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％.     

北京棒杆菌芳香族氨基酸转运蛋白基因敲除对L-色氨酸积累的影响

[目的]为了减少北京棒杆菌PD-67(Corynebacterium pekinense PD-67)从细胞外吸收色氨酸,降低细胞内色氨酸库的浓度,从而使色氨酸的反馈控制作用减弱,增加胞外L-色氨酸的积累量,构建北京棒杆菌PD-67的芳香族氨基酸转运蛋白基因aroP敲除的菌株,研究aroP基因敲除对菌株L-色氨酸积累的影响.并进一步研究在aroP敲除菌株中表达邻氨基苯甲酸合成酶(AS)基因对L-色氨酸积累的影响.[方法]运用PCR技术扩增aroP基因,与整合质粒连接后,用限制性内切酶法构建带有内部片段缺失的aroP基因的敲除载体.利用同源重组技术,敲除北京棒杆菌PD-67的aroP基因,构建菌株PD-67 ΔaroP,并用带有aroP基因的表达载体对PD-67ΔaroP进行互补验证.采用PCR技术扩增AS基因,与表达载体连接构建重组质粒.将重组质粒转入菌株PD-67ΔaroP,构建工程菌株PD-67 ΔaroP/pXAS.通过摇瓶发酵研究PD-67 AaroP和PD-67 ΔaroP/pXAS的发酵特性.[结果]经PCR验证获得了aroP基因缺陷的菌株.摇瓶发酵结果表明,与出发菌株相比,PD-67ΔaroP的L-色氨酸的积累量提高了65％.酶活分析结果表明,AS基因在菌株PD-67 △aroP中得到表达.AS基因表达使工程菌单位菌体产酸率提高了25.6％.[结论]北京棒杆菌PD-67中芳香族氨基酸转运蛋白基因arop的敲除能够提高胞外L-色氨酸的积累量.在arop基因敲除菌中表达AS基因,可以进一步提高工程菌的产酸率.     

代谢副产物乙酸对L-色氨酸发酵的影响

分析了重组大肠杆菌(E.coli TRTH/pSV-709)发酵生产L-色氨酸的发酵过程,检测结果表明发酵液中有大量代谢副产物乙酸的积累。利用外源添加试验研究了乙酸对L-色氨酸发酵的影响,结果表明乙酸浓度高于2g/L时对L-色氨酸生产菌的生长和产酸均有抑制作用。分析了乙酸的产生机制,并采取了调节溶氧水平、确定合适初始葡萄糖浓度、限制葡萄糖流加及控制菌体比生长速率等措施来减少乙酸的生成。在优化条件下,乙酸含量与原工艺相比降低了51.35%,菌体生物量和L-色氨酸产量分别提高了51.07%和46.54%,实现了高密度发酵培养的目的。     

大肠杆菌ptsHI-crr基因的敲除及其对苯丙氨酸生产的影响

L-苯丙氨酸(L-phenylalanine)是重要的食品和医药中间体。利用大肠杆菌发酵葡萄糖生产苯丙氨酸时,对葡萄糖转运起重要作用的磷酸烯醇丙酮酸糖磷酸转移酶系统(PTS)对苯丙氨酸产量有很大影响。由ptsHI-crr操纵子编码的磷酸组氨酸载体蛋白(HPr),酶I(EI)和酶IIAGlc是PTS的必要组分,通过敲除ptsHI-crr得到PTS缺陷菌株,可以使葡萄糖代谢更多地流向苯丙氨酸生物合成。采用Red同源重组技术将大肠杆菌染色体上的ptsHI-crr基因替换为四环素抗性基因,得到PTS缺陷菌株。该菌株在以葡萄糖为惟一碳源的培养基中摇瓶培养,菌密度为对照菌株的2.7倍,苯丙氨酸产量为对照菌株的6.3倍。     

ppc基因敲除对大肠杆菌L-色氨酸发酵的影响

目的：减少大肠杆菌L-色氧酸前体物质磷酸烯醇式丙酮酸向草酰乙酸的代谢流,提高其L-色氨酸的产量。方法：以大肠杆菌TRTH0709为出发菌株,利用Red重组敲除技术敲除磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（Ppc）编码基因PPc,并经测序和酶活性检测确证;对出发菌株和基因敲除菌株进行L-色氖酸发酵,对比分析发酵结果。结果：测序和酶活性检测结果表明ppc基因被成功敲除。发酵结果表明,与出发菌株相比,基因敲除菌株TRTH0709△ppc生长速度减慢,最终生物量减少32％,L-色氯酸产量降低27％,但糖酸转化率提高6％;向发酵培养基中添加1％琥珀酸后,TRTH0709△ppc的生长速率和产酸量有所提高,但仍与出发菌株有一定差距。结论：虽然ppc基因敲除对菌体生长和产酸量影响较大,但能有效提高其糖酸转化率;选育Ppc弱化的突变株以达到减弱代谢流且不影响菌体生长,以及增加,L-色氨酸积累的目的,将是本研究今后的主要方向。     

重组大肠杆菌生产L-色氨酸发酵条件优化

为了提高重组大肠杆菌FB讲／pSV－04发酵生产L－色氨酸的产量,减少代谢副产物乙酸的生成,考察了比生长速率和无机盐对重组大肠杆菌发酵生产L．色氨酸的影响。在确定了合适的比生长速率和无机盐浓度之后,乙酸积累很少,L-色氨酸的产量为53．4g／L,比优化前提高了141．6％。经30L发酵罐初步放大,L－色氨酸的产量达53．6g／L,发酵结果稳定,具有工业化应用前景。     

利用Red系统快速敲除家蚕核型多角体病毒orf60基因

用Red重组系统和最近构建的家蚕核型多角体病毒(BmNPV)bacmid在大肠杆菌BW25113中快速地敲除BmNPVorf60基因。从大肠杆菌BmDH10Bac中提取BmNPVbacmid,将其电转化到含有质粒pKD46(能表达Red重组酶)的大肠杆菌菌株BW25113中,获得了可用于BmNPV基因打靶的菌株BW25113-Bac。设计一对长63bp的引物(5′端为orf60基因的左右同源臂,长45bp;3′端长18bp,为氯霉素抗性基因(cat)的首尾序列),以pKD3质粒(含cat)为模板,PCR扩增携带orf60左右同源臂的cat,即打靶线性化片段。将该线性化片段电转入BW25113-Bac菌株,在Red重组酶的作用下,线性化片段与BmNPVbacmid中的orf60基因发生同源重组。设计3对特异引物,用PCR方法证明cat成功地替换了BmNPVorf60基因。重组bacmid DNA转染BmN细胞后,Western blot分析未检测到orf60基因的表达。     

BAI1基因敲除打靶载体的快速构建

BAI1(脑血管生成抑制因子1)因其具有抑制血管生成的作用而得名,研究表明肿瘤的发生可能与BAI1的低表达有关.为了进一步探索BAI1的作用机制,运用改良的Red重组系统和低拷贝中间载体,利用50 bp的同源重组序列直接从BAC载体中克隆长片段的小鼠基因组序列;将得到的基因组序列再次通过重组和改造,构建了BAI1基因的完全敲除并带有报告基因的打靶载体,为后续的构建BAI1基因敲除小鼠模型、在动物体内研究基因功能奠定了基础.     

温度对大肠杆菌L-色氨酸发酵过程的影响

目的：研究变温控制对大肠杆菌TRTH L-色氨酸补料分批发酵过程中生物量、色氨酸产量、比生长速率及质粒稳定性的影响。方法：利用5L自控发酵罐对L-色氨酸补料分批发酵过程进行温度控制,对不同温度下相关参数进行分析比较,确定优化的温度控制方案。结果：以30-36％顺序升温的工艺进行发酵得到理想结果,与单一温度控制策略相比,L-色氨酸产量提高了15．4％;色氨酸的比合成速率提高了21．6％;质粒稳定性增加,未出现质粒丢失现象,质粒拷贝数保持在恒定水平。结论：温度对大肠杆菌L-色氨酸发酵有重要影响。     

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。     

大肠杆菌pqqL基因敲除与功能分析

【目的】通过构建大肠杆菌pqqL基因缺陷突变株,研究大肠杆菌pqqL基因的功能。【方法】首先通过PCR扩增得到pqqL基因和kan抗性基因,在体外构建线性打靶片段pqqL-kan-pqqL。然后通过Red同源重组敲除大肠杆菌的pqqL基因,构建大肠杆菌缺失突变体DH5αΔpqqL。在此基础上通过DCIP法检测山梨糖脱氢酶活性来比较大肠杆菌突变株与亲本株中PQQ合成的情况。【结果】成功敲除了大肠杆菌的pqqL基因,DCIP法检测结果显示大肠杆菌pBCP162/DH5αΔpqqL和pMD19T Simple-pqqABCDE/DH5α能够合成PQQ,而大肠杆菌pMD19T Simple-pqqABCDE/DH5αΔpqqL不能合成PQQ。【结论】大肠杆菌pqqL基因和pqqF基因具有同样的功能。     

Red重组技术研究进展

主要从Red系统组成元件、作用机理、重组策略以及先进性和发展前景四个方面综述了利用Red 重组系统敲除或替换细菌染色体目的基因的方法。首先简要介绍了传统的细菌染色体重组技术,指出了其中的缺陷。然后提出了Red重组技术的定义：利用噬菌体Red系统介导来实现外源线性DNA片断与细菌染色体的靶基因进行同源重组的方法,外源线性DNA通常是PCR产物、寡核苷酸片断等,在它们的两翼各含有与染色体靶基因两翼同源的序列40~60bp。这种Red重组技术省去了体外DNA酶切和连接等步骤,使细菌染色体靶基因的敲除与替换操作相对简单,逐渐成为基因功能探索以及新菌株构建的有力手段。     

Red重组系统及在微生物基因敲除中的应用

在完成了对各种微生物基因组的测序以后,功能基因学的研究变得尤为重要。研究基因功能最直接的方法便是将待研究的基因失活。最初构建基因突变体是采用大肠杆菌的RecA系统,但是RecA重组系统操作复杂,重组效率低。最近建立了Red重组系统,该系统由3个蛋白组成：α蛋白(即λ核酸外切酶),β蛋白,Gam蛋白。应用Red系统进行基因敲除,可以直接利用线性打靶DNA,两侧同源臂长度在35~60 bp即可发生同源重组,且重组效率高。 Abstract:Since many DNA-sequencing projects of varied microorganisms have been completed,studies on their functional genomics become more important.Inactivation of an interesting gene is a direct method to characterize its function.Though the Esherichia coli RecA recombination system can be used to produce gene mutants,it needs a complex manipulation process.Furthermore,its efficiency is very low.Recently a Red recombination system was developed.This recombination system consists of three proteins:α protein（λ exonuclease）,β protein and Gam protein.In this system,the linear targeting DNA which contains a selectable marker flanked with a homologous region as short as only 35~60 bp can be directly targeted for gene knock-out with a higher efficiency.     

Construction and characterization of pta gene-deleted mutant of Clostridium tyrobutyricum for enhanced butyric acid fermentation

Clostridium tyrobutyricum ATCC 25755 is an acidogenic bacterium, producing butyrate and acetate as its main fermentation products. In order to decrease acetate and increase butyrate production, integrational mutagenesis was used to disrupt the gene associated with the acetate formation pathway in C. tyrobutyricum. A nonreplicative integrational plasmid containing the phosphotransacetylase gene (pta) fragment cloned from C. tyrobutyricum by using degenerate primers and an erythromycin resistance cassette were constructed and introduced into C. tyrobutyricum by electroporation. Integration of the plasmid into the homologous region on the chromosome inactivated the target pta gene and produced the pta-deleted mutant (PTA-Em), which was confirmed by Southern hybridization. SDS-PAGE and two-dimensional protein electrophoresis results indicated that protein expression was changed in the mutant. Enzyme activity assays using the cell lysate showed that the activities of PTA and acetate kinase (AK) in the mutant were reduced by more than 60% for PTA and 80% for AK. The mutant grew more slowly in batch fermentation with glucose as the substrate but produced 15% more butyrate and 14% less acetate as compared to the wild-type strain. Its butyrate productivity was approximately 2-fold higher than the wild-type strain. Moreover, the mutant showed much higher tolerance to butyrate inhibition, and the final butyrate concentration was improved by 68%. However, inactivation of pta gene did not completely eliminate acetate production in the fermentation, suggesting the existence of other enzymes (or pathways) also leading to acetate formation. This is the first-reported genetic engineering study demonstrating the feasibility of using a gene-inactivation technique to manipulate the acetic acid formation pathway in C. tyrobutyricum in order to improve butyric acid production from glucose.     

Sterptomyces rochei4089的L基因阻断变株的构建及功能研究

运用同源重组技术破坏了一株格尔德霉素产生菌Sterptomyces rochei 4089的L基因,该基因编码氧化还原酶.以Sterptomyces rochei 4089基因组总DNA为模板,PCR扩增AHBA-KLM基因簇,采取Red/ET重组技术,构建L基因阻断质粒pKC1139-KLM-KmR.采用大肠杆菌与链霉菌的结合转移将阻断质粒含AHBA-KLM基因簇和Kan表达单元的3.0 kb线性片段转化Sterptomyces rochei 4089菌株,在卡纳霉素的平板上筛选卡纳霉素抗性转化子,经PCR检测分离到L基因阻断突变菌株.对原、变株的发酵液进行TLC和HPLC分析显示,Sterptomyces rochei 4089基因组中的L基因失活后,导致该菌株不能合成安莎类抗生素格尔德霉素.通过阻断L基因,为筛查这类放线菌产生安莎类抗生素提供了明确的组分指示作用.     

大肠杆菌ptsG基因敲除及其缺陷株生长特性研究

在大肠杆菌磷酸转移酶系统中,葡萄糖主要由ptsG基因编码的酶ⅡCB^Glc转运入细胞。利用代谢工程技术构建ptsG基因缺陷株,有望降低葡萄糖的摄取速率,减少乙酸累积,促进菌体生长。运用PCR技术,扩增出两翼与ptsG基因上下游序列同源,中间为氯霉素抗性基因的DNA片段。经电转化,将外源DNA片段分别转入Escherichia coli DH5a、JM109中。在Red重组酶的作用下,外源DNA片段与染色体上同源区域重组,将基因ptsG敲除,构建ptsG基因缺陷株：DH5αP,JM109P。在LB培养基中,ptsG基因缺陷株的生长状况与亲株无明显差异。在含有葡萄糖的LB培养基中,DH5αP、JM109P的最高菌密度分别是对照菌株DH5α,JM109的3．47倍和4．25倍,ptsG基因缺陷株对葡萄糖的摄入量也明显高于对照菌株。重组蛋白肿瘤坏死因子(TNF)在DH5αP、JM109P中的表达量分别占全菌蛋白的24．3％、20．8％,A600分别为8．28、7．62,TNF在缺陷株中单位体积的表达量明显高于对照菌株。以上结果说明,大肠杆菌ptsG基因缺陷株具有良好的生长能力和表达外源蛋白的能力,在大肠杆菌高密度发酵研究方面具有良好的应用前景。     

游动放线菌中orf20基因敲除对雷莫拉宁合成的影响

雷莫拉宁生物合成基因簇中orf20与已知的卤化酶基因高度同源.本研究在大肠杆菌中构建同框敲除质粒pSM-3,将其转入游动放线菌Actinoplanes sp.ATCC 33076,通过同源重组双交换的方法将orf20基因内部编码64个氨基酸的序列敲除,筛选得到双交换阻断突变株SIPI-A.2001 dorf20(Δor...     

Red/ET重组在基因打靶载体快速构建中的应用

通过合理应用Red/ET重组技术实现基因打靶载体的快速构建。在Red/ET重组介导下,首先从基因组DNA中将靶基因片段亚克隆至打靶质粒载体中,随后将两端带有50 bp同源臂的抗性筛选基因插入并替换靶基因上的目标序列,如此两步操作即可完成一个传统型基因敲除打靶载体的构建;结合Cre-loxP系统,在传统型基因敲除打靶载体的基础上,经过再一轮的Red/ET重组就能够成功实现条件性基因敲除打靶载体的构建。整个实验过程不需要PCR扩增长、短臂序列,也不涉及酶切、连接反应,因此,不仅省时、省力,而且所构建的基因打靶载体序列准确,无突变。此实验方法的建立为加速后基因组时代的基因功能研究提供了一条捷径。     

应用基因敲除快速构建大肠杆菌突变体改造脂肪酸代谢途径

【目的】基因敲除技术是研究基因功能的重要手段。我们试图建立一种快速、高效的大肠杆菌基因敲除方法。【方法】利用大肠杆菌(Escherichia coli)BW25113单基因缺失体Keio文库,将经典的Red同源重组技术与P1噬菌体转导技术相结合,对E.coli MG1655脂肪酸代谢基因进行快速敲除。【结果】获得了大肠杆菌β-氧化途径的缺失菌株△fadD、△fadE和△fadD-△fadE;脂肪酸合成途径缺失菌株△fabH、△fabF和△fabH-△fabF。敲除fadD和fadE对生长情况没有影响;敲除fabH后,生长速度明显减慢;敲除fabF对生长几乎没有影响。FadD、FadE及双敲缺失体的脂肪酸含量18.2 mg/L、20.0mg/L和19.2 mg/L,略高于野生型17.5 mg/L;FabH、FabF及双敲缺失体的含量分别为12.6 mg/L、15.2 mg/L和11.2 mg/L,明显低于野生型。【结论】在单基因突变体文库基础上,利用P1噬菌体转导、Red同源重组和抗性基因消除进行基因敲除,简化了构建大肠杆菌单基因和多重突变体的方法。