Lactobacillus plantarum苯丙酮酸还原酶的异源表达及其在苯乳酸制备中的应用

构建产苯丙酮酸还原酶的基因工程菌E.coli/ppr,优化其目的蛋白表达条件,并利用全细胞催化制备光学纯的D-苯乳酸。以Lactobacillus plantarum的基因组DNA为模板,经PCR扩增出一种编码苯丙酮酸还原酶的基因(ppr),并将其在大肠杆菌BL21中进行表达。以苯丙酮酸为底物,通过单因素和正交试验优化诱导表达条件,然后对E.coli/ppr全细胞制备苯乳酸的工艺进行研究。结果表明:E.coli/ppr在IPTG终浓度为0.5 mmol/L,20℃诱导8 h时具有最高的苯丙酮酸还原酶活性。由其催化制备苯乳酸的最佳条件为:反应温度40℃,反应初始pH 6.5,葡萄糖浓度20 mmol/L。在上述条件下增加苯丙酮酸的浓度至25 mmol/L,5 h后苯乳酸的最终产率达到98.4%,产物D-苯乳酸光学纯度ee>99.9%。

丹参4-羟基苯丙酮酸还原酶基因RNAi表达载体的构建

为研究丹参4-羟基苯丙酮酸还原酶基因(SmHPPR)在丹酚酸类化合物生物合成中的作用,构建SmHPPR的RNAi植物表达载体。根据SmHPPR的序列,设计4对含有酶切位点的特异性引物,以丹参无菌苗叶片cDNA为模板,分别扩增两段目的基因的正反向片段(约402 bp和346 bp),经T-载体克隆并测序后,将正反义片段分别插入表达载体pART27的相应位置(正向目的片段插人中间载体pKANNIBAL内含子左侧,反向目的片段插入该载体内含子右侧),构建了含有发夹结构的RNAi植物表达载体pART27-HPPR1sa、pART27-HPPR2sa和阴性对照载体pART27-Intron。利用三亲杂交法,将这3个载体导入到发根农杆菌LBA9402中。酶切鉴定和PCR扩增结果表明RNAi表达载体构建成功并成功导入到发根农杆菌LBA9402中,为下一步研究SmHPPR基因的功能奠定基础。

重组大肠杆菌全细胞催化合成L-苯乳酸

L-苯乳酸是一种天然抑菌物质,对多种病原微生物有光谱抑制作用,有望成为一种新型生物防腐剂。通过构建多酶级联催化反应体系,提高大肠杆菌合成L-苯乳酸的能力。利用共表达L-氨基酸脱氨酶和苯丙酮酸还原酶并偶联葡萄糖脱氢酶进行辅酶再生,建立一种新型L-苯乳酸生物合成方法。各基因成功在大肠杆菌中表达,并对全细胞转化条件进行优化,最适转化条件为反应温度30℃,初始pH值为8.0,底物苯丙氨酸30 g/L,菌体OD_(600)为30,辅底物葡萄糖1倍摩尔当量,转化反应12 h,共生成L-苯乳酸21.39 g/L,摩尔转化率为71.33%。提供了一种简洁、高效的生物催化方法,为实现规模化生产奠定了基础。

小麦TaHPPR基因的克隆与表达分析

为研究羟基苯丙酮酸还原酶(HPPR)在小麦逆境胁迫中的作用,本研究利用同源克隆法获得1个小麦HPPR基因,命名为TaHPPR,并对其组织表达特性和逆境胁迫表达特性进行了分析。以‘太原806’、‘小白麦’、‘京冬8’及‘京411’为供试材料,用荧光定量方法获得组织表达和逆境胁迫表达数据。序列分析表明:TaHPPR基因含有1个975 bp的完整开放阅读框,编码324个氨基酸;Ta HPPR蛋白含有一个NAD-binding domain结构域。系统进化分析表明:TaHPPR基因与二粒小麦处于同一分支,其亲缘关系最近。荧光定量表达分析表明:TaHPPR基因在小麦根、小穗(除去雄蕊)、叶鞘均有表达,其中,根中表达量最高;在低温、干旱、高盐和ABA胁迫处理下Ta HPPR基因表达均有所下降;在高抗盐品种‘京冬8’中,TaHPPR基因表达升高,而在敏感品种‘小白麦’和较敏感品种‘京411’中,TaHPPR基因表达受到抑制。亚细胞定位结果显示,TaHPPR蛋白主要在线粒体中表达,过表达TaHPPR基因可能增加小麦的抗盐性。本研究分析了TaHPPR在小麦逆境应答及不同品种中盐胁迫处理下的表达特性,为研究小麦抗逆育种分子机制提供新基因资源和新的思路。

丹参SmHPPR1基因调控丹酚酸生物合成的研究

丹参是临床上治疗心脑血管疾病的常用中药,其主要水溶性活性成分为迷迭香酸和丹酚酸B,由苯丙烷类代谢途径产生。4-羟基苯丙酮酸还原酶(HPPR)是苯丙烷代谢途径中的关键酶。本课题组前期在丹参中克隆了SmHPPR1基因并构建了植物表达载体。在此基础上,获得了携带SmHPPR1的转基因拟南芥阳性植株并测定4-羟基苯乳酸的含量;诱导了过表达SmHPPR1丹参毛状根并进行有效成分含量测定和转录组分析。结果显示:携带SmHPPR1的T1代转基因拟南芥中4-羟基苯乳酸含量为0.594 mg·g^(-1);SmHPPR1-OE-3毛状根中的迷迭香酸、丹酚酸B、总丹酚酸含量分别是control-3毛状根的1.09、1.29、1.15倍,丹参素是control-3毛状根的36.26%;转录组分析显示,SmHPPR1过表达引起了SmTAT2表达量上调;蛋白-蛋白相互作用表明CYT(TR74706_c0_g1)、NADP^(+)(TR26565_c0_g1)和NADP^(+)(TR68771_c0_g1)是网络的中心节点并参与代谢过程、细胞过程等。以上研究表明,SmHPPR1在携带SmHPPR1的转基因拟南芥中能催化4-羟基苯丙酮酸还原为4-羟基苯乳酸;丹参毛状根中过表达SmHPPR1可以通过协同调控其他途径基因来提高丹酚酸的含量。