一种利用λRed重组技术在杀鱼爱德华氏菌基因组添加标签的方法

在杀鱼爱德华氏菌病原学研究中,在动物中制备杀鱼爱德华氏菌蛋白抗体耗时长,且获得的多克隆或多肽抗体在宿主细胞中特异性差,背景信号强。为解决这一问题,对在大肠杆菌(Escherichia coli)和沙门氏菌(Salmonella)中建立起来的λRed基因编辑方法进行调整和优化,建立了在杀鱼爱德华氏菌(Edwardsiella piscicida)基因组基因上添加HA标签序列的方法,为使用标签抗体研究杀鱼爱德华氏菌基因功能提供便利。λRed重组系统利用同源线性DNA片段与基因组DNA进行重组。即以质粒pSU315为模板,在引物上引入目的基因的特异性序列,扩增FRT序列和抗生素抗性基因;以获得的PCR产物转化携带pKD46的杀鱼爱德华氏菌,在pKD46表达的λ噬菌体的3个重组蛋白(Exo、Beta和Gam)作用下,PCR产物与杀鱼爱德华氏菌基因组发生同源重组,获得引入了抗生素抗性的靶基因缺失或靶基因携带标签序列的菌株;接着利用pKD46的温敏型特性,消除引入的pKD46;最后向杀鱼爱德华氏菌引入文章构建的表达Flp重组酶的质粒pKD46-flp,在FLP作用下,两个FRT位点之间发生重组,消除抗生素抗性基因和一个FRT位点,获得携带一个FRT位点序列、靶基因缺失或靶基因添加标签序列的杀鱼爱德华氏菌菌株。该遗传操作平台的建立为杀鱼爱德华氏菌基因功能研究提供便利条件,亦为其他水产病原细菌遗传操作方法的建立提供借鉴。

利用λRed重组系统敲除伤寒沙门氏菌rfaH基因

目的:利用λRed重组系统敲除伤寒沙门氏菌的rfaH基因。方法:以伤寒沙门氏菌(Salmonella typhi Ty2,S.ty2)基因组为模板扩增得到的同源臂,与两端带有FRT位点的卡那霉素抗性基因片段共同构建同源重组载体;以重组载体为模板扩增打靶片段,将其转化S.ty2;在抗生素压力和λRed重组系统帮助下,打靶片段和菌体基因组发生同源重组,通过卡那抗性筛选得到带有抗性标记的重组菌;转入重组酶表达质粒pCP20以去除抗性标记,得到保留单一FRT位点的突变菌株;通过PCR鉴定重组菌,并经透射电子显微镜分析表型。结果:在S.ty2中敲除了rfaH基因,经PCR扩增和序列测定正确;初步的表型分析表明突变体的鞭毛合成显著减少。结论:获得了S.ty2突变株,为将沙门氏菌进一步减毒成为疫苗表达载体奠定了基础。

λRed重组系统用于沙门菌质粒毒力基因spvC敲除株的构建

[目的]利用λRed重组系统敲除沙门菌质粒毒力基因spvC。[方法]首先以质粒p KD4为模板,扩增得到两侧含spvC同源臂、中间为卡那霉素抗性基因的线性DNA片段。再将此线性片段电转入具重组功能的感受态沙门菌菌株,发生重组后,卡那霉素平板筛选阳性转化子。最后利用表达FLP重组酶的质粒p CP20,将FRT位点之间的卡那霉素抗性基因消除,用PCR鉴定。Western Blot检测野生沙门菌和spvC敲除株感染的He La细胞ERK磷酸化水平。[结果]沙门菌质粒毒力基因spvC敲除株构建成功,spvC敲除株感染的He La细胞内ERK磷酸化水平升高。[结论]成功构建沙门菌质粒毒力基因spvC敲除株,验证了spvC基因的功能。

利用重组工程技术标记鼠疫菌rpoS基因

目的:为便于研究鼠疫菌基因及其产物的功能,利用重组工程技术,建立一种表位标记细菌染色体基因的方法,以分析基因的表达规律。方法:将标签序列合成于引物中,通过融合PCR法将标签序列与抗性筛选基因连接,克隆到pBluescript载体,获得模板载体pBSMH。设计与待标记基因末端及其下游同源的引物,从模板载体上扩增标签与抗性基因的融合模块,获得两端带同源区的PCR产物,电击转化鼠疫菌感受态细胞。在λRed重组系统的辅助下,标签和抗性基因重组到目的基因的下游,得到表位标签与目的基因C末端融合的重组子。利用针对表位标签的单克隆抗体进行Westernblot分析,验证C末端标记目的蛋白的表达。结果:成功构建了组氨酸标签与抗性基因融合的质粒,以该质粒作为模板,扩增标记标签盒,对鼠疫菌的rpoS基因进行了标记,利用针对组氨酸标签的抗体能够检测到rpoS基因的表达。结论:基于重组工程的基因标记技术可以为基因功能研究提供一个有价值的研究手段。

大肠杆菌诺氟沙星超敏感多基因敲除株KYAH06构建与功能验证

以E.coli DH5α为出发菌株采用pKD46质粒提供λRed重组系统完成以下三步基因敲除:大肠杆菌中RND超家族多药物抗性蛋白acrAB基因并借助其与pKD3质粒的氯霉素抗性片段同源重组被敲除;大肠杆菌中MATE家族多药物抗性蛋白ydhE基因通过卡那霉素抗性筛选和蔗糖反向筛选被无痕敲除;大肠杆菌中主要负责诺氟沙星外排的MFS超家族转运蛋白mdtH基因通过与pK18mobSacB质粒中的抗性片段的同源重组被敲除。以上基因敲除不同程度导致大肠杆菌对诺氟沙星的敏感性变化,最终获得诺氟沙星敏感性为0.0125μg·mL^(-1)的E.coli KYAH06,为大肠杆菌MdtH详细转运机制以及其他诺氟沙星外排转运蛋白鉴定和功能分析奠定试验基础。

λRed技术构建肺炎克雷伯氏菌sRNA-sgrS基因缺失突变株

肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)以葡萄糖为底物进行发酵生产2,3-丁二醇(2,3-butanetriol,2,3-BD)的过程中,糖磷酸胁迫非编码小RNA(sugar-phosphate stress sRNA,sRNA-sgrS)通过调控菌体内葡萄糖浓度来解除菌体的应激效应。通过λRed同源重组技术,将构建的同源重组片段sgrS A1-EGFP-sgrS A2,经过酶切、纯化后,通过电转化将重组片段转入到含有pKD46质粒的野生型菌株K.pneumoniae HD79及突变型菌株K.pneumoniae HD79-02(△ldh,△ack)的感受态细胞中。经过荧光显微镜观察筛选阳性转化子,经过PCR验证K.pneumoniae HD79及K.pneumoniae HD79-02 sRNA-sgrS基因缺失重组菌株构建成功。利用λRed技术构建肺炎克雷伯氏菌sRNA-sgrS基因缺失突变株,可为后续探究菌体内外葡萄糖浓度对菌株产量2,3-BD的影响奠定了基础。

一种快速筛选海藻糖合成酶突变体体系的建立

利用λRed重组系统对大肠杆菌JM109的6-磷酸海藻糖合成酶基因OtsA和6-磷酸海藻糖酯酶基因otsB进行敲除,获得otsA和otsB基因失活的大肠杆菌突变体,该突变体由于对渗透压变得非常敏感,在含5%NaCl和0.5%麦芽糖的培养基中生长缓慢,然而当导入有活力的外源海藻糖合成酶基因后,由于能在胞内合成海藻糖,增强了细胞抗高渗透压培养基的能力,因而可让otsA和otsB基因缺失后的JM109得以恢复其生长能力。通过比较它们在高渗透压的培养基中的生长速度,可以筛选出含有不同活力的海藻糖合成酶突变体。

弗氏志贺菌M90T株毒力相关膜蛋白复合物组成基因缺失突变体的构建

目的:构建弗氏志贺菌M90T株毒力相关膜蛋白复合物组成蛋白基因的缺失突变株。方法:分别扩增目的基因的上、下游同源臂和卡那霉素抗性基因片段,利用重叠延伸PCR技术将这3个片段融合为打靶片段,电击转化M90T/pKD46感受态细胞,在λRed重组系统的作用下,通过同源重组将目的基因置换为卡那霉素抗性基因,之后在辅助质粒pCP20的作用下切除FRT位点之间的卡那霉素抗性基因,得到基因缺失突变体。结果与结论:分别构建了M90T株毒力相关膜蛋白复合物4个组成蛋白Apy、DnaK、ClpB、YdgA的基因缺失突变体,为进一步研究各基因的功能提供了突变体。

大肠杆菌中dctA基因敲除及其苹果酸摄取功能鉴定

大肠杆菌(Escherichia coli)K12基因组中,仅dctA基因编码1个在有氧条件下负责摄取四碳-二羧酸的转运蛋白。为鉴定Dct A能否摄取四碳-2-羟基羧酸(如苹果酸),首先以p KD3为模版PCR扩增含有氯霉素抗性dctA基因同源臂,电转入E.coli K12/p KD46感受态细胞,筛选具有氯霉素抗性的基因敲除突变株E.coliΔdctA/p KD46。通过消除质粒p KD46构建大肠杆菌dctA基因敲除突变株E.coliΔdctA。构建dctA基因表达载体p Easy T3-dctA。通过苹果酸摄取功能互补试验,证实基因敲除菌株E.coliΔdctA丧失摄取苹果酸功能,四碳-二羧酸摄取蛋白Dct A具有摄取苹果酸功能。研究首次报道Dct A具有摄取苹果酸功能,该基因敲除突变株的构建可为其他菌株来源2-HCT转运蛋白的基因克隆与功能分析奠定基础。

家蚕核型多角体病毒CQ1分离株与T3株的单核苷酸多态性分析（英文）

依据基因组中的单核苷酸多态性(SNPs)位点对不同来源家蚕核型多角体病毒(Bm NPV)进行地理株系溯源,有利于Bm NPV的分子流行病学研究以及对病害流行的预防性控制。采用霰弹法对Bm NPV重庆分离株CQ1进行全基因组测序,获得了1 052条reads序列,测序深度为3.5倍,覆盖基因组95%以上的区域。采用生物信息学方法,将这些序列与Bm NPV日本分离株T3的基因组序列进行比对分析,在2个株系间共鉴定获得400个候选SNPs。与T3株基因组唯一位点匹配的386个SNPs中,有77%的SNPs属于转换,23%的SNPs属于颠换;15个SNPs位于基因间区,其余都分布在基因编码区;115个非同义SNPs(c SNPs)分布于67个基因的编码序列中,其中11个基因有至少3个非同义SNPs,例如CQ1分离株的非必需基因orf74有5个非同义SNPs。结构预测显示,CQ1分离株的几丁质酶基因中3个非同义SNPs引起变化的氨基酸位点均位于几丁质酶的三维结构表面。研究结果表明,Bm NPV CQ1和Bm NPV T3株系之间存在丰富的单核苷酸多态性。

Bm59基因缺失对家蚕核型多角体病毒(BmNPV)复制、转录及组装的影响

Bm59是家蚕核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus,Bm NPV)的核心基因之一。利用λRed重组技术和Bac-to-Bac系统构建野生型病毒wt Bacmid-polh-egfp、缺失型病毒Bm59ko-Bacmid-polh-egfp以及补回型病毒Bm59re-Bacmidpolh-egfp,并分别转染家蚕卵巢培养细胞Bm N,研究Bm59基因在病毒侵染、增殖和组装中的功能。对病毒滴度的检测结果表明3种类型病毒都能产生有活力的子代病毒并使细胞感染发病,但Bm59ko-Bacmid-polh-egfp在各个时相的滴度值均显著低于其他2种类型病毒(P<0.05)。电子显微镜下观察Bm59ko-Bacmid-polh-egfp转染的细胞中只有少量细长的杆状病毒粒子,而其他2种类型病毒转染细胞后则能产生大量具有囊膜包裹的成熟病毒粒子。qRT-PCR检测结果显示,Bm59缺失型病毒基因组DNA的复制能力显著降低(P<0.05),早期基因lef-3、晚期基因vp39和极晚期基因p10的转录水平显著低于野生型病毒(P<0.05)。综上所述,Bm59基因虽然是家蚕核型多角体病毒复制的非必需基因,但会显著影响病毒的增殖速度和病毒粒子的组装,对病毒各个时期的基因转录水平具有下调作用。

原核微生物基因敲除策略的研究进展

基因敲除是一项20世纪80年代末发展起来的新型分子生物学技术,在微生物领域的机制和功能研究中,具有极其重要的意义。经过数十年的发展,基因敲除技术从最传统的同源重组策略发展出λRed重组系统、Crelox P重组系统等方法,近年又诞生了成簇的规律间隔的短回文重复序列/Cas9等基于核酸内切酶原理的高效打靶技术,将微生物基因功能研究推向新的高度和方向。本文就这些应用于原核微生物的基因敲除策略的原理、现状和前景等研究进展作一综述。

BmNPV or f98对家蚕核型多角体杆状病毒复制、转录及包装的影响

为了研究家蚕核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus,BmNPV)基因orf98的功能,通过λRed重组系统定点敲除BmNPVorf98基因,构建缺失型重组病毒Bm98-ko-Bacmid;以Bac-to-Bac系统补回BmNPVorf98基因,构建补回型重组病毒Bm98-re-Bacmid;将野生型病毒(wtBacmid)、缺失型病毒(Bm98-koBacmid)和补回型病毒(Bm98-re-Bacmid)分别转染家蚕细胞BmN。病毒滴度检测结果显示,Bm98-ko-Bacmid可形成侵染性的病毒粒子,但数量显著降低(P<0.05).透射电子显微镜观察发现,Bm98-ko-Bacmid只产生游离的杆状病毒粒子,数量明显减少,而wtBacmid和Bm98-re-Bacmid产生大量具有囊膜结构的成熟病毒粒子。荧光定量聚合酶链反应分析结果表明,BmNPVorf98基因缺失对BmNPV病毒复制没有影响,而早期基因lef3、晚期基因vp39和极晚期基因p10的转录水平显著降低(P<0.05)。综上所述,BmNPVorf98基因对病毒复制是非必需的,但显著影响病毒的繁殖速度和包装(P<0.05);对病毒各个时期的基因转录也具有重要影响。

克雷伯氏菌产1,3-丙二醇ldhA基因缺失菌株的构建

克雷伯氏菌(Klebsiella pneumonia)甘油歧化发酵生产1,3-丙二醇(1,3-PD)的过程中,乳酸是氧化途径最主要的副产物,乳酸的产生和积累,不仅限制了菌体本身的生长,而且严重影响了1,3-丙二醇的转化率。利用λRed重组技术对Klebsiella pneumonia中的酶乳酸脱氢酶基因(ldhA)进行改造。在λRed重组系统作用下,将带有300 bp的线性同源片段ldhA1-Cm-ldh A2与基因组DNA的同源重组,经过抗性筛选和PCR鉴定最终获得了ldhA基因缺失菌株K.pneumonia2-1ΔldhA。经过24 h发酵可知,乳酸最大产出浓度由原来的10.16 g/L降为0.49 g/L,1,3-PD由原来的78.83 g/L增长为85.76 g/L,甘油转化率由60.64%增长到65.97%,提高了5.33%。

家蚕核型多角体病毒Bm90基因缺失对病毒增殖和组装的影响

家蚕核型多角体病毒(Bombyx mori nucleopolyhedrovirus,Bm NPV)基因组中的orf90基因(Bm90)是一个未知功能的保守基因。利用λRed重组系统和Bac-to-Bac系统构建野生型病毒Wt Bacmid-polh-egfp、Bm90基因缺失型病毒Bm90ko-polh-egfpBacmid及Bm90基因补回型病毒Bm90re-polh-egfp-Bacmid,并制备Bm90蛋白的多克隆抗体,研究Bm90基因在病毒感染周期中的表达以及对病毒增殖和组装的影响。将3种重组病毒分别转染Bm N细胞,Western blot检测显示Bm90蛋白在病毒转染Bm N细胞后72 h有表达;但用荧光显微镜观察Bm90基因缺失型病毒转染的Bm N细胞中没有出现绿色荧光,且检测其病毒滴度为0;用透射电子显微镜观察在Bm90基因缺失型病毒转染的Bm N细胞中没有子代病毒粒子出现。研究结果表明,Bm90基因缺失会抑制子代病毒粒子的组装和产生,使病毒失去侵染性,Bm90基因是病毒增殖及组装的必需基因。

鼠伤寒沙门菌spvBC基因编辑株的构建

利用λRed重组系统和pBAD原核表达载体构建鼠伤寒沙门菌spvBC质粒毒力基因修饰菌株,为深入探究沙门菌毒力基因spv的功能和致病机制及宿主抗感染免疫提供工具菌。以pKD4为模板,PCR扩增含spvBC同源臂的卡那霉素抗性基因以构建同源打靶片段,再将其电转入含有质粒pKD46的鼠伤寒沙门菌中进行同源重组,随后将质粒pCP20电转导入阳性转化子,消除卡那霉素抗性基因,PCR鉴定敲除株的构建。PCR扩增含酶切位点的spvBC基因片段,扩增产物与原核表达载体pBAD/gⅢ分别双酶切后连接构建pBAD-spvBC重组质粒,PCR筛选阳性菌落并测序鉴定。将构建成功的pBAD-spvBC重组质粒电转导入spvBC敲除株中,Western blot测定不同浓度L-阿拉伯糖诱导SpvB和SpvC蛋白表达情况。PCR结果表明鼠伤寒沙门菌spvBC基因敲除成功;PCR及测序结果表明pBAD-spvBC重组质粒构建成功,Western blot结果表明13 mmol/L L-阿拉伯糖可诱导SpvB和SpvC蛋白正常表达。λRed重组系统可用于沙门菌质粒上大片段基因的敲除,pBAD原核表达载体可用于沙门菌质粒上大片段基因的回补,丰富了细菌质粒的基因修饰和编辑策略。

克雷伯氏菌产1,3-丙二醇aldH基因缺失菌株的构建

该研究利用λRed重组技术对克雷伯氏菌(Klebsiella pneumonia)中的乙醛脱氢酶(ald H)基因进行敲除,成功构建缺失菌株K.pneumonia2-1Δald H,与原始菌株相比,缺失菌株K.pneumonia2-1Δald H发酵液中乙醇产量由原来的7.24 g/L降为0.47 g/L,降低了93.51%;1,3-丙二醇产量由原来的78.83 g/L增长至82.55 g/L,提高了4.72.%;甘油转化率由60.64%增长至63.50%,提高了2.86%。缺失菌株K.pneumonia2-1Δald H 50 L发酵罐小试试验中,1,3-丙二醇的产量为78.13 g/L,乙醇产量为0.50 g/L。

工业微生物代谢途径调控的基因敲除策略

基因敲除技术是一项重要的分子生物学技术,在工业微生物代谢工程中具有广泛应用。以下从基因敲除技术的遗传重组原理出发,总结了基因敲除策略的类型、特征和应用,重点介绍了采用线性双链DNA的λRed同源重组系统、使用环状质粒载体介导的单交换或双交换同源重组策略以及采用转座酶介导的转座重组等几种主要的基因敲除方法,进一步展望了基因敲除技术的发展前沿和应用前景。

一种基于温敏质粒的新型基因敲除方法

基于温敏型质粒而不用线性DNA的方法用于快速敲除沙门氏菌染色体上的目的基因。以伤寒沙门氏菌S.ty2基因组为模板扩增得到的ssaV基因的上下游同源臂,与两端带有FRT位点的卡那霉素抗性基因片段连接到温敏型质粒pHY304,共同构建同源重组载体;然后转化S.ty2,通过筛选得到带有抗性标记的重组菌。通过转入重组酶表达质粒pCP20,去除抗性标记,得到ssaV基因缺失的重组菌,并在DNA水平进行了鉴定。建立了一种改进的基于温敏质粒的沙门氏菌的基因敲除方法,此方法也值得在其他革兰氏阴性菌的基因敲除中尝试应用。

肠出血型大肠埃希菌O157:H7 espG基因缺失株的构建及其生物学特性分析

目的利用λRed重组系统构建肠出血型大肠埃希菌O157:H7 espG基因缺失株,并研究其生物特性,对EspG蛋白进行初步生物信息学分析。方法设计并合成一对同源臂引物,每条引物5’端与espG基因同源,3’端与卡那霉素抗性基因同源,扩增卡那霉素抗性基因片段,制备含有pKD46质粒的EHEC O157:H7 EDL933w感受态细菌。将该抗性基因片段电击转化入制备的感受态菌株中,利用pKD46介导的Red重组系统,通过同源重组替换EHEC O157:H7 EDL933w espG基因,经PCR和测序验证后,通过革兰染色、测A600值、姬姆萨染色比较EHEC O157:H7 EDL933w野生株(Wild type,WT)与突变株的形态结构、生长能力和黏附性的差异性。以EDL933w菌株为研究对象,用在线软件VaxiJen v2.0对EspG蛋白抗原性进行评分,在ProParam软件中分析EspG蛋白序列的基本理化性质,利用SOPMA软件进行二级结构预测,采用SWISS-Model预测三级结构,通过Bcepred软件对EspG蛋白序列B抗原表位进行预测分析。结果PCR及序列分析证实构建了espG基因缺失并含有卡那霉素抗性的EHEC O157:H7 EDL933w突变菌株,野生株与突变株均为革兰染色阴性短棒状杆菌,野生株对Caco2细胞的黏附率明显高于突变株(P<0.01)。应用Bcepred等软件对EspG蛋白表位参数综合分析,预测到10条B细胞潜在优势抗原表位。结论构建了肠出血型大肠埃希菌O157:H7 espG基因缺失株,探索了EHEC O157:H7 EDL933w野生株与突变株的生物学特性,为进一步研究肠出血型大肠埃希菌LEE毒力岛中espG基因的调控机制提供实验基础。明确了EspG蛋白二三级结构以及其生物信息学特性,为优势表位的鉴定和筛选奠定了基础。