肺炎克氏杆菌固氮基因的克隆

肺炎克氏杆菌固氮基因(nif),位于组氨酸(his)和草莽酸透性酶(shiA)基因之间。用HindⅢ和EcoRl两种内切酶,重叠交叉消化pRDl质粒的片段,再将这些片段克隆成二个小的扩增质粒pCRA和pAC184。nif族的大小为18—20×10~3碱基对。     

生物固氮与固氮菌的质粒以及大质粒的分离(续)

四、固氮菌的质粒 1.肺炎克氏杆菌的nif质粒 利用易位子的转位性以及不相容性的P1质粒广泛的寄主范围和自身传递能力,靠活体内的基因操作,已可使nif基因进行克隆繁殖。由于nif在染色体上接近于his(组氨酸),故以his为标记(参见图1)。     

体内遗传标记成团肠杆菌固氮质粒pEA9

用卡那霉素抗性（Kan^r)基因对成团肠杆菌固氮质粒pEA9进行活体遗传标记。将来自质粒pEA9的3.0kb片段(nif ENX)克隆到pBR322载体中,再将卡那霉素抗性(Kan^r)基因插入到3.0kb的片段中,构建成供体质粒pST5。将该质粒转化到含有待标记质粒pEA9的E.a.339菌株中,然后在AP培养基中消除供体质粒,筛选得到40个失去了pST5并保持卡那霉素抗性的克隆,分析表明它们不是质粒pEA9和pST5的共整合体,而是卡那霉素抗性基因通过两个质粒在nifENX区域内的DNA间的同源重组整合到了质粒pEA9上。     

紫云英根瘤菌Ra159的巨大质粒上存在有nod和nif基因的证明

在紫云英根瘤菌(Rhizobium astragali)Ra159中存在有两个分子量分别约为300Md(pRal59a)及大于300Md(pRal59b)的巨大质粒。以肺炎克氏杆菌的固氮酶结构基因nifHDK片段和苜蓿根瘤菌共同结瘤基因nod ABCD片段作探针进行的杂交试验证明了紫云英根瘤菌的大质粒pRal59b上存在有nod基因和nif基因。将这些大质粒转移到nod—nif基因缺失的苜蓿根瘤菌突变株Rm627—1,只有带pRal59b的转移接合子能在紫云英植物上形成根瘤,但这些根瘤均不能还原乙炔。     

巴西固氮螺菌中吸氢酶基因同源性的分子检测

通过TTC(2 ,3,5 氯化三苯基氮唑 )实验筛选出 12株能产生吸氢酶蛋白 (Hup+ )的巴西固氮螺菌 (Azospir rilumbrasilense)菌株。用Qiagen柱分离提纯含豌豆根瘤菌的hup基因片段的质粒 pHVT10 9和pHVT115 ,并用地高辛标记法标记pHVT115 ,与 12株Hup+ 巴西固氮螺菌的总DNA进行斑点杂交 ,结果显示pHVT115所含的吸氢酶基因 (hup基因 )片段与巴西固氮螺菌的大部分菌株的hup基因同源性不强。这一结果表明hup基因在固氮生物中存在着遗传多样性 ,异源hup基因探针不一定都适宜于探测hup基因。     

粪产碱菌nif H,nif D和部分nif K的克隆、定位及序列分析

提取粪产碱菌(Alcaligenes faecalis)总DNA,经限制性内切酶酶切和琼脂糖凝胶电泳,以含肺炎克氏杆菌(Klebsiella pneumoniae)nif H和nif H-D基因的DNA片段为探针进行Southern杂交,筛选出与nif HDK同源的4.6kb片段,克隆到pBluesript SK~+载体上,构建了重组质粒pBZl.经亚克隆、酶切、DNA序列分析后发现,粪产碱菌具有与其它固氮菌相似的结构特征,其nif HDK共用1个启动子,具有上游激活序列UAS,RNA聚合酶σ⁵⁴因子识别序列、1个A-T富集区和SD序列.nifH和nif D的阅读框架分别为888和1476bp,GC含量各为61.6%和60.2%.nifH-nif D和nif D-nif K的基因间隔区长度分别为101和105bp,各存在1个7bp的反向重复和1个SD序列.由阅读框架(ORF)推导的铁蛋白和钼铁蛋白α亚基的氨基酸序列与其它固氮菌相比有较高的同源性,高度保守的氨基酸残基所处的位置也很相似.同源性比较说明,粪产碱菌与棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)同源性最高.     

粪产碱菌(Alcaligenes faecalix)基因文库的构建和nifH基因同源顺序的克隆

采用λ噬菌体置换型载体EMBL4,构建了Alcaligenes faecalis A-15 H1菌株总DNA的基因文库。用Sau3AⅠ限制酶完成部分酶切,取13—20kb大小的片段进行克隆。载体DNA经BamHⅠ和SaiⅠ完全双酶切,左右臂“退火”形成左右臂载体分子后再与外源片段连接。左右臂载体分子与外源片段按照1:1的分子比进行体外连接。用E.coli BHB2688和E.coli BHB2690制备的包装抽提物进行体外包装,所得基因文库效价测定为1.2×10~6 pfu,远远超过理论上所需的库容量。以nif H基因作为探针,经3轮噬菌斑原位杂交,从基因文库中筛选出含有其同源顺序的克隆,并得到了梯度点杂交的验证。对所得重组噬菌体克隆之一进行Southern转移杂交,结果证实,其3.5kb的EcoRⅠ酶切片段为nif H阳性杂交条带。将其克隆到质粒pUC19 DNA上后,转入受体菌JM101中。再次经Southern转移杂交,证明所得重组质粒克隆(pAFH)含有粪产碱菌中的与nifH基因有同源顺序的片段。     

豆科植物—根瘤菌共生固氮的基因调控和转移

豆科植物-根瘤菌共生固氮是由寄主与细菌双方基因共同参与完成的,在相互基因调控中形成特导的结构—根瘤。参与根瘤菌固氮(nif基因)和结瘤(nod基因)的基因已被克隆和分析。     

共生固氮体系中的豆科植物基因

豆科根瘤菌发现的近百年历史以来,共生固氮作用一直受到人们的瞩目。近廿几年来对根痛瘤—豆科植物共生体的研究进展迅速,对共生体中根瘤菌本身的固氮基因(nif)和结瘤基因的编码、定位等有了较深入的了解。然而,共生体系中基因的调控是比较复杂的,环境因素和寄生植物基因对共生固氮的调控也起着重要作用。人们对豆科寄主结瘤和固氮遗传进行了一系列研究,并力图选育高固氮的豆科品种资源。本文仅就豆科植物—根瘤菌共生固氮体系中寄主植物基因及它在共生固氮体系研究中的作用和意义作简要的概述。     

肠杆菌膜蛋白基因的研究——Ⅳ.大肠杆菌染色体DNA Hind Ⅲ酶解片段上

大肠杆菌野生株JE5506(1pp~ )和突变株JE5505(1pp~-)的染色体DNA的Hind Ⅲ酶解片段,与一带有大肠杆菌外膜脂蛋白信号肽基因的107bp探针,在20℃下进行DNA-DNA杂交,在25kb和3.4kb处各出现一杂交带。该两片段与载体质粒pBR322在体外进行DNA重组,分别得到pHWO14和pHWO15两个重组质粒。该两重组质粒的限制性内切酶酶切图谱,Southern印迹及与107bp探针杂交的实验结果,进一步证明了上述两个DNA片段上存在有与脂蛋白信号肽基因同源的序列。pHWO15质粒编码的蛋白质经鉴定证明是脂蛋白(见另文发表)。pHWO14质粒在微细胞内的表达产物虽不是脂蛋白,但DNA序列分析证明它与脂蛋白信号肽基因同源的序列是信号肽断裂位点周围高度保守的15个碱基对。     

含hup基因的质粒在催娩克氏杆菌中的稳定性及吸氢酶的表达

以质粒pKT230为栽体,亚克隆大豆根瘤菌吸氢酶结构基因(hupSL)片段,构建成嵌合质粒pKH1。将质粒分配系统基因(parDE)片段和吸氢酶结构基因(hup)片段插入载体质粒pRK415,构建成质粒pRKBH。质粒pKH1、pRKBH和载体pRK415经转化和三亲本杂交,得到DH5α/pHR11、DH5α/pRKBH、E1201/pKH1、NG13/pKH1(NGH999)、NG1390/pRK415、NG1390/pHR11、NG1390/pRKBH和NG1390/pKH1(NGH982)等接合子。稳定性分析发现,质粒pKH1在催娩克氏杆茵中传80代后仍有92％以上的菌株含此质粒,说明质粒pKH1有较高的稳定性。吸氢酶活性分析表明,H     

带有sop基因稳定表达载体的构建

F质粒的第五个EcoRⅠ片段mini-F具有质粒的分配功能。其EcoRⅠ-BamHⅠ片段含有oriS、ccd、repD和sop基因(sopA,B和C)。该片段与pBR322重组,得到质粒pDMC32。pDMC32经SmaⅠ酶切,T4连接酶连接,得到衍生质粒pDMC311,消除了oriS、ccd和repD片段。MI32(pDMC32)和MI311(pDMC311),在液体限磷基础培养基中培养100代,质粒保持率分别为93％和100％。而对照MIR322(pBR322)培养55代时,质粒保持率仅为10％。带有色氨酸启动子质粒pDR720与pBR322重组,得到质粒pDMC40。pDMC40再与mini-F的sop基因重组,得到带有sop基因的稳定表达质粒pDMC48。MI48(pDMC48)在液体限磷基础培养基中培养100代,质粒保持率为100％。     

华葵根瘤菌nifA基因的克隆和功能分析

华葵根瘤菌(Mesorhizobium huakuii即R.astragali)159的nifA基因的序列分析表明,该基因全长1227bp,编码分子量为44734D的Nif A蛋白。与其它NifA蛋白的序列比较发现,华葵根瘤菌NifA蛋白也存在保守的中间结构域和C末端DNA结合结构域,但其氨基端缺失。Tn5定点突变得到的突变体是Nif-表型。构建了nifA基因组成型表达的质粒,此质粒在大肠杆菌中对华葵根瘤菌nifHlacZ有激活作用。     

紫云英根瘤菌基因文库的构建及含完整结瘤基因的重组质粒pRaZ15的分离

以紫云英根瘤菌菌株7653R为材料,制备总DNA,经EcoRⅠ限制酶部分酶解,通过10—50％蔗糖梯度离心,分离到20一30 kb的DNA片段。利用能在革兰氏阴性菌中转移和复制的广谱寄主载体——pLAFRl质粒,构建了紫云英根瘤菌基因文库。通过与苜蓿根瘤菌102l菌株中8．7kb的共同结瘤基因(作探针DNA)杂交,从基因文库中分离到紫云英根瘤菌共同结瘤基因片段。以紫云英根瘤菌不结瘤突变株7653R+1(7653R消除共生质粒)为受体、构建的7653R基因文库(E．Coli C600)为供体,通过协助转移质粒pRK2013(LE392)进行三亲交配,在含四环素的根瘤菌台成培养基(sM)上选择接合转移子。将得到的所有接台转移子混合在一起接种植物,通过植物结瘤试验,分离到含紫云英根瘤菌结瘤基因的重组质粒pRaz15。将该质粒用EcoRⅠ完全酶切,得到25kb左右的外源DNA片段,该片段携带完整的结瘤基因簇。     

HSV-tk基因逆转录病毒重组体的构建与DNA序列分析

目的　构建含有单纯疱疹病毒Ⅰ型胸苷激酶 (HSV1 tk)基因的逆转录病毒重组载体pLXSN TK。方法设计一对寡核苷酸引物 ,用PCR方法从质粒pHSV10 6中特异扩增HSV tk基因片段 ( 1168bp) ,分别用BamHI和Eco RI酶切后 ,定向连接到质粒pLXSN中 ,转化宿主菌TG1,分别用上述内切酶 ,PCR和DNA测序鉴定重组质粒。结果　酶切鉴定所切下的片段和PCR扩增的片段大小均与预计相符 ,测序结果与文献报道序列及预计结果一致 ,证实符合表达框架。结论　成功构建了HSV tk嵌合重组质粒pLXSN TK。     

小鼠白细胞介素4基因的化学合成、克隆与表达

利用381A型DNA合成仪,分29个寡聚核苷酸片段化学合成了小鼠IL-4全基因,共442bp。以pUC12质粒作为载体,将所有合成片段分前后两组进行磷酸化、退火、连接和克隆,经过菌落原位杂交、酶切鉴定和质粒DNA序列分析,分别得到了含有小鼠IL-4前后两半基因片段的两种重组质粒,回收前半基因片段,插入到含有后半基因重组质粒的EcoRI和PstI酶切位点之间,成功地得到了含有小鼠IL-4全基因的重组质粒pFR101。将全合成基因插入到质粒pSM53中,得表达质粒pFR105,转化大肠杆菌TAP106,根据IL-4对CTLL细胞的作用,肯定了TAP106(pFR105)细菌中有小鼠IL-4活性蛋白的表达。     

青霉素酰化酶调节基因的定位和反式作用

青霉索酰化酶基因(pac)的定位研究表明它的调节基因和结构基因位于3．5kb的HindI—EcoR I片段。本文报道构建一系列质粒pPA 6的缺失衍生物,并测定这些缺失对pac表达的影响。结果表明调节基因位于pac结构基因内的spb I—Pvu I片段。SphⅠI—PvuⅡ片段克隆到质粒pTzl8u,所得质粒pPA57转化到青霉素酰化酶产生菌E．ColiD816,观察sphⅠ—PvuⅡ片段对染色体pac基因表达的影响。结果表明在sph Ⅰ—PvuⅡ片段内的调节基因反式调节pac基因表达。计算机分析表明在sph Ⅰ—PvuⅡ片段内有两个ORF是编码调节蛋白的可能候选者。Pac调节基因的精确定位正在进行中。     

美洲鲽抗冻蛋白基因的克隆及在E.coli中的表达

本文报告了美洲鲽抗冻蛋白基因的克隆及在E.coli中表达的研究,以质粒P~(CT5)作为抗冻蛋白基因的供体,p~(ORF-2)作为表达载体。用HpaⅡ酶从质粒p~(CT5)上切下抗冻蛋白基因片段,再经Bal 31酶,绿豆核酸酶处理,连接上BglⅡ接头,然后插入到p~(ORF-2)的BglⅡ位点上,借助于p~(ORF-2)上的β-半乳糖苷酶基因的活性,使含正确插入抗冻蛋白基因的克隆呈现出蓝色菌落,共获得4000多个转化子,其中有201个蓝色克隆。对于50个蓝色克隆提取质粒DNA,电泳后发现均大于p~(ORF-2)。用BglⅡ消化后,可以发现有300—1500bpDNA片段,同时确定了抗冻蛋白基因在p~(ORF-2)中的插入方向,对于正确插入的克隆作出部分限制性内切酶图谱,测定出插入的抗冻蛋白基因片段的DNA序列,然后将重组质粒从E.coli MH1000菌株转化到E.coliTK1046中,研究分析表达产物,SDS—聚丙烯酰胺凝胶电泳结果证明插入的抗冻蛋白的基因已表达,有明显的融合蛋白带,分子量大于β-半乳糖苷酶、是由大肠杆菌的外膜蛋白F,抗冻蛋白和β-半乳糖苷酶组成。融合蛋白含量占总蛋白的20％左右。     

获得控制细菌固氮的基因——固氮微生物学的重要成果

一切固氮微生物的固氮作用都是受固氮基因(nif)所控制。近年成功地从这些微生物(如Kl.Pneumoniae)分离到决定固氮能力的基因,并且把它们引入到大肠杆菌中,也已成功地被引入到酵母中,这是当前固氮微生物研究的一项重要进展。现在已鉴别固氮基因由17个基因组成。它们是以基因群的形式分布,7个或8个操纵子,保证同时合成这些基因的某些产品即固氮酶。已鉴定了三个基因是控制固氮酶的合成,如nifH     

含吸氢酶基因（hup）嵌合质粒的构建和吸氢酶活性在阴沟肠杆菌中的表达

以质粒ｐＲＫ４０４为载体亚克隆含大豆根瘤菌吸氢酶结构基因（ｈｕｐ）的片段,构建成嵌合质粒ｐＨＲ１１、ｐＨＲ４和ｐＨＲ１０。通过三亲本杂交将这些嵌合质粒导入无吸氢活性的Ｒｈｏｄｏｂａｃｔｅｒｓｐｈａｅｒｏｉｄｅｓ２４１菌株（Ｈｕｐ－）,均获得Ｈｕｐ＋的接合子。利用启动子检测质粒ｐＭＰ２２０证明,在ｈｕｐ对结构基因上游１．２ｋｂ内存在ｈｕｐ启动基因片段。以ｐＲＫ２０１３为助质粒可将ｐＨＲ１１导入Ｅｎｔｅｒｏｂａｃｔｅｒｃｌｏａｃａｅ和Ｋｌｅｂｓｉｅｌｌａｏｘｙｔｏｃａ等土壤固氮菌株。本文以接合子Ｅ．ｃｌｏａｃａｅＥＨ１１１３为例,通过对基因组ＤＮＡＳｏｕｔｈｅｒｎ杂交分析证明,嵌合质粒ｐＨＲ１１在ＥＨ１１１３中稳定贮存和复制。Ｈ２诱导接合子ＥＨ１１１３吸氢酶活性高表达,吸氢活性与放氢活性比值约为对照的两倍。当以延胡索酸为电子受体时,吸氢酶的吸氢作用支持菌株固氮酶活性的提高。