毕赤酵母的密码子用法分析

通过分析Pichia pastoris的28个蛋白编码基因的同义密码子使用情况并计算该酵母的密码子用法,首次确定出P.pastoris的19个高表达优越密码子。这些结果经与已知的Saccharomyces cerevisiae及Kluyveromyces lactis的密码子用法基本相似,但在氨基酸谷氨酸的密码子选择上截然相反,提示这可能属于P.pastoris所偏爱的密码子用法。     

植酸酶phyAm基因结构延伸突变改善酶的热稳定性

将来源于黑曲霉N25的植酸酶基因phyA^m重组于大肠杆菌表达载体pET30b(+),以重组表达载体pET30b-F-phyA^m为模板经PCR扩增获得结构延伸突变植酸酶基因phyA^e（在植酸酶基因C端增加了来源于pET-30b-F-phyA^m载体上13氨基酸残基）。含突变基因的重组表达载体pPIC9k-phyA^e在GS115酵母中表达。纯化的突变酶PP-NP-e与野生型酶PP-NP-m8相比：PP-NPAe的最适反应温度上升了3℃,75℃处理10min,热稳定性提高21%,比活力略有提高。最适反应pH为5.6,有效pH范围pH4.6到pH6.6。比未突变酶扩大了0.4单位。     

来源于Escherichia coli的高比活植酸酶基因的高效表达

高效表达高比活植酸酶是进一步提高植酸酶发酵效价、降低植酸酶生产成本的一个有效途径。对源于Escherichia coli的高比活植酸酶基因appA,按照毕赤酵母（Pichia pastoris）密码子的偏爱进行了密码子优化改造。该改造后的基因appA-m按正确的阅读框架融合到毕赤酵母表达载体pPIC9上的α-因子信号肽编码序列3′端,通过电击转化得到重组转化子。对重组毕赤酵母的Southern blotting分析证实植酸酶基因已整合到酵母基因组中,并确定了整合基因的拷贝数。Northern blotting分析证实植酸酶基因得到了正常转录。SDS-PAGE分析和表达产物的研究表明,植酸酶得到了高效分泌表达,在5L发酵罐中植酸酶蛋白表达量达到2.5mg/mL发酵液, 酶活性(发酵效价)达到7.5×10⁶IU/mL发酵液以上, 大大高于目前报道的各种植酸酶基因工程菌株的发酵效价。     

抗草甘膦抗虫植物表达载体的构建及其转基因烟草的分析

构建了含草甘膦抗性突变基因（aroAM12）和人工合成重组Bt抗虫基因（Bts1m）的植物表达载体pCM12_s1m。aroAM12基因的表达由CaMV35S启动子控制,Bts1m基因的表达由2E_CaMV35S启动子和Ω因子控制。通过农杆菌介导,将aroAM12和Bts1m基因转化到烟草中,转基因烟草通过在含草甘膦的MS培养基上筛选而获得。Southern blot分析表明所有经过草甘膦筛选出的转化植株都整合有aroAM12基因,约70%的转化植株同时整合有aroAM12和Bts1m基因。Northern blot、Immunodot blot分析进一步证明整合的两个基因在转录、翻译水平上均进行了表达,不同植株之间表达存在着差异。草甘膦抗性和虫试实验证明,获得的转基因烟草对草甘膦和烟青虫具有很强的抗性。     

极端嗜热菌海栖热袍菌α-葡萄糖醛酸酶的高效表达和重组酶的纯化

α-葡萄糖醛酸酶作为木聚糖降解的限速酶之一,在木聚糖类半纤维素的生物转化中起着重要的作用。海栖热袍菌Thermotoga maritima是一个嗜极端高温的厌氧细菌,其产生的极耐热性酶类具有非常可观的工业应用前景。但热袍菌属Thermotoga的基因在大肠杆菌中的表达一般较困难。研究了T. maritima中的极耐热性α葡萄糖醛酸酶基因在大肠杆菌不同菌株中的表达水平及纯化技术。结果表明,稀有密码子AGA、AGG和AUA限制了该基因在大肠杆菌中的表达,在大肠杆菌BL21-CodonPlus(DE3)RIL可得到高效表达,重组蛋白表达量达20%,比酶活比野生菌株提高5倍;重组蛋白经热处理和金属Ni²⁺的亲和层析提纯后,达到了电泳纯,提纯倍数为5.1倍,收率为55.1%。对重组菌诱导表达条件的研究表明,营养丰富的TB培养基有助于重组菌的生长, 重组菌生长至OD₆₀₀为0.7～0.8时添加IPTG诱导5h后重组蛋白的表达量最高。     

黄瓜花叶病毒cDNA载体在烟草细胞中表达外源基因

为了探讨利用黄瓜花叶病毒(CMV)构建表达载体的可行性,分离了山东株(SD) CMV RNA 3的全长cDNA。测定其全序列后,采用定点突变的方法在衣壳蛋白(CP)基因起始密码子处改造出一个NsiⅠ位点,可将外源基因引入NsiⅠ位点和CP基因终止密码子上游附近的XhoⅠ或SalⅠ位点而置换掉CP基因。分别用绿色荧光蛋白(GFP)基因、β-葡糖醛酸酶(GUS)基因以及小鼠二氢叶酸还原酶(DHFR)基因3种报告基因置换CP基因。将Fny株CMV RNA 1、RNA 2和SDCMV嵌合RNA 3的cDNA分别插入pCass载体的35S启动子和终止子之间,将构建的置换型载体直接以质粒的方式转染烟草原生质体,表达了3种报告基因。     

马铃薯X病毒外壳蛋白的表达水平与变偶密码子使用频率的相关性

把经密码子修饰的马铃薯X病毒（Potato Virus X, PVX）外壳蛋白（Coat Protein, CP）基因和未修饰的野生型外壳蛋白基因与CaMV 35S启动子融合后,构建成相应的植物表达载体,利用农杆菌介导转化烟草。分别对修饰CP和野生CP的转基因烟草进行Western blot和ELISA分析,结果表明经密码子修饰的PVX外壳蛋白的表达量是野生型蛋白表达量的1/3～1/5。Northern blot结果表明修饰和未修饰的外壳蛋白在转录水平上是一致的。以上结果暗示外源基因中稀有密码子的数量可能是限制外源基因表达的一个因素。改变基因中稀有密码子的数量有可能成为控制基因表达的一种有效途径。     

人工合成的黑曲霉NRRL3135菌株植酸酶基因在毕赤酵母系统中的高效表达

本文以黑曲霉(Aspergillus niger)NRRL3135菌株植酸酶基因为对象,通过基因人工合成的方法去除了该基因的内含子与信号肽编码序列,换用在毕赤酵母(Pichia pastoris)中使用频率较高的密码子以优化其表达。该人工合成植酸酶基因(PhyA-as)以N端融合的方式正确插入到毕赤酵母表达载体pPICZαA。通过电击将重组表达载体整合入酵母染色体DNA中得到重组转化子。SDSPAGE结果与表达产物酶学性质研究表明植酸酶得到分泌表达,且与天然产物性质基本一致。筛选得若干株高产基因工程菌,其中SPANⅢ菌株达到了在摇床培养条件下,每毫升发酵液产生165000u植酸酶的水平,基本满足工业化生产的要求。     

D-氨基酸氧化酶在不同毕赤酵母宿主菌中的表达比较

D-氨基酸氧化酶（DAAO）在转化头孢菌素C生产7-ACA和转化DL-氨基酸制备α-酮酸和L-氨基酸上起着重要的作用。采用DNA操作技术,将来源于三角酵母的DAAO基因连接至表达载体pPIC35K上,再将表达质粒pPIC35KDAAO分别整合P. pastoris的宿主细胞KM71和GS115,经筛选获得阳性重组菌PDK13（Mut^S）和PD27（Mut⁺）。重点对两种突变菌的表达条件进行了比较。结果显示：PDK13（Mut^S）株比PD27（Mut⁺）株消耗甲醇慢、诱导时间长,但对通气量要求低、表达水平高,摇瓶活力分别达到2700和2500 IU/L,14L发酵罐内活力分别达到10140和8463 IU/L。初步探索了DAAO对DL-苯丙氨酸的拆分,结果显示基因工程菌表达的DAAO具有良好的转化DL-苯丙氨酸制备苯丙酮酸和L-苯丙氨酸的能力。     

丝状真菌表达分泌系统中受体菌的构建

黑曲霉糖化酶高产菌株T21经紫外诱变后, 通过酪蛋白平板和蛋白酶活性测定筛选出胞外酸性蛋白酶活力仅为原株076%的菌株A.nigerT21-201,其生长特性和产糖化酶活力与原株基本一致。利用原生质体PEG法将含有报告基因vhb的表达分泌质粒Pgt10-vhb通过与选择标记质粒的共转化导入此蛋白酶部分缺陷株及其原株T21,检测在蛋白酶缺陷株Aspergillus niger T21-201 和原株T21中VHb的分泌表达,结果表明在A.nigerT21-201中VHb表达水平显著高于原株,但Northern blot却显示在两菌株中^vnb基因的转录水平近似,由此证明酸性蛋白酶缺陷对保护外源蛋白产生了显著效果。      

猪瘟病毒流行毒株E2基因密码子优化及在酵母中的高效表达

密码子的偏嗜性是影响基因异源表达的重要参数之一,优化密码子序列能够提高外源基因的表达水平。野生型猪瘟病毒E2基因在毕赤酵母中的表达量较低,为了提高E2基因在毕赤酵母中的表达水平,利用PCR基础上的定点突变技术将E2基因上的毕赤酵母低利用密码子突变为其高利用率的简并密码子。结果表明,替换野生型E2基因上24个酵母低利用密码子后,E2基因在酵母中表达水平有较显著提高,表明通过密码子优化提高E2基因在毕赤酵母中的表达这一策略是成功的。     

基因表达水平与同义密码子使用关系的初步研究

提出一个预测基因表达水平和同义密码子使用的自洽信息聚类方法。将同义密码子分成最适密码子、非最适密码子和稀有密码子,认为三者的使用频率是调控基因表达水平的主要因素。基于这一观点,对Ｅｃｏｌｉ和Ｙｅａｓｔ两类生物的基因表达水平和密码子的使用,用自洽信息聚类方法进行了预测。发现高低表达基因明显分开,基因表达水平被分为四级;甚高表达基因（ＶＨ）、高表达基因（Ｈ）、较低表达基因（ＬＭ）和低表达基因（ＬＬ）;     

雪花莲凝集素基因（gna）的改造及其抗蚜性

用定点突变方法对编码雪花莲凝集素（Galanthus nivalis agglutinin,GNA)前体蛋白的DNA序列进行了改造和转基因烟草9Nicotana tabacum L.）抗蚜性的研究。结果表明,将GNA编码序列中含有的稀有密码子改造后,GNA的表达水平从占总可溶性蛋白的0.17％增加到0.25％,转基因烟草的抗蚜性也随之增强,从平均抑制桃蚜（Myzus per-sicae(Sulzer））虫口密度63.7％显地提高到71.0％。     

使用偏爱密码子大幅度提高苯丙氨酸脱氨酶在食品级乳酸乳球菌中的表达

为获得苯丙氨酸脱氨酶(PAL)在食品级乳酸乳球菌中的高效表达,将欧芹palcDNA(palnat)及根据乳酸乳球菌偏爱密码子设计人工合成的pal基因(palart)重组并转化到两种乳酸乳球菌NICE诱导表达系统中,测定基因工程菌表达PAL酶的量及活性,对比分析密码子偏爱性对乳酸乳球菌表达外源蛋白的影响。结果表明在两种乳酸乳球菌NICE表达系统中,使用偏爱密码子均可显著提高PAL酶的表达效率,使NZ9000/pNZ8048表达系统表达量提高22.23倍,NZ3900/pNZ8149系统提高35.90倍。此研究获得了安全高效表达PAL,可用于治疗苯丙酮尿症的基因工程菌。     

Preferential codons enhancing the expression level of human beta-defensin-2 in recombinant Escherichia coli

Human beta-defensin-2 (hBD2) is a small antimicrobial peptide with potential as a therapeutic agent. The effect of codon usage on the expression of hBD2 in Escherichia coli was studied. Two coding sequences encoding the same hBD2 precursor were both expressed as fusion protein with thioredoxin in E. coli BL21 (DE3). One is the wild-type human cDNA and the other is a gene synthesized by a PCR-based method in which rare codons were altered to those frequently used in E. coli. The expression level of recombinant hBD2 was over 50% of the total cellular protein when the synthetic gene with preferential codons was employed which was a 9-fold enhancement over the wild-type cDNA. The result shows the codon bias of the host was a major barrier in high-level expression of recombinant hBD2 and suggests a similar approach may be used in the expression of other defensins in E. coli.     

人骨形态发生蛋白7（hBMP7）在毕赤酵母中的分泌表达

依据酵母密码子使用偏好性,利用重叠延伸PCR(OE-PCR)介导的定点突变方法,对人骨形态发生蛋白-7(human Bone Morphogenetic Protein-7,hBMP7)成熟肽编码序列进行改造,将毕赤酵母低频使用的精氨酸密码子CGG或CGA突变为高频使用的同义密码子AGA,明显提高了hBMP7成熟肽在毕赤酵母中的表达量摇瓶培养表达量为25.45mg/L,是改造前序列的4.6倍;TricineSDS-PAGE及Western-blotting结果表明,rhBMP7成熟肽分子量为18kD,以单体形式存在,具有良好的免疫原性;利用梯度浓度G418筛选到一株高拷贝整合的转化子,该转化子摇瓶表达量为45.45mg/L,约为单拷贝转化子的2倍。表达上清经阳离子交换介质SPSepharoseR○FastFlow纯化后,目的蛋白纯度达到90%。纯化后的样品与I型胶原混合冻干后埋植于小鼠股部肌袋内,能异位诱导间充质细胞分化形成软骨细胞。     

植酸酶基因中稀有密码子的改造提高其在毕赤酵母中的表达量

对来源于黑曲霉N2 5(AspergillusnigerChinaStrain)的植酸酶基因phyA进行PCR介导的定点突变 ,不改变其所编码氨基酸 ,选用毕赤酵母偏爱的密码子对该基因保守序列中第 81位和第 85位的Arg密码子进行同义突变 .构建了含正确突变的克隆载体pUC18 phyAm 和酵母表达载体pPIC9k phyAm,电击转化毕赤酵母 ,经MM、MD平板筛选和产物的酶活性测定 ,筛选出突变与未突变高酶活酵母转化子各 2株 .这 4株转化子的Southern印迹结果表明 ,phyA基因以单交换方式单拷贝整合到酵母染色体DNA中 .表达产物的SDS PAGE分析表明 ,重组酵母中的植酸酶能有效分泌和表达 ,蛋白质分子大小为 70 15kD .转化子酶活测定结果表明 ,经密码子优化的突变重组酵母酶活力明显高于未进行优化的重组酵母转化子 .经密码子优化的突变重组酵母株PP NPm 8于麦芽汁培养基中诱导 36h后酶活力可达 4 76 0 0U/ml,其活力比未优化重组酵母株PP NP 2 (2 36 6 7U/ml)提高了约 1倍 ,且重组转化子遗传稳定性良好 .     

Heat shock response and mammal adaptation to high elevation (hypoxia)

The mammal’s high elevation (hypoxia) adaptation was studied by using the immunological and the molecular biological methods to understand the significance of Hsp (hypoxia) adaptation in the organic high elevation, through the mammal heat shock response. (1) From high elevation to low elevation (natural hypoxia): Westem blot and conventional RT-PCR and real-time fluorescence quota PCR were adopted. Expression difference of heat shock protein of 70 (Hsp70) and natural expression of brain tissue of Hsp70 gene was determined in the cardiac muscle tissue among the different elevation mammals (yak). (2)From low elevation to high elevation (hypoxia induction): The mammals (domestic rabbits) from the low elevation were sent directly to the areas with different high elevations like 2300, 3300 and 5000 m above sea level to be raised for a period of 3 weeks before being slaughtered and the genetic inductive expression of the brain tissue of Hsp70 was determined with RT-PCR. The result indicated that all of the mammals at different elevations possessed their heat shock response gene. Hsp70 of the high elevation mammal rose abruptly under stress and might be induced to come into being by high elevation (hypoxia). The speedy synthesis of Hsp70 in the process of heat shock response is suitable to maintain the cells’ normal physiological functions under stress. The Hsp70 has its threshold value. The altitude of 5000 m above sea level is the best condition for the heat shock response, and it starts to reduce when the altitude is over 6000 m above sea level. The Hsp70 production quantity and the cell hypoxia bearing capacity have their direct ratio.     

Heat shock response and mammal adaptation to high elevation (hypoxia)

The mammal's high elevation(hypoxia) adaptation was studied by using the immu-nological and the molecular biological methods to understand the significance of Hsp(hypoxia) ad-aptation in the organic high elevation,through the mammal heat shock response.(1) From high ele-vation to low elevation(natural hypoxia) :Western blot and conventional RT-PCR and real-time fluo-rescence quota PCR were adopted.Expression difference of heat shock protein of 70(Hsp70) and natural expression of brain tissue of Hsp70 gene was determined in the cardiac muscle tissue among the different elevation mammals(yak) .(2) From low elevation to high elevation(hypoxia induction) :The mammals(domestic rabbits) from the low elevation were sent directly to the areas with different high elevations like 2300,3300 and 5000 m above sea level to be raised for a period of 3 weeks be-fore being slaughtered and the genetic inductive expression of the brain tissue of Hsp70 was deter-mined with RT-PCR.The result indicated that all of the mammals at different elevations possessed their heat shock response gene.Hsp70 of the high elevation mammal rose abruptly under stress and might be induced to come into being by high elevation(hypoxia) .The speedy synthesis of Hsp70 in the process of heat shock response is suitable to maintain the cells' normal physiological functions under stress.The Hsp70 has its threshold value.The altitude of 5000 m above sea level is the best condition for the heat shock response,and it starts to reduce when the altitude is over 6000 m above sea level.The Hsp70 production quantity and the cell hypoxia bearing capacity have their direct ratio.