过表达pps基因和aroG~(fbr)基因对北京棒杆菌L-色氨酸合成的影响

【目的】通过增加北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)PD-67芳香族氨基酸合成的前体物质磷酸烯醇式丙酮酸(PEP)的供应,解除终产物对芳香族氨基酸合成途径中第一个酶同时也是关键酶3-脱氧-D-阿拉伯庚酮糖-7-磷酸合酶(DS)的反馈抑制并提高抗反馈抑制的DS的活力,使碳流更多地流向芳香族氨基酸合成途径,从而积累更多L-色氨酸。【方法】运用PCR技术扩增北京棒杆菌PD-67磷酸烯醇式丙酮酸合酶基因pps,与表达载体连接构建重组质粒pXPS;运用重叠PCR技术定点突变大肠杆菌(Escherichia coli)受苯丙氨酸调控的DS基因aroG,使相应的编码氨基酸序列发生突变:Leu175Asp,新的基因命名为aroGfbr,与表达载体连接构建重组质粒pXA;构建pps和aroGfbr的共表达重组质粒pXAPS。将3个重组质粒分别转入菌株PD-67,构建工程菌株PD-67/pXPS、PD-67/pXA和PD-67/pXAPS。通过摇瓶发酵研究工程菌株的发酵特性。【结果】酶活分析结果表明,pps基因和aroGfbr基因在北京棒杆菌PD-67中均实现了表达。工程菌株PD-67/pXA粗酶液DS抗反馈抑制分析表明,AroGfbr已解除酪氨酸和苯丙氨酸的反馈抑制。过表达pps基因和aroGfbr基因分别使工程菌L-色氨酸产量提高12.1%和26.8%,双基因共表达可使工程菌的产酸量提高35.9%。【结论】北京棒杆菌PD-67pps基因的过表达以及大肠杆菌来源的解除反馈抑制的aroGfbr的过表达均有助于增加PD-67 L-色氨酸的合成,而双基因的共表达可以进一步提高L-色氨酸的积累量。     

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因的敲除对北京棒杆菌PD-67的生理代谢的影响

【目的】为了优化L-色氨酸合成的前体供应,构建北京棒杆菌PD-67(Corynebacterium pekinense PD-67)磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(EC:4.1.1.31,phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPCx)基因ppc敲除的菌株,并研究ppc基因敲除对菌株生理特性的影响。【方法】运用PCR技术扩增ppc基因的上游和下游序列,构建带有目标基因内部缺失的基因整合载体。通过同源重组技术将C.pekinense PD-67的ppc基因敲除,构建ppc基因缺陷突变株C.pekinense PD-67-Δppc。通过摇瓶发酵研究突变株的生理特性,并测定突变株丙酮酸激酶和丙酮酸羧化酶的活性。【结果】PCR验证和PEPCx活性分析结果表明,筛选到ppc缺陷的突变株。摇瓶发酵结果表明,与出发菌株相比,突变株的生长速率下降,生物量降低20%,L-色氨酸积累降低62%,丙酮酸激酶活力提高,而丙酮酸羧化酶活力下降。【结论】C.pekinense PD-67的ppc基因敲除以后,对菌株的代谢影响较大。仅通过阻断PEPCx催化的回补途径,减少磷酸烯醇式丙酮酸的分支代谢,不能提高该菌株L-色氨酸的积累。     

北京棒杆菌转酮酶:基因克隆、序列分析与表达

【目的】转酮酶是非氧化磷酸戊糖途径中的关键酶。从北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense PD-67)中克隆转酮酶(transketolase,EC2.2.1.1,TK)基因,并将转酮酶基因在C.pekinense PD-67中进行表达,研究增加转酮酶活性对C.pekinense PD-67生理特性的影响。【方法】分别以C.pekinense野生株AS1.299和突变株PD-67的基因组为模板,用PCR方法扩增tkt的全基因序列和前端控制序列;通过pAK6载体提高tkt基因在C.pekinense PD-67中的拷贝数,从而提高C.pekinense PD-67中转酮酶的活性。【结果】tkt基因核苷酸序列及其编码的氨基酸序列与结构分析结果表明,C.pekinense突变株PD-67与野生株AS1.299相比较,二者调控序列及结构基因核苷酸序列完全一致。与谷氨酸棒杆菌ATCC13032相比较,突变株PD-67的氨基酸序列有5个氨基酸差异,其中4个位于与辅因子硫胺素焦磷酸结合的结构域内。突变株PD-67来源的tkt基因在北京棒杆菌PD-67中得到了表达,重组菌转酮酶比活力比对照菌株提高了2倍。C.pekinense PD-67(pTK3)与对照菌株PD-67(pAK6)相比,生长加快,L-色氨酸的最终积累量也较高。【结论】本工作从C.pekinense1.299和PD-67中克隆到tkt基因,并实现tkt基因的同源表达。适当提高菌株转酮酶活力,有助于菌体生长和色氨酸积累。     

大肠杆菌色氨酸转运系统多基因敲除对色氨酸生产的影响

大肠杆菌中色氨酸向胞内的转运主要是由mtr、tnaB和aroP 3个基因编码的通透酶进行调控.利用Red重组技术,在mtr单基因敲除菌的基础上,成功构建了mtr.tnaB和mtr.aroP双基因敲除菌以及mtr.tnaB.aroP三基因敲除菌,并通过发酵实验首次考察了色氨酸转运系统多基因缺失对大肠杆菌合成色氨酸的影响.发酵结果表明,mtr.tnaB和mtr.aroP双基因缺失后,色氨酸产量分别达到1.38 g/L和1.27 g/L,与出发菌株相比分别提高了17％和9％,而mtr.tnaB.aroP三基因缺失后,菌体生长受到了明显抑制,发酵后色氨酸产量仅为0.63 g/L.在补料分批发酵实验中,mtr.tnaB双基因敲除菌的色氨酸产量进一步提高至12.2 g/L,与出发菌株相比色氨酸产量提高了27％.     

北京棒杆菌DAHP合成酶Ⅰ基因的克隆、序列分析及表达

[目的]从北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)中克隆DAHP合成酶(EC 2.5.1.54,3-deoxy-D-arabino-heptulosonate-7-phosphate synthase,DS)Ⅰ基因,对其进行功能验证;并将DAHP合成酶Ⅰ基因在C.pekinensePD-67进行同源表达,研究该酶的比活力与生长的相关性.[方法]分别以C.pekinense野生株ASl.299和突变株PD-67的基因组为模板,用PCR方法扩增了DAHP合成酶Ⅰ的全基因序列aro Ⅰ和前端控制序列;通过pAK6载体提高DAHP合成酶Ⅰ基因在C.pekinen-sePD-67中的拷贝数实现其同源表达.[结果]核苷酸序列分析结果表明,C. pekinense野生株AS1.299与突变株PD-67相比较,DAHP合成酶Ⅰ基因序列完全一样;通过PCR方法得到的DAHP合成酶Ⅰ基因结构功能完整,能与DAHP合成酶完全缺陷的E.coli 3257实现异源互补.突变株PD-67来源的DAHP合成酶Ⅰ基因在重组菌PD-67(pAD1)中进行了表达,在稳定期初期重组菌PD-67(pAD1)的DAHP合成酶Ⅰ的酶比活力比同期的对照菌株PD-67(pAK6)中的该酶酶比活力提高了约5倍.[结论]本工作首次证实了C. pekinense 1.299和PD-67中存在DAHP合成酶Ⅰ基因,异源互补试验证明扩增得到的DNA片段编码DAHP合成酶Ⅰ,酶学性质研究表明DAHP合成酶Ⅰ基因在C. pekinensePD-67中的同源表达将有助于提高该菌的色氨酸积累.     

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶基因的敲除对于谷氨酸棒杆菌V1生理代谢的影响

【目的】L-缬氨酸生物合成的前体物质是丙酮酸。为了增加磷酸烯醇式丙酮酸向丙酮酸的代谢流向,优化L-缬氨酸前体物质的供应,以一株积累L-缬氨酸的谷氨酸棒杆菌V1(Corynebacterium glutamicum V1)为对象,构建磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(PEPC)基因敲除的重组菌株C.glutamicum V1-Δpepc,并研究pepc敲除后菌株生理特性的改变。【方法】运用交叉PCR方法得到pepc基因内部缺失的同源片段Δpepc,并构建敲除质粒pK18mobsacB-Δpepc。利用同源重组技术获得pepc基因缺陷突变株C.glutamicum V1-Δpepc。采用摇瓶发酵对C.glutamicum V1-Δpepc进行发酵特性的研究。对谷氨酸棒杆菌模式菌株C.glutamicum ATCC 13032、出发菌株C.glutamicum V1和敲除菌株C.glu-tamicum V1-Δpepc的丙酮酸激酶(Pyruvate kinase,PK)、丙酮酸脱氢酶(Pyruvate dehydro-genase,PDH)、丙酮酸羧化酶(Pyruvate carboxylase,PC)分别进行测定和分析。【结果】PCR验证以及PEPC酶活测定都表明筛选到pepc缺陷的突变菌株C.glutamicum V1-Δpepc,摇瓶发酵结果表明,突变菌株C.glutamicum V1-Δpepc不再积累L-缬氨酸而是积累L-精氨酸达到7.48 g/L。酶活测定结果表明出发菌株的PDH和PC酶活均低于模式菌株C.glu-tamicum ATCC13032和重组菌株C.glutamicum V1-Δpepc,出发菌株的PK与PEPC酶活与模式菌株没有较大的差异。【结论】研究表明,通过切断PEPC参与的三羧酸循环的回补途径,增加磷酸烯醇式丙酮酸向丙酮酸的流向使丙酮酸向TCA循环的流量增加,精氨酸的累积量提高。同时,以丙酮酸为前体的L-缬氨酸和丙氨酸的积累量降低。     

利用五碳糖产高纯度L-乳酸的大肠杆菌基因工程菌的构建

[目的]本研究以已敲除多个产杂酸酶基因的大肠杆菌(Escherichia coli)乙醇工程菌SZ470(△frdBC △ldhA △ackA △focA-pflB △pdhR::pflBp6-pflBrbs-aceEF-lpd)为起始菌株,进一步敲除其乙醇脱氢酶(alcohol dehydrogenase,ADH)基因,同时插入带有自身启动子的乳酸片球菌(Pediococcus acidilactici)的L-乳酸脱氢酶(L-lactate dehydrogenase,LLDH)基因,构建可利用五碳糖同型发酵L-乳酸重组大肠杆菌.[方法]利用λ噬菌体Red重组系统构建乙醇脱氢酶基因(adhE)缺失菌株Escherichia coli JH01,并克隆P.acidilactici的ldhL基因,利用染色体插入技术将其整合到JH01基因组,构建产L-乳酸大肠杆菌基因工程菌Escherichia coli JH12,利用无氧发酵15 L发酵罐测定重组菌株L-乳酸产量.[结果]工程菌JH12在15 L发酵罐中以6％的葡萄糖为碳源进行发酵,发酵到36 h的过程中葡萄糖的消耗速率为1.46 g/(L·h),乳酸生产强度为1.14 g/(L·h),乳酸的产量达到41.13 g/L.发酵产物中未检测到琥珀酸、甲酸的生成,仅有少量乙酸生成,L-乳酸纯度达95.69％(L-乳酸在总发酵产物的比率).工程菌JH12以6％的木糖为碳源进行发酵,发酵到36 h的过程中葡萄糖的消耗速率为0.88 g/(L·h),乳酸生产强度为0.60 g/(L·h),乳酸的产量达到34.73 g/L.发酵产物中杂酸少,乳酸的纯度高达98％.[结论]本研究通过基因敲除、染色体插入及无氧进化筛选获得一株产L-乳酸的大肠杆菌工程菌JH12,该菌株不需利用外源质粒,稳定性好,可利用五碳糖进行发酵,发酵产物中杂酸少,L-乳酸的纯度高.本研究为L-乳酸大肠杆菌工程菌的构建提供一定的技术支持,同时也为大肠杆菌L-乳酸的工业化生产提供了参考依据.     

北京棒杆菌邻氨基苯甲酸合成酶基因的克隆、序列分析及表达

以北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)野生株AS1.299和突变株PD-67的基因组为模板,用PCR方法扩增了邻氨基苯甲酸合成酶(AS)基因(trpEG)片段和前端控制序列。核酸序列分析结果表明,该片段全长3374bp,包含3个ORF,推测分别为前导肽基因trpL、AS componentⅠ基因trpE和AS componentⅡ基因trpG。C.pekinense野生株AS1.299与突变株PD-67相比较,trpL基因完全一样;trpE基因有6个碱基的突变,导致了5个氨基酸残基的改变;trpG基因有1个碱基的突变,导致了1个氨基酸残基的改变;同时它们在-35序列处还有一个A→G的突变。通过同源性比较发现,C.pekinense AS1.299与Corynebacterium glutamicum ATCC13032和Brevibacterium lactofermentum的亲缘关系是很近的。trpL基因上游存在启动子区域,并能被Escherichiacoli的RNA聚合酶所识别,实现异源互补。野生型和突变型AS基因在C.pekinense AS1.299和PD-67中都得到表达,并且重组菌相对于宿主菌的酶活都有了很大提高。摇瓶发酵实验结果表明,带有突变型AS基因的PD-67重组菌生长比较慢,稳定期比PD-67推迟24h,但产生的L-色氨酸比PD-67高22.39%。     

北京棒杆菌DAHP合成酶Ⅰ基因的克隆﹑序列分析及表达

摘要：【目的】从北京棒杆菌(Corynebacterium pekinense)中克隆DAHP合成酶 (EC 2.5.1.54,3-deoxy-D-arabino-heptulosonate-7-phosphate synthase, DS)Ⅰ基因,对其进行功能验证;并将DAHP合成酶Ⅰ基因在C. pekinensePD-67进行同源表达,研究该酶的比活力与生长的相关性。【方法】分别以C. pekinense野生株AS1.299和突变株PD-67的基因组为模板,用PCR方法扩增了DAHP合成 酶Ⅰ的全基因序列aroⅠ和前端控制序列;通过pAK6载体提高DAHP合成酶Ⅰ基因在C. pekinen-sePD-67中的拷贝数实现其同源表达。【结果】核苷酸序列分析结果表明,C. pekinense 野生株AS1.299与突变株PD-67相比较,DAHP合成酶Ⅰ基因序列完全一样;通过PCR方法得到的DAHP合成酶Ⅰ基因结构功能完整,能与DAHP合成酶完全缺陷的E.coli 3257实现异源互补。突变株PD-67来源的DAHP合成酶Ⅰ基因在重组菌PD-67( pAD1)中进行了表达,在稳定期初期重组菌PD-67( pAD1)的DAHP合成酶Ⅰ的酶比活力比同期的对照菌株PD-67( pAK6)中的该酶酶比活力提高了约5倍。【结论】本工作首次证实了 C. pekinense 1.299和PD-67中存在DAHP合成酶Ⅰ基因,异源互补试验证明扩增得到的DNA片段编码DAHP合成酶Ⅰ,酶学性质研究表明DAHP合成酶Ⅰ基因在C. pekinensePD-67中的同源表达将有助于提高该菌的色氨酸积累。     

丙氨酸转氨酶修饰对大肠杆菌L-色氨酸合成的影响

探究大肠杆菌细胞内负责L-丙氨酸合成的转氨酶对菌株代谢及L-色氨酸合成的影响。运用Red重组技术分别对编码L-丙氨酸转氨酶的基因alaA、alaC和avtA进行敲除。通过摇瓶和50 L罐中探究其对L-色氨酸积累、L-丙氨酸代谢及菌体生长变化情况。结果显示,除3种L-丙氨酸转氨酶全部缺失的工程菌L-丙氨酸合成受阻、菌体生长受到较强抑制外,其它各任意一种或两种丙氨酸转氨酶缺失菌株的生长并未有较大差异,但色氨酸的合成变化显著。其中alaA和alaC双基因缺失的E.coli FS-T4工程菌,摇瓶发酵L-色氨酸产量达6.08 g/L,L-丙氨酸含量仅0.16 g/L,较出发菌株分别提高了26.7%和降低了91.0%。在50 L罐中E.coli FS-T4工程菌L-色氨酸产量最高可达41.9 g/L,糖酸转化率达20.5%,分别较出发菌株提高了13.8%和5.1%。转氨酶AlaA和AlaC的同时缺失,既可以满足细胞整体氨基酸池的需要,而且有利于减少杂酸的积累,使得更多的碳源流向L-色氨酸的合成。