甲醇利用菌MB200丝氨酸乙醛酸氨基转移酶基因(sga)的克隆、突变及对产L-丝氨酸的影响

sga基因是大多数Methylobacteriumsp.中丝氨酸循环途径里的一个关键酶基因,与单碳化合物的同化及二碳化合物的代谢有着密切的关系。根据已报道的M.extorquensAM1的sga基因序列,合成寡核苷酸引物,用本实验室保存的甲醇利用菌M.sp.MB200的染色体DNA为模板,通过PCR方法扩增出sga基因,测序分析表明该基因与M.extorquensAM1的sga基因在核苷酸水平上有93%的同源性,氨基酸水平上具有85%的同源性。利用自杀质粒pK18mob构建含有sga基因部分片段的重组质粒,通过三亲本结合后导入原始菌株MB200中,经过进一步同源单交换,sga基因被pK18mob插入突变,利用PCR和Southern杂交进行验证,选择发生正向突变的突变株MB200sTB用于进一步研究分析。分析结果表明突变菌株的丝氨酸乙醛酸氨基转移酶(SGAT)的酶活性消失,同时失去了在以甲醇为唯一碳源的培养基上生长的能力,不能再合成L-丝氨酸,但仍能以二碳化合物和多碳化合物进行生长。

甲基营养菌Methylobacterium sp.MB200中与L-丝氨酸耐受性相关基因的克隆与分析

甲基营养菌MB200,能利用非C-C键低碳化合物生长并合成L-丝氨酸,对L-丝氨酸耐受浓度低,提高其在静息细胞反应系统中对L-丝氨酸的耐受能力可更好的提高L-丝氨酸的产量。利用质粒转座子pTnMod-RKm'构建了甲基营养菌MB200的突变体库,往培养基中添加20 mg/mLL-丝氨酸对突变体库中的突变体进行平板筛选,共筛选到177株耐受L-丝氨酸的突变体,以10mg/mL的浓度梯度复筛,发现某些突变体能最高耐受40 mg/mL L-丝氨酸。分别提取突变体总DNA,用BamHI酶随机酶切后连接到克隆载体pMD18-T上,导入到大肠杆菌感受态细胞DH5α中,利用双抗性在(转座子抗性与T载体上的抗性)平板上挑取转化子,并提取质粒,酶切验证后进一步测序。共克隆到了17个基因,为提高甲基营养菌对L-丝氨酸的耐受能力提供了可研究的基因资源。

甲基营养菌MB200中mutL基因的突变及高耐甲醇菌株的筛选

甲基营养菌M.sp.MB200是本实验室保存的一株可以利用甲醇为碳源的甲基营养菌,具有利用甲醇作为底物生产L-丝氨酸的能力。提高其耐底物浓度的能力,有利于L-丝氨酸的转化。以M.sp.MB200野生菌株作为出发菌株,通过三亲本结合进行同源单交换构建突变修复基因mutL插入突变菌株MB200mTB,该突变株无法修复菌体在繁殖传代过程中产生的各种随机突变,以甲醇为碳源进行环境压力筛选,具有甲醇耐受突变的菌株可以在甲醇浓度不断升高的环境中生长,而其余突变方向菌株在高甲醇环境下不能生长,进而筛选出甲醇耐受方向的突变株。对耐高浓度甲醇的菌株使用三亲本结合回补mut L基因,得到了7株可以在甲醇浓度为7%的基础培养基中生长性状优异的突变株。在含7%甲醇的基础培养基中,MB200mHB1号突变株较出发菌株M.sp.MB200甲醇耐受性提升近4倍,菌体生长量增加2.2倍。

甲基营养菌M.sp.MB200中serA基因功能初探

serA基因编码3-磷酸甘油酸脱氢酶(PGDH),此酶在合成L-丝氨酸的第一步起催化作用。利用质粒pCM80分别与野生型基因serA、缺失了C末端ACT功能域的突变基因serA△77构建了重组体表达菌MB200/pCM80serA和MB200/pCM80serA△77。通过分析发现野生型基因重组表达菌的PGDH酶活受L-丝氨酸浓度影响较大,当反应体系中的L-丝氨酸浓度为40μmol/L时,酶活减少了约1/3;缺失了ACT功能域的基因表达菌的PGDH酶活基本不变,不受L-丝氨酸浓度的影响。进一步在静息细胞反应条件下,对重组菌和野生菌株MB200进行发酵产L-丝氨酸的研究,实验发现MB200/pCM80serA产L-丝氨酸的量为13.6mg/mL,MB200/pCM80serA△77产L-丝氨酸的量为16.8 mg/mL,而野生型菌株M.sp MB200的产量为6.4 mg/mL,重组菌的L-丝氨酸产量都有所提高,且MB200/pCM80serA△77的产量提高更多。结果证实了甲基营养菌MB200中serA基因与产L-丝氨酸具有反馈抑制关系,为进一步解除反馈抑制并发酵产L-丝氨酸奠定了基础。