利用组氨酸合成酶基因作为同源双交换序列构建在乳酸乳球菌中表达炭疽杆菌保护性抗原的载体

目的:为了实现炭疽杆菌保护性抗原(PA)在乳酸乳球菌中的整合性表达,利用组氨酸合成酶基因(HISB)作为同源交换序列构建表达PA的载体。方法:采用PCR等方法将酸启动子P170、红霉素抗性基因、HISB及酶切位点克隆到pMD18-T载体上,命名为pHEC-P170-PA。结果:构建好的双交换载体经酶切电泳鉴定并测序,其序列中含有PA基因。结论:构建了炭疽杆菌保护性抗原基因同源双交换载体。

双交换同源重组法构建Thermus thermophilus基因无痕敲除突变体

为在噬热栖热菌(Thermusthermophilus)中开収无需筛选标记的基于双交换同源重组的基因无痕敲除手段,以大质粒及染色体上的TTP0042与TTC0340_0341为靶基因,构建含有其两侧同源臂的基因敲除载体幵转化T.thermophilusHB27细胞,将转化混合物涂布于不含筛选物质的培养基上,通过PCR及Southern杂交检验转化子的基因型。结果表明,采用线状的TTP0042基因敲除载体迚行转化,获取表观Δ0042突变体的概率为10–4,而使用闭合环状载体,该概率可达10–3;基因型及表现型分析显示,这些表观Δ0042均为TTP0042无痕敲除型突变体。该敲除手段在染色体上的基因TTC0340_0341中得到验证,从300个单菌落中成功鉴定出了1个Δ0340_0341突变株。

林可链霉菌中的同源重组

为研究链霉菌中的同源整合频率和机制 ,采用不能在链霉菌中复制的大肠杆菌质粒转化链霉菌StreptomyceslincolnensisB48。质粒pYYE0 4a1上携带的被硫链丝菌素抗性基因灭活的林可霉素生物合成基因与染色体DNA上的同源基因发生重组 ,经过低抗筛选 ,得到两个突变子S .lincolnensisYY1和S .lincolnensisYY2。进一步以硫链丝菌素抗性基因为探针杂交染色体DNASmaⅠ片段 ,S .lincolnensisYY1和S .lincolnensisYY2都得到 1 5kb的阳性条带 ;而以缺失的lacZ基因为探针杂交染色体DNAHindⅢ和SmaⅠ联合酶切片段 ,只有S .lincolnensisYY2得到 4 4kb的阳性条带。Southern杂交结果表明S .lincolnensisYY1是由同源交换或二次重组产生的 ,而S .lincolnensisYY2为同源整合的结果。为验证同源整合子上大肠杆菌复制子和氨苄抗性基因的存在 ,用SphⅠ酶切染色体DNA后连接 ,连接液转化E .coliJM83感受态细胞 ,在氨苄抗性板上得到 2个转化子 ,命名为pSLE1。对其进行酶切鉴定的结果表明它是转化质粒pYYE0

同源片段大小对板栗疫病菌同源重组频率的影响

低毒病毒／板栗疫病菌系统是一个具有独特优点的、崭新的研究病毒与宿主相互作用的模型系统。以同源重组为基础的基因打靶是研究基因功能和病毒与宿主相互作用分子机制的重要手段。为了研究在板栗疫病菌同源重组遗传操作中同源片段大小对同源重组频率的影响，利用一段5．4kb板栗疫病菌染色体DNA序列，构建了以潮霉素抗性基因为遗传转化筛选标记的3个同源双交换片段以及3个同源单交换质粒，分别转化板栗疫病菌EPl55原生质体，检测筛选同源重组转化子并计算发生同源重组频率。结果表明，在板栗疫病菌中3个同源双交换片段FHA1（1．7～2.0kb）、FHA2（1.0～1.2kb）和FHA3（0.5kb）的同源重组频率分别为3．73％、2。06％和0；3个同源单交换质粒pFHl（1．76kb）、pFH2（1．23kb）和pFH3（O．54kb）的同源重组频率分别为0.95％、0和0。这些结果为板栗疫病菌同源重组遗传操作中同源片段大小的设计提供了依据。

一种高产L-赖氨酸枯草芽孢杆菌的构建研究

为了选育一种非抗性、高产出、遗传稳定性好、低生产成本的L-赖氨酸生产菌株,以辣椒花药和枯草芽孢杆菌为试验材料,以穿梭表达载体pHT43和基因敲除载体pK18mobsacB为媒介,将辣椒花药中的高赖氨酸基因CFLR转化到枯草芽孢杆菌中。经过2次细胞内同源交换和培养基筛选,最终获得不带质粒抗性标记的高产L-赖氨酸枯草芽孢杆菌株CMCC(B)63501/pK18mobsacB-ΔALA::CFLR,该菌株连续传代20次后仍具有明显高于野生型的CFLR基因拷贝数,经HPLC验证,重组菌株L-赖氨酸含量比野生菌株提高了64.89%。结果表明,本研究所构建的非抗性高产L-赖氨酸枯草芽孢杆菌株产量高、遗传稳定性好、低纯化成本,具有良好的应用潜力。

热带假丝酵母ctfat1p基因在吸收脂肪族化合物中的功能研究

以热带假丝酵母(Candida tropicalis)1798中的ctfat1p基因为研究对象,利用重叠PCR将ctfat1p基因内约500 bp片段与G418抗性基因(kan^r)相连接,经末端单酶切后电转化至C.tropicalis 1798感受态细胞中,通过一次同源单交换,将抗性基因kan^r插入至ctfat1p基因内部,实现目的基因的敲除,并通过发酵实验分析Ctfat1p在热带假丝酵母脂肪酸跨膜转运过程中的功能。结果表明,经过G418抗性筛选和基因组PCR鉴定,成功获得ctfat1p基因缺失菌株C.tropicalis 1798△ctfat1p;分析发现ctfat1p基因敲除对C.tropicalis 1798以油脂为底物培养12h后重组菌OD_(600nm)值仅为野生型菌株的47.9%,表明ctfat1p基因敲除后影响C.tropicalis 1798对油脂吸收利用。通过基因敲除手段构建ctfat1p基因缺失菌株,可以减弱细胞对长链脂肪酸的摄取,验证了ctfat1p基因为热带假丝酵母油脂吸收和利用的关键基因。

鱼腥藻PCC7120基因alr0267敲除及其功能的初步研究

【目的】敲除鱼腥藻PCC7120的alr0267基因，并对其功能进行初步研究。[方法】克隆获得鱼腥藻PCC7120alr0267基因部分片段，通过构建敲除载体，使其与目的基因发生单交换同源重组，从而将鱼腥藻PCC7120中的alr0267基因敲除，并对敲除体进行纯化和PCR鉴定，然后对alr0267敲除体和野生型固氮异形胞进行形态观察和统计，同时采用实时荧光定量PCR，在培养不同时间（O，3，8，24h和10d）检测野生型和alr0267基因敲除体中与异形胞功能相关基因all0813、all2736、alr2887的相对表达量。【结果】鱼腥藻PCC7120alr0267基因被成功敲除；在缺氮条件下培养6-12d，敲除体异形胞营养细胞数的均值明显少于野生型；实时定量PCR分析表明，野生型中all0813、all2736、alr2887基因表达量均在培养24h达到最大，敲除体中这3个基因最大相对表达量的出现时间均有所延迟。【结论】alr0267基因敲除导致异形胞分化频率增加，同时影响异形胞的正常发育。

MCHK_7135基因在华癸中慢生根瘤菌共生固氮中的功能

为研究MCHK_7135基因在根瘤菌与宿主植物共生固氮中的功能,用同源重组的方法构建了MCHK_7135基因的突变体及回补菌株,对突变菌株和回补菌株在人工培养条件以及与宿主植物紫云英共生下的各项表型进行了考察,结果显示:与野生型菌株相比,突变菌株对氧胁迫的敏感性增强;接种突变株的紫云英长势矮小,侵染线及根瘤原基数目减少,根瘤数量少,固氮酶活性低,而向突变菌株导入完整MCHK_7135基因后,各项共生表型得到不同程度恢复。研究结果表明,华癸中慢生根瘤菌的过氧化物还原酶基因MCHK_7135基因在根瘤菌与宿主植物共生固氮的过程中具有重要功能。

利用同框敲除技术研究Ⅲ型聚酮合酶基因orf18的代谢产物

为了阐明Streptomyces sahachiroi ATCC 33158中Ⅲ型聚酮合酶基因orf18的功能,利用同源双交换的方法对该基因进行同框敲除,采用异位表达的方法进行了相应的回补实验。通过高效液相色谱及液相色谱-质谱联用分析发现基因orf18的敲除会明显降低发酵产物中苯甲酸盐的含量,回补该基因能够在一定程度上恢复苯甲酸盐的产量,表明orf18在原宿主中极有可能参与苯甲酸盐的生物合成。

glmU基因单功能敲除对大肠杆菌生产氨基葡萄糖的影响

大肠杆菌中的glmU是葡糖胺-1-磷酸尿苷酰转移酶/葡糖胺-1-磷酸乙酰转移酶双功能基因。同源单交换方法敲除大肠杆菌中葡糖胺-1-磷酸乙酰转移酶单结构域基因glmU,即利用重叠PCR将葡糖胺-1-磷酸尿苷酰转移酶结构域内603bp序列与抗性基因ampR连接,经过末端单酶切(HindⅢ)后电转化至大肠杆菌(E.coli)BL21感受态细胞中,经同源臂单交换,将抗性基因ampR整合至glmU基因内部,实现该结构域功能失活的同时,保留葡糖胺-1-磷酸尿苷酰转移酶功能域活性。通过发酵实验分析glmU单结构域缺失在大肠杆菌中对氨基葡萄糖生产的影响。结果表明,发酵20h后重组菌的氨基葡萄糖产量为1 049.6mg/L,为原始菌E.coliBL21氨基葡萄糖产量103.34mg/L的10.2倍。表明glmU是影响大肠杆菌产生氨基葡萄糖的关键基因,敲除glmU基因可增加氨基葡萄糖积累。

SIDH公钥压缩中双线性对的有效计算

超奇异同源密码交换协议(SIDH)因其密钥长度短、且可以进一步对公钥进行压缩,使得SIDH协议在后量子密码领域更具竞争力。本文主要针对SIDH公钥压缩中双线性对计算这一“瓶颈”问题,在分析已有研究工作的实现过程基础上,采用预计算的方式提高公钥压缩中双线性对的计算速度。

一种基于单交换原理的地衣芽孢杆菌基因敲除方法及应用

目的:基于同源单交换原理构建地衣芽孢杆菌基因快速敲除方法,提高基因敲除效率。方法:以地衣芽孢杆菌(Bacillus licheniformis)20085内切纤维素酶基因celb为拟敲除对象,利用重叠PCR技术将celb基因内约500bp片段与氯霉素抗性基因(Cmr)相连接,经末端单酶切后电转化至B.licheniformis 20085感受态细胞中,仅通过一次同源单交换,将抗性基因Cmr插入至celb基因内部,实现目的基因的敲除。结果:经过氯霉素抗性筛选和基因组PCR鉴定,成功获得celb基因缺失菌株B.licheniformis 20085Δcelb;发酵验证结果显示,B.licheniformis 20085Δcelb较原始菌株滤纸崩解能力显著降低,其中发酵60h后内切纤维素酶(CMC酶)活力由1.86U/ml降低至0.50U/ml,表明celb基因在地衣芽孢杆菌降解纤维素的过程中起着重要作用。结论:通过重叠PCR技术结合同源单交换原理能够实现地衣芽孢杆菌目的基因的快速敲除,为该菌株甚至其它微生物提供了一种基因功能快速鉴定的手段。

益气活血方调控cAMP/Epac1/Rap1信号改善冠心病气虚血瘀证大鼠的验证

目的:基于环磷酸腺苷(cAMP)/环磷酸腺苷调节鸟嘌呤核苷酸交换因子1(Epac1)/Ras-同源蛋白1(Rap1)信号通路探讨益气活血方对冠心病气虚血瘀证大鼠的心肌保护机制。方法:88只SPF级雄性SD大鼠,按随机数字表分为假手术组(n=12)和实验组(n=76),实验组大鼠采用限制饮食及力竭性游泳复合冠状动脉左前降支(LAD)结扎术构建冠心病气虚血瘀证模型,采集大鼠心电图,将造模成功后的实验组大鼠随机分为模型组、益气活血方低、中、高剂量组(4.28、8.55、17.1 g·kg^(-1))、西药组(单硝酸异山梨酯片,3.6 mg·kg^(-1)),连续给药4周;假手术组及模型组灌胃等体积双蒸水。末次给药后24 h取材,行心脏超声检测左心室舒张末期内径(LVEDD)、左心室收缩末期内径(LVESD),左室短轴缩短率(FS)、射血分数(EF),腹主动脉采血行血液流变学测定,酶联免疫吸附测定法(ELISA)检测血浆cAMP水平;留取心肌组织进行苏木素-伊红(HE)染色、马松(Masson)染色观察心肌病理损伤情况,透射电镜观察心肌组织超微结构改变;实时荧光定量聚合酶链式反应(Real-time PCR)检测心肌Epac1、Rap1GTP酶激活蛋白(Rap1GAP)及Rap1 mRNA表达,蛋白免疫印迹法(Western blot)检测心肌Epac1、Rap1GAP及Rap1蛋白表达。结果:与假手术组比较,模型组大鼠的LVEDD、LVESD显著增加(P<0.01),EF及FS比率显著下降(P<0.01),表现出心功能减退的“心气虚”症状;全血黏度及血浆黏度显著升高(P<0.01),cAMP含量显著升高(P<0.01),心肌组织胶原纤维显著增生(P<0.01),心肌超微结构受损严重,表现出“血瘀”的病理改变;Real-time PCR结果显示模型组大鼠Epac1及Rap1 mRNA显著降低(P<0.01),Rap1GAP mRNA显著增加(P<0.01);Western blot显示Epac1蛋白表达显著降低(P<0.01),Rap1GAP蛋白表达明显增加(P<0.05);与模型组比较,益气活血方能改善冠心病气虚血瘀证大鼠心功能、降低血液黏度、降低血浆cAMP含量、减少胶原纤维增生,改善心肌超微结构损伤,以高剂量组作用效果最佳。益气活血方高剂量组能显著增加Epac1 mRNA及蛋白表达(P<0.01),显著增加Rap1 mRNA表达(P<0.01),明显降低Rap1GAP mRNA及Rap1GAP/Rap1蛋白表达(P<0.05,P<0.01)。结论:益气活血方可改善冠心病气虚血瘀证大鼠心功能、降低血液黏度与血浆cAMP含量、改善心肌损伤、减少胶原纤维增生,其心肌保护机制可能与调节cAMP/Epac1/Rap1信号通路有关。

费氏中华根瘤菌15142的cysDN基因克隆及其相关功能

为确定cysDN操纵子的功能及对根瘤菌结瘤的影响，通过三亲本接合，将质粒转座子pTnMod-RKm′随机插入费氏中华根瘤菌15142中，建成随机插入突变体库，随后通过含有不同硫源的MM培养基的筛选得到一株不能利用硫酸盐但能够利用半胱氨酸的突变体. 进一步克隆和测序分析后发现该操纵子与已报道的Sinorhizobium sp. strain BR816的cysDN在核苷酸水平上有92%的相似性，在氨基酸水平上有96%的相似性. 用自杀质粒pK18mob分别构建含有cysD部分片段和cysN部分片段的重组质粒，通过三亲本接合导入出发菌株15142中，经过同源单交换，分别获得cysD的pK18mob正反向插入突变株cysDF/15142 以及cysDR/15142和cysN的pK18mob正反向插入突变株cysNF/15142与cysNR/15142. 用广谱宿主质粒pLAFRJ载体连接完整操纵子cysDN构建互补质粒cysDN＋pLAFRJ，将该质粒通过三亲本接合导入突变株中，获得互补菌株. 用不同硫源的液体MM培养基培养，发现互补菌株能够补回突变菌株不能利用硫酸盐作为唯一硫源的缺陷，说明cysDN操纵子确实与硫酸盐同化途径有关；植株试验表明突变株比出发菌株推迟结瘤1-2 d，固氮酶活也比出发菌株稍低；竞争结瘤试验表明突变菌株占瘤率较差，但在平均瘤数、平均瘤重、平均植株干重上则无差异. 图3 表4

不同根瘤菌中突变cysDN基因对硫酸盐同化途径的影响

硫是生物体必须的元素,根瘤菌结瘤因子的硫化修饰与其宿主范围和识别效率有着重要关系,实验室前期研究中突变费氏中华根瘤菌的cys DN基因后,突变体不能利用硫酸盐生长,这与Sinorhizobium sp.BR816的cys D基因突变后的现象不同,两株菌的硫酸盐同化途径中可能存在差异.为探讨不同根瘤菌cys DN基因对硫酸盐同化途径的影响,本研究利用同源交换的方法构建费氏中华根瘤菌WGF03、费氏中华根瘤菌HN01、苜蓿中华根瘤菌14500及大豆慢生根瘤菌15606的cys DN突变体,Δcys DN-WGF03、Δcys DN-HN01、Δcys DN-14500和cys NR-15606,对突变体的硫源利用情况和植株结瘤情况进行研究.结果发现,Δcys DN-WGF03和Δcys DN-HN01失去利用硫酸盐的能力;Δcys DN-14500能微弱地利用硫酸盐生长,生长量约为野生菌株的1/3左右;cys NR-15606对硫酸盐的利用与野生菌株相比无明显差别.植株实验结果显示,Δcys DN-WGF03、Δcys DN-HN01和Δcys DN-14500在平均瘤数、平均瘤重、平均植株干重和固氮酶活性方面均表现出显著降低,而突变体的回补体能够恢复硫酸盐的利用能力及与植株的共生固氮能力.这说明cys DN基因在费氏中华根瘤菌WGF03、费氏中华根瘤菌HN01和苜蓿中华根瘤菌14500硫酸盐同化途径中起着关键影响,而该基因在大豆慢生根瘤菌15606的影响并不明显.本研究表明,cys DN基因在不同根瘤菌中所起的作用不同,不同根瘤菌的硫酸盐同化方式也存在差异.

枯草芽胞杆菌BSD-2中ybfB基因敲除及生物信息学分析

在前期突变体库研究中发现,ybf B缺失的枯草芽胞杆菌Bacillus subtilis BSD-2丧失了其抑真菌活性。本研究通过敲除并恢复BSD-2中ybf B基因,进一步确认其缺失对菌株生物活性的影响,并利用生物信息学手段对其基因序列和编码蛋白质序列进行了预测分析。本研究成功敲除BSD-2菌株的ybf B基因,构建突变株B-Y-k,并成功构建其回复突变株B-Y,平板对峙实验结果显示突变其ybf B基因该菌株失去其抗真菌活性,回复突变株抗真菌活性恢复,表明该基因与其抗真菌相关。生物信息学分析显示该基因全长1 251 bp,编码416个氨基酸,具有12个跨膜螺旋区,为疏水性蛋白,推测该蛋白为疏水性跨膜转运蛋白,可能参与活性物质的转运。

fliL基因显著影响艰难拟梭菌运动功能及产孢能力

鞭毛基底体相关FliL家族蛋白(flagellar basal body-associated FliL family protein,fliL)基因编码FliL蛋白,FliL是一种与鞭毛基体相结合的单跨膜蛋白。为研究艰难拟梭菌fliL基因功能,使用非等长同源臂偶联等位交换(allele-coupled exchange,ACE)方法成功构建了fliL基因缺失(ΔfliL)和回补(::fliL)突变株,研究突变菌株与野生型菌株(CD630)生长曲线、抗生素敏感性、pH耐受性、运动能力及产孢能力等表型的差异。结果显示,菌株ΔfliL生长速率及最大生物量均小于菌株CD630,::fliL回补菌株生长情况回复至野生型。与CD630菌株相比,ΔfliL对阿莫西林、氨苄青霉素、诺氟沙星的敏感性提高,对卡那霉素、四环素敏感性降低,::fliL抗生素敏感性部分回复至野生型水平。与CD630菌株相比,ΔfliL游泳运动能力显著降低,::fliL运动能力超越野生型菌株CD630。相比菌株CD630,菌株ΔfliL在pH值为5时耐受能力显著提高,在pH值为9时,耐受能力显著降低。除此之外,ΔfliL产孢能力较CD630显著降低,::fliL产孢能力部分恢复。以上结果表明,艰难拟梭菌fliL基因与其运动能力、抗生素敏感性、环境耐受能力和产孢能力密切相关,可能进一步影响艰难拟梭菌菌株的致病力。

铜绿假单胞菌中快速基因操作工具的开发和应用

针对基因的操作,包括缺失和插入基因、替换基因元件(如启动子)、融合荧光蛋白基因、构建原位的基因报告系统,是大多数生物技术实验室的必备技术。目前广泛使用的基于2次同源重组的基因操作方法,在构建质粒、转化和筛选方面较为繁琐。另外使用该方法进行长片段敲除的效率较低。为了简化基因操作的流程,本研究构建了一个最小化的铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)整合型质粒pln2,只需将目标基因内部一段序列克隆到pln2质粒并导入细菌,由于质粒不能在细菌内自我复制而只能通过单次等位基因交换整合到基因组上,从而使目的基因断裂为两部分而失去活性。在pln2的基础上开发了一整套工具质粒适用于基因组的不同操作,包括融合荧光蛋白基因、替换基因元件(如启动子)、构建原位的转录型荧光报告系统。此外,本研究借助该系统成功实现超长片段基因簇的敲除,单次可以敲除长达270 kb的片段。

CD630_27900基因缺失显著降低艰难拟梭菌自溶速率、毒力及对酸和抗生素的耐受性

艰难拟梭菌(Clostridioidesdifficile)CD630_27900基因位于slpA-cwp66基因座上,CD630_27900基因属于假定的Lmbe家族的酶,但基因功能尚未明确。【目的】本研究通过构建艰难拟梭菌CD630_27900基因敲除菌株,比较野生型菌株(CD630)与突变株表型差异,探讨CD630_27900基因对艰难拟梭菌感染的影响。【方法】用非等长同源臂偶联等位交换(allele-coupled exchange, ACE)构建CD630_27900基因缺失菌株与回补菌株。比较它们在生长曲线、自溶素(cwp19,Acd)基因表达、细胞毒力、主要毒素基因表达、抗生素及pH敏感性差异,以研究CD630_27900基因的功能。【结果】成功构建△CD630_27900突变菌株和::CD630_27900回补菌株。菌株△CD630_27900在衰亡期自溶速率显著低于菌株CD630,::CD630_27900自溶速率恢复。实时荧光定量聚合酶链反应(real-timefluorescencequantitative polymerasechainreaction,RT-qPCR)结果显示,缺失CD630_27900基因,自溶素cwp19、Acd基因表达量降低,::CD630_27900自溶素基因表达增强。相较于CD630,△CD630_27900菌株细胞毒力、毒素基因tcdA、tcdB表达量降低。相较于CD630,△CD630_27900对氨苄青霉素、甲硝唑、阿莫西林、万古霉素、诺氟沙星、头孢西丁、卡那霉素更加敏感,::CD630_27900对以上抗生素敏感性恢复。此外,△CD630_27900对酸比CD630敏感,对碱敏感性未发生变化。::CD630_27900对酸敏感性恢复至野生型水平。【结论】敲除CD630_27900基因,艰难拟梭菌自溶速率变慢、自溶素cwp19、Acd基因表达量降低、细胞毒力、毒素基因tcd A和tcd B降低,说明CD630_27900基因影响菌株自溶以及毒力释放。菌株△CD630_27900对临床上常见的抗生素及酸性环境更加敏感,且这些变化均可通过基因回补恢复。提示该基因可作为联合抗生素治疗艰难梭菌感染(Clostridioides difficile infection, CDI)的潜在靶点。

优化噬热栖热菌的遗传转化体系

[目的]优化噬热栖热菌Thermus thermophilus的转化体系。[方法]将质粒DNA的形态、浓度及转化时间作为变量设计噬热栖热菌T.thermophilus的转化体系,以通过直接双交换同源重组法获取Δpyr E突变体的概率为依据判定转化效率。[结果]在转化时间为2 h,使用3.0μg/m L线性质粒DNA,获取表观Δpyr E的概率为3.44×10^(-5);而使用同样浓度的超螺旋质粒DNA,该概率可达1.03×10^(-3);说明超螺旋质粒的转化效率高于线状质粒。质粒DNA的使用浓度及转化反应时间对转化效率亦有影响,但并非完全成正相关。使用浓度为15μg/m L超螺旋质粒DNA,在转化时间为3 h时,获取表观Δpyr E的概率达到最大值(1.36×10^(-2));超过该阈值,转化效率降低。[结论]在T.thermophilus中,通过优化转化体系将基因无痕敲除突变体获取概率提高到10^(-2)。