产丁二酸谷氨酸棒状杆菌基因缺失代谢工程菌株的构建

【目的】提高谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032厌氧条件下的丁二酸产量,并降低发酵产物中副产物的含量。【方法】以谷氨酸棒状杆菌(Corynebacterium glutamicum)ATCC13032为出发菌,首先敲除乳酸形成的关键酶乳酸脱氢酶基因(ldh),构建ldh缺失株谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh;然后以缺失株谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh为出发菌,敲除该菌的丙酮酸脱氢酶系的E1p酶基因(aceE),构建一株双缺失突变菌株谷氨酸棒状杆菌ATCC13032ΔldhΔaceE。【结果】与供试菌比较,谷氨酸棒状杆菌ATCC13032Δldh的丁二酸产量和转化率分别提高了94.9%和32%,并且主要的副产物乳酸产量由出发菌产量的63.5 g/L降低到很微量的程度。丙酮酸脱氢酶的失活并不能完全消除副产物乙酸的形成,但乙酸的产量较ATCC13032Δldh降低了37.9%,丁二酸的产量略有提高。【结论】该重组菌具有较强的丁二酸生产工业化潜力,并且该研究方法为微生物代谢育种提供参考。     

Cre/loxP介导的伤寒杆菌染色体上插入基因的切除

来源于P1噬菌体的位点专一性重组系统loxP/Cre,已成为一种新的DNA操作的有用工具,在体内外都获得了成功的应用.为了将四环素诱导表达系统引入减毒伤寒杆菌CVD908株中,tetR-loxP-neo串联基因已通过同源重组被定位插入在CVD908株的△aroC位点中.构建一Cre酶表达受启动子P_LtetO-1控制的自杀质粒pJG9/Cre,以切除CVD908株△aroC中同向loxP序列之间的neo基因.质粒pJG9/Cre电转化入菌中,加入去水四环素诱导Cre酶表达,通过重组切除neo基因,再通过自杀质粒上SacB基因的启动,使质粒清除出菌细胞.抗生素鉴定和PCR扩增都证明,CVD908株△aroC位点中的neo基因被成功切除.     

谷氨酸棒杆菌1dh基因的敲除

谷氨酸棒杆菌中ldh基因编码乳酸脱氢酶,可催化丙酮酸转化生成乳酸.利用重叠延伸PCR的方法,获得中间缺失部分序列的dldh基因片段,将其与载体pk 18mobsacB连接,转化大肠杆菌感受态,筛选出阳性转化子后,转化谷氨酸棒杆菌ATCC 13032感受态细胞.分别在卡那霉素抗性平板及10％蔗糖平板上进行两次筛选,利用PCR方法鉴定,成功获得ldh基因缺失的谷氨酸棒杆菌突变株ATCC 13032-(4)ldh.应用荧光定量PCR检测,ATCC 13032-(z)ldh中的ldh基因在转录水平与野生型菌株ATCC 13032相比,相对表达量为O.ldh基因的敲除对菌株的生长造成了一定的影响.     

利用Cre/LoxP系统删除转基因山羊体内的选择标记基因

在制备转基因家畜过程中的一个关键步骤是使用选择标记基因 (Selectable marker genes,SMGs) 将转基因整合细胞从大量的正常细胞中筛选出来,这导致了SMGs整合入家畜的基因组内持续传递给后代。SMGs已被证明能够显著影响基因组内整合位点处的基因调控,也增加了对转基因动物安全评价的复杂性。为了确定转基因山羊制备过程中SMGs的删除时机和删除方法,在体细胞克隆前后两个时段内,利用Cre/loxP系统删除SMGs的可行性,同时比较了蛋白转导和质粒共转染两种Cre导入方式的删除效率。结果表明：尽管在首次对山羊成纤维细胞进行遗传修饰后即可进行SMGs删除,但两次遗传修饰导致细胞严重老化,无法用于后续的体细胞克隆羊制备。在转基因山羊的成体细胞中删除SMGs不存在上述问题,成功率高,缺点是试验周期长、耗资增大。Cre表达质粒瞬时转染能够删除SMGs,但有超过30%的无SMGs细胞克隆中整合有质粒序列。TAT-CRE蛋白质转导方法可以避免引入的新外源基因,SMGs删除率达到43.9%~72.8%,是一种较佳的SMGs删除手段。     

利用Cre/loxP系统删除转Bt基因水稻中的选择标记基因

来源于噬菌体P1的Cre/loxP位点特异性重组系统是目前在植物遗传转化中应用较多,较成熟的一个标记基因删除系统。在这个系统中,Cre酶可以特异性的识别和切割位于两个lox位点之间的标记基因,整个系统重组仅需Cre和lox识别位点即可完成而无需其它辅因子的参加。利用农杆菌介导法成功地将cre基因导入供试材料"皖粳97",得到转hpt-cre基因水稻植株;将其与先期转基因育成的携带loxp-hpt-loxp-bt基因的"皖粳97"株系进行田间杂交,通过PCR分析,Cre/loxP重组系统定向删除了潮霉素抗性筛选标记基因。     

谷氨酸棒杆菌基因缺失菌株的定点构建

通过目标基因内部缺失片段的获得以及DNA重组交换等技术的有效运用,在氨基酸工业重要生产菌谷氨酸棒杆菌中,成功地定点构建了两个目标研究基因的单基因缺失菌株和双基因缺失菌株,并通过了PCR和测序等方法的分析验证。     

谷氨酸棒杆菌基因编辑的研究进展

谷氨酸棒杆菌是生产氨基酸、有机酸等的重要菌株,广泛应用于食品、医药领域。利用基因编辑技术对谷氨酸棒杆菌进行基因功能研究,在提高目的产物产量、发现新的基因功能等方面有重要意义。近年来,基因编辑技术发展日新月异,从基于同源重组的传统基因编辑技术到以人工核酸酶介导的基因编辑均在谷氨酸棒杆菌中得到合理应用。其中,CRISPR技术以其快速、简便、编辑效率高等优点成为现阶段研究者用于改造谷氨酸棒杆菌的主要技术,但是更为简单、高效的编辑手段依旧需要进一步研究开发,以获得优良菌株应用于工业生产中。     

谷氨酸棒状杆菌技术研发态势分析

利用美国Thomson公司旗下的Thomson Data Analyzer和微软公司的Excel等分析工具,从时间、地域、专利权人、技术领域等方面,对德温特专利数据库中全球谷氨酸棒状杆菌领域专利的生命周期、区域布局、竞争机构和技术趋势进行了分析。以期为谷氨酸棒状杆菌技术发展态势提供情报支持,辅助企业、高校制定和调整技术发展战略、完善技术发展布局,在当今激烈的市场竞争环境下保持较高的技术优势。     

FKBP38肝脏特异敲除小鼠模型的构建

目的:构建FKBP38(FK506 Binding Protein 38)基因肝脏特异敲除小鼠。方法:利用胚胎注射法构建在FKBP38上携带lox P位点的转基因小鼠。在FKBP38基因位置携带lox P位点的小鼠的基础上,以肝脏实质细胞特异性表达的Alb-Cre介导FKBP38条件性敲除,以获得FKBP38基因肝脏特异敲除小鼠模型Alb-Cre:FKBP38~(fl/fl)。同时对FKBP38特异性敲除鼠进行鉴定。结果:(1)FKBP38肝脏特异敲除小鼠FKBP38~(-/-)肝脏中FKBP38基因的m RNA水平相对于同年龄同窝野生型小鼠具有统计学差异(P0.001)。(2)FKBP38肝脏特异敲除小鼠FKBP38~(-/-)肝脏中FKBP38基因的蛋白表达水平相对于同年龄同窝野生型小鼠具有统计学差异(P0.001)。(3)FKBP38肝脏特异敲除小鼠FKBP38~(-/-)肝脏中,转录和翻译相关蛋白水平未见显著差异,p70 S6K的磷酸化水平轻微上调,4EBP-1的磷酸化水平有轻微下调。(4)FKBP38肝脏特异敲除小鼠FKBP38~(-/-)肝脏中,凋亡相关蛋白Bcl-2未见差异化表达。结论:FKBP38肝脏特异敲除小鼠FKBP38~(-/-)肝脏中,FKBP38基因的m RNA和蛋白基本不表达,提示成功构建FKBP38基因肝脏特异敲除小鼠。     

谷氨酸棒杆菌metX、dapA基因敲除对苏氨酸合成的影响

谷氨酸棒杆菌中metX基因编码蛋氨酸合成途径关键酶高丝氨酸乙酰转移酶,dapA基因编码赖氨酸合成途径关键酶二氢吡啶二羧酸合成酶。为研究这两个基因缺失对苏氨酸积累的影响,以谷氨酸棒杆菌R102(AHVr)为出发菌株,通过重叠延伸PCR及同源重组技术分别构建了metX、dapA单基因缺失突变株R102ΔmetX、R102ΔdapA以及双基因缺失的突变株R102ΔmetXΔdapA。对出发菌以及上述3株重组菌进行初步摇瓶发酵试验,用HPLC法测定发酵液中苏氨酸含量。结果表明,发酵72 h后,3株重组菌的苏氨酸产量分别为2.58、2.38和3.01 g/L,比原始菌株分别提高了42.5%、31.5%和66.3%。     

Suppression of Human Immunodeficiency Virus Type 1 (HIV-1) Replication by an HIV-1-dependent Double Locked Vector with the Cre/loxP System

We previously demonstrated the function of an HIV-1-dependent ribozyme expression vector, with which the site-specific excision of loxP sequences can be achieved by using the Cre-loxP system (ON/OFF) as a molecular switch in an acute HIV-1 infection. However, this expression system also revealed the lower, non-specific expression of the anti-HIV-1 ribozyme in the absence of tat. To circumvent this problem, we used the more efficient HIV-1-dependent Cre recombinase gene expression vector, encoding the LTR-gag-p17 (extending from the 5′-LTR to the middle of the gag gene (pLTR-gag-p17-Cre)). Comparatively, the pLTR-gag-p17-Cre induces a higher Cre-protein expression level in an HIV-1 infection-dependent manner than the minimal pLTR-Cre. Furthermore, we constructed the ploxP-Rz-U5 and pLTR-gag-p17-Cre plasmids and also combined them into a single vector, pLTR-gag-p17-Cre/loxP-Rz-U5, for a comparison of their anti-HIV-1 activities. The resultant simultaneous expression of the Cre protein and the homologous recombination of the two loxP sequences induced a high level of HIV-1 replication inhibition (95%). Significantly, a high steady-state of ribozyme expression was observed in the RT-PCR analysis. These data imply that targeting the HIV-1 genes with the pLTR-gag-p17-Cre/loxP-Rz-U5 vector, which mediates HIV-1-dependent ribozyme expression, would be a useful tool for HIV-1 gene therapy applications.     

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。     

谷氨酸棒杆菌高丝氨酸脱氢酶编码基因hom的敲除

本研究以谷氨酸棒杆菌（Corynebacterium glutamicum）标准菌株ATCC 13032染色体为模板,设计引物PCR扩增高丝氨酸脱氢酶编码基因（hom）,在hom基因内部插入一段来源于质粒pET28a的卡那霉素抗性基因（Km）,得到基因元件hom::Km;通过电击转化法将hom::Km转入出发菌株替换原菌株的hom,在含卡那霉素的平板上挑取阳性转化子,通过PCR验证得到高丝氨酸脱氢酶缺陷的重组菌。发酵结果表明重组菌C.g- hom::Km -8发酵60小时赖氨酸产量达到4.7 g／L,是出发菌株谷氨酸棒杆菌ATCC 13032（0.7 g／L）的6.7倍。     

Contemporary gene targeting strategies for the novice

Gene targeting in mouse embryonic stem (ES) cells is a fundamental methodology for generating mice with precise genetic modifications. Although there are many complex gene targeting strategies for creating a variety of diverse mutations in mice, most investigators initially choose to generate a null allele. Here we provide a guide for the novice to generate a null allele for a protein coding gene using a fundamental gene targeting strategy. Ultimately, a well considered gene targeting strategy saves significant amounts of time, money, and research animal lives. The straightforward strategy presented here bypasses many of the pitfalls associated with gene knockouts generated by novices. This guide also serves as a foundation for subsequently designing more complex gene targeting strategies.