pUB 110质粒转化枯草杆菌Ki-2株及其突变体的研究

迄今文献中报道枯草杆菌基因克隆化都采用枯草杆菌168株及其突变体。本文采用我国分离的枯草杆菌Ki-2株及其突变体Ki-2-1 32(Thr~-Ile~-Val~-)和Ki-2-148(ura~-)为pUB110质粒DNA的受体菌株。用酸酚法提纯pUB110质粒DNA,在琼脂糖凝胶电泳上看不到样品中有染色体DNA的带。结果表明,Ki-2、Ki-2-132和Ki-2-148都可作pUB 110质粒的受体菌,其转化频率在10~(—3)—10~(—8)之间,因菌株和条件不同,频率有所差异。Ki-2-132的转化效率为每微克DNA可产生10~4转化体。pUB 110质粒DNA浓度在0.01—1.00μg/ml之间时,转化体数目随DNA浓度增加而增加,其中,在浓度为0.01—0.1μg/ml之间成直线关系,测定的DNA依赖指数为1.04,系一级反应。从pUB110质粒DNA转化168、Ki-2、Ki-2-132、Ki-2-148的转化体中提取的质粒DNA仍具有pUB110质粒DNA的抗卡那霉素的转化活性。从转化体提纯的质粒DNA的电泳图以及EcoRI消化后的电泳图与原来的pUB110 DNA的电泳图相同。     

枯草杆菌(Bacillus subtilis)转化的研究I．受体菌株的筛选

混合两个枯草杆菌抗链霉素突变体的核酸,对149株枯草杆菌进行转化试验,筛选到Ki-2为一可转化的受体菌株。用紫外线诱变,从Ki-2获得的9个营养缺陷型其中包括尿嘧啶、异亮氨酸、褓氨酸、苏氨酸、撷氨酸加异亮氢酸、苏氧酸加蛋氦酸、辙氨酸加亮氨酸加异亮氨酸、苏氨酸加异亮氨酸加檄氨酸、苏氨酸加亮氧酰加异亮氨酸加颛氯酸的缺陷型各一个,都可进行转化。以单独核酸分刖进行转化试验表明,四个抗链霉素突变体中,有一个不能作耠体。观察了有转化活性的DNA与无转化活性的DNA按不同比例混合后对转化作用的影响。讨论了用混合不同耠体核酸从大量菌株中簖选受体菌株的方法。     

多粘芽孢杆菌质粒的研究——Ⅱ.多粘芽孢杆菌原生质体形成、再生与转化

多粘芽孢杆菌P250-2完整菌体不能作为质粒DNA的转化受体,但其质粒消除菌株P_0250-5制成的原生质体,可接受多粘芽孢杆菌的pBD2502及枯草杆菌的pUB110质粒DNA转化。在高渗蔗糖再生培养基上,原生质体再生率为20％左右,形成率在95％以上。在含新霉素(10μg/ml)、青霉素(25μg/ml)、四环素(12.5μg/ml)的高渗蔗糖再生培养基上分别获得了转化子。多粘芽孢杆菌的转化频率为3.29×10~(-3),枯草杆菌为4.4×10~(-4)。转化子的形态表现、生化特性和抗菌谱与给体菌株一致,表明多粘芽孢杆菌株间及多粘芽孢杆菌和枯草杆菌种间的质粒可以进行转化。     

枯草芽孢杆菌转化育种中几个有关问题的探讨

1．肌苷生产菌株枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)B5-3(产肌苷6—7克／升)的DNA转化给枯草芽孢杆菌Ki-2-148时,于受体菌对数生长后期,在转化培养基中处理60分钟,转化频率最高。 2．转化体Ki-2-148-4 积聚痕迹量的肌苷,经单菌分离,得到Ki-2-148-4-8菌株,摇瓶发酵试验积聚肌苛4.1克／升。 3．转化处理时,加入溶菌酶5微克／毫升,可以提商转化频率约6倍。 4．用电子显微镜观察到,枯草芽孢杆菌B,-3的DNA与处于感受态的受体细胞接触时,一部分工DNA比较集中在受体细胞的分裂面上、,并有垂直于分裂面的趋势。此现象未见报道过,其机理有待进一步研究。     

应用转化方法从枯草杆菌168中选育高产α-淀粉酶产生菌

以枯草杆菌168(trp~-)为受体菌,枯草杆菌SH-16(Str~R)和枯草杆菌209(lin~R)为供体菌,通过DNA转化而获得抗链霉素,抗林可霉素和色氨酸缺陷回复原养型的各种枯草杆菌转化体。其中,有小部分转化体产生的α-淀粉酶比供体菌高达24%,大部分转化体产生的α-淀粉酶与供体菌差不多或较低,但均比受体菌高。结果表明用DNA转化方法来选育新菌种是有一定价值的。     

应用转化方法从枯草杆菌168中选育高产α-淀粉酶产生菌

以枯草杆菌168(trp~-)为受体菌,枯草杆菌SH-16(str~R)和枯草杆菌209(lin~R)为供体菌,通过DNA转化而获得抗链霉素,抗林可霉素和色氨酸缺陷回复原养型的各种枯草杆菌转化体。其中,有小部分转化体产生的α-淀粉酶比供体菌高达24%,大部分转化体产生的α-淀粉酶与供体菌差不多或较低,但均比受体菌高。结果表明用DNA转化方法来选育新菌种是有一定价值的。     

应用遗传转化选育肌苷产生菌枯草杆菌“S14”

枯草杆菌链霉素基因位点和腺嘌呤基因位点靠近,因此利用它们共同转化频率较高的特性,从链霉素转化体中筛选腺嘌呤缺陷型转化体。用此方法使受体菌株168获得了给体菌株18R_3腺嘌呤缺陷型与产肌苷的遗传特性,并从中进一步筛选获得肌苷产生菌“S14”,它的肌苷产量为给体菌株18R_3的119.5％。     

枯草杆菌ATCC 6633菌株链霉素位点的特点

本实验室以前研究尿嚓咤和／或次黄of吟 作为DNA遗传密码的编码字母，要求一种显 性突变来进行实验，结果发现枯草杆菌ATCC 6633的依赖链霉素突变可以满足实验的要 求^[1]。以后曾多次企图从枯草杆菌可转化菌株 168和Ki-2中分离依赖链霉素突变体（(Str D), 迄未成功。在研究ATCC 6633链霉素位点自 发突变的过程中，观察到一些特点，简述如下：     

芽孢杆菌原生质体作为质粒DNA转化的受体

枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis) B3F 7658,短小芽孢杆菌(B. pumilus) AS 1.940,巨大芽孢杆菌(B．Megaterium) AS 1.941,和多粘芽孢杆菌(B. polymyxa) AS 1.878等菌株,既不能作为染色体DNA的转化受体,也不能作为质粒DNA的转化受体。用不同量的溶菌酶处理这些菌株形成原生质体,然后加pUB110质粒DNA,经聚乙二醇6000(PEG)诱导,在含新霉素(400μg／ml)的DM-3再生培养基上恢复细胞壁,培养48小时后,转化子数为1.0 x 103一4.6×105／μg DNA。若同时用PEG和Ca2+ 离子诱导,转化子数可提高2—3倍。质粒pUBll0用EcoRI酶切后,转化子数大大下降(2.0×102转化子／μg DNA)。Eco RI酶切后,用T4连接酶连成环状,转化子数有所增加(1．7×103转化子／μg DNA)。     

多效调控基因degU32(Hy),degQa和degR对枯草芽孢杆菌Ki-2-132生长和蛋白酶发酵的影响

通过向枯草芽孢杆菌Ki-2-132染色体和／或细胞质导入来自枯草杆菌168菌株的degU32（Hy）和degR基因,以及来自芽孢杆菌解淀粉菌株（Bacillus amyloliquefaciens）的degQa基因,对上述基因对枯草芽孢杆菌Ki-2-132细胞的生长、孢子发生、蛋白酶发酵的影响进行了研究。尽管上述多效调控基因来自不同的芽孢杆菌种和菌株,它们在枯草芽孢杆菌Ki-2-132中依然表现多效性。枯草杆菌Ki-2-132degU32（Hy）表现出增高了的蛋白酶产量;当和质粒或染色体上的degQa基因协作,可以进一步依赖葡萄糖的水平和degQa的基因剂量影响细胞生长,增加蛋白酶产量,以及影响孢子的形成。与此不同,degR在degU32（Hy）突变体中并不显著影响其蛋白酶的产量,这一发现支持DegR蛋白通常稳定磷酸化的DegU,而其在degU32（Hy）菌株中不再进一步放大该突变体内已被磷酸化的DegU的调控作用。     

链霉素生物合成有关质粒的研究——转化前后灰色链霉菌质粒的检测

本文通过凝胶电泳分析以及电镜的观察,检测灰色链毒菌质粒DNA转化前后的给体、受体和转化子中质粒的存在情况,结合链霉素合成能力的变化证明,链霉素产生菌——灰色链霉菌No.45(给体)中存在两个质粒pSG1(19×10~6道尔顿)和pSG2(2.3×10~6道尔顿)。高温消除质粒的、丧失合成链霉素能力的、气生菌丝受抑制的突变体No.45—3(受体)中只有pSG2,说明高温漓除的质粒是pSG1。以结霉素抗性为筛选标记,通过质粒DNA转化而重新获得合成链霉素能力的转化子TrNo.30(转化子)中,既检测到pSG2,也检测到pSG1。这就进一步证明与链霉素生物合成有关的质粒是pSG1,而不是pSG2。上述电泳分析结果又为电镜观察所证实。     

短小芽孢杆菌的遗传转导

短小芽孢杆菌(Bacillus pumilus)噬菌体PP5在碱性蛋白酶生产菌珠B.pumilus 289中能进行普遍性转导。PP5对于B.pumilus 289的营养标记的转导频率为10~(-6)转导子/PFU。对于B.pumilus 1037和B.pumilus 289之间的链霉素抗性标记的转导频率为10~(-4)至10~(-7)转导子/PFU。从而建立了一个新的B.pumilus遗传转导系统。     

芽孢杆菌原生质体的形成和质粒转化的研究

测定了芽孢杆菌属中21个种、68个菌株的原生质体形成率。在高渗缓冲液(SMMP 或SMN)中,原生质体形成率在90％以上的有37株。降低高渗缓冲液中钠离子浓度,有利于原生质体的形成。用质粒(pUB 110或pC194) DNA对16株芽孢杆菌的原生质体进行了转化试验。转化成功的共8株：纳豆芽孢杆菌AS 1.107、AS 1.921、幼虫芽孢杆菌AS 1．430、球芽孢杆菌AS 1.1362、迟缓芽孢杆菌#50、苏云金芽孢杆菌松蠋亚种AS 1．294、地衣芽孢杆菌# 18和坚强芽孢杆菌#28。原生质体在DM3再生培养基上的再生率分别为0．1％一19．2％,转化效率分别为1．4×102一1．0×105转化子／μgDNA。转化效率低或未转化成功的菌株,其原生质体的再生率一般都很低或不能再生,有的菌株在形成原生质体后发生自溶。     

双功能质粒的构建与功能表达

将大肠杆菌抗四环素、氨基苄青霉素、氯霉素质粒pBR325和金黄色葡萄球菌/枯草杆菌抗新霉素、卡那霉素质粒pUB110,在体外经限制性内切酶EcoRI和T4 DNA连接酶作用,进行重组,获得了重组质粒pMM 1。pMM 1兼有抗四环素、氨基苄青霉素、卡那霉素和新霉素以及对氯霉素敏感的特性;用凝胶电泳法测定分子量,证明pMM1确为pBR325和pUB110两者的重组质粒。pMM 1在大肠杆菌中的转化频率为每微克DNA 0.79×10~3个转化子,在枯草杆菌受体中为每微克DNA 0.15×10~2个转化子。pMM1不仅能分别在大肠杆菌和枯草杆菌两种受体中复制,而且能同样表达,其抗药性水平为:对氨基苄青霉素不小于每毫升160微克,对四环素不小于每毫升120微克,对新霉素、卡那霉素不小于每毫升80微克。此外,用同样的方法构建了pBR 322和pUB 110的另一个重组质粒pMM 2,也获得了类似的结果。     

以温和噬菌体pll为载体克隆α-淀粉酶基因

温和噬菌体p11 DNA和枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)168染色体DNA用BamHl酶消化和T4 DNA连接酶连接,转化到被噬菌体p11溶源化了的501菌株中,经过体内交换整人到染色体上,培养48小时后,从1020个菌落中挑出含Arol+一Amy+基因的3个转化子,分别命名为p11Amy1、p11Amy2和p11Amy3。取p11Amy1进行繁殖和丝裂霉素c诱导,诱导后的重组噬菌体用于测定噬斑形成能力和转导活性,提取其DNA再用于转化,均证明构建成了含淀粉酶基因的重组特异性转导噬菌体。     

带有启动子DNA的片段在枯草芽孢杆菌中的克隆

用限制性核酸内切酶EcoR1酶切枯草芽孢杆菌168染色体DNA和pPL603质粒DNA然后用T4DNA连接酶连接,转化枯草芽孢杆菌BR151感受态细胞。在每毫升含有10微克氯霉素的SBPY选择培养皿上筛选,得到61个抗氯霉素的转化子。经快速琼脂糖凝胶电泳检测,从61个抗性转化子中得到49个比原载体pPL603质粒分子量大,并带有启动子DNA片段的重组质粒。测定了所有重组质粒表达的不同抗性水平,分析了部分质粒的一些特性,对抗性水平较高的7个重组质粒的分子量进行了测定,并用pBP61重组质粒DNA进行了第二次转化和酶切电泳分析。     

短小芽孢杆菌degQ基因的克隆与鉴定

degQ基因编码一个由46个氨基酸组成的多肽,能增强许多芽孢杆菌胞外酶基因的表达．以pMK4作克隆载体构建短小芽孢杆菌基因文库,并用DNA探针原位杂交法从中钓出degQ基因．对克隆基因的DNA序列进行了分析并证明克隆的短小芽孢杆菌degQ基因具有增强枯草杆菌蛋白酶和果聚糖蔗糖酶基因表达的能力．degQ基因克隆有助于研究芽孢杆菌的正调控机理并可望提高外源基因在芽孢杆菌中表达．     

枯草杆菌Ki-2-132株运载体质粒pKC1的构建和特性

pc194质粒在枯草杆菌(Bacillus subtilis)Ki-2-132株中的稳定性比在168株中的稳定性高。在EcoRI位点将质粒pUB110(Km~c)和pTP-4(Cm~r)重组,获得重组质粒pKC1(km~c Cm~c)。电镜照片表明pKC1 DNA是一环状分子。它可转化Ki-2-132获得同时抗Km和Cm的转化体,其稳定性介于二亲代质粒之间,但更接近于较稳定的pUB110。pKC1在Km~c基因内有单一的BglⅡ切点,在该位点上克隆Ki-2染色体无选择记号的BglⅡ、BamHI或BglⅡ-BamHI片段,获得插入失活的Km~s Cm~r转化体,其中一个(pK15)插入DNA片段的分子量约为1.5Md。pK15稳定性比pKC1低,但还可相当稳定地保持在Ki-2-132中。结果表明,Ki-2-132和pKG1是一个克隆外源DNA的系统。     

枯草杆菌依赖链霉素、抗链霉素突变体及其核糖体蛋白质

从枯草杆菌分离到依赖链霉素和抗链霉素突变体,并且对这两种突变体作了遗传学图。通过三因子转化实验把str标定在cysA 14和cry之间。把ATCC6633菌株的图距和168菌株的图距加以比较,可知ATCC 6633菌株的Str~d和Str~s突变都发生在str位点上,而ATCC 6633的str相当于168菌株的strA。用双向聚丙烯酰胺凝胶电泳的方法分析了依赖链霉素、抗链霉素突变体和野生型的核糖体蛋白质,未曾见到三者S12蛋白质的电泳图谱有明显的差异。     

海绵共生萎缩芽孢杆菌C89 PPTase bap基因的异源表达

【背景】磷酸泛酰巯基乙胺基转移酶(PPTase)催化非核糖体肽合成酶(NRPS)中肽酰载体蛋白(PCP)从无活性的脱辅基形态转化为有活性的全辅基形态,从而启动非核糖体肽类化合物的生物合成。【目的】鉴定贪婪倔海绵共生萎缩芽孢杆菌C89中Sfp型PPTase Bap,验证Bap激活NRPS中PCP的能力。【方法】通过BLAST和氨基酸多序列比对鉴定萎缩芽孢杆菌C89中Sfp型PPTase Bap。将bap基因在sfp基因突变株枯草芽孢杆菌168中异源表达,通过重组菌枯草芽孢杆菌168-bap的代谢物检测非核糖体肽类化合物Surfactin。【结果】Bap为Sfp型PPTase,检测到重组菌枯草芽孢杆菌168-bap中Surfactin的产生。【结论】本研究为海洋萎缩芽孢杆菌中NRPS基因簇的异源表达奠定了基础。