII、whiE-ORFVII和whiE-ORFI均获得可溶性表达;这3个基因单个串联到菌株BTw95中均未检测到新的产物生成;而whiE-ORFII和whiE-ORFVII、 whiE-ORFI和whiE-ORFVII双基因组合以及三基因组合串联到BTw95中可检测得到两种化合物ZYC-1和ZYC-2。在负离子模式下进行Q-TOFMS检测,ZYC-1的[M-H]-为419.0748,推测分子式为C_(23)H_(16)O_8;ZYC-2的[M-H]-为465.0743,推测分子式为C_(24)H_(18)O_(10)。【结论】本研究推进了孢子色素whiE生物合成途径在大肠杆菌中的异源重构,分离鉴定了2个十二酮II型聚酮化合物,并推测了孢子色素whiE的生物合成途径。     

The Pif1 family helicase Pfh1 facilitates telomere replication and has an RPA-dependent role during telomere lengthening

Pif1 family helicases are evolutionary conserved 5′–3′ DNA helicases. Pfh1, the sole Schizosaccharomyces pombe Pif1 family DNA helicase, is essential for maintenance of both nuclear and mitochondrial DNAs. Here we show that its nuclear functions include roles in telomere replication and telomerase action. Pfh1 promoted semi-conservative replication through telomeric DNA, as replication forks moved more slowly through telomeres when Pfh1 levels were reduced. Unlike other organisms, S. pombe cells overexpressing Pfh1 displayed markedly longer telomeres. Because this lengthening occurred in the absence of homologous recombination but not in a replication protein A mutant (rad11-D223Y) that has defects in telomerase function, it is probably telomerase-mediated. The effects of Pfh1 on telomere replication and telomere length are likely direct as Pfh1 exhibited high telomere binding in cells expressing endogenous levels of Pfh1. These findings argue that Pfh1 is a positive regulator of telomere length and telomere replication.     

转录因子cpcR同源基因cpcR-c1和cpcR-t的功能鉴定

苏云金芽胞杆菌（Bacillus thuringiensis,Bt） LM1212菌株与典型的Bt菌株表型不同,可分化形成芽胞、形成细胞和晶体产生细胞。在LM1212菌株中,转录因子CpcR不仅参与了细胞分化过程,而且能够激活晶体蛋白基因cry35-like的启动子(P₃₅)。【目的】筛选cpcR同源基因,验证其生物学功能。【方法】本研究克隆了2个cpcR同源基因,来源于蜡样芽胞杆菌的cpcR-c1和来源于东洋芽胞杆菌的cpcR-t,将cpcR及其同源基因分别构建在pHT304-P₃₅-gfp、pHT304-P₃₅-lacZ报告载体上,获得的重组质粒转入无cpcR基因且无晶体蛋白基因的Bt HD73^–菌株中。利用激光共聚焦显微镜观察重组菌HD^–(cpcR-c1-P₃₅-gfp)和HD^–(cpcR-t-P₃₅-gfp)的细胞表型并进行芽胞计数实验。测定HD^–(cpcR-c1-P_35<...     

不同酿酒酵母菌株来源异麦芽糖酶IMA1的克隆、表达及表征

[目的]异麦芽糖酶IMA1在充分利用含有α-1,6-O-糖苷键的低聚糖中起着关键作用。[方法]在本研究中,对来自4株酿酒酵母菌株（包括3株嗜酸性菌株）来源的异麦芽糖酶IMA1进行克隆、表达、纯化和表征。[结果]研究发现,4种异麦芽糖酶IMA1表现出类似的pH和温度依赖性,但表现出不同的动力学参数和热稳定性。IMA1-A对α-MG（α-甲基葡糖苷）表现出最高的结合亲和力、转换数、催化效率和热稳定性。结构和序列分析表明,2个远离活性位点和底物结合位点的氨基酸的差异对异麦芽糖酶IMA1的动力学参数和热稳定性有重要影响。[结论]本研究结果对进一步研究异麦芽糖酶IMA1的结构-功能关系奠定了基础。     

巴西橡胶树HbWRKY1基因的克隆及转化烟草的初步研究

利用RACE结合RT-PCR技术,从巴西橡胶树(Hevea brasiliensis)总RNA中扩增得到长度为1234 bp的WRKY基因cDNA全长编码序列。通过氨基酸同源性比对,该序列推导的氨基酸序列与蓖麻、白杨的WRKY同源性分别为79%和73%,表明分离的cDNA序列为橡胶树WRKY基因,命名为HbWRKY1。通过构建pCAMBIA1304-HbWRKY1植物表达载体,经农杆菌GV3101介导,将HbWRKY1基因导入烟草(Nicotiana tabacum)中,对所获得的潮霉素抗性烟草株系进行PCR鉴定。结果表明,HbWRKY1基因已整合到65株转基因植株中。干旱胁迫试验表明,HbWRKY1的过量表达可以明显提高转基因烟草对干旱胁迫的耐受能力。这说明WRKY基因与橡胶树抗旱能力之间存在一定的关系。