表达细菌阿特拉津氯水解酶基因的转基因烟草对土壤中阿特拉津的生物降解

植物修复(Phytoremediation)技术是消除或减少土壤环境中有机污染物的重要手段,本研究采用植物转基因技术对土壤中除草剂阿特拉津的降解进行了探索。通过农杆菌介导将阿特拉津氯水解酶基因AD1-atzA转入烟草中,获得了转基因植株。T1代植株在浇灌了20mg·L-1阿特拉津溶液的模拟污染土壤条件下生长45d,抗性植株的RT-PCR结果证实叶片中阿特拉津氯水解酶基因得到正常转录,液相色谱质谱分析在叶片中检出阿特拉津的水解产物羟基阿特拉津。结果表明,用转基因植物修复阿特拉津污染土壤是值得进一步探索的途径。

阿特拉津氯水解酶基因植物表达载体的构建

成功构建了阿特拉津氯水解酶基因植物表达载体p1301-atzA。构建方法为:第一步将用EcoRI和HindⅢ双酶切得到的atzA基因与也经过这两个酶双酶切的pBluescriptⅡSK(+/-)载体连接,构建成pSK-atzA,用EcoRI和HindⅢ双酶切鉴定插入片段大小为1.5kb;第二步将pSK-atzA用SalI和SacI双酶切,同也经过这两个酶双酶切的pCAMBIA301载体连接,用SalI-SacI双酶切鉴定插入片段大小为1.5kb,从而构建成p1301-atzA,并用冻融法将重组子导入根癌农杆菌EHA105中,并用酶切和PCR方法进行了鉴定。

节杆菌AD1菌株的阿特拉津氯水解酶基因在大肠杆菌中的表达

用PCR方法从节杆菌ADI菌株中扩增出完整的阿特拉津氯水解酶基atzA,该基因与载体pGEM-T 连接成重组质粒以后,转化大肠杆菌DH5a,表达出了有活力的阿特拉津氯水解酶。

细菌阿特拉津氯水解酶基因的功能及其应用

简要介绍了能降解除草剂阿特拉津的细菌的种类和它们的生物降解途径、阿特拉津氯水解酶的功能和定向进化的研究进展,以及阿特拉津氯水解酶基因atzA在污染土壤生物修复和转基因植物研究中的应用。

农杆菌介导的细菌阿特拉津氯水解酶基因对水稻的遗传转化

研究构建了植物表达载体p1301-atzA,使来源于节杆菌(Arthrobacter sp.)AD1菌株的阿特拉津氯水解酶基因atzA受控于CaMV35s启动子下表达。用农杆菌介导法将植物表达载体p1301-atzA导入粳型保持系津稻107中,经潮霉素抗性筛选,得到可育的再生植株。转基因植株总DNA经PCR和Southern检测表明atzA基因已整合到水稻的基因组中。对转基因植株进行除草剂阿特拉津抗性检测,在喷施浓度为0.133％的阿特拉津溶液后,对照植株和敏感植株死亡,而转基因植株表现出对阿特拉津的抗性,保持正常生长,但不同转化株系的抗性表达水平不同。对转基因植株T,代进行的遗传分析表明,外源基因atzA能稳定遗传给后代,且大多数株系的分离比符合3:1。

转阿特拉津氯水解酶基因烟草的获得及其生物降解能力分析

阿特拉津氯水解酶(AtzA)能有效催化有毒的阿特拉津脱氯生成无毒的羟基阿特拉津。本文将来自假单胞菌ADP的atzA-ADP和来自节杆菌AD1的atzA-NK分别插入Ti载体pBin438,构建了atzA植物表达载体pBin438-atzA-ADP和pBin438-atzA-NK。并通过农杆菌介导法将其转入烟草,经基因组PCR筛选及RT-PCR分析,获得16株转atzA-ADP烟草株系和11株转atzA-NK烟草株系。在含150mgL-1阿特拉津的1/2MS培养基上生长50d时,株系401的降解能力最高,达79.26%,远高于野生型烟草的0.47%,说明转基因烟草可用于建立阿特拉津残留环境的植物修复系统。

阿特拉津氯水解酶基因的定点诱变和酶活力检测

阿特拉津氯水解酶(AtzA)是一种对除草剂的生物降解和环境净化有重要意义的酶.采用定点诱变方法将假单胞菌ADP株的atzA基因第832位碱基(鸟嘌呤)诱变成腺嘌吟,然后将其插入表达载体pET21b(+),并在大肠杆菌中表达.表达的蛋白特性研究表明:AtzA或AtzA-NK融合蛋白系水溶性蛋白,很容易通过Ni-NTA Magnetic Agarose Beads分离纯化.采用阿特拉津脱氯反应产生HCl而引起pH指示剂颜色改变的测定方法能方便地对其酶活力进行定量.酶活力结果表明,突变酶的比活力与假单胞菌ADP菌株的AtzA相比没有明显改变,暗示突变位点(第278位缬氨酸突变成甲硫氨酸)不是酶的活性中心或底物结合部位.

检测转基因水稻中阿特拉津抗性表达的方法

用10种不同浓度的阿特拉津溶液对津稻107进行叶片涂抹处理,从而确定可以用产生药害的0.076%～0.190%浓度(W V)的阿特拉津溶液检测转化植株对除草剂的抗性。用以上浓度范围的阿特拉津溶液涂抹处理津稻107转化植株,并对在此浓度下检测出的除草剂抗性和敏感的转化植株进行了PCR分析,结果表明,除草剂抗性鉴定结果与分子检测结果一致。因此可以利用浓度为0.076%～0.190%的阿特拉津溶液对早期转化株进行叶片涂抹法鉴定。

阿特拉津降解菌株的分离和鉴定

从农药厂废水中分离到６株能以除草剂阿特拉津为唯一氮源生长的细菌，即假单胞菌（Ｐｓｅｕ－ｄｏｍｏｎａｓ ｓｐｐ．）ＡＤ１、ＡＤ２和 ＡＤ６，土壤杆菌（Ａｇｒｏｂａｃｔｅｒｉｕｍ ｓｐ．）ＡＤ４，黄单胞菌（Ｘａｎｔｈｏｍｏｎａｓ ｓｐ．）ＡＤＳ，欧文氏菌（Ｅｒｗｉｎｉａ ｓｐ．）ＡＤ７。ＡＤ１菌株能使无机盐培养基中的 ０．３ｇ／Ｌ阿特拉津在７２ｈ内降解９９，９％。当以ＡＤ１、ＡＤ２、ＡＤ４、ＡＤ５、ＡＤ６和ＡＤ７菌株的总ＤＮＡ为模板进行ＰＣＲ扩增时，除ＡＤ２菌株以外，均得到了与文献报道的假单胞菌ＡＤＰ菌株的阿特拉津氯水解酶基因（ａｔｚＡ）同源的ＰＣＲ产物。

利用雨生红球藻表达系统高通量筛选活力提高的阿特拉津氯水解酶突变子

阿特拉津氯水解酶定向改造的关键是开发一种廉价的、表型改变明显的高通量筛选方法。利用高错误倾向PCR和DNA洗牌相结合的突变方法,对来源于假单胞菌ADP和节杆菌AD1的阿特拉津氯水解酶基因进行随机突变,以雨生红球藻为受体、以阿特拉津为选择压力对突变文库进行高通量筛选。筛选到的12个突变子序列分析显示,突变均为点替换,位点分散在全基因上,是在高错误倾向PCR及DNA洗牌过程中逐渐累积形成的。酶活力分析显示,突变子的酶活力均高于野生株,在添加1.0 mg/L阿特拉津培养液中的活力是野生株的1.9~3.6倍,在添加2.0 mg/L阿特拉津培养液中的活力是野生株的1.7~2.6倍,粗酶提取物的活力是野生株的1.7~2.7倍。上述结果表明,雨生红球藻表达系统是定向改造阿特拉津氯水解酶的高通量筛选平台。