过表达去饱和酶基因对大肠杆菌脂肪酸合成的影响

为获得高效产油脂工程菌株,在大肠杆菌(Escherichia coli)BL21(DE3)中表达了来自产油核桃内生菌枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)HB1310的去饱和酶基因,构建了单基因表达菌株BL21(DE3)/pET-de1、BL21(DE3)/pET-de2及共表达菌株BL21(DE3)/pET-de。结果表明,去饱和酶基因在E.coliBL21(DE3)中实现了高水平的表达,3株工程菌的酶活性在60 h诱导过程中均高于野生菌株,尤以24 h的酶活性最高,分别为同时刻野生菌株的1.38、1.48倍和1.75倍。外源去饱和酶基因的过表达可引起E.coli中油脂产量和脂肪酸组分的变化,与野生菌相比,3株工程菌的油脂产量有较大提高,其发酵24 h的油脂产量分别可达0.57、0.58、0.72 g/L,其中,饱和脂肪酸含量分别提高72.26%、66.93%、123.21%,不饱和脂肪酸含量分别提高112.18%、44.18%、134.30%。本研究可为产油脂工程菌的开发和应用提供有价值的菌种来源。

草鱼脂肪酸去饱和酶和延长酶基因cDNA全序列的克隆与分析

利用RT-PCR和RACE方法克隆得到草鱼(Ctenopharyngodon idellus)肝脏中控制高不饱和脂肪酸(HU-FA)合成的脂肪酸去饱和酶(FAD)和脂肪酸延长酶(ELO)基因cDNA全序列.结果表明,草鱼FAD基因cDNA全长为1 994 bp,开放阅读框(ORF)为1 332 bp,编码444个氨基酸.编码的蛋白序列包含FAD全部特征结构区,包括3个组氨酸簇、2个跨膜区和1个细胞色素b5结构域,与其他鱼类的FAD氨基酸序列具有63.5%～70.5%的同源性.通过系统树分析,显示其在系统树中与草食性淡水鱼的亲缘关系最近.克隆得到的草鱼ELO的全长cDNA序列1 131 bp,含有876 bp的ORF,编码291个氨基酸.该蛋白序列含有单一的氧化还原中心组氨酸簇、内质网停留信号和多个跨膜区等ELO特征结构,与其他类别ELO氨基酸具有70.6%～89.3%的同源性.系统树分析显示其在系统树中与草食性和杂食性淡水鱼类亲缘关系较近.草鱼FAD和ELO cDNA全序列的获得为今后进一步研究其体内高不饱和脂肪酸合成途径及阐明该途径在不同鱼类中的分子进化机理奠定基础.

来源于线虫Caenorhabditis briggssae的ω-3脂肪酸去饱和酶基因的合成及其功能分析

ω-3多不饱和脂肪酸(ω-3PUFAs)是一类被广泛研究和关注的脂肪酸,对人类及其他哺乳动物的正常发育和保持良好的健康状况极其重要,并且对于人类的多种疾病的预防和治疗亦有着明显的作用。在人和哺乳动物体内,ω-3PUFAs的含量与ω-6PUFAs(其代谢方式和功能与前者不同,通常其作用也相反)相比很低。而对于人体,无论ω-3PUFAs的过低还是ω-6PUFAs的过高都会带来极为不利的影响。所以人们一直在努力寻求提高人体中ω-3PUFAs含量的途径或者大量生产ω-3PUFAs的方法。本研究经过密码子优化后,用化学合成的方法获得了C.briggsae的ω-3脂肪酸去饱和酶基因sFat-1,并构建了哺乳动物细胞表达载体pcDNA3.1-sFat1-EGFP,通过脂质体转染了CHO细胞系并对其进行抗性筛选获得稳定转染细胞株。对稳定转染sFat-1细胞株的RT-PCR分析及脂肪酸组成的GC-MS分析表明,sFat1基因完全能够在CHO细胞中表达和发挥其ω-3去饱和酶的作用,即促使ω-6系列不饱和脂肪酸转变为相应的ω-3系列不饱和脂肪酸(从十八碳到二十二碳)。ω-6不饱和脂肪酸总量从48.97%下降到35.29%,而ω-3不饱和脂肪酸总量则相应地从7.86%上升到24.02%。ω-6多不饱和脂肪酸和ω-3多不饱和脂肪酸的比值从正常细胞中的6.23下降到转染细胞中的1.47。这说明C.briggsae的ω-3脂肪酸去饱和酶基因sFat-1的合成是成功的,试验所获得的结果为今后的进一步的研究或应用其大量生产ω-3PUFAs奠定了基础。

高等植物脂肪酸去饱和酶及编码基因研究进展

生物膜是细胞、细胞器与外界环境连接的界面,是温度胁迫伤害发生的原初位点。细胞膜脂不饱和脂肪酸含量和组分是影响生物膜相变的主要因素,进而影响植物在温度胁迫下的抗性。脂肪酸去饱和酶是脂肪酸代谢过程中的关键酶,调节细胞膜中脂肪酸的含量和组分。笔者根据脂肪酸去饱和酶在催化反应中的先后顺序将其分为3类,分别阐述这3类脂肪酸去饱和酶与温度胁迫下植物适应性的关系,综述了近年来国内外脂肪酸酶去饱和酶及编码基因的克隆、功能鉴定、表达调控等方面的研究进展,对应用基因工程技术培育出温度抗性较强植物品种的研究进行了展望。

脂肪酸去饱和酶基因的研究进展

多不饱和脂肪酸(PUFAs)对人体有重要的生理功能,脂肪酸去饱和酶是PUFAs合成途径中的关键酶,它控制着PUFAs的不饱和程度。近年来,随着对脂肪酸去饱和酶基因的研究,脂肪酸去饱和酶的研究得到了快速发展。从藻类、真菌、植物和动物等方面简述脂肪酸去饱和酶基因,特别是Δ9和Δ6脂肪酸去饱和酶基因方面的研究近况。

植物脂肪酸去饱和酶及其编码基因研究进展

脂肪酸去饱和酶是催化脂肪酸链特定位置形成双键和产生不饱和脂肪酸的酶类。植物脂肪酸去饱和酶主要有5种(FAD2、FAD3、FAD6、FAD7和FAD8),可分为ω-3型(FAD2、FAD6)和ω-6型(FAD3、FAD7、FAD8)两大类。其编码基因(FAD2、FAD3、FAD6、FAD7和FAD8)在植物中一般有多个拷贝。同种基因在不同植物中拷贝数不同,同一植物中相同基因的不同拷贝间在序列特征、表达调控和功能等方面也存在显著差异。本文根据国内外对脂肪酸去饱和酶基因及编码产物的研究现状,分别从它们的分类、拷贝数、结构、作用机制、表达调控等方面的研究进展进行了详细的分类阐述。

花生Δ^(12)-脂肪酸去饱和酶基因RNAi表达载体的构建

利用RNAi原理构建花生Δ12-脂肪酸去饱和酶基因的hpRNA表达载体,以抑制该基因的表达,获得高油酸/亚油酸比值的花生种质。根据花生Δ12-脂肪酸去饱和酶基因序列(GenBank:AF248739)设计引物,以豫花4号花生品种DNA为模板,克隆了该基因的启动子及长度约500 bp的外显子片段,在此基础上构建完成由自身启动子引导的花生Δ12-脂肪酸去饱和酶基因的反向重复片段RNAi载体pCAMBIA1301-Afad12Ri。

茶树△12-脂肪酸去饱和酶基因FAD2和FAD6的克隆与表达分析

本研究在茶树转录组测序的基础上,以铁观音茶树的芽叶为材料,采用RT-PCR技术,克隆了茶树不饱和脂肪酸合成途径中的关键限速酶—△12-FAD(12-脂肪酸去饱和酶)基因的包含完整ORF的cDNA序列(CsFAD2和CsFAD6)。生物信息学分析结果表明,CsFAD2的全长为1 184 bp,其开放阅读框(ORF)长度1 149 bp,编码382个氨基酸,定位于内质网上,其氨基酸序列与油茶FAD2的同源性最高达97%;CsFAD6的全长为1 425 bp,其ORF长度为1 311 bp,编码436个氨基酸,定位于叶绿体上,其氨基酸序列与葡萄FAD6同源性达81%。荧光定量PCR结果表明,铁观音茶树幼苗在4℃低温胁迫处理72 h过程中,这两个基因的表达均受低温的诱导,其表达量随着处理时间的延长而升高,在处理48 h时,表达量水平最高;在100 g·L-1的PEG胁迫处理12 h过程中,这两个基因的表达均受PEG胁迫处理的诱导;在ABA(100μmol·L-1)胁迫处理72 h过程中,在处理6~24 h期间,CsFAD2的表达量显著升高,而CsFAD6的表达不受ABA处理的影响,CsFAD6的表达量在处理72 h时显著降低;在Na Cl(250 mmol·L-1)胁迫72 h过程中,CsFAD2的表达量全程降低,而CsFAD6在处理24~72 h期间表达量显著升高。

军曹鱼△6脂肪酸去饱和酶的cDNA序列克隆与基因表达

为了研究海水鱼合成高度不饱和脂肪酸(Highly unsaturated fatty acids,HUFAs)的关键酶,本研究克隆了军曹鱼(Rachycentron canadum)的△6脂肪酸去饱和酶的部分cDNA序列。根据GenBank已公布的其他鱼类的△6脂肪酸去饱和酶cDNA序列进行分析,设计了一对用于PCR扩增军曹鱼的△6脂肪酸去饱和酶基因保守序列的引物;然后以军曹鱼肝总RNA为模板,通过RT-PCR的方法扩增出一段长度为743bp的片段,该片段经纯化后,连接至pMD18-T载体上进行测序。结果显示,该片段与欧洲狼鲈(Dicentrarchus labrax)△6脂肪酸去饱和酶基因的覆盖区同源性为90.4%,该蛋白结构含有2个组氨酸保守区(HDFGH和HFQHH)和2个跨膜结构域,具有典型的△6脂肪酸去饱和酶结构特点。通过荧光定量PCR(Real-time quantityPCR,RTQ-PCR)检测该基因在军曹鱼幼鱼不同组织中的表达量,发现△6脂肪酸去饱和酶基因在军曹鱼脑的表达量最高;其次是肝;再其次是心、肠、脾、肾、鳃;而肌肉和皮肤的表达量相对较低,在脂肪组织中没有检测到△6去饱和酶基因的表达。结论为,军曹鱼具有合成HUFAs的关键酶—△6脂肪酸去饱和酶,在其所有组织中以脑之含量最多。

鳜鱼(Siniperca chuatsi)脂肪酸去饱和酶和延长酶基因全长cDNA序列的克隆与分析

利用RT-PCR和RACE方法克隆得到鳜鱼肝脏中控制高不饱和脂肪酸合成的脂肪酸去饱和酶(fatty acid desaturase,FAD)和脂肪酸延长酶(fatty acid elongase,ELO)基因的全长cDNA序列。FAD基因的全长cDNA序列1882bp,编码445个氨基酸,该蛋白序列含有FAD全部的特征结构区,包括3个组氨酸簇、2个跨膜区和1个细胞色素b5结构域,与其它鱼类FAD氨基酸序列的同源性为66.5%-90.1%,系统树分析显示其与欧洲鲈鱼和金头鲷等海水鱼类的亲缘关系最近。获得的ELO基因全长cDNA序列1401bp,编码294个氨基酸,该蛋白序列含有单一的氧化还原中心组氨酸簇、内质网停留信号和多个跨膜区等ELO特征结构,与其它几种鱼类ELO氨基酸序列的同源性为71.8%-86.7%,系统进化分析显示其与南方蓝鳍金枪鱼和金头鲷的亲缘关系较近。鳜鱼FAD和ELO基因全长cDNA序列的获得可为进一步研究其HUFA合成能力及调控机理奠定基础。

建鲤两种Δ6脂肪酸去饱和酶基因克隆与表达

利用逆转录PCR和RACE技术获得建鲤2种Δ6脂肪酸去饱和酶(FADs6-a,FADs6-b)的全长cDNA序列.FADs6-a基因的cDNA总长为1 966 bp,开放阅读框为1 335 bp,编码444个氨基酸;FADs6-b基因的cDNA总长为1 931 bp,开放阅读框为1 335 bp,编码444个氨基酸.FADs6-a和FADs6-b基因都包括N端细胞色素b5结构域、3个富含组氨酸的结构域和2个推测的跨膜区,具有典型的Δ6脂肪酸去饱和酶结构特点.氨基酸同源性分析显示,建鲤FADs6-a和FADs6-b与斑马鱼的相似性较高,而与海水鱼类的相似性较低,与人类FADs6的相似性高于与FADs5的相似性.通过实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测该基因在建鲤幼鱼不同组织中的表达量,发现2种Δ6脂肪酸去饱和酶基因在建鲤肝脏的表达量最高,其次是肠、脑、肌肉、心和肾,而前肠高于后肠,FADs6-a的表达量高于FADs6-b.得到的结论是,建鲤具有2种类型的合成高度不饱和脂肪酸(HUFA)的关键酶—Δ6脂肪酸去饱和酶,在肝脏和肠道中的含量较多,且FADs6-a和FADs6-b在结构和组织的表达方面都存在差异,这为进一步研究建鲤HUFA的合成途径及调控机理奠定了基础.

小球藻Δ12脂肪酸去饱和酶基因的克隆与序列分析

利用已报道的Δ12脂肪酸去饱和酶基因序列的保守区域,设计简并引物,通过RT-PCR的方法获得了小球藻NJ-7的内质网型Δ12脂肪酸去饱和酶基因(CvFAD2)的部分序列,然后采用RACE的方法分别克隆到5′片段和3′片段,拼接后设计特异引物扩增到全长cDNA。该基因全长为2 032 bp,ORF为1 158 bp,编码385个氨基酸,分子质量约为44 ku。根据已经得到的CvFAD2序列推导成氨基酸序列与一些已知物种的FAD2氨基酸序列相比较,同源性分别为普通小球藻(Chlorella vulgaris)75%,莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardtii)57%,石榴(Punica granatum)57%,麻疯树(Jatropha curcas)52%。系统发育分析表明,南极小球藻CvFAD2基因与真核微藻(衣藻和普通小球藻)的FAD2基因聚在一起,介于真菌与高等植物之间,并且真核微藻FAD2基因与高等植物的同源性更高,推测其在进化上与高等植物的亲源关系更近。

斜带石斑鱼脂肪酸去饱和酶和延长酶基因全长cDNA序列的克隆与分析

利用逆转录聚合酶链式反应(reverse transcription polymerase chain reaction,RT-PCR)和cDNA末端快速扩增(rapid-amplification of cDNA ends,RACE)方法获得斜带石斑鱼Epinephelus coioides肝脏中控制高不饱和脂肪酸合成的脂肪酸去饱和酶(fatty acid desaturase,FAD)和脂肪酸延长酶(fatty acid elongase,ELO)基因的全长cDNA序列。结果表明,FAD基因的全长cDNA序列长1979 bp,含1338 bp的开放阅读框(open reading frame,ORF),编码445个氨基酸。编码的蛋白序列含有FAD全部的特征结构区,包括3个组氨酸簇、2个跨膜区和1个细胞色素b5结构域,与金头鲷Sparus aurata、大麻哈鱼Oncorhynchus keta、鲤鱼Cyprinus carpio和斑马鱼Danio rerio FAD的氨基酸同源性为66.5%—90.8%。二级结构分析显示其以螺旋和β折叠为主,系统进化分析表明其与金头鲷和欧洲鲈鱼的亲缘关系最近。ELO基因的全长cDNA序列1228 bp,含有885 bp的开放阅读框,编码294个氨基酸。该蛋白序列含有单一的氧化还原中心组氨酸簇、内质网停留信号和多个跨膜区等ELO特征结构区,与金头鲷、大麻哈鱼、尼罗罗非鱼Oreochromis niloticus和斑马鱼ELO的氨基酸同源性为71.1%—85.7%。蛋白二级结构预测表明其含有丰富的螺旋和β折叠结构,系统树分析显示其与金头鲷亲缘关系最近。斜带石斑鱼FAD和ELO全长cDNA序列的获得,为今后进一步研究其高不饱和脂肪酸合成途径奠定基础。

实时荧光定量PCR检测皱纹盘鲍Δ5脂肪酸去饱和酶基因表达方法的建立及应用

研究以皱纹盘鲍(Haliotis discus hannai Ino)体内存在的2条Δ5 Fad(Hdhfad1和Hdhfad2)为目的基因,β-肌动蛋白(β-actin)和核糖体蛋白S9(Ribosomal protein S9,RPS9)为内参基因,应用2–ΔΔCt方法建立了实时荧光定量PCR(Real-Time quantitative PCR,RT-qPCR)检测体系,并应用此体系分析了鲍鱼肌肉组织Δ5 Fad在不同饲料处理下的表达差异。实验饲料含有不同的脂肪源,分别是棕榈酸甘油酯(Tripalmitin,TP饲料)、富含二十碳四烯酸(Arachidonic acid,ARA)的油脂(AO饲料)和富含二十碳五烯酸(Eicosapentaenoic acid,EPA)的油脂(EO饲料)。结果表明:针对Hdhfad1、Hdhfad2、β-actin和RPS9所设计的引物特异性强。各引物对的PCR扩增效率(Efficiency,E)分别为1.05、0.99、0.97和0.98,满足2–ΔΔCt方法对E的要求。当退火温度为52℃,反应体积为25μL时,RT-qPCR的扩增效果最好。所建立的体系能够准确定量Δ5 Fad的基因表达。利用该方法分析Δ5 Fad在不同饲料处理下的表达结果显示,与TP对照组相比,EO和AO饲料显著降低了鲍鱼肌肉组织Δ5 Fad(Hdhfad1和Hdhfad2)的表达量。

中华绒螯蟹Δ9脂肪酸去饱和酶基因克隆与原核表达

根据中华绒螯蟹FAD9基因cDNA序列(Accession Number:JQ693685)设计引物,扩增得到中华绒螯蟹FAD9基因的开放阅读框(ORF),用原核表达载体p Cold-TF DNA成功构建重组表达载体p Cold-fad9,将p Cold-fad9转入大肠杆菌BL21(DE3)p Lys S,在异丙-D-硫代半乳糖苷(IPTG)的诱导下进行表达。SDS-PAGE分析表明,诱导后出现的特异性蛋白条带,大小与预期理论值(95.10 k D)相符。当IPTG浓度为0.3 mmol/L时,在15℃条件下诱导20 h,重组蛋白的表达量最高。目的蛋白主要存在于上清溶液中,为可溶性表达。利用镍离子亲和层析柱对重组蛋白进行了纯化,用Western-blotting方法验证了该重组蛋白可以与anti-His抗体特异性结合。研究结果为中华绒螯蟹FAD9重组蛋白的大量纯化及活性检测奠定基础,也为今后进一步开展脂肪酸去饱和酶功能的研究提供参考。

麻风树脂肪酸去饱和酶7基因的克隆及生物信息学分析

质体型ω-3(Δ15)脂肪酸去饱和酶(FAD7)是多不饱和脂肪酸合成途径中催化亚油酸(Δ9,12-C18∶2)形成α-亚麻酸(Δ9,12,15-C18∶3,ALA)的关键酶。基于麻风树低温锻炼转录组数据,通过逆转录PCR(RT-PCR)技术克隆到麻风树FAD7基因的全长cDNA,命名为JcFAD7。结果表明,该cDNA序列全长1 796 bp,完整开放阅读框1 341 bp,编码446个氨基酸,理论分子量为51.1 ku,等电点为8.92。序列分析表明,JcFAD7编码蛋白包含膜结合FAD蛋白的4个跨膜区、2个膜嵌合区、1个亚铁血红素结合基序及3个组氨酸簇等特征区域。构建系统进化树显示,麻风树JcFAD7蛋白与芍药(Paeonia lactiflora)的亲缘关系最近。

紫苏脂肪酸去饱和酶基因PfFAD2的生物信息学及表达特性分析

为研究脂肪酸去饱和酶基因FAD2在紫苏脂肪酸合成机制中发挥的重要作用,对紫苏FAD2基因及其编码的蛋白质序列进行了详细的生物信息学分析。结果表明,紫苏FAD2基因cDNA全长序列为1 545 bp,ORF为1 149 bp,共编码382个氨基酸残基;紫苏FAD2蛋白属于亲水性蛋白,具有6个典型的跨膜螺旋区,含有PLN02505保守结构域,属于Membrane-FADS-like超蛋白家族;系统进化树分析结果表明,紫苏与芡欧鼠尾草的亲缘关系较近,与红花较远。利用荧光定量PCR技术分析紫苏不同组织以及不同发育时期的种子中FAD2基因的表达特性,结果表明,紫苏FAD2在开花后20 d的种子中表达量最高。研究结果可为进一步阐明紫苏脂肪酸代谢机制奠定理论基础。

马铃薯腐烂茎线虫脂肪酸去饱和酶新基因(Dd-FAD)的克隆与序列分析

马铃薯腐烂茎线虫（DitylenchusdestructorThorne）是垫刃目中一类重要的植物病原线虫，在中国主要为害甘薯和马铃薯，此外还危害中药材当归、薄荷和人参等¨剖。目前，马铃薯腐烂茎线虫病在中国北京、天津、山东、河北、河南、江苏、浙江、福建、辽宁、甘肃等省市均有发生，已经成为危害中国甘薯生产的重要病害。

日本鳗鲡脂肪酸去饱和酶和延长酶基因的克隆与分析

利用RT-PCR和RACE方法克隆得到日本鳗鲡(Anguillaja ponica)肝脏中控制高不饱和脂肪酸(highly unsat-urated fatty acids,HUFA)合成的脂肪酸去饱和酶(fatty acid desaturase,FAD)和脂肪酸延长酶(fatty acid elongase,ELO)全长cDNA序列。结果表明,2456bp的FAD全长cDNA序列含长达1046bp的3′-UTR、75bp的5′-UTR和编码444个氨基酸的长1335bp的阅读框。编码的蛋白序列含有FAD全部的特征结构区,包括3个组氨酸簇、2个跨膜区和1个细胞色素b5结构域,与其他具有不同生活史鱼类的FAD氨基酸序列具有70.5%～77.5%的同源性;分析显示其在系统树中与溯河洄游鱼类的亲缘关系最近。克隆得到的ELO全长cDNA序列长1239bp,含有885bp的开放阅读框,编码294个氨基酸,该蛋白序列含有单一的氧化还原中心组氨酸簇、内质网停留信号和多个跨膜区等ELO特征结构,与其他鱼类ELO氨基酸具有87.1%～88.8%的同源性;其在系统树中与北非鲶鱼(Clarias gariepinus)和斑马鱼亲缘关系较近。日本鳗鲡FAD和ELOcDNA全序列的获得为今后进一步研究其体内高不饱和脂肪酸合成途径及阐明该途径在不同鱼类中的分子进化机理奠定基础。