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。

一株抑真菌、对甜菜夜蛾高效的苏云金芽胞杆菌菌株

为了扩大苏云金芽胞杆菌的杀虫谱及生防范围,通过抑真菌和杀虫生物活性测定,筛选到一株抑真菌并对甜菜夜蛾高效的菌株Bt519-1。此菌株对所测试的小麦赤霉、黄瓜灰霉等8种真菌都有不同程度的抑制作用,且完全抑制这些真菌孢子的萌发。通过室内生物测定发现该菌株对甜菜夜蛾具有很高的杀虫活性,半致死浓度(LC50)仅为5.5μg/mL。经特异引物检测,证明该菌株含有6种杀虫蛋白基因:cry1Aa、cry1Ab、cry1Ac、cry1I、cry2和vip3A。经SDS-PAGE分析,Bt519-1菌株分别产生分子量大约为135 kD～130 kD、95 kD、80 kD、70 kD和65 kD～60 kD的几种杀虫晶体蛋白。在有无几丁质的培养基中都能产生较高活性的几丁质酶。试验证明苏云金芽胞杆菌Bt519-1是一株既杀虫又拮抗真菌的多功能生防菌株。

Bt几丁质酶的基础表达及诱导合成的多态现象

多数微生物可以产生几丁质酶。一般认为几丁质酶基因表达受几丁质的诱导和葡萄糖抑制。但是苏云金芽胞杆菌Bacillus thuringiensis(简称Bt)几丁质酶的诱导表达方式是否与其他微生物相同,至今尚无定论。采用DNS法检测77株Bt在有或无诱导物培养基中的几丁质酶活力。研究了葡萄糖对4株不同表达类型菌株酶活力的影响,以及葡萄糖抑制与几丁质诱导之间的关系。研究发现在无几丁质诱导条件下,全部试验菌株都可以产生几丁质酶,保持一定量的基础表达,说明Bt能组成型合成几丁质酶,不需要诱导。添加诱导物之后,31株菌的酶活力没有任何变化,44株菌有不同程度的提高,但其中绝大部分诱导特性并不典型,酶活力提高不显著。许多Bt菌株几丁质酶表达兼具组成型和诱导型的特点。葡萄糖能够抑制几丁质的诱导作用,但是不能完全抑制Bt菌株几丁质酶的基础表达。比较组成型和诱导型菌株的几丁质酶基因chiA、chiB调节区域核苷酸序列,发现仅存在个别碱基的差异。

地衣芽孢杆菌MY75菌株几丁质酶基因的异源表达及特性

【目的】地衣芽孢杆菌MY75菌株的几丁质酶基因的异源表达,并对表达蛋白的特性进行研究。【方法】制备MY75菌株培养上清粗蛋白,利用酶谱分析确定具有几丁质酶活的蛋白分子量。将该蛋白进行飞行时间质谱分析,确定其部分氨基酸序列,设计PCR引物对MY75菌株的几丁质酶基因进行克隆及异源表达。对表达蛋白的最适反应温度及pH,温度耐受性及金属离子对酶活力的影响等特性进行了研究,并测定了表达蛋白对真菌孢子萌发的抑制活性和对甜菜夜蛾幼虫的杀虫增效作用。【结果】酶谱分析证明MY75菌株培养上清液中仅含有一种55kDa的几丁质酶。将该编码基因chiMY克隆及序列分析后发现,基因长度为1797bp,编码599个氨基酸。在大肠杆菌中异源表达的几丁质酶ChiMY蛋白的分子量为67kDa。质谱分析证明,55kDa蛋白与67kDa蛋白序列相同。ChiMY最适pH和最适温度分别为7.0和50°C,为中性几丁质酶。Li+,Na+,和Mg2+离子对表达蛋白的酶活力具有促进作用,Mn2+,Cr3+,Zn2+和Ag+离子则能显著抑制酶活力,Cu2+和Fe3+离子完全抑制酶活性。生物测定的结果显示,异源表达的MY75几丁质酶能够抑制小麦赤霉及黑曲霉的孢子萌发,并且对苏云金芽孢杆菌的杀虫活力具有增效作用。【结论】地衣芽孢杆菌MY75菌株中仅有一种55kDa几丁质酶,其编码基因能够在大肠杆菌中大量表达,表达蛋白分子量与野生型蛋白之间有显著差异,由此证明MY75菌株中存在着几丁质酶的剪切加工过程。明确了地衣芽孢杆菌几丁质酶ChiMY具有抑制真菌活性及杀虫增效作用。上述全部研究结论在国内首次报道。

组成型表达chi基因的Bt工程菌株构建及其特性

【目的】通过构建能够组成型高效表达几丁质酶的苏云金芽胞杆菌工程菌株,以提高其抑真菌活性。【方法】首先通过PCR扩增获得Bti75菌株chiB全长及系列缺失启动子片段,与本室构建的启动子探测型载体pCB连接,转化Bti75菌株,通过β-半乳糖苷酶活性检测及β-半乳糖苷酶mRNA的Real time-PCR检测,确定了一段长度为190 bp的组成型高效表达启动子。将这一启动子分别与Bti75自身几丁质酶基因chiA以及地衣芽胞杆菌(Bacillus licheniformis)的几丁质酶基因chiMY连接构建了组成型高效表达的工程菌株Bti75(pDA)和Bti75(pDM)。应用几丁质酶酶活检测、SDS-PAGE及酶谱分析检测了工程菌几丁质酶的表达情况。最后,通过检测工程菌发酵粗酶液对真菌孢子萌发和菌丝生长的影响,评估了工程菌对3种植物病原真菌的抗真菌活性。【结果】在没有诱导物存在的情况下,Bti75(pBPΔ7)菌株表达的β-半乳糖苷酶酶活和β-半乳糖苷酶mRNA的转录量分别是Bti75(pBP)菌株的7倍和2.5倍左右。在没有几丁质诱导的情况下,与野生株Bti75相比,工程菌株Bti75(pDA)和Bti75(pDM)的几丁质酶活性均提高了3.5倍左右。SDS-PAGE及酶谱分析证明目的几丁质酶在非诱导条件下达到组成型高效表达,抑真菌实验显示工程菌Bti75(pDA)和Bti75(pDM)抑制3种植物病原真菌的活性明显提高。【结论】发现190 bp的缺失启动子能够组成型高效表达不同来源的几丁质酶,无需诱导物的诱导,工程菌株就能展现良好的抗真菌能力。