粗糙脉孢菌丝氨酸/苏氨酸激酶家族基因敲除库纤维素酶表达分泌研究

【目的】蛋白磷酸化在丝状真菌细胞对外界纤维素酶诱导信号感应以及信号胞内的传导过程中有着重要的作用,而蛋白磷酸化是由蛋白激酶来完成的。为了挖掘在丝状真菌纤维素酶表达过程中发挥重要作用的激酶基因,对粗糙脉孢菌丝氨酸/苏氨酸家族的61株蛋白激酶单基因突变体的纤维素酶表达分泌情况进行了分析测定。【方法】在以微晶纤维素为唯一碳源的条件下,7株单基因突变体胞外分泌蛋白产量有显著变化,随后,对这7株突变体胞外蛋白进行了详细的SDS-PAGE分析和内切-β-1,4-葡聚糖酶酶活、β-葡萄糖苷酶酶活、外切纤维素酶酶活以及木聚糖酶酶活的测定。【结果】突变株W14、W38、W87和W40胞外分泌蛋白含量提高了30%以上,除了突变株W14外,其它突变体的内切-β-1,4-葡聚糖酶酶活分别显著提高了62%、42%和42%。而突变株W85、W26和W46胞外分泌蛋白含量降低了50%以上,相对应的内切-β-1,4-葡聚糖酶酶活也分别下降了86%、75%和84%。【结论】这些关于粗糙脉孢菌丝氨酸/苏氨酸家族蛋白激酶基因的挖掘,为进一步深入研究蛋白激酶在纤维素酶诱导表达调控中的分子机理奠定了基础。     

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。     

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。     

粗糙脉孢菌纤维素酶液体发酵优良形态突变体筛选

丝状真菌被广泛地用于包括纤维素酶在内的工业酶生产过程。在液体深层发酵中,丝状真菌菌丝形态直接影响发酵液的流变特性,进而与目标酶蛋白产量存在着重要的关联。目前,针对丝状真菌工业酶液体发酵菌丝形态的研究依然是从传统的发酵工程学角度出发,对与发酵水平紧密相关的形态、粘度等性状相关基因的认识远远不够。为了挖掘深层发酵中对丝状真菌发酵产酶性能具有重要影响的形态发育相关基因,以粗糙脉孢菌Neurospora crassa单基因突变体库中的95株形态突变株为研究对象,在结晶纤维素为碳源的条件下进行筛选,探寻与野生型菌株蛋白产量有显著差异的突变株。同时,对这些突变株的内切-β-1,4-葡聚糖酶酶活、β-葡萄糖苷酶酶活、发酵液粘度和菌丝干重进行了测定,并观察了发酵液中突变株的菌丝形态。实验结果表明,与野生型菌株相比,突变株SZY32、SZY35、SZY39和SZY43发酵液中蛋白浓度显著降低,突变株SZY11、SZY63、SZY69和SZY87发酵液中蛋白浓度显著性提高。值得注意的是,突变株SZY11和SZY43发酵液菌丝体主要形态为菌球状,其发酵液粘度分别降低75%和50%,突变株SZY87在发酵液中呈长丝状,发酵液粘度显著升高至少2倍。这些与产酶水平相关的形态、粘度基因的获得将有助于丝状真菌纤维素酶等工业酶高产工程菌株的理性构建。     

草酸青霉中一个编码锌指蛋白的基因的功能鉴定

草酸青霉是自然界中常见的产纤维素酶的丝状真菌,其基因组含有多个纤维素酶基因,能够分泌完整的纤维素酶系。真菌纤维素酶基因的表达主要是在转录水平上受到调控。通过对草酸青霉野生菌株HP7-1及其高产纤维素酶突变株EU2106的转录组以及基因组进行分析,获得了一批可能与突变株酶活变高有关的候选基因。HP7A1874是其中的一个候选基因,该基因在EU2106中的表达水平下降了82%。HP7A1874编码一个锌指蛋白,锌指结构域是转录因子所具有的典型结构之一。本研究通过基因敲除获得该基因的缺失突变株△HP7A1874,测定了突变株的纤维素酶和木聚糖酶活性。结果表明,HP7A1874缺失突变株的纤维素酶和木聚糖酶活与野生型菌株相比并无显著差异,说明HP7A1874与草酸青霉纤维素酶基因的表达调控无关。     

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。     

木霉内切葡聚糖酶的研究现状及应用

木霉因其能有效地生产纤维素酶,并且具有很高的降解纤维素能力而备受关注。其中木霉纤维素酶由内切β-1,4-葡聚糖酶(EC.3.2.1.4)、外切β-1,4-葡聚糖酶(EC.3.2.1.91)和β-葡萄糖苷酶(EC.3.2.1.21)三种酶组成,而内切葡聚糖酶能够随机作用于纤维素长链内部,将纤维素降解成小分子多糖,是纤维素酶系中重要的组成部分。近几年,主要木霉内切葡聚糖基因被克隆与分析,同时通过有效的方法进行异源表达,使其能够得到高效利用。本文综述了内切葡聚糖酶的结构、特性和催化机制,内切葡聚糖酶基因的生物信息学特点,基因在不同宿主体内表达和改造,以及内切葡聚糖酶在工业中应用的最新研究进展,并且提出了一些尚需深入研究的问题,为以后的研究提供参考。     

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.     

儿童孤独症相关基因NRXN1β启动子功能分析

Neurexins是神经特异性突触蛋白,Neurexin1β结构的异常与孤独症密切相关。为分析孤独症相关基因NRXN1β最小启动子和调节基因转录的功能元件,本文构建了含NRXN1β基因上游调控区不同区域的荧光素酶报告基因质粒,转染HEK293细胞后,利用检测双荧光素酶报告基因的转录活性以确定NRXN1β基因最小启动子区,进而筛选出相应的显著增强或抑制报告基因活性的功能区;同时,为鉴定顺式作用元件,利用基因定点突变技术对基因功能区内和临近DNA序列进行连续的碱基突变;最后,采用转录因子预测工具对启动子功能区内的转录调控元件进行分析。结果首次发现NRXN1β最小启动子区位于-88~+156 bp,-88~-73 bp和+156~+149 bp可增强启动子活性,+229~+419 bp可抑制启动子活性,且-84~-63 bp为能够显著性增强启动子活性的顺式作用元件,该区域可能存在DBP(Albumin D-site-binding protein,DBP)和ABF1(Autonomously replicating sequence-binding factor 1,ABF1)两个转录因子结合位点。     

SARS-CoV-2重组S1和S蛋白疫苗诱导保护性免疫的研究*

目的:评价新型冠状病毒(SARS-CoV-2)重组S1蛋白和S蛋白疫苗对SARS-CoV-2的免疫保护效果。方法:将SARS-CoV-2重组S1蛋白和S蛋白分别联合氢氧化铝佐剂以0.1 μg/只、1 μg/只、5 μg/只、10 μg/只不同剂量接种6~8周BALB/c纯系健康雌性小鼠。第二次免疫后采血通过酶联免疫吸附试验(ELISA)检测血清中IgG抗体效价,通过假病毒中和试验比较免疫小鼠血清对SARS-CoV-2野生型株(WT)、英国株(B.1.1.7)、巴西株(P.1)、印度株(B.1.617.2)、Mu毒株(B.1.621)和南非株(501Y.V2-1)六种假病毒毒株中和活性效价,取脾细胞通过酶联免疫斑点技术(ELISpot)检测免疫小鼠的细胞免疫水平。结果:SARS-CoV-2重组S和S1蛋白都能诱导小鼠产生较强的IgG抗体水平。免疫S1蛋白的小鼠血清对SARS-CoV-2野生型株、英国株、巴西株有明显的中和活性,免疫S蛋白的小鼠血清除了对SARS-CoV-2野生型株、英国株、巴西株有明显中和活性之外,对印度株也有明显的中和活性,两种蛋白质免疫的小鼠血清均对野生型株中和效果最强。S蛋白免疫的小鼠脾细胞能够显著诱导出γ干扰素(IFN-γ)和白介素-4(IL-4)的产生。S蛋白诱导产生的IgG抗体、中和抗体、细胞免疫水平均高于S1。结论:SARS-CoV-2重组S蛋白疫苗能够诱导产生较强的保护性免疫应答。     

模拟氮沉降及经营方式对毛竹林土壤酶活性的影响

研究粗放经营和集约经营条件下毛竹林蔗糖酶、纤维素酶、硝酸还原酶、脲酶和过氧化氢酶5种土壤酶活性对4种氮沉降水平(0、30、60和90 kg·hm^-2·a^-1)的响应.结果表明:与粗放经营相比,集约经营分别显著提高土壤蔗糖酶、纤维素酶和脲酶活性55.5%、112.9%和28.6%,显著抑制硝酸还原酶活性31.5%,对过氧化氢酶活性的影响不显著.氮沉降显著抑制粗放和集约经营方式下毛竹林蔗糖酶活性20.0%～49.4%和36.2%～45.1%、纤维素酶活性20.5%～46.3%和18.3%～49.0%、硝酸还原酶活性67.9%～85.2%和15.2%～34.2%,以及集约经营毛竹林脲酶活性23.1%～47.6%,显著增加了粗放经营毛竹林土壤脲酶活性8.1%～50.6%,对过氧化氢酶活性的影响不显著.氮沉降与经营方式的复合作用除对过氧化氢酶活性的影响不显著外,对其他4种土壤酶活性的影响均达到显著水平.     

CO2浓度升高对大豆干旱胁迫的缓解效应

CO2浓度升高和干旱带来的气候变化势必对大豆的生长造成影响.目前,CO2浓度升高对干旱胁迫下大豆生理生化的影响研究较少.本试验研究了不同CO2浓度(400、600 pumol ? mol-1)和水分处理下(正常水分:叶片相对含水量为83％-90％;干旱:叶片相对含水量为64％-70％)大豆开花期的光合能力、光合色素积累...     

AtCPL1调控拟南芥开花的机制

RNA聚合酶II CTD磷酸化酶1 (CPL1)作为影响RNA聚合酶II磷酸化水平的重要因子, 在植物逆境响应、离子吸收以及成花诱导等生命过程中扮演重要角色。为深入探究CPL1参与植物开花时间调控的作用机制, 以拟南芥(Arabidopsis thaliana) AtCPL1突变体cpl1-3和fry2-1为研究材料, 观察了长日照条件下突变体与野生型的开花时间, 并利用荧光定量PCR技术对突变体中开花相关基因的表达情况进行了检测。结果表明: 在长日照条件下, 突变体cpl1-3和fry2-1抽薹时的莲座叶数目均显著多于野生型, 且表现出明显的开花时间延迟现象; 荧光定量PCR分析显示, 突变体cpl1-3和fry2-1中开花抑制因子miR156a、TOEs和SMZ基因的表达量较野生型显著升高, 而开花促进因子FT、FD、CO和miR172基因的表达量则显著降低。由此推测, AtCPL1通过调控miR156和miR172的表达水平进而影响下游开花相关基因TOEs、SMZ、FT、FD及CO等的表达, 从而实现对拟南芥开花时间的调控。     

Cellulase production in a new mutant strain of Penicillium decumbens ML-017 by solid state fermentation with rice bran

To produce cellulolytic enzyme efficiently, Penicillium decumbens strain L-06 was used to prepare mutants with ethyl methane sulfonate (EMS) and UV-irradiation. A mutant strain ML-017 is shown to have a higher cellulase activity than others. Box-Behnken's design (BBD) and response surface methodology (RSM) were adopted to optimize the conditions of cellulase (filter paper activity, FPA) production in strain ML-017 by solid-state fermentation (SSF) with rice bran as the substrate. And the result shows that the initial pH, moisture content and culture temperature all have significant effect on the production of cellulase. The optimized condition shall be initial pH 5.7, moisture content 72% and culture temperature 30°C. The maximum cellulase (FPA) production was obtained under the optimized condition, which is 5.76 IU g(-1), increased by 44.12% to its original strain. It corresponded well with the calculated results (5.15 IU g(-1)) by model prediction. The result shows that both BBD and RSM are the cellulase optimization methods with good prospects.     

β-Glucanase expression by Ruminococcus flavefaciens FD-1

Abstract Ruminococcus flavefaciens has been hypothesized to produce cellulase constitutively. We have studied the effect of carbon source, either cellobiose or cellulose, on the production of cellulase in batch cultures of R. flavefaciens FD-1. Total CMCase and ¹⁴C-cellulase activity was approximately 2-fold higher in cellobiose grown cells than in cellulose grown cells, whereas p-nitrophenyl-β- d -cellobiosidase (PNPCase) activity was not affected by culture conditions. The addition of cellulose to cells growing on cellobiose did not alter the amount or rate of PNPCase and ¹⁴C-cellulase production. Northern blot analysis of mRNAs produced by R. flavefaciens FD-1 grown using either cellobiose or cellulose as the substrate indicated that two of the four β-glucanase genes cloned from R. flavefaciens FD-1 were only expressed in cells grown with cellulose as the substrate. Although the adherence of cells and cellulase enzyme to native cellulose can complicate interpretations of these data, the results indicate that cellulase synthesis by R. flavefaciens is differentially regulated by carbon source.     

土壤微生物生物量氮对不同腐熟度有机肥的响应及对土壤矿质氮的调控作用

为探究化肥配施不同腐熟度有机肥对土壤微生物生物量氮(MBN)的影响及土壤MBN调控土壤矿质氮的作用,将堆肥过程与土壤培养试验相结合,设置常规化肥对照(CK)、化肥+腐熟度为50%(种子发芽指数为50%,下同)的有机肥(CO1)、化肥+腐熟度为80%的有机肥(CO2)、化肥+腐熟度为100%的有机肥(CO3)共4个处理,测定土壤MBN、矿质氮(NH₄⁺-N、NO₃^--N)、净硝化速率、微生物生物量碳(MBC)、可溶性有机碳(DOC)、脲酶和蛋白酶,并揭示土壤MBN对矿质氮的调控作用。结果表明: 到培养结束时,与CK处理相比,有机肥处理(CO1、CO2、CO3)的土壤MBN、NH₄⁺-N含量显著提高50.1%～62.4%、109.9%～147.1%,土壤NO₃^--N、净硝化速率显著降低23.3%～46.8%、26.2%～51.5%,土壤MBC、DOC含量、脲酶和蛋白酶活性分别显著提高33.8%～69.6%、7.4%～20.8%、11.2%～69.0%、9.4%～25.1%,且CO2、CO3的变化幅度均显著高于CO1。冗余分析和结构方程模型显示,较高腐熟度有机肥(腐熟度≥80%)对MBC、MBN、NH₄⁺-N含量、脲酶和蛋白酶活性具有正向调控作用,对土壤净硝化速率具有负向调控作用。化肥配施较高腐熟度有机肥可以明显增加土壤MBN,提升脲酶、蛋白酶活性,增加NH₄⁺-N含量,降低土壤净硝化速率。因此,在实际应用中,建议采用腐熟度为80%的有机肥与化肥配施,减少有机肥生产成本及时间,实现有机固体废弃物的资源化利用。     

液态发酵条件下拟康宁木霉8985产纤维素酶能力初探

液态发酵条件下,以微晶纤维素为唯一碳源,比较了拟康宁木霉Trichoderma koningiopsis 8985和里氏木霉T. reesei QM9414产纤维素酶的能力。8985发酵12 h开始产生纤维素酶,36 h时酶活达到产酶峰值的50%,此时QM9414尚未诱导产酶。测定8985发酵84 h时上清液中滤纸纤维素酶、羧甲基纤维素酶、β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶的酶活分别为1.06、3.62、1.80和6.67 IU/mL,分别是QM9414上述酶活的1.72、1.70、6.35和1.12倍。8985滤纸纤维素酶酶活的最适反应条件为pH 4.5,反应温度50 ℃,在Fe³⁺ (≤ 4 mmol/L)和Cu²⁺ (0-10 mmol/L)存在条件下酶活稳定。