Red/ET同源重组技术在载体构建中的应用

Red/ET同源重组技术是以原有的重组技术为基础，利用Rac噬菌体ET系统或者噬菌体的Red系统进行外源基因重组的重组方法。该方法使同源重组过程变得更方便快捷。本文对Red/ET同源重组技术的原理，改进和载体构建方面的应用做了综述。

Red/ET同源重组技术在载体构建中的应用

Red/ET同源重组技术是以原有的重组技术为基础,利用Rac噬菌体ET系统或者λ噬菌体的Red系统进行外源基因重组的重组方法。该方法使同源重组过程变得更方便快捷。本文对Red/ET同源重组技术的原理,改进和载体构建方面的应用做了综述。

Red/ET同源重组介导的基因克隆载体pBACS的构建、鉴定与应用

目的通过Red/ET同源重组技术构建pBACS基因克隆及测序质粒载体。方法以质粒pBAC2015、pET28a为模板设计四对引物,PCR扩增得到四段彼此间有50 bp同源区域的基因片段,分别命名为bac-sop、bac-ori、bac-kan和bac-T7。利用Red/ET同源重组技术,将四段基因片段电转至E.coli GB05-dir感受态中进行线线重组。经酶切、测序验证阳性克隆质粒。此外,对重组质粒pBACS进行稳定性鉴定;利用pBACS分别进行细菌16S rDNA和真菌ITS基因克隆和基因测序。结果酶切和测序的验证结果显示,质粒的大小、元件方向及序列正确;pBACS具有较强的稳定性,适用于作为基因工程的克隆载体;可高效用于细菌16S rDNA和真菌ITS序列的克隆,阳性率为100%。结论成功利用Red/ET技术构建克隆载体pBACS,质粒载体具有稳定性强、重组效率高的特点,在基因克隆和基因测序等方面具有良好的应用潜力。

Red/ET同源重组技术及其在微生物基因组挖掘中的应用进展

Red/ET同源重组技术(Red/ET recombineering)是由来源于大肠杆菌λ噬菌体的蛋白对Redα/Redβ或来源于Rac原噬菌体的蛋白对Rec E/Rec T所介导的基于短同源臂(40–50 bp)的同源重组技术,能对宿主DNA序列进行快速、高效、精确的修饰和操作。本文主要综述了2010年以来Red/ET同源重组技术在大肠杆菌及其他细菌中的研究进展,同时简要介绍了该技术在微生物基因组挖掘,尤其是在微生物基因簇的异源表达领域的应用进展。

Red/ET同源重组介导细菌人工染色体的快速修饰

随着基因组测序工程的实施与完成,如何对包含完整基因信息的特定细菌人工染色体(BAC)进行有目的修饰,已成为功能基因组学研究的一个重要环节.应用新近优化的Red/ET同源重组技术对目标BAC进行修饰,以pSC101-BAD-gbaA为依托质粒,采用rpsL鄄neo为正/反向筛选系统,可以快速、高效地对BAC进行剪切、插入、替换等操作,其中能够进行抗性筛选的一步BAC修饰只需一周时间,以插入非抗性标记基因Cre为代表的两步BAC修饰在两周内即可完成.通过阿拉伯多糖诱导调控和简单地变化培养温度,能使pSC101-BAD-gbaA依托质粒在发挥完Red/ET同源重组作用后自然消失,最终获得完整而纯净的修饰后BAC,为加快功能基因组学研究提供了一个可靠的实验平台.

通过减毒和Red/ET同源重组构建跨界基因沉默菌株

"跨界基因沉默"技术是一种全新的、跨原核界与真核界的小分子RNA干扰传递技术。该技术构建了一种大肠杆菌,在这种大肠杆菌中转录的短发夹RNA(short hairpin RNA,shRNA)能够引发真核细胞内特异性基因的RNA干扰(RNA interference,RNAi),所以此大肠杆菌又被称为"跨界基因沉默菌株"。"跨界基因沉默菌株"具有RNA干扰传递功能,主要得益于"跨界干扰质粒"(trans-kingdom RNAi plasmid,TRIP)。TRIP质粒主要包含inv基因、hly基因以及能够转录shRNA的基因片段。hly基因表达的listeriolysin O蛋白可以帮助细菌逃离真核细胞的吞噬体,但listeriolysin O蛋白是一种重要的毒力因子,对宿主细胞具有一定的损害。为了克服这种缺陷,在hly基因上设计了△PEST和G486D两种减毒突变。同时,为了使减毒后的TRIP质粒能够在"跨界基因沉默菌株"中稳定存在,进一步利用Red/ET同源重组将该质粒整合进大肠杆菌的基因组中。实验结果表明,减毒、整合后的"跨界基因沉默菌株"能更好地发挥RNAi作用。该技术的完善将推进工程菌的研发和利用。

Red同源重组技术在大肠埃希菌基因敲除中的应用

近年来,大肠埃希菌一直是分子生物学和基因组学的重要研究对象。20世纪80年代以来,生物学家发展了一种新型分子生物学技术-基因敲除。大肠埃希菌基因敲除技术发展迅速,各种新型技术的出现使得其基因组的改造较以往更为快速、简单,尤其是Red同源重组技术在大肠埃希菌基因敲除中的应用已经越来越成熟。本文简要综述了利用Red同源重组技术进行大肠埃希菌基因敲除的原理、策略及应用现状。

Red/ET同源重组系统介导的质粒载体快速构建

Red/ET重组技术是近年来建立的一种基于高效率体内同源重组的新型遗传工程技术,该技术简便、快速.首先,通过一步融合的方法将链霉素抗性基因和氯霉素抗性基因同时克隆至pUC19上,从而构建出含有正反选择标记的载体pRC;其次,用安普霉素抗性基因或者氯霉素抗性基因替换了常用表达载体pET-28b上的卡那霉素抗性基因,改变了其抗性选择标记,得到的表达载体pMT和pCT可以更广泛地应用于不同宿主中;最后,还将启动和终止表达的区域定点插入pACYC184载体中,使其成为可以独立表达蛋白的表达载体p184.本研究所得到的载体为大肠杆菌宿主菌中的基因克隆和蛋白表达提供了基础.

Red/ET系统研究进展及在微生物研究中的应用

传统的基因工程技术现已经不满足于后基因组时代的生命科学研究。新的同源重组系统-Red/ET系统具有所需同源臂短(35—60 bp),重组效率高等特点,通过诱导recE/recT或redα/redβ完成重组,可以采用各种策略对目标基因进行插入、敲除、点突变等一系列修饰操作,并且不需限制性内切酶和连接酶的作用。文章针对Red/ET系统的产生背景、原理、系统改进和应用作一阐述,并对Red/ET在微生物研究中的应用作了举例。

λRed技术构建肺炎克雷伯氏菌sRNA-sgrS基因缺失突变株

肺炎克雷伯氏菌(Klebsiella pneumoniae)以葡萄糖为底物进行发酵生产2,3-丁二醇(2,3-butanetriol,2,3-BD)的过程中,糖磷酸胁迫非编码小RNA(sugar-phosphate stress sRNA,sRNA-sgrS)通过调控菌体内葡萄糖浓度来解除菌体的应激效应。通过λRed同源重组技术,将构建的同源重组片段sgrS A1-EGFP-sgrS A2,经过酶切、纯化后,通过电转化将重组片段转入到含有pKD46质粒的野生型菌株K.pneumoniae HD79及突变型菌株K.pneumoniae HD79-02(△ldh,△ack)的感受态细胞中。经过荧光显微镜观察筛选阳性转化子,经过PCR验证K.pneumoniae HD79及K.pneumoniae HD79-02 sRNA-sgrS基因缺失重组菌株构建成功。利用λRed技术构建肺炎克雷伯氏菌sRNA-sgrS基因缺失突变株,可为后续探究菌体内外葡萄糖浓度对菌株产量2,3-BD的影响奠定了基础。

利用Red/ET重组技术构建表达非洲猪瘟病毒CP530R和F317L基因的重组伪狂犬病毒

非洲猪瘟(African swine fever,ASF)是由非洲猪瘟病毒(African swine fever virus,ASFV)感染引起的一种高度接触型传染病,由于该病毒感染机制极为复杂,能够引起世界范围内的猪群发生致病性死亡。本研究参考Georgia 2007/1株(GenBank登录号:FR682468)的CP530R和F317L基因序列,人工合成PUC57-CMV-HA-CP530R-F317L-BGH质粒,利用Red/ET重组工程技术和ccdB反向筛选技术,将ASFV特定基因定向插入到伪狂犬病毒TK位点,构建重组毒株rBartha-K61-CP530R-F317L。结果表明,构建成功的感染性克隆在PK-15细胞上完成适应性传代并持续传至20代,PCR扩增得到正确基因条带,测序结果未发现缺失与插入。本研究将外源基因成功插入到pBeloBAC11-Bartha-K61载体上,重组伪狂犬病毒构建成功,为进一步研制新型ASF活载体疫苗奠定了基础。

Sterptomyces rochei 4089的L基因阻断变株的构建及功能研究

运用同源重组技术破坏了一株格尔德霉素产生菌Sterptomyces rochei 4089的L基因,该基因编码氧化还原酶。以Sterptomyces rochei 4089基因组总DNA为模板,PCR扩增AHBA-KLM基因簇,采取Red/ET重组技术,构建L基因阻断质粒pKC1139-KLM-KmR。采用大肠杆菌与链霉菌的结合转移将阻断质粒含AHBA-KLM基因簇和Kan表达单元的3.0 kb线性片段转化Sterptomyces rochei 4089菌株,在卡纳霉素的平板上筛选卡纳霉素抗性转化子,经PCR检测分离到L基因阻断突变菌株。对原、变株的发酵液进行TLC和HPLC分析显示,Sterptomyces rochei 4089基因组中的L基因失活后,导致该菌株不能合成安莎类抗生素格尔德霉素。通过阻断L基因,为筛查这类放线菌产生安莎类抗生素提供了明确的组分指示作用。

转录调控因子AbrB对生防短短芽胞杆菌X23中抗生素edeines生物合成的影响

非核糖体类抗生素edeines是短短芽胞杆菌Brevibacillus brevis X23产生的主要抑菌物质,提高其产量有助于增加生防效果。通过全基因组测序及生物信息学分析挖掘短短芽胞杆菌X23的全局性调控因子,基于Red/ET同源重组技术构建温敏型敲除载体,通过双交换同源重组技术获得短短芽胞杆菌X23全局性转录负调控因子缺失的突变株,然后采用平板抑菌、液相色谱-质谱联用(HPLC-MS)和实时荧光定量PCR研究了全局性转录负调控因子敲除对短短芽胞杆菌X23不同生长时期发酵液的抑菌活性、edeines产量、ede操纵子转录水平的影响。从短短芽胞杆菌X23基因组中挖掘到了1个全局性转录负调控因子AbrB,敲除abrB基因后edeines生物合成基因簇操纵子的转录水平在生长前期显著提高,在发酵48 h后abrB突变株中edeine A和edeine B总产量比出发菌株提高了1.1倍。结果显示短短芽胞杆菌X23中AbrB是edeines生物合成过程中的负调控因子,敲除abrB提高了edeines的产量。

relA基因敲除对多黏菌素抗鲍曼不动杆菌异质性耐药的影响

目的·观察严谨反应相关的(p)ppGpp合成酶基因(relA)对多黏菌素抗鲍曼不动杆菌异质性耐药的影响。方法·采用Red同源重组技术敲除鲍曼不动杆菌ATCC19606中relA基因;用结晶紫染色法观察鲍曼不动杆菌菌膜形成的情况;用群体分析法(population analysis profiles,PAP)检测在多黏菌素作用下鲍曼不动杆菌产生异质性耐药菌落数的变化并计算异质性耐药率;用杀菌曲线检测在多黏菌素作用下鲍曼不动杆菌持留菌形成情况。结果·成功敲除鲍曼不动杆菌中relA基因,获得relA基因敲除株ATCC19606-ΔrelA,鲍曼不动杆菌的菌膜形成量明显下降,多黏菌素作用下异质性耐药菌落数及持留菌形成量均显著性降低。结论·细菌严谨反应中(p)ppGpp合成酶relA基因可能是影响鲍曼不动杆菌对多黏菌素产生异质性耐药的重要因素。

三种组成型启动子调控的鼠李糖脂基因在防御假单胞菌中的异源表达及活性研究

本研究利用Red/ETDNA重组技术对实验室已有的含鼠李糖基转移酶基因RhlAB的分泌表达载体pBBR1-genta-RhlAB进行修饰,将3种不同强度组成型启动子(Papra、Ptac和PrhaB)成功替换了RhlAB基因在铜绿假单胞菌中的原始启动子,成功获得了表达载体pBBR1-genta-Papra-RhlAB,pBBR1-kan-Ptac-RhlAB和pBBR1-kan-PrhaB-RhlAB,并将这些表达载体分别在防御假单胞菌Pf-5中异源表达,通过LB培养基发酵42h后,Pf-5/pBBR1-genta-RhlAB的鼠李糖脂产量为17.56mg/L,而Pf-5/pBBR1-genta-Papra-RhlAB,Pf-5/pBBR1-kan-Ptac-RhlAB和Pf-5/pBBR1-kan-PrhaB-RhlAB分别是11.135mg/L,441.135mg/L,557.764mg/L,启动子优化后产量分别是原始启动子的0.63,25.12和31.76倍。对发酵产物进行高效液相色谱-质谱联用技术分析,共检出相对含量变化的4类质核比不同的鼠李糖脂同系物。并通过实时荧光定量PCR检测RhlAB基因的表达量,发现启动子替换为Ptac和PrhaB后RhlAB基因表达量分别是原始启动子的2.16和2.77倍。本研究初步实现了RhlAB基因在Pf-5中的表达,发现组成型启动子Ptac和PrhaB比RhlAB的原始启动子表达效率更高,可为异源合成鼠李糖脂提供重要参考。

脂肪酶lipAB操纵子在防御假单胞菌中的克隆、表达及活性研究

对荚壳伯克氏菌PG1(Burkholderia glumae PG1)基因组中的脂肪酶操纵子lipAB片段进行直接克隆,构建含有脂肪酶基因的分泌表达载体,实现其在防御假单胞菌Pf-5(Pseudomonas protegens Pf-5)中的异源表达,并研究重组工程菌的胞外脂肪酶活性。利用Red/ET直接克隆技术获得克隆载体p15A-cm-lipAB;再通过亚克隆技术构建重组表达载体pBBR1-km-lipAB和pBBR1-km-Papra-lipAB,将这两个表达载体分别电转至Pf-5中,通过卡那霉素或者阿伯拉霉素抗性筛选得到转化子,以三丁酸甘油酯平板扩散法和对硝基苯酚法检测脂肪酶酶活,并通过实时荧光定量PCR检测启动子的替换对lipA表达的影响。本研究从PG1中成功克隆了脂肪酶操纵子lipAB(GenBank accession number:AJK49931. 1 and AJK49932. 1);成功构建了重组工程菌Pf-5/pBBR1-km-lipAB和Pf-5/pBBR1-km-Papra-lipAB,并成功检测到两株工程菌的胞外脂肪酶活性;以LB培养基培养至24 h时,启动子优化后lipA基因表达量是原始水平的2. 1倍;在LB培养基摇瓶发酵至66 h时,Pf-5/pBBR1-km-lipAB的脂肪酶酶活最高且为13. 51 U/mL,而Pf-5/pBBR1-km-Papra-lipAB的酶活为46. 85 U/mL,是Pf-5/pBBR1-km-lipAB的3. 47倍。初步实现基因lipA在Pf-5中的表达,发现组成型启动子Papra比lipAB的原始启动子PlipAB效率更高,为将来实现规模化生产奠定了技术基础。

基因编辑方法研究进展——以大肠杆菌基因敲除方法为例

大肠杆菌是分子生物学的重要研究对象,是生产氨基酸、有机酸和重组蛋白等物质的主要微生物.在分子生物实验中,常常不需要完整的大肠杆菌基因序列,这时如何截取所需要的基因序列就成了值得研究的问题. Red同源重组是大肠杆菌基因敲除的传统方法,主要利用自身的Rec A同源重组系统编码中Rec A和Rec BCD蛋白,介导DNA进行同源重组.几经技术革新,但该系统仍然存在很多不足.基因组编辑三大技术是TALEN、ZFN和CRISPR/Cas,其中的CRISPR/Cas技术更是当今世界上最具发展前景的革命性基因修饰技术.

埃博霉素的生物合成

埃博霉素是由黏细菌纤维堆囊菌产生的次级代谢产物。与紫杉醇相似,它们可以抑制微管解聚,使细胞有丝分裂终止在G2-M期。在P-糖蛋白表达型的多药耐药性肿瘤细胞系中维持很大的毒性,而且比紫杉醇有更好的水溶性。全合成埃博霉素虽然可以实现,但是与发酵方法相比尚无经济可行性。现就埃博霉素生物合成基因簇的克隆和异源表达,以及对Red/ET重组技术在埃博霉素生物合成中的应用进行了详细阐述。

大肠杆菌CusS的生物信息学分析及对银离子胁迫的响应

【目的】解析大肠杆菌(Escherichia coli)K-12菌株同型二聚体内膜传感器组氨酸激酶(sensor histidine kinase,CusS)蛋白在细菌应答金属银离子胁迫中的调控机制,为该菌的防治提供重要科学依据。【方法】利用ProtParam、ProtScale、Protein-Sol、TMHMM、SignalP、LocTree3、NetNGlyc-1.0、NetPhosBac-3.0、SOPMA、I-TASSERF、STRING和MEGA分别预测CusS的理化性质、亲水性、可溶性、跨膜域、信号肽、亚细胞定位、糖基化位点、磷酸化位点、二级结构、三级结构、蛋白互作的关系网络和蛋白在革兰阴性杆菌中的同源性。采用Red同源重组技术构建大肠杆菌ΔcusS,在不同培养基中连续监测ΔcusS的生长情况,观察该基因缺失后的细菌生长活性;通过最小抑菌浓度(minimal inhibitory concentration,MIC)试验评价该缺失株对金属铜、银离子和临床常见抗生素的敏感性变化;运用RT-qPCR检测cusS缺失后其下游基因cusCFBA和cusR转录水平。【结果】CusS蛋白由480个氨基酸组成,相对分子质量为53738.05,原子总数为7624,等电点为6.02,具有稳定性,是一种亲水性、不溶性蛋白;含有跨膜域;不存在信号肽,定位于细胞内膜中;存在2个糖基化位点、24个丝氨酸磷酸化位点、14个苏氨酸磷酸化位点和3个酪氨酸磷酸化位点;二级结构中α-螺旋占比55.42%,β-折叠占比11.67%,β-转角占比3.75%,无规则卷曲占比29.17%;cusS在埃希菌属和志贺菌属中的保守性高;菌落PCR和一代测序验证ΔcusS构建成功;连续检测生长曲线表明cusS缺失并不影响细菌的生长代谢,但CusS蛋白为大肠杆菌抵御金属银胁迫的关键基因。【结论】cusS作为一个关键基因,它的缺失并不影响大肠杆菌的生长活性,但会显著降低细菌抵御银离子胁迫的应答能力。缺失cusS将使下游基因cusCFBA和cusR的mRNA表达水平显著下降。对CusS蛋白进行生物信息学分析及表型初探,为深入了解CusS在大肠杆菌应答银离子胁迫的调控机制奠定了基础。

敲除frdB基因对大肠杆菌厌氧混合酸发酵的影响

以SPUEC101(产琥珀酸)为出发菌,利用RED同源重组技术敲除延胡索酸还原酶基因frdB,得到重组菌株SPUEC103(△frdB),通过减少延胡索酸生成琥珀酸的通量,实现延胡索酸的积累。实验结果表明:敲除frdB基因后,缺陷菌株生长速率降低,利用葡萄糖的能力也有所降低,同时敲除frdB基因较大程度地改变琥珀酸、延胡索酸等的分布,在两阶段发酵中,当发酵培养基中添加30 g/L的葡萄糖时,琥珀酸和延胡索酸得率最高,对比SPUEC101,SPUEC103的琥珀酸产量产率由24.6%下降为15.4%,并有延胡索酸和少量的苹果酸生成,分别为0.182±0.002 g/L和0.023±0.002 g/L,同时丙酮酸和乙酸含量也略有升高,分别由1.87±0.02 g/L、0.012±0.002g/L上升到2.36±0.03 g/L、0.862±0.012 g/L。