转β-1,3-葡聚糖酶基因和几丁质酶基因棉花

为了提高棉花的抗枯、黄萎病的能力,用花粉管通道法,将烟草β-1,3-葡聚糖酶基因和菜豆几丁质酶基因导入棉花,获得了抗卡那霉素的转化植株。经PCR、PCR－Southern Blot检测,证明两种基因已插入到棉花基因组中。     

几丁质酶基因的克隆表达及酶学性质

【背景】几丁质是自然界中储藏量仅次于纤维素的有机物,几丁质酶能降解几丁质生成几丁寡糖,实现废弃物的高值化利用,目前菌株产几丁质酶能力低限制了它的生产应用。【目的】克隆弧菌(Vibrio sp.)GR52的几丁质酶基因,实现其在大肠杆菌中的异源表达,对分离纯化的重组几丁质酶进行酶学性质研究。【方法】以弧菌GR52菌株基因组DNA为模板,克隆得到几丁质酶基因GR52-1,构建重组基因工程菌BL21(DE3)/p ET22b-chi GR52-1,诱导表达的产物通过Ni-NTA树脂纯化后进行酶学性质研究。【结果】重组酶的最适反应pH为6.0,在pH5.0-10.0范围内37°C保温1 h仍能保持85%以上的相对酶活力,具有较好的pH稳定性;最适反应温度为50°C,在45°C保温1 h其酶活力基本没有损失,在50°C保温1 h其残余酶活力仍达60%;在1 mmol/L浓度下,Cu~(2+)、Ca2+对该酶具有促进作用,Hg+对该酶具有明显的抑制作用;在5 mmol/L浓度下,Ni+对该酶具有一定的促进作用,Mn~(2+)、Co~(2+)、Li~+、Fe~(2+)、Hg~+、SDS(十二烷基硫酸钠)对该酶具有明显的抑制作用。以胶体几丁质为底物时,动力学参数Km、Vmax、kcat分别为0.85 mg/m L、0.19μmol/(m L·min)和7.02 s-1。底物特异性分析表明该重组酶能特异性降解几丁质。【结论】重组几丁质酶具有良好的酶学性质,为几丁质酶的开发应用奠定基础。     

几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶基因研究进展

几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶是重要的水解酶,实践证明,转几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶基因植物能比较有效地抵抗真菌侵染。本综述了几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶结构分类、抗真菌机理．及其近年来在抗黄曲霉病研究中的应嗣研究,并对今后的研究及应用进行了预测。     

杀鱼假交替单胞菌C923几丁质酶基因PpchiC的克隆表达与酶学性质

【背景】某些假交替单胞菌可分泌几丁质酶,在降解利用几丁质为水产动物提供营养、免疫、抗病等方面有着重要潜力。【目的】克隆杀鱼假交替单胞菌(Pseudoalteromonas piscicida)C923的一个几丁质酶基因,实现其在大肠杆菌中的异源表达,并对重组几丁质酶的酶学性质进行研究。【方法】从菌株C923测序的基因组中注释到一个几丁质酶家族基因PpchiC,设计引物克隆该基因后进行生物信息学分析;构建载体进行异源表达并从温度、时间与诱导剂浓度进行表达优化;对表达蛋白进行最适温度与pH等酶学性质研究,同时比较了重组菌破碎后上清与沉淀及纯化的酶蛋白对几丁质的降解效应。【结果】基因PpchiC长1350bp,编码450个氨基酸,PpchiC蛋白理论分子量为48.76kDa,等电点为4.78,不稳定系数为29.08。结构域分析发现该蛋白含有一个类型Ⅲ几丁质结合域和一个糖苷水解酶18家族(glycosyl hydrolase 18,GH18)的催化域;PpchiC蛋白含有GH18家族几丁质酶的保守催化基序DxxDxDxE、YxR和[E/D]xx[V/I]。16℃、0.25mmol/L IPTG、诱导12h为其最优化表达条件,PpchiC在50℃、pH8.0时表现出最大酶活性;以胶体几丁质为底物时,PpchiC的K_m值为2.58mg/mL、V_max值为5.04mg/(mL·min)。降解结果表明,菌体的沉淀与上清及从上清中纯化的酶蛋白均有着较好的几丁质降解效应。【结论】杀鱼假交替单胞菌C923基因PpchiC编码GH18家族的几丁质酶,能被大肠杆菌高效表达且降解几丁质效应明显,这为PpchiC及菌株C923的应用提供了参考依据。     

甜菜几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性与其对丛根病抗性的关系

应用比较生理学方法,以抗丛根病(rhizomania)性不同的4个甜菜品种为材料,研究了丛根病地和无丛根病地上抗、感病品种的几丁质酶(chitinase)和β-1,3-葡聚糖酶(β-1,3-glucanase)活性与甜菜抗丛根病的关系.抗病品种在病地和无病地上皆比感病品种具有较高的几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶活性,表明这两种酶与甜菜抗丛根病性有关;另外,病地上两种酶的活性均不同程度地高于无病地上,是病原物侵染诱导抗性的表现.     

烟夜蛾几丁质酶基因的克隆与表达

运用RT-PCR技术扩增编码烟夜蛾Helicoverpaassulta(Guen啨e)幼虫几丁质酶基因的cDNA片段,将其克隆至pMD18-T载体,获得该基因的成熟蛋白阅读框序列。将该基因重组到表达型质粒pGEX-4T-2中,并转化入原核细胞中表达,序列测定结果表明,烟夜蛾幼虫几丁质酶基因的成熟蛋白阅读框全长1338bp,编码445个氨基酸残基,预测分子量和等电点分别为50.1kDa和9.26;推导的氨基酸序列与其近缘种棉铃虫几丁质酶氨基酸序列的一致性达99%,与其他6种昆虫几丁质酶的氨基酸序列也高度一致(65%~76%),并具有几丁质酶的典型特征。将该基因克隆到原核表达载体pGEX-4T-2上并转化BL21,SDS-PAGE和Western印迹分析表明,经IPTG诱导,76kDa附近没有特异蛋白条带出现,表明烟夜蛾几丁质酶基因不能在原核表达载体pGEX-4T-2中表达。     

天麻球茎几丁质酶和β-1,3-葡聚糖酶的初步研究

天麻(Gastrodia elata)是真菌寄生植物。密环菌侵入初生球茎并在其皮层被消化,营养物供次生球茎生长需要;密环菌不能侵染生长小的次生球茎。我们从初生球茎分离并纯化了几丁质酶和β—1,3—葡聚糖酶,分子量各为31.5 kD和94kD,得率各为0.8和0.4 mg/100 g鲜重。纯化几丁质酶的内切酶比活为208 nmol GlcNAc s~(-1)mg~(-1),外切酶比活为4.1 nmol GlcNAcs~(-1)mg~(-1);纯化葡聚糖酶比活为546 nmol Glc s~(-1)mg~(-1)。以相同鲜重计,初生球茎中二种酶的总活性各为次生球茎的34和56倍;这主要是由于次生球茎的酶比活性很低。二种酶对平板上培养的木霉菌丝的生长均有抑制作用,但抑菌活性均较天麻抗真菌蛋白(GAFP)低。我们认为这两种酶在天麻初生球茎消化密环菌菌丝的过程中起重要作用,而对天麻球茎阻止和限制密环菌侵染的抗菌作用贡献甚少,后者主要属于天麻抗真菌蛋白。     

一种几丁质酶基因的克隆表达及酶解产物分析

【目的】克隆耐冷菌假交替单胞菌(Pseudoalteromonas sp.DL-6)的几丁质酶基因并进行原核表达,纯化重组蛋白并研究其酶解产物。【方法】采用PCR扩增法从Pseudoalteromonas sp.DL-6中克隆几丁质酶基因(chi A),连接到表达载体p ET28a,导入Escherichia coli BL21(DE3)进行诱导表达。SDS-PAGE检测几丁质酶Chi A的分子量与纯度,4-甲基伞形酮荧光底物4MU-(Glc NAc)2测定酶活,电喷雾质谱(ESI-MS)检测酶解产物。【结果】chi A基因(Gen Bank登录号KF234015)在大肠杆菌中高效表达,Ni-NTA亲和层析柱纯化几丁质酶Chi A的总活力可达168.68 U。ESI-MS检测结果表明重组蛋白酶解1%胶体几丁质的产物为几丁寡糖。【结论】利用内切几丁质酶Chi A水解几丁质生产几丁寡糖,为其在食品、医药和农业等领域的潜在应用提供有利参考。     

发根农杆菌介导几丁质酶基因和β-1,3-葡聚糖酶基因转化烟草的研究

用冻融法和三亲交配法将具有几丁质酶基因、β—1,3—葡聚糖酶基因和卡那霉素抗性标记基因的质牲pBLGC导入具有Ri质粒的发根农杆菌中。用叶盘法转化烟草的三个品种,经Kan抗性筛选获得126株再生植株,对119株再生植株分别以启动子CaMV35S、几丁质酶基因和β—1,3—葡聚糖酶基因的引物进行PCR检测,其中几丁质酶基因至阳性的植株有72株,β—1,3—葡聚糖酶基因至阳性的有47株,具有几丁质酶基因和β—1,3—葡聚糖酶基因的植株有36株。对转化的24株转基因经PCR-Southern杂交,结果均至阳性。实验结果表明,外源基因的转化频率与植物品种、外源基因片段的大小有关,几丁质酶基因和β—1,3—葡聚糖酶基因分别或共同整合到植物基因组中。     

维氏气单胞菌B565β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶的表达、纯化及酶学性质

以维氏气单胞菌B565基因组DNA为模板,扩增得到β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶nag565基因,构建nag565-p ET28a表达载体,在大肠杆菌BL21(DE3)中进行诱导表达。经过分析与预测,nag565氨基酸序列与其他气单胞菌属相似,NAG565蛋白序列分析预测其含有一个信号肽、一个碳水化合物结合结构域、两个糖苷水解酶20家族催化结构域和一个β-氨基葡萄糖苷酶C端结构域。通过NiNTA纯化获得的NAG565纯蛋白比活为7328U/mg,并对其酶学性质进行了初步研究,NAG565在p H7.0保持最高活性,并且在p H5.0~9.0范围内稳定,最适温度为37℃,0~30℃对其酶活无明显影响,并对多种金属离子和蛋白酶具有良好抗性,符合水产动物的养殖环境条件(养殖温度20~30℃,多数养殖鱼胃肠道p H值呈中性并含有蛋白酶),为其在水产养殖等领域的应用提供了理论基础。     

产几丁质酶菌株SWCH-6的筛选、鉴定及其产酶条件的优化研究

从汕头海湾养殖区域的海底沉积物中分离到1株几丁质酶活性较高的菌株, 命名为SWCH-6, 根据菌株的形态特征、生理生化特征和16S rDNA 序列, 确定该菌株为嗜水气单胞菌(Aeromonas hydrophlilla)。采用单因素优化方法结合正交实验, 得到菌株SWCH-6产几丁质酶的最佳发酵条件：胶体几丁质25.0 g/L, 胰蛋白胨10.0 g/L, 陈海水1.0 L, pH 8.5, 32℃, 150 r/min培养72 h; 在该条件下酶活力达0.39 U/mL。此外, 菌株所产几丁质酶的最适催化pH 5.0; 最适催化温度为40℃; Cu2+、Fe3+及表面活性剂Tween-80能增强该酶的催化活性; Zn2+、Mn2+及表面活性剂SDS、洗衣粉对该酶的催化活性有抑制作用, 与其它几丁质酶存在着一些不同。     

蝴蝶兰几丁质酶基因的克隆及表达特性分析

利用RT-PCR及RACE技术,克隆到蝴蝶兰1个几丁质酶基因PhCHT(GenBank登录号为KT992851),该基因cDNA全长1 210bp,包含37bp的5′-UTR、933bp开放阅读框和240bp 3′-UTR,编码310个氨基酸;该蛋白为糖苷水解酶第19家族成员,兼具有溶菌酶活性;生物信息学分析显示,该蛋白具N-端信号肽和跨膜结构,为胞外分泌蛋白;该蛋白与海枣、谷子、油棕和拟南芥的几丁质酶类似蛋白相近,并且在系统进化树上与甘蔗和陆地棉的Ⅶ类几丁质酶同属一个分支。PhCHT基因的表达分析表明,PhCHT在蝴蝶兰营养器官和生殖器官中均有表达,根中表达量最高;13℃/8℃低温处理3、6、9和15d时该基因的表达被抑制,4℃低温处理1、2和4h表达量升高。研究表明,PhCHT基因能够响应短期的冷胁迫。研究结果为进一步研究蝴蝶兰几丁质酶的系统进化及抗性育种奠定了基础。     

一株Sanguibacter sp.C4产几丁质酶基因的克隆与表达

Chi58是Sanguibacter sp．strain C4产生的一种胞外几丁质酶。通过chiA的特异性PCR引物探测到菌株C4中存在几丁质酶,并将扩增到的几丁质酶基因片段（chiA-F）克隆、测序后,提交GenBank数据库进行同源性搜索。对从GenBank中获得的高同源性序列进行比对,并根据保守区域设计2对PCR引物进行嵌套PCR,扩增出Chi58基因的开放阅读框（ORF）。测序结果表明该酶的ORF由1692个核苷酸组成,编码563个氨基酸,在N端有23个氨基酸的信号肽,其成熟蛋白的分子量应为58．544kDa。对其推导氨基酸的序列分析表明Chi58与沙雷氏菌的几丁质酶（如徂）有高度同源性（88．9％-99．6％）,其结构主要包括信号肽序列、PKD结构域和18家族糖苷水解酶结构域。将该基因克隆到pET32a（＋）载体构建重组质粒pChi58,转入大肠杆菌BL-21（DE3）进行融合表达。经IPTG诱导后,可见分子量约81．1kDa的融合蛋白的表达。     

荒漠甲虫小胸鳖甲几丁质酶基因MpCht8c的克隆、鉴定与低温表达

为了挖掘荒漠昆虫小胸鳖甲Microdera punctipennis的耐寒性相关基因,从其4℃转录组数据库筛选出差异表达的几丁质酶基因片段394seq2,检测其编码蛋白的几丁质酶活性,研究该基因的表达对低温胁迫的响应情况。采用RACE技术扩增394seq2的5′端和3′端,克隆全长序列,将其ORF构建至原核表达载体pET28a,导入Transetta(DE3)感受态细胞,诱导表达融合蛋白,Western blot法检测表达蛋白的正确性;二硝基水杨酸法测定几丁质酶活性,qRT-PCR技术探究低温表达谱。结果表明,394seq2的5′-UTR为39 bp,3′-UTR为181 bp;ORF为1 140 bp。系统进化树显示该序列与赤拟谷盗几丁质酶8(TcCHT8)聚为一支,命名为MpCht8c。MpCht8c编码379个氨基酸,分子量为41.2 kDa,理论等电点pI为4.67。MpCHT8c含有完整的几丁质酶结构基序,其N端含有几丁质酶催化域,内有一个类18家族几丁质酶的保守基序KXXXXXGGW,中部是一段富PEST的连接区,C端是几丁质酶结合域,属于IV型昆虫几丁质酶。Western blot结果表明His-MpCHT8c在大肠杆菌中正确表达;融合蛋白粗酶液的几丁质酶活性为1.89 U/mL。在4℃冷胁迫0.5 h和5-9 h时Mpcht8c出现两个上调表达峰值,约为对照的2倍。研究表明荒漠昆虫小胸鳖甲的几丁质酶MpCHT8c具有几丁质酶活性,MpCht8c基因的表达可快速响应4℃低温胁迫。研究结果有助于深入研究几丁质酶在小胸鳖甲耐寒性方面的作用机理。     

棉铃虫Ⅳ型几丁质酶的基因克隆、酶学性质及表达谱

【目的】昆虫几丁质酶(chitinase, CHT)主要参与蜕皮、围食膜的降解和机体免疫防御等重要生理生长发育过程。本研究旨在对棉铃虫Helicoverpa armigera Ⅳ型(group)几丁质酶基因进行克隆和表达分析,为以该基因作为棉铃虫防控的分子靶标提供理论依据。【方法】采用RT-PCR和RACE技术从棉铃虫中肠中克隆Ⅳ型几丁质酶基因,分别运用DNAMAN和MEGA软件进行多序列比对和构建系统发育树。在大肠杆菌Escherichia coli(DE3)中诱导表达其体外重组蛋白,利用Western blot进一步验证;用Ni-NTA纯化柱纯化重组蛋白,之后研究该蛋白的酶学性质。qPCR分析该基因的在棉铃虫不同发育阶段和6龄幼虫不同组织中的表达谱。【结果】克隆获得棉铃虫几丁质酶基因HaCHT4(GenBank登录号: MH500771),其cDNA长1 624 bp,ORF长1 527 bp,编码509个氨基酸,预测的分子量为55.2 kD。蛋白质序列的N末端具有信号肽,中间序列部分含有一个催化结构域(catalytic domain, CAD), C末端含有一个几丁质结合结构域(chitin binding domain, CBD)。多序列比对显示,HaCHT4具有几丁质酶的保守区域;系统发育分析表明,HaCHT4属于Ⅳ型几丁质酶。重组蛋白His-HaCHT4在大肠杆菌中成功表达。纯化的重组蛋白对胶体几丁质底物具有降解活性,最适温度和pH分别为50℃和7,动力学参数K_m和V_max值分别为1.76±0.35 mg/mL和0.0220±0.0012 μg/mL·s。qPCR分析表明,HaCHT4在1龄和2龄幼虫期的表达量显著高于其他幼虫龄期及预蛹期;主要在中肠和脂肪体中高度表达,体壁和头部中低表达。【结论】结果提示棉铃虫HaCHT4可能参与围食膜中几丁质降解过程。这些结果为深入研究HaCHT4的功能奠定了基础,并为害虫防治提供了有用的信息。     

烟曲霉几丁质酶基因的克隆与表达

Chi4 4是烟曲霉 (Aspergillusfumigatus)YJ-407产生的一种胞外几丁质酶。通过用真菌几丁质酶保守氨基酸序列与Chi44的N-端序列检索烟曲霉部分基因组序列数据库 ,获得一个编号为contig555的烟曲霉基因组序列 ,可能包含烟曲霉几丁质酶的基因。根据检索结果用RT-PCR方法从烟曲霉YJ-407中克隆到1.4kb的cDNA片段 ,该cDNA的ORF编码一个395个氨基酸的蛋白 ,分子量为43.6kD。对其推导氨基酸序列分析表明该蛋白与其它真菌来源的几丁质酶同源 ,而且活性中心与人巨噬细胞几丁质酶高度同源。该cDNA已在E .coli与PichiapastorisGS115中获得表达 ,分别获得 43kD和44kD的重组蛋白 ,两种重组蛋白均有几丁质酶活性。与野生酶相比 ,大肠杆菌表达的43kD重组酶及Pichia酵母表达的44kD重组酶稳定性下降 ,说明Chi44的糖基化修饰可稳定酶蛋白.     

小麦几丁质酶基因Wch2的克隆与表达分析

利用小麦几丁质酶基因PCR特异片段为探针,分离克隆了一个小麦Chidl几丁质酶基因Wch2。该基因编码311个氨基酸,不含内含子,具有一个信号肽、一个富含半胱氨酸的几丁质结合区域、两个变异区、两个酶活性区域。Southern分析表明,在小麦基因组中Wch2有多个拷贝。秆锈菌接种诱导Wch2在一对小麦近等基因系中差异表达;在抗病系中国春Srll中,接种3d后Wch2开始表达,6d后表达量更高;而在感病等基因系中国春srll中,在所有取样分析的时间内均未检测到Wch2表达。将Wch2克隆到细菌表达载体pET22b,在细菌中表达的重组Wch2具有几丁质酶活性。这些结果说明,分离的Wch2基因在小麦秆锈菌诱导的抗性反应中具有重要作用。     

细菌几丁质酶基因的表达调控

几丁质酶可以降解几丁质,广泛存在于各类微生物中。几丁质的降解产物几丁寡糖在医药、食品及农业生防领域有很重要的应用价值及广泛的应用前景。细菌在利用几丁质时,需要先分泌几丁质酶,将几丁质降解成几丁寡糖或单体,再通过特异的转运系统送进细胞而被利用。胞内的几丁质降解产物作为特定的信号分子,可以激活或阻遏相应chi基因的转录,从而影响细菌几丁质酶的合成。在各种调节蛋白及应答元件的参与下,细菌几丁质酶的合成受到精密的控制。文章以链霉菌和大肠杆菌为代表综述了细菌在转运系统和基因表达两个层面上控制几丁质酶合成的最新研究进展。     

川西云杉几丁质酶基因PlCHI的克隆、表达与生物信息学分析

以川西云杉（Picea likiangensis var.balfouriana（Rehd.et Wils.）Hillier ex Slsvin）为材料,利用RT-PCR技术,克隆获得几丁质酶基因PlCHI的cDNA全长序列,并对该基因的序列特征及基因表达情况进行分析。结果显示,PlCHI的开放阅读框长1017 bp,共编码338个氨基酸;蛋白序列结构域分析结果表明,PlCHI为ClassⅠ类几丁质酶,属19家族,兼具溶菌酶活性;该序列与其他植物几丁质酶的蛋白序列相似性较高。系统发育分析结果显示,川西云杉PlCHI序列与北美云杉（Picea sitchensis（Bong.）Corr.）、黑松（Pinus thunbergii Parl.）等松科植物亲缘关系最近。进一步将PlCHI重组质粒转入大肠杆菌BL21（DE3）中,表达出约45 kD的蛋白,主要以包涵体形式存在,且在25℃下采用0.2 mmol/L的IPTG诱导4 h时蛋白的表达量最佳。     

小麦几丁质酶基因的异种表达及其功能鉴定

几丁质酶参与植物的发育及防卫反应,并与人类疾病发生有关.文章研究了小麦几丁质酶基因Wch2经根癌农杆菌介导的烟草瞬间表达和转基因拟南芥的稳定表达,Western杂交及酶活测定证实,瞬间表达的小麦几丁质酶分子量约30 kD,具有降解几丁质多聚物的功能;Wch2在转入拟南芥后表达量高,尖孢镰刀菌接种的鉴定表明,表达Wch2的转基因植株的抗病性显著高于表达绿色荧光蛋白的对照植株.这些结果说明Wch2的异种表达,可用于植物抗病基因工程,以增强植物的抗病性.