Error-prone PCR获得EPSP酶突变基因提高水稻的草甘膦抗性

将通过Error-prone PCR方法获得的表达水稻EPSP酶突变基因epsp102和未经修饰的水稻epsp基因分别导入籼稻恢复系明恢86,获得转化克隆84个和109个。对T1、T2代转基因水稻三叶期和分蘖期喷施草甘膦,各选出4个对草甘膦高抗性的T3代材料,进行分子鉴定。对其中的3个株系进行农艺性状考察,并各选1个株系作为父本与其他优良恢复系进行杂交,进一步考察epsp和epsp102基因在不同遗传背景下的抗性和农艺性状表现。Southern结果显示:epsp的整合拷贝数为2～3拷贝,epsp102拷贝数为1～2拷贝。萌发种子、三叶期及分蘖期对草甘膦抗性检测显示:转基因萌发种子对草甘膦的抗性提高15倍;三叶期对草甘膦的抗性提高3～4倍。分蘖期剂量效应检测结果显示:非转基因对照在施0.1倍以上的致死剂量农达时,植株显著失水,而转基因株系水分生理正常。两地两季的农艺性状考察显示:与对照相比转基因株系的穗数明显增多,转基因株系ep-3和ep102-20结实率和单株重与对照没有显著差异;以ep-3和ep102-20作父本,与4个恢复系杂交的F2代对草甘膦的抗性没有降低,两个组合的结实率显著增加,SK/ep-3组合结实率显著下降,其余组合的结实率与对照持平。

Error-prone PCR致哈茨木霉几丁质酶突变的条件优化

运用Error-prone PCR对哈茨木霉几丁质酶基因(Chit42)进行人工突变。在常规PCR基础上,通过提高体系中Mg2+浓度,适当加入一定浓度Mn2+,调节四种dNTP(dATP、dGTP、dCTP、dGTP)浓度,得到产生明显突变效果的试验条件。在Error-prone PCR中,使用5.0 mmol·L-1Mg2+,0.5 mmol·L-1Mn2+,0.04 mmol·L-1dATP和dGTP,1.5 mmol·L-1dTTP和dCTP进行扩增后,随机挑选10个克隆测序,累积13 370个碱基,检测到57个突变,平均突变率为0.4%。为产生优良突变株、酶分子定向进化奠定基础。

基于易错PCR技术的短小芽孢杆菌YZ02脂肪酶基因BpL的定向进化

利用易错PCR技术对短小芽胞杆菌(Bacillus pumilus)YZ02脂肪酶基因BpL进行两轮定向进化研究,分别获得最佳突变株BpL1-7和BpL2-1369,其脂肪酶活力比出发酶分别提高了2倍和6倍。序列分析表明,突变体BpL2-1369有4个碱基发生了突变:T61C/C147T/A334G/T371A,其中有3个碱基突变导致了氨基酸的改变。通过SWISS-MODEL数据库模拟脂肪酶的结构显示,3个突变氨基酸分别位于第1个α螺旋的第3个氨基酸、第4和第5个β折叠之间的转角以及第5个β折叠的第1个氨基酸位置。将野生型脂肪酶基因BpL和进化后的基因BpL2-1369的高效表达产物经Ni-Agarose柱和Sephadex-G75纯化后,酶学性质测定表明:突变脂肪酶的比活力比野生型脂肪酶提高了1.31倍,Km值由8.24mmol/L降低至7.17mmol/L;在pH>8.0时的稳定性较野生型脂肪酶有所提高。

易错PCR技术提高中性内切葡聚糖酶活性

近年来随着纤维素酶在食品加工工业中具有广阔应用前景,而纤维素酶的工业应用一直受酶活性低,成本高的限制。为了提高中性内切葡聚糖酶的活性,作者利用易错PCR技术对来自枯草芽胞杆菌（Bacillus subtilis）C-36的内切葡聚糖酶基因进行定向进化研究,构建了在大肠杆菌中的突变体库。通过刚果红平板筛选,获得了酶活性提高的突变株F-10,活力比亲本酶提高4.2倍。序列分析表明：F-10有5个碱基发生突变,两个氨基酸突变：D212V和T307S。SDSPAGE条带,表明基因表达正确,而表达量较原始菌株显著增加。酶学性质分析,表明该酶的最适反应pH为5.6,最适反应温度为45℃,在pH 4.5~10.0范围内50℃保温30 min可保持80%的剩余酶活,在60~75℃酶活力相对稳定,可保持在最高酶活的80%以上,当温度高于75℃时,酶开始变性失活,酶活力迅速下降。研究获得了酶活性提高的内切葡聚糖酶菌株,为进一步在分子水平研究内切葡聚糖酶的功能和其应用打下了基础,也为高酶活酶分子在其他高表达系统的表达提供了基础材料。

易错PCR研究进展及应用

易错PCR是目前最简单、有效的一种基因体外随机诱变技术,是农业、工业、生物制药等领域获得优异基因的重要手段。本文综述了易错PCR的基本原理、方法、发展历程,以及该技术的最新研究成果、成功应用领域,并提出了目前存在的问题和可能解决途径。

易错PCR定向进化大幅度提高极耐热β-葡聚糖酶的活性

采用易错PCR方法对来自于极耐热海栖热袍菌的内切葡聚糖酶Cel1B进行定向进化。携带有Cel12B基因的重组质粒pET-20b-Cel12B在固定Mn2+浓度下,通过使用不同浓度的Mg2+优化易错PCR条件,产物构建成pET-20b-Mu-Cel12B重组子,并建立突变体文库,重组子经改进的刚果红平板法筛选,通过透明圈的大小获得了酶活性大幅度提高的突变体3个,突变基因经诱导后的酶活力分别是在同样条件下诱导获得的亲本酶的2.1倍、3.2倍和3.7倍。

Mn^(2+)驱动的不同长度DNA片段PCR随机突变研究

针对倾向错误的PCR技术中不同目的、不同长度基因的诱变种类一直缺乏准确参考的问题,以酵母spt15基因为研究对象,在标准的PCR反应体系中加入不同Mn2+摩尔浓度(0.125,0.250和0.500mmol.L-1)进行倾向错误的PCR,扩增spt15不同长度(分别约为200,500和700bp)的DNA片段,研究其突变频率,突变碱基数目及突变类型,以分析不同种类的突变所需的最佳条件.研究结果表明:长片段DNA的PCR突变率对Mn2+摩尔浓度更敏感;模板的长度对DNA PCR突变碱基个数也有较为明显的影响,低Mn2+摩尔浓度有利于单突变;Mn2+驱动的突变有明显的倾向性,其中A→G和T→C的突变居多.

基于易错PCR技术定向进化枯草芽孢杆菌β-葡聚糖酶

利用易错PCR技术对来自枯草芽孢杆菌的β-葡聚糖酶基因(bgls)进行改造,并对野生酶和突变酶的酶学性质进行研究。以枯草芽孢杆菌基因组DNA为模板,通过易错PCR技术得到突变基因产物,将其重组于表达载体pET32a(+),构建β-葡聚糖酶基因的突变体文库,通过刚果红平板染色法进行高通量筛选,最终获得两株突变酶,其最适作用温度比野生酶都提高了15℃,最适pH与野生酶基本相同,野生酶酶活力为84.2 U/mL,突变酶酶活力分别为247.3 U/mL和125.1 U/mL,是野生酶酶活的2.9倍和1.5倍。试验获得了具有耐高温高酶活的β-葡聚糖酶,为β-葡聚糖酶的工业化应用奠定基础。

基于易错PCR技术的黏质沙雷氏菌脂肪酶基因LipA的定向进化

利用易错PCR技术对黏质沙雷氏菌脂肪酶基因LipA进行定向进化,经过筛选最终获得一个比活力比野生酶提高了425 U/mg的突变体ep1,测序分析ep1有5个氨基酸发生了突变,与野生酶相比ep1的最适pH值由原来的8.5降低为7.5,Tm值提高3℃,Km值由原来的40 mg/mL降低为12.5 mg/mL。对其三维结构进行分析,推测酶学性质的改变可能与处在活性中心右前方双螺旋发卡结构上的I58A、和处在下部β卷曲折叠拐角处的S375G的突变有关。

易错PCR技术提高耐碱木聚糖酶基因xylBYG耐热性的研究

为了研究耐碱木聚糖酶基因xylBYG耐热性,试验采用易错PCR技术对耐碱木聚糖酶基因xylBYG进行定向进化,经过2轮易错PCR产生突变基因产物,重组于表达载体pET-32a(+)中,并导入大肠杆菌BL21构建突变体文库。结果表明:经筛选获得了最佳突变菌株37D07,包含4个氨基酸替换,其最适作用温度比野生型提高了13℃,酶活约提高了17%,热稳定性也相应提高。

易错PCR技术改造扩展青霉脂肪酶

利用易错PCR技术,建立脂肪酶基因随机突变文库,将随机突变脂肪酶基因转化毕赤酵母GS115,初步筛选了4000株突变菌株,对300株较优突变株进行酶的活力、耐热性、耐酸性的摇管复筛,进一步摇瓶复筛后获得优良突变株ep3,所产突变脂肪酶(ep3-GS)的适宜pH为9.4,适宜作用温度为35℃,与野生重组脂肪酶(PEL-GS)一致,该温度下酶的比活为3440 U/mg,比野生型脂肪酶提高17%。

错配PCR和DNA改组技术提高抗肝癌单链抗体亲和力

目的:采用错配PCR和DNA改组技术制备抗肝癌单链抗体。方法:联合采用错配PCR和DNA改组技术随机突变抗肝癌单链抗体A4-16重链和轻链可变区,构建抗肝癌噬菌体抗体次级突变库,利用噬菌体展示技术从中筛选出高亲和力单链抗体突变株。结果:抗肝癌噬菌体抗体次级突变库容为4·5×107,经过3轮富集筛选和ELISA鉴定获得2株突变株M25、M36,不仅保留原始克隆的特异性,而且相对亲和力指数分别为原始克隆的2倍和2·4倍。结论:错配PCR结合DNA改组技术是提高单链抗体亲和力的一种有效的手段。

深海古菌超嗜热α-淀粉酶易错PCR致突变的条件研究

采用易错PCR技术在深海古菌菌株Thermococcus siculiHJ21超嗜热α-淀粉酶基因中引入突变,研究了Mg2+浓度、Mn2+浓度、dCTP和dTTP浓度等条件对突变率的影响。结果表明,在Mg2+浓度为5.0 mmol/L,Mn2+浓度为0.4 mmol/L,dTTP和dCTP浓度为1.5 mmol/L的条件下,碱基突变率为3.2%。

产耐热木聚糖酶细菌的分离鉴定及酶易错PCR致突变条件优化

从福建省永泰县温泉采集样品中筛选到1株产耐热木聚糖酶嗜热菌株TC-W7,并获得该木聚糖酶基因。在此基础上,采用易错PCR技术在木聚糖酶基因中引入突变,研究Mg2+浓度、Mn2+浓度、dTTP/dCTP浓度等条件对突变率的影响。通过形态特征、生理生化试验及16S rRNA序列相似性比对分析,初步鉴定菌株TC-W7为土壤芽胞杆菌(Geobacillus),菌株TC-W7在最适温度75℃和pH 8.2条件下,其木聚糖酶活力为215.83 U/mL,Triton X-100和DDT能显著增强该酶的活性。在Mg2+浓度为20μmol/L,Mn2+浓度为0.80μmol/L,dTTP/dCTP浓度为0.30 mmol/L的致突变条件下,碱基突变率为0.98%。Geobacillus sp.TC-W7产木聚糖酶具有较好的耐热和耐碱等工业应用特性,对该酶易错PCR致突变条件优化结果,可用于后续木聚糖酶的耐热定向进化。

优化易错PCR条件以提高毕赤酵母GAP启动子文库突变效率

高效的随机突变策略对于构建含有丰富突变体的启动子文库至关重要。为了建立一个突变率适中并能获得较多有益突变子的易错PCR(error-prone PCR,EP-PCR)条件,实现毕赤酵母GAP启动子的高效突变,对EP-PCR反应条件进行了优化。考察了模板浓度、反应循环数和Mg2+浓度对EP-PCR的产物得率和突变率的影响后,确定了适于GAP启动子突变的EP-PCR条件:模板浓度、反应循环数和Mg2+浓度分别为1 ng/μL、25和10 mmol/L。优化EP-PCR条件后,GAP启动子突变率为1.1%,连续进行3轮EP-PCR后突变率可达到4.0%。利用优化后EP-PCR对GAP启动子进行随机突变,筛选了250个突变子,获得5个启动子强度高于野生型GAP启动子的突变体,有益突变达到了2%,可用于构建GAP启动子文库。

引入易错PCR和DNA-shuffling技术构建单链抗体库

目的引入易错PCR和DNA-shuffling技术构建高库容量的单链抗体库。方法收集不同年龄、性别、健康状态的人的静脉血各5 mL,提取单个核细胞总RNA,反转录为cDNA,PCR扩增VH和VL基因,应用易错PCR对VH和VL基因进行突变,同时用DNA-shuffling技术对全长单链抗体基因进行体外改组,获得的分子与T载体连接,转化E.coli DH5α,选取阳性克隆,经菌落PCR后酶切鉴定抗体库多样性,计算分析单链抗体库容量。结果成功构建了库容量为4.37×1013的单链抗体库,经酶切鉴定,初步判定抗体库多样性良好。结论引入易错PCR和DNA-shuf-fling技术,成功构建了单链抗体库,为后续筛选高亲和力抗体奠定了实验基础。

联合应用错配PCR和交替延伸PCR法提高抗TNFα抗体亲和力

目的 :通过突变方法提高抗TNFα单链抗体pscTNF的亲和力。方法 :以pscTNF质粒为模板 ,应用错配PCR构建突变抗体库 ,筛选亲和力得到改善的变种 ,再以所获变种为模板 ,用交替延伸PCR技术 ,再次构建突变库 ,筛选活性得到改良的克隆。以斑点ELISA方法及硫氰酸盐洗脱ELISA法评估其亲和力的改善。结果 :从错配PCR抗体库中筛选得到 7个活性有所增强的变种 ,再通过交替延伸PCR使这 7个变种的突变位点交换重组 ,获得了亲和力进一步提高的克隆。结论 :联合应用错配PCR和交替延伸PCR法可提高单链抗体亲和力。

易错PCR技术提高嗜热酸性Ⅲ型普鲁兰水解酶TK-PUL催化活性的研究

嗜热酸性Ⅲ型普鲁兰水解酶TK-PUL在液化条件下可完全水解淀粉为淀粉糖,在“液化糖化一步法”的淀粉制糖工艺中具有巨大的应用潜力。本研究拟采用易错聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)技术提高TK-PUL的催化活性。经过两轮易错PCR及高通量筛选,获得了催化活性提高的突变体L538D。与TK-PUL相比,L538D以可溶性淀粉为底物的比酶活力提高了50%,以普鲁兰多糖为底物的比酶活力提高了21%;L538D以可溶性淀粉、普鲁兰多糖为底物的k/K值分别提高了44%、27%。即L538D的α-1,4-糖苷键水解活性和α-1,6-糖苷键水解活性均明显提高,并且其α-1,4-糖苷键水解活性的提高幅度更大。同源模建得到的蛋白质分子结构显示,将TK-PUL中Leu538替换为Asp,可能通过缩短氨基酸残基侧链的长度和减弱氨基酸残基的疏水性,提高了催化活性位点Glu538所在loop结构的柔性,从而提高酶的催化活性。本研究结果表明,TK-PUL中Leu538是影响其催化活性的重要氨基酸残基。

易错PCR技术提高黑曲霉N25植酸酶活力的研究

利用易错PCR技术对黑曲霉(Aspergillus niger)N25的植酸酶基因phyA进行定向进化研究,突变基因产物重组于表达载体pET32a(+)中,并导入大肠杆菌BL21(DE3)构建突变体文库,经筛选获得了最佳突变菌株pET32a-phyAep,其植酸酶活力比出发酶提高了41.8%。突变酶的酶学性质研究发现,与野生酶相比,它的热稳定性,最适温度和最适pH值无显著变化。

Cry1Ab13杀虫基因的PCR诱变及功能验证

【目的】通过易错PCR技术克隆一种新的Cry1Ab13基因,以利用Cry类Bt基因提高作物抗虫性,丰富基因资源。【方法】利用易错PCR技术对苏云金芽孢杆菌Cry1Ab13基因进行随机诱变,构建突变体文库,筛选获得突变株Cry1Ab13-1,将该基因构建原核重组表达载体后转化到大肠杆菌中进行异源表达,并利用表达的目的蛋白进行抗虫鉴定。【结果】序列分析表明,突变株Cry1Ab13-1基因序列全长2 036bp,与原始碱基序列的一致性为97.79%,有2个碱基发生突变,导致该基因编码的氨基酸序列中有2个氨基酸改变,分别是第130位由脯氨酸变成丝氨酸,第383位由丝氨酸变成苏氨酸;改变后的氨基酸序列与原始氨基酸序列一致性为96.97%。在线分析表明,该基因与已知过敏源的序列同源性低于35%,不存在致敏性。SDS-PAGE电泳分析表明,表达蛋白分子质量大小为79.5ku,与预期结果相符。抗虫鉴定表明,处理72h时表达的目的蛋白对小菜蛾(Plutella xyllostella)幼虫的致死率达87.88%,明显高于未突变基因对照组的幼虫死亡率;对亚洲玉米螟(Ostrinia nubilalis)幼虫的致死率达81.11%,而且存活的亚洲玉米螟幼虫的生长发育受到明显抑制。【结论】成功克隆了Cry1Ab13-1抗虫基因,且该基因对小菜蛾幼虫和亚洲玉米螟幼虫均具有高效的杀虫活性。