盐碱土壤转Bt基因棉花外源蛋白表达量时空变化及对抗虫性的影响

盐碱地是潜在的可利用耕地资源,但土壤盐碱化严重制约了农业生产的可持续发展。基于棉花机械化程度低、劳动力成本和生产资料投入剧增、比较效益下降和实施粮食生产安全战略等因素影响,我国长江流域和黄河流域棉花面积锐减,种植区域向内陆盐碱旱地或滨海盐碱地转移,但目前针对盐碱地转Bt基因棉种植可能带来的生态安全性问题研究甚少,正成为国内外研究的焦点和热点。伴随着棉花向盐碱地大面积转移种植趋势,检测盐胁迫是否影响转基因抗虫棉抗虫性,明确其影响程度,直接关系到转基因抗虫棉种植的安全性,也是目前抗虫棉扩大生产中迫切需要解决的问题。以非转基因棉花为对照,分别在低盐、中盐和高盐土壤种植的棉花的苗期、蕾期和花铃期采样,室内测定了转Bt基因棉花叶片对棉铃虫幼虫校正死亡率和外源蛋白表达量。研究结果发现盐分胁迫下转Bt基因棉花苗期叶片对棉铃虫幼虫校正死亡率下降了9.22%—47.46%,蕾期下降了31.61%—45.42%,花铃期下降了3.59%—18.52%;土壤盐分显著降低了转Bt基因棉花叶片中外源蛋白的表达量,苗期功能叶外源蛋白表达量下降了7.66%—29.86%;蕾期下降了3.77%—36.85%;花铃期下降了18.13%—41.02%;相关性分析表明,盐分胁迫条件下转Bt基因棉花叶片中外源蛋白表达量与其对棉铃虫抗性程度存在正相关关系。结果表明,盐碱土壤显著降低了转Bt基因棉花叶片外源杀虫蛋白表达量,从而导致转Bt基因棉花叶片对棉铃虫的抗虫性下降。研究土壤盐分对转Bt基因棉花对棉铃虫的影响及其作用机制,可为建立盐碱地转Bt基因棉花田害虫综合防控技术体系、转Bt基因棉花环境安全评价及转Bt基因棉安全管理提供依据。

提高重组表达体系相对活性促进外源蛋白表达:人干扰素毕赤酵母表达体系研究

以毕赤酵母KM71/IH的hIFNβ-HAS表达体系为研究对象,较为系统地研究了不同因素引起的细胞相对活性变化与毕赤酵母外源蛋白表达的相关性。结果表明:(1)细胞相对活性变化与外源蛋白的表达成正相关;(2)处在对数生长中后期的细胞相对活性最高,更适合用于外源蛋白的表达;(3)诱导阶段的环境因素直接影响诱导期细胞相对活性,合适的甲醇浓度、诱导pH及温度是维持细胞高活性,促进外源蛋白高表达的关键。对于hIFNβ-HAS表达体系最佳诱导条件为:以培养21～24h的细胞为诱导种子,初始甲醇浓度为2%(V/V),pH6.0,25℃,细胞活性维持在98%以上,hIFNβ-HSA表达量高达45.6mg/L,较优化前提高了62.3%。

用于药用蛋白生产的外源表达系统

利用外源蛋白表达系统生产具有重要价值的药用蛋白是现代生物技术产业的核心内容和研究热点,也是各国政府和制药企业竞相巨额资助的研究领域之一。本文综合分析了目前用于重组药用蛋白生产的原核表达系统、酵母表达系统、昆虫表达系统、哺乳动物表达系统和植物表达系统在表达产量、翻译后加工能力、生产周期、生产成本、适用范围等方面的优劣以及研究现状和最新研究进展,揭示出植物表达系统将在未来重组蛋白大规模生产中占据重要地位。但是现有的各种表达系统都无法单独实现各种重组蛋白高活性、低成本、安全系数高的大规模生产。在相当长时间里,各种表达系统在重组蛋白生产上将长期共存。而通过遗传改造、基因组学、蛋白质组学等研究方法不断改进各种外源蛋白表达系统的性能,不断建立更加优越的外源蛋白表达系统则是大家共同努力的目标。

外源蛋白表达系统及利用植物表达外源蛋白的特点与优势

比较了大肠杆菌、酵母、昆虫细胞 /杆状病毒、哺乳动物细胞、动物乳腺以及植物等不同受体作为外源蛋白表达系统的优缺点 ,论述了植物外源蛋白表达系统的特点 ,阐明利用植物生产外源蛋白的潜在优势。

利用植物表达外源蛋白需解决的几个关键问题

植物外源蛋白表达系统已取得较大进展。目前已经能够利用转基因植物表达和生产多种外源蛋白,但仍存在诸多难以克服并急需解决的技术问题。作者从植物组织再生率、转化频率、调控元件、转基因植物遗传稳定性及其潜在的安全性问题、外源蛋白在植物体内的表达、调控、稳定性及其下游加工问题等方面综述了植物外源蛋白表达系统存在的问题和应对策略,为进一步开发、利用转基因植物生产外源蛋白提供理论依据。

不同组成型启动子对乳酸菌表达系统外源基因表达影响的比较

【目的】构建不同组成型启动子的乳酸菌表达载体系统,评价不同启动子驱动外源基因表达的活性,筛选出强表达的启动子,为后续研究乳酸菌作为活菌载体表达外源抗原或功能性蛋白提供理论依据。【方法】以大肠杆菌-乳酸菌穿梭载体pPG为骨架,将表达载体中启动子序列分别替换为组成型强启动子Pldh、PHH和Phce,利用PCR方法扩增报告基因增强型绿色荧光蛋白(EGFP)和氨苄青霉素抗性基因(Ampr),并在下游多克隆位点中分别插入荧光素酶(LUC)、EGFP和Ampr报告基因,构建9种乳酸菌表达质粒,电转入副干酪乳杆菌HLJ-27感受态细胞,筛选获得9株重组乳酸菌。通过实时荧光定量PCR检测报告基因在重组菌中的mRNA转录水平,利用Western blotting和间接ELISA检测蛋白的表达量,并检测表达蛋白的活性,以评估3个启动子的活性强弱。【结果】PCR成功扩增出大小约720 bp的EGFP基因和850 bp的Ampr基因。Western blotting结果显示,在9株重组乳酸菌中,分别成功表达出了58 ku的LUC蛋白、26 ku的EGFP蛋白和28 ku的Ampr蛋白。实时荧光定量PCR和间接ELISA检测结果显示,启动子Pldh启动外源基因转录水平和驱动外源蛋白表达水平均显著高于启动子PHH和Phce(P<0.05;P<0.01)。报告基因检测结果显示,启动子Pldh驱动LUC、EGFP和Ampr外源蛋白的活性显著高于启动子PHH和Phce(P<0.05;P<0.01)。【结论】本研究成功构建了3种启动子报告基因表达系统,确定了3种启动子活性强弱依次为Pldh、PHH和Phce,探究出一种启动子活性筛选的优势筛选系统——Ampr报告系统,为高表达乳酸菌载体系统的建立提供了必要的依据。

叶绿体中表达外源蛋白的研究进展

植物叶绿体可以作为生物反应器表达外源重组蛋白。在叶绿体中表达抗原、抗体、抗癌因子、蛋白类抗生素等药用蛋白,能够大大降低生产成本,同时更加安全,具有巨大的商业价值。经过近些年来的研究和改进,目的蛋白在叶绿体中的表达量有了很大的提高;在叶绿体中生产出来的一些药用蛋白质通过小鼠实验验证,具有高的免疫原性,为商业化生产医用蛋白奠定了基础。本文对在叶绿体中表达外源蛋白的最新研究进展进行了综述。

重组毕赤酵母甲醇利用表型与基因拷贝数对外源基因表达的影响

毕赤酵母是目前最优秀的外源蛋白表达系统之一。着重对重组毕赤酵母甲醇利用表型(Mut+型、MutS型和Mut-型)、基因剂量对外源蛋白高效表达的影响机理进行综述。MutS型的比生长速率和蛋白产率比Mut+型低、发酵周期长、副产物(如乙醇、乙酸等)形成速率不同。外源基因拷贝数对外源蛋白的影响主要有三种情况:(1)高基因拷贝数对外源蛋白表达水平有明显的正效应作用;(2)基因拷贝数增加反而降低了表达水平,即负效应作用;(3)重组蛋白表达与基因剂量正相关,之后则表现负相关关系,这可能与外源蛋白翻译后加工有关(如二硫键形成、折叠等),而与分子伴侣共表达可促进外源蛋白的高表达。

基于文献的毕赤酵母研究趋势分析

毕赤酵母作为一种表达外源蛋白以及积累代谢中间物的细胞工厂已经得到广泛应用。文献检索是分析毕赤酵母研究的重要手段。该文基于Web of Science数据库分析了毕赤酵母的文献数量变化、来源国家分布等,以阐明我国有关毕赤酵母的研究状况。同时,展望了毕赤酵母外源基因表达技术、发酵策略、过氧化物酶体吞噬等新研究动向。

基于乙醇在线测量的DO-Stat甘油流加策略稳定重组毕赤酵母生产猪α干扰素的性能

重组毕赤酵母发酵生产猪!干扰素(pIFN-!)过程性能不稳定,高密度细胞培养阶段的性能指标直接影响到甲醇诱导期的猪!干扰素表达水平。测定分析甲醇代谢关键酶基因的转录水平以及酶活,发现甘油流加培养末期乙醇的大量(超过6 g/L)和长期积累(超过4h)不可逆转地抑制醇氧化酶(AOX)的启动,是导致猪!干扰素无法正常表达、发酵生产不稳定的主要原因。为此,提出了基于乙醇在线测量的改良型甘油流加控制策略,该策略可以在保证细胞快速生长的同时、将乙醇浓度有效控制在2 g/L以下的水平。与传统DO-Stat甘油流加策略(策略A)相比较,改良型甘油流加策略(策略B)可以强化猪!干扰素的诱导表达性能、确保其发酵生产的稳定:1)相同诱导条件下(甲醇/山梨醇培养基流加体积比1∶1),两个发酵批次大猪!干扰素浓度比使用策略A时优批次的大值分别提高75.5%和29.8%;2)在合理改变诱导条件时(甲醇/山梨醇培养基流加体积比4∶1),大猪!干扰素浓度仍比使用策略A时优批次的大值提高38.9%。

小球藻遗传转化技术研究进展

小球藻( Chlorella )是一种单细胞真核藻类,属绿藻门、绿藻纲、绿球藻目、小球藻科、小球藻属 [1] 。作为最早开发的真核微藻之一,具有高营养价值、生长快速、结构简单、易工业化集成等显著优点。其细胞形态为球形或椭圆形,直径3~12 μm,呈单生或聚集成群状生长 [2] ,分布广泛,多见于淡水、咸水和土壤中。作为地球上最早的生命之一,小球藻基因比较稳定,至今未见有关其基因自发突变的报道。因其富含蛋白质、脂质、维生素、活性代谢产物等多种营养物质而被公认为具有高附加值和医疗保健作用,已经被广泛应用于保健食品 [3] 、水产养殖 [4] 、生物能源 [5] 等方面,关于小球藻生物技术的研究主要集中在基因组学 [6] 、分子遗传学 [7] 、代谢机理 [8] 、大规模培养 [9] 等方向。

包含ARS/CEN元件的游离质粒在巴斯德毕赤酵母中的稳定性研究

巴斯德毕赤酵母(Pichia pastoris)是应用最为广泛的外源蛋白表达系统之一。目前使用最多的外源蛋白表达策略是使用整合型质粒;游离型质粒由于其高不稳定性,在毕赤酵母中的应用受到极大的限制。将ARS/CEN等元件连接到pPIC9K载体上,构建能够自主复制的游离型质粒pPIC9K-ARS/CEN,通过传代培养检测质粒丢失的方法探究毕赤酵母在细胞传代培养过程中游离质粒的稳定性。无选择压力情况下,包含ARS/CEN元件的游离质粒在细胞培养10代之前具有极高的稳定性,随后游离质粒开始丢失,到第20代质粒丢失率高达92.94%。该研究结果为构建稳定的游离质粒毕赤酵母表达系统提供了良好的支撑,并提供了切实可行的质粒消除方法,为毕赤酵母运用CRISPR/Cas9系统进行多基因编辑提供了良好的研究基础。

巨大芽孢杆菌的应用研究进展

巨大芽孢杆菌是一种有益的功能性细菌,本身具有对环境友好、对粮食作物安全、对人畜无害等优点而受到普遍关注和深入研究。文章综述了巨大芽孢杆菌的解磷作用、生物防治、水体净化和表达外源蛋白等应用研究进展,为巨大芽孢杆菌的进一步研究和应用提供参考。

HIV-1TAT蛋白转导肽的研究进展

TAT蛋白转导肽是人类免疫缺陷病毒1型(human immunodeficiency virus type1,HIV-1)编码的一段富含碱性氨基酸、带正电荷的多肽,属于蛋白转导域家族的一员。长期研究发现其全长及11个碱性氨基酸富集区的核心肽段(YGRKKRRQRRR)不仅能够在包括蛋白质、多肽及核酸等多种外源生物大分子的跨膜转导过程中具有重要作用,而且能够携带这些外源生物大分子通过活体细胞的各种生物膜性结构(如细胞膜和血脑屏障等)并发挥生理功能,但其跨膜转导机制仍不明确。新近研究还发现TAT核心肽段在促进外源蛋白高效表达过程中也具有重要作用,能够显著增加外源蛋白高效、可溶性表达的水平,显示了TAT蛋白转导肽的新功能。以TAT蛋白转导肽跨膜转导作用的长期研究背景为基础,分别从TAT蛋白转导肽的结构特点、其跨膜转导作用的影响因素及其作用机制等方面进行了系统综述,进一步结合TAT蛋白转导肽的最新研究进展分别从药物研发、机制探索及新功能的开发等方面展望了后续研究方向与应用价值,不仅为深入阐述TAT蛋白转导肽的跨膜转导作用的功能意义提供了参考依据,而且为TAT蛋白转导肽在微生物工程及蛋白质工程等领域的潜在应用价值提供了重要参考信息。

毕赤酵母液滴微流控高通量筛选方法的建立与应用

巴斯德毕赤酵母是当前应用最为方便和广泛的外源蛋白表达系统之一,为了进一步提高其表达外源蛋白的能力,文中建立了基于液滴微流控的毕赤酵母高通量筛选方法,并以木聚糖酶融合荧光蛋白为例,筛选获得木聚糖酶表达和分泌能力提高的突变株。通过PCR扩增得到木聚糖酶xyn5基因和绿色荧光蛋白gfp基因融合片段,并克隆到毕赤酵母表达载体pPIC9K中构建出木聚糖酶融合绿色荧光蛋白的质粒pPIC9K-xyn5-gfp,电转化至毕赤酵母GS115中得到表达木聚糖酶和绿色荧光蛋白的毕赤酵母SG菌株。该菌株经过常压室温等离子体诱变后进行单细胞液滴包埋,液滴培养24h后进行微流控筛选,获得高表达木聚糖酶的突变菌株,进而用于下一轮的诱变突变库构建和筛选。以此类推,经过5轮液滴微流控筛选,获得一株高产菌株SG-m5,其木聚糖酶活为149.17U/mg,较出发菌株提升300%,分泌外源蛋白的能力较出发菌株提高160%。文中建立的毕赤酵母单细胞液滴微流控高通量筛选方法能达到每小时10万菌株的筛选通量,筛选百万级别的菌株库仅需10h,消耗荧光试剂体积100μL,对比传统的微孔板筛选方法降低试剂成本近百万倍,为高效、低成本筛选获得表达和分泌外源蛋白能力提高的毕赤酵母提供了一条新途径。

无血清悬浮驯化CHO-K1单克隆细胞株的建立及其表达验证

目的通过无血清悬浮驯化CHO-K1细胞,筛选出单克隆源性可追溯、生长状态良好的宿主细胞株,并进行表达验证。方法采用逐步降低血清含量的方法,将贴壁状态的CHO-K1细胞驯化成适应无血清培养基培养的悬浮细胞;通过单细胞接种/成像系统Verified In-Situ Plate Seeding(简称VIPS系统)筛选单克隆,经连续培养综合评估单克隆细胞的倍增时间、结团率、细胞直径等参数,确定候选克隆;将候选克隆分别转染携带绿色及红色荧光蛋白的质粒,根据荧光蛋白表达情况确定1株克隆作为工程细胞株的宿主细胞。结果驯化获得的CHO-K1细胞适应无血清悬浮培养,倍增时间为20~24 h;通过单克隆筛选和产量评估确定的单克隆细胞株单克隆源性良好且可追溯,以0.5×10~6个/mL的细胞密度接种,培养7 d最高细胞密度可达8.27×10~6个/mL,活率不低于80%,平均倍增时间20.31 h,能较好地表达外源基因。结论通过无血清驯化培养,成功获得单克隆源性可追溯、生长状态良好且能够用于蛋白高表达的CHO-K1细胞株。