草酸青霉纤维素酶基因和木聚糖酶基因的调控基因POX05145的鉴定

草酸青霉能产生完整的纤维素酶和木聚糖酶酶系,其纤维素酶基因的表达主要受转录因子的调控。前期工作中,通过对草酸青霉菌株HP7-1在不同碳源培养基培养条件下转录组的比较分析,获得了调控纤维素酶和木聚糖酶产量的候选调控基因集。本研究以草酸青霉ΔPoxKu70为出发菌株,通过同源重组法,构建并获得了其中一个候选调控基因POX05145的缺失突变株ΔPOX05145。在微结晶纤维素Avicel诱导培养条件下,与出发菌株ΔPoxKu70相比,ΔPOX05145的纤维素酶产量和木聚糖酶产量发生了显著改变。其中,在诱导第2天时,ΔPOX05145对硝基苯-β-D-纤维二糖苷酶产量和木聚糖酶产量分别上升43.4%和164.7%,对硝基苯-β-D-半乳糖吡喃葡萄糖苷酶产量下降92.8%,但是,滤纸酶产量和羧甲基纤维素酶产量没有显著变化。然而,在诱导第4天时,所有纤维素酶产量和木聚糖酶产量上升100.4%~294.0%。实时荧光定量PCR检测表明POX05145在不同的时间不同程度的调控主要的纤维素酶基因和木聚糖酶基因的表达。序列分析表明POX05145含有一个GAL4类锌指结构的DNA结合功能域和一个保守的真菌特有的转录因子结构域(Fungal_TF_MHR)。     

斜卧青霉转录调控因子BglR的缺失对纤维素酶生产的影响

【目的】斜卧青霉(Penicillium decumbens)作为高效分泌纤维素酶的重要丝状真菌,其纤维素酶的合成与分泌在转录水平上被调控。进一步研究纤维素酶基因表达的转录调控,构建高效高产纤维素酶的工业菌株。【方法】根据斜卧青霉114-2在不同碳源生长条件下基因组表达谱的差异,发现新的转录调控因子BglR(PDE-01706),该蛋白与产黄青霉(Penicillium chrysogenum)Pc20g04780的锌指结构蛋白具有59%同源性。通过基因同源双交换,得到BglR缺失突变株ΔbglR-1,对突变株ΔbglR-1的表型、营养生长、产纤维素酶活、蛋白分泌能力及发酵液pH变化进行研究。【结果】转录调控因子BglR的缺失可导致突变株ΔbglR-1的β-葡萄糖苷酶活力提高40%,并造成其滤纸酶活、内切葡聚糖酶及木聚糖酶活明显降低。【结论】结果表明转录调控因子BglR对于斜卧青霉纤维素酶的调控有重要作用。     

草酸青霉转录因子POX03446对生淀粉酶产量调控的初步研究

生淀粉酶可以在淀粉糊化温度以下的温度下直接降解生淀粉,具有巨大应用价值。丝状真菌生淀粉酶的产生受转录因子的严格调控。但是,草酸青霉(Penicillium oxalicum)中生淀粉酶产生的调控机制仍不清楚。前期工作中,通过比较基因组学获得了草酸青霉HP7-1中调控生淀粉酶产量的候选调控基因集。本研究以草酸青霉ΔPoxKu70为出发菌株,用同源重组技术敲除了其中一个候选调控基因POX03446,获得了缺失突变株ΔPOX03446。在可溶性淀粉培养条件下,与出发菌株ΔPoxKu70相比,转接后第2天,ΔPOX03446的生淀粉酶产量显著下降29.8%~40.3%(p<0.01;Student’s t test);转接后第4天,生淀粉酶产量显著下降14.6%~29.7%(p<0.01;Student’s t test),表明基因POX03446正向调控草酸青霉生淀粉酶的产生。NCBI BlastP比对分析显示POX03446与草酸青霉调控木聚糖酶基因和纤维素酶基因表达的转录因子PoXlnR一致性为46%。这是第一次报道POX03446调控草酸青霉生淀粉酶的产生。     

人工锌指蛋白介导调控的里氏木霉纤维素酶生产

里氏木霉Trichoderma reesei Rut-C30是目前研究最广泛的纤维素酶生产菌,选育高产纤维素酶的里氏木霉菌株有助于提高木质纤维素资源生物炼制的经济性。利用人工锌指蛋白文库转化T.reeseiRut-C30,筛选获得了两株高产纤维素酶的突变株T. reesei M1和M2,与出发菌株比较,突变株M1和M2滤纸酶活分别提高100%和53%,且M1突变株外泌蛋白量提高69%,M2内切纤维素酶活提高64%。实时定量PCR分析结果表明,与对照菌株相比,突变株M1和M2中主要纤维素酶基因转录均上调,但不同酶基因在两株菌中有不同的变化特征。此外,纤维素酶抑制转录因子基因ace1在两株突变株中都转录下调,而纤维素酶正调控转录因子基因xyr1仅在M1突变株中上调。以上结果表明,不同人工锌指蛋白对纤维素酶活性的影响具有多样性。对这些突变体中人工锌指蛋白靶基因进行深入分析,为进一步深入探究里氏木霉纤维素酶合成调控的机理,以及利用代谢工程选育更高效的产酶菌株提供了基础。     

斜卧青霉去泛素化蛋白酶CREB的缺失提高纤维素酶的生产

斜卧青霉Penicillium decumbens T.是1种重要的产纤维素酶丝状真菌,能有效地降解利用木质纤维素生产第2代生物燃料。为了提高斜卧青霉纤维素酶的产量,构建了去泛素化酶基因creB的敲除盒,并通过同源双交换重组的方法,获得了creB基因缺失突变株ΔcreB。该突变株呈现明显的纤维素酶表达分泌抗葡萄糖代谢阻遏效应,ΔcreB菌株的滤纸酶活、内切纤维素酶活、木聚糖酶活以及外切纤维素酶活分别提高1.8倍、1.71倍、2.06倍以及2.04倍,其胞外蛋白质含量提高了2.68倍。确定了creB基因缺失突变株具有抗碳源代谢物阻遏的生理现象,CREB对斜卧青霉生产纤维素酶的能力具有显著影响,为系统改造丝状真菌高产纤维素酶菌株提供了理论指导。     

粗糙脉孢菌C2H2转录因子家族基因敲除突变体产纤维素酶筛选分析

丝状真菌的木质纤维素水解酶基因的表达很大程度上受到转录水平的调控,对纤维素酶系调控转录因子的研究对提高纤维素酶的产量具有重要意义。为了挖掘纤维素酶表达新调控基因,本研究对粗糙脉孢菌锌指转录因子C₂H₂家族的57株基因敲除突变株在以2%结晶纤维素为唯一碳源的培养条件下进行产纤维素酶水平分析筛选。通过测定发酵液的蛋白、内切β-1,4-葡聚糖酶酶活、外切纤维素酶酶活、β-葡萄糖苷酶酶活、木聚糖酶酶活及生物量,发现突变株L-38、L-85、L-40、L-64、L-99、L-07、L-86在蛋白水平及内切β-1,4-葡聚糖酶酶活水平均比野生型有25%-77%不等的显著提高,而突变株L-87、L-06在蛋白水平及内切β-1,4-葡聚糖酶酶活水平均比野生型有65%-80%不等的显著降低。这些纤维素酶新调控基因的获得为后续相关表达调控的研究提供了新素材。     

生防菌密旋链霉菌Act12中SPA7074缺失突变株的构建及其次级代谢产物鉴定

【目的】通过基因工程手段构建生防菌Act12转录调控因子SPA7074缺失突变株,并挖掘其中活性次级代谢产物资源和探讨其活性机理。【方法】利用同源重组方法敲除Act12基因组中可能的Tet R家族转录调控因子编码基因spa7074(accession number:KU955325),平板实验检测缺失突变株发酵液抑菌活性的变化,并通过HPLC比较代谢图谱,然后通过质谱及核磁共振对差异峰对应化合物进行结构鉴定。【结果】SPA7074缺失突变株对几种病原真菌的拮抗活性显著增强,比较代谢图谱表明出现数个差异峰,将最显著差异峰所对应化合物进行分离纯化鉴定,结果为寡霉素D。【结论】本研究通过基因工程手段敲除生防菌株Act12中的负转录调控转录因子,使得突变菌株抑菌活性显著增强,并获得了产量达野生型菌株7倍的寡霉素D高产菌株Δspa7074。     

铜绿假单胞菌水解弹性蛋白能力相关基因的筛选与鉴定

【目的】研究铜绿假单胞菌弹性蛋白水解能力相关基因。【方法】应用人工Mu转座技术构建铜绿假单胞菌野生型菌株PA68的转座突变文库,从2000多个突变子中筛选得到4株弹性蛋白水解能力改变的突变子,并通过克隆及测序获得转座子插入位点侧翼的序列。将铜绿假单胞菌弹性蛋白酶结构基因lasB的转录启始区序列整合入载体pDN19lacΩ并将该重组质粒电转化入野生型菌株PA68及4个突变株中,对报告基因在不同菌株中的表达水平进行测定。【结果】发现4个突变株中Mu转座子分别插入lasA、galU、xcpZ和ptsP 4个基因。ptsP基因失活的突变株中,lasB基因的转录水平是野生型菌株的7%,xcpZ和lasA基因的失活使lasB基因的转录水平分别降低为野生株的54%和75%,galU基因的插入失活使lasB基因的转录上升了1倍。【结论】推测ptsP和galU基因很可能直接或间接地调控着弹性蛋白酶的生物合成。     

苏云金芽胞杆菌Sigma H对芽胞形成的影响

【目的】检测苏云金芽胞杆菌HD73中的转录调控因子Sigma H(σ~H)对spo0A基因转录的调控作用;异源表达纯化Sigma H蛋白,验证其对spo0A基因启动子的直接结合;检测sigH基因的缺失对苏云金芽胞杆菌HD73芽胞形成和晶体蛋白产生的影响。【方法】通过测定spo0A基因启动子指导的β-半乳糖苷酶活性评价spo0A基因在苏云金芽胞杆菌HD73野生型和sigH缺失突变体中的转录水平;通过PCR扩增苏云金芽胞杆菌HD73的sigH基因并插入到表达载体pET21b上,将质粒转入到表达菌株BL21(DE3)中,得到重组菌株BL21 (pETsigH);利用镍柱亲和纯化和阴离子交换纯化得到纯化的Sigma H蛋白;通过凝胶迁移实验(electrophoretic mobility shift assay,EMSA)验证Sigma H蛋白与spo0A基因启动子的直接结合;通过显微镜观察、活芽胞计数的方法对突变株HDΔsigH进行表型特征分析。【结果】sigH缺失后,spo0A基因转录活性降低;在大肠杆菌中正确表达并纯化出大小约为28kDa的Sigma H-His蛋白;EMSA结果表明纯化后的Sigma H-His蛋白可与spo0A基因启动子结合;镜检和活芽胞计数结果表明突变株HDΔsigH无法产生芽胞和蛋白晶体。【结论】Sigma H蛋白通过与spo0A基因启动子结合直接调控spo0A基因的表达且sigH基因的缺失阻断了苏云金芽胞杆菌中芽胞和晶体蛋白的产生。     

碳阻遏因子CRE对匍枝根霉产纤维素酶调控作用的研究

为研究匍枝根霉(Rhizopus stolonifer)TP-02中碳代谢阻遏因子CRE对其产纤维素酶的调控特性,从其基因组DNA中扩增得到CRE全长基因,并利用重叠PCR(overlapping PCR)技术将潮霉素B抗性基因(hygB)插入其中,既破坏cre正常转录又提供了筛选标记。通过电转化将pUCm-T-cre-hygB导入匍枝根霉萌发孢子,经抗性筛选得到△CRE突变株。利用RT-qPCR对此突变株纤维素酶基因转录水平进行研究,发现 eg、bg、cbh1和cbh2 的转录均有所提高,分别为48.75%、26%、5.6%和38.6%。同时,△CRE突变株的纤维素酶在表达水平上也均高于原菌,其中内切葡聚糖苷酶酶活提高了58.62%。CRE的破坏在一定程度上减弱了碳阻遏效应,其对纤维素酶的调控具有特异性。其中,对内切酶的调控最为显著。此外,△CRE突变株在3%糖浓度下仍高产纤维素酶,这为后续酶系优化及产业化生产提供了一定的依据。     

斜卧青霉114-2 cbh1基因的TAIL-PCR克隆及与抗阻遏突变株JU-A10的比较

[目的]研究斜卧青霉(Penicillium decumbens)114-2与其抗阻遏突变株JU-A10外切酶基因序列的差异.[方法]用热不对称交错PCR(TAIL-PCR)和RT-PCR扩增得到斜卧青霉114-2外切葡聚糖酶Ⅰ(cbh1)基因全长和cDNA全长.[结果]cbh1基因全长为1500 bp,含有两个内含子,编码453个氨基酸(GenBank,EF397602).克隆并分析了1.9 kb的cbh1基因上游序列,分别发现了葡萄糖代谢抑制因子CRE Ⅰ与纤维素酶转录调控蛋白ACE Ⅰ的两个的潜在结合位点.[结论]在相同的培养条件下,其抗阻遏突变株JU-A10的外切酶活明显高于野生株114-2.两菌株的cbh1基因序列完全一致,说明外切酶活明显提高不是由于cbh1基因发生突变引起的.     

转录调节因子σ~(38)介导铜绿假单胞菌绿脓菌素合成代谢调控

【目的】为了进一步鉴定铜绿假单胞菌转录调控因子σ~(38)对2个拷贝吩嗪合成基因簇(phz A1-G1和phz A2-G2)的具体调控方式并推定介导绿脓菌素合成代谢的可能调控机制。【方法】根据铜绿假单胞菌基因组信息,利用同源重组原理构建rpo S基因缺失突变株Δrpo S以及克隆全长rpo S基因作互补分析;再以单一吩嗪基因簇缺失突变株Δphz1和Δphz2为出发菌株,分别构建rpo S缺失突变株Δrpo Sphz1和rpo S插入突变株Δrpo Sphz2,测定并比较野生株及相关突变株的绿脓菌素合成量,初步推定σ~(38)因子对2个不同吩嗪基因簇表达的调控方式。【结果】在GA培养基中,突变株Δrpo S的绿脓菌素合成量比野生株显著增加;互补分析证实,σ~(38)可使突变株Δrpo S的绿脓菌素降低并接近野生株PAO1水平;与对照株Δphz1相比,突变株Δrpo Sphz1的绿脓菌素合成量因σ~(38)因子缺失而显著减少;而与对照株Δphz2相比,突变株Δrpo Sphz2的绿脓菌素合成量因σ~(38)因子缺失显著增加。【结论】转录调控因子σ~(38)对铜绿假单胞菌绿脓菌素的合成代谢的确具一定的负调控作用;结合已报道的研究结果,初步推定:σ~(38)因子通过负调控吩嗪基因簇phz1,正调控吩嗪基因簇phz2的表达实现对绿脓菌素合成代谢的调控。     

里氏木霉VPS13基因缺失对菌丝分支、生孢和纤维素酶产量的影响

【目的】丝状真菌里氏木霉是纤维素酶生产的主要工业真菌。纤维素酶分泌过程中的蛋白运输途径是控制大量纤维素酶成功输出的重要环节,因此,研究蛋白分泌途径的特定靶标基因功能将有助于鉴定纤维素酶运输分泌过程的关键调控因子。本研究借助基因敲除方法将里氏木霉液泡蛋白分选相关基因VPS13缺失,分析了该基因缺失对菌株生长、生孢尤其是纤维素酶分泌的影响。【方法】利用Double-joint PCR技术和同源重组策略构建里氏木霉VPS13基因缺失突变株,通过菌丝培养、显微观察、生孢检测、蛋白与酶活测定,系统比较VPS13基因敲除前后菌株的生长特征、菌丝形态、孢子形成、蛋白分泌以及纤维素酶活等。【结果】成功获得两株VPS13基因缺失株。与出发菌株相比,该基因突变后菌丝蔓延速率明显减慢,但菌体生物量在对数生长期后显著增多。通过显微观察,发现该基因缺失株菌丝更加密集,分支明显增多。此外,该基因缺失也导致菌株生孢延迟。纤维素底物平板分析发现VPS13基因缺失株菌落周围透明圈更加清晰,且透明圈圈径比是出发菌株的4倍,说明降解纤维素的能力有明显提高。进一步的液体发酵实验结果显示,该基因缺失导致蛋白产量及纤维素酶活力分别提高16.4%和21.9%。【结论】里氏木霉VPS13基因在菌丝生长、生孢、蛋白分泌等不同生物学过程中具有功能多样性,且该基因在菌种改良上可以作为提高纤维素酶产量的重要靶点。     

黄脂菌素生物合成基因簇中调控基因xanR3的功能

【目的】研究黄脂菌素产生菌灰黄链霉菌中编码ArsR家族转录调控蛋白(Arsenical resistance regulator)的xanR3基因的功能。【方法】利用大肠杆菌和链霉菌双亲本接合转移的方法,构建xanR3基因缺失突变株及回补突变株。利用cDNA在相邻同方向的基因间隔区进行PCR确定黄脂菌素生物合成基因簇中的转录单元。利用荧光定量RT-PCR方法进行突变株中黄脂菌素生物合成基因簇转录水平的检测。【结果】对得到的xanR3基因缺失突变株及回补突变株进行发酵,发现xanR3基因缺失突变株产黄脂菌素能力下降,回补菌株中黄脂菌素产量相比缺失突变株有一定程度的恢复,但仍未达到野生型水平。经鉴定,黄脂菌素生物合成基因簇中共有18个共转录单元,其中4个共转录单元在?xanR3突变株中转录水平明显下降。【结论】ArsR家族转录调控基因xanR3是黄脂菌素生物合成的正调控基因。     

单核细胞增生李斯特菌LadR蛋白对外排泵MdrL的调控机制研究

研究单核细胞增生李斯特菌(Listeria monocytogenes,Lm)调控子LadR对外排泵MdrL的调控作用及方式。采用同源重组技术构建ladR基因缺失菌株ΔladR;通过实时荧光定量PCR检测mdrL基因在野生株EGD-e和突变株ΔladR中的转录水平;构建重组蛋白表达菌株BL21(DE3)-ladR并纯化重组蛋白His6-LadR;通过凝胶阻滞试验检测LadR蛋白与mdrL基因启动子区域的结合活性。成功构建ladR基因缺失菌株ΔladR。与野生株EGD-e相比,突变株ΔladR中mdrL基因的转录水平提高约51倍;成功构建重组蛋白表达菌株BL21(DE3)-ladR,纯化得到浓度为1 mg/mL的重组蛋白His6-LadR;凝胶阻滞实验结果显示,重组蛋白His6-LadR可与mdrL基因的启动子区域特异性结合。Lm的调控子LadR通过与mdrL基因启动子区域特异性结合实现对外排泵MdrL的负调控。     

卡西霉素生物合成基因簇中调控基因calR1的功能

【背景】卡西霉素(calcimycin)是重要的离子载体抗生素,其生物合成基因簇已从教酒链霉菌NRRL3882的基因组DNA中成功克隆,但基因簇内的部分生物合成基因及调控基因的功能有待研究。【目的】研究卡西霉素产生菌教酒链霉菌NRRL3882中编码TylR家族同源转录调控蛋白的calR1基因的功能。【方法】通过PCR-targeting的方法,构建calR1基因敲除突变株及回补菌株,对突变菌株及回补菌株进行发酵,通过HPLC分析其代谢产物。利用荧光定量PCR检测ΔcalR1突变菌株和野生菌株的生物合成基因转录水平。【结果】calR1基因敲除突变株丧失产生卡西霉素的能力,但仍有中间产物噻唑霉素的积累,回补菌株中卡西霉素的产量有一定程度的恢复。RT-qPCR结果表明,卡西霉素合成相关的一些重要基因calC、calG、calU3等基因的表达量明显改变。【结论】TylR家族转录调控基因calR1是卡西霉素生物合成的调控基因。     

sco1135基因对天蓝色链霉菌M145孢子形成及次级代谢产物合成的调控研究

旨在研究sco1135基因缺失突变对天蓝色链霉菌M145菌株形态及次级代谢的影响。通过PCR-targeting方法获得重组质粒p SJ1135,通过接合转移将其导入天蓝色链霉菌M145,获得sco1135基因缺失突变菌株△sco1135,并以p MS82为载体构建回补菌株△sco1135com,同时以p MS82为空载对照;随后对野生型菌株、突变菌株和回补菌株进行表型分析和抗生素定量观察。结果显示,表型分析及抗生素定量测定发现,在YBP培养基上△sco1135产孢明显延迟于野生型M145,放线紫红素(ACT)产量明显增加,突变株培养基中ACT产量是野生菌株培养基中的2-3倍;转录分析结果表明,48 h时突变株部分与产孢相关基因的转录水平较野生型降低了50%-75%,72 h时突变株部分与产ACT相关基因的转录水平较野生型提高13-20倍。sco1135基因参与调控M145的孢子形成及次级代谢产物ACT的产生。     

草酸青霉中一个膨胀因子基因POX06047的遗传分析

纤维素由于大量纤维素链间氢键的存在形成了很难被纤维素酶降解的微晶纤维素.膨胀因子通过破坏纤维素链间的氢键使纤维素酶能更好地接近和降解底物.草酸青霉(Penicillium oxalicum)HP7-1的基因组中注释为膨胀因子基因有4个,分别为POX01524、POX06047,POX07832和POX08485.其中P...     

BldM对密旋链霉菌Act12形态发育及抗生素合成的调控

【目的】以多效生防菌株——密旋链霉菌(Streptomyces pactum) Act12为研究材料，探究转录因子BldM对生防链霉菌Act12形态发育及抗生素合成的调控作用。【方法】通过基因工程手段构建bldM基因缺失突变株△bldM及过表达突变株OE-bldM，利用扫描电镜观察、抑菌实验、高效液相色谱检测和实时荧光定量PCR探究缺失突变株△bldM及过表达突变株OE-bldM与野生型(wild) Act12在形态发育、生长速率、寡霉素产量及抗病原菌能力等方面的差异。【结果】经测序验证bldM基因缺失突变体△bldM及过表达突变体OE-bldM均构建成功，其中△bldM寡霉素D产量明显降低且无法形成气生菌丝，而过表达突变株OE-bldM的气生菌丝更加密集，产孢更为丰富。与野生型菌株相比，OE-bldM的寡霉素D产量增加了23%，编码寡霉素核心合成酶基因的转录水平上调了2-3倍，抑菌活性显著增强。【结论】全局性转录调控因子BldM不但能影响Act12气生菌丝及孢子形成，并且参与正调控Act12寡霉素的合成，本研究结果为转录因子BldM的调控功能进行了新的挖掘和补充，并为后续深入研究密旋...     

苏云金芽胞杆菌sigK 基因插入失活突变体的特点及其对cry3A基因启动子活性的影响

摘要: 【目的】构建苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis,简称Bt) sigK 基因插入失活突变体,分析突变体特点并明确其对cry3A 基因启动子的影响。【方法】采用同源重组技术在苏云金芽胞杆菌HD-73 菌株sigK 基因中插入卡那霉素抗性基因,构建了sigK 基因插入失活突变体。通过生长曲线测定、扫描电子显微镜观察晶体、芽胞形成情况和芽胞计数及SDS-PAGE 等方法分析了突变体的特点; 构建了遗传恢复菌株对上述性状进行了功能验证; 利用启动子融合lacZ 技术检测了cry3A 基因启动子的转录活性。【结果】获得了苏云金芽胞杆菌HD-73 菌株sigK 基因突变体,生长曲线测定表明,突变体较出发菌株在稳定期后期生长较慢; 扫描电子显微镜观察和芽胞计数分析显示,突变体丧失了形成芽胞和晶体的能力; SDS-PAGE 分析表明突变体中伴胞晶体蛋白的表达量明显低于出发菌株和恢复菌株。利用载体pHT315 携带sigK 基因及其启动子在突变株中表达,所获得的遗传恢复菌株恢复了突变株产生芽胞和晶体的能力; sigK 基因的突变可以提高cry3A 基因启动子在产胞后期的转录活性,对cry3A 启动子指导的Cry 蛋白表达量没有显著影响。【结论】本研究证明sigK 基因为苏云金芽胞杆菌芽胞形成所必需,并影响伴胞晶体蛋白的产量; sigK 基因功能的丧失有利于cry3A 基因启动子在产胞后期的转录。