高效严谨型大肠杆菌Targetron基因打靶系统的构建

构建高效严谨型大肠杆菌Targetron 基因打靶系统。将来源于pET28a 的T7-lac 操纵子与来源于pSY6 的II 型内含子组装构建大肠杆菌IPTG 诱导型Targetron 质粒系统。以lacZ 基因为例,选择lacZ-635s 和lacZ-1063a 两个位点为靶位点,利用构建的IPTG 诱导型Targetron 系统进行基因打靶,通过分析诱导前和诱导后II 型内含子在靶位点的插入效率,验证大肠杆菌IPTG 诱导型Targetron 系统严谨性和打靶效率。最后,通过优化诱导剂浓度及诱导时间,建立高效严谨的诱导型大肠杆菌Targetron 基因打靶系统。在没有IPTG 诱导时,II 型内含子在两个位点均不能插入,打靶效率均为0;当加入0.5 mmol/L IPTG 诱导45 min 时,其在lacZ-635s 位点的打靶效率提高到90.8±5.5%,在lacZ-1063a 位点的打靶效率提高到92.6±2.4%。成功建立高效严谨型大肠杆菌Targetron 基因打靶系统,旨为II 型内含子的机理研究及应用奠定基础。

大肠杆菌Targetron基因打靶载体构建及应用

目的:构建基于细菌Ⅱ型内含子的Targetron基因打靶载体,并在大肠杆菌中验证其功能。方法:以构建的pSY7载体为基础、以大肠杆菌lacZ基因为例,选择lacZ-1683a和lacZ-1874s位点为靶位点,利用在线设计软件设计打靶引物,通过重叠延伸PCR方法获得特异性打靶序列,并将其克隆到pSY7载体,获得pSY7-lacZ-1683a和pSY7-lacZ-1874s打靶载体,转化大肠杆菌后利用异丙基硫代半乳糖苷(IPTG)诱导插入型内含子的表达,最后利用菌落PCR和蓝白斑计数法验证其功能及打靶效率。结果:成功构建了pSY7-lacZ-1683a和pSY7-lacZ-1874s两种Targetron打靶载体,通过0.5 mmol/L IPTG诱导45 min后,菌落PCR显示Ⅱ型内含子能特异性插入到lacZ-1683a、lacZ-1874s位点,蓝白斑计数显示lacZ-1683a位点的打靶效率为(14.299±1.271)%,lacZ-1874s位点的打靶效率为(9.217±1.024)%。结论:构建的Targetron打靶载体能够特异性的插入大肠杆菌染色体靶位点。

温度诱导Targetron系统用于大肠杆菌高效基因失活

构建基于Te I3c/4c嗜热二型内含子的温度诱导Targetron基因失活系统(Thermotargetron),并应用于中温微生物基因编辑。在大肠杆菌HMS174(DE3)基因组中,选择Subunitofflagellum基因(fliC)和C4dicarboxylate orotate:H+symporter基因(dctA)为靶基因。根据Te I3c/4c DNA识别规则,在fliC和dctA基因中选择fliC489a、fliC828s、fliC1038s和dctA2a位点为基因打靶位点。使用重叠延伸PCR方法,基于pHK-TT1A质粒构建打靶载体。打靶载体转化HMS174菌株,对数期转化子培养液48℃热激1h后涂布于氯霉素抗性LB平板上。使用菌落PCR和DNA测序检测突变株并计算基因失活效率。获得突变株后,通过琼脂穿刺和碳源代谢实验,鉴定ΔfliC、ΔdctA突变株表型变化。菌落PCR测序结果表明,Te I3c/4c插入到fliC和dctA基因设计位点,且打靶效率高达100%。突变株表型验证实验表明,ΔfliC突变株运动能力显著下降,ΔdctA突变株苹果酸代谢能力缺失。综上所述,文中建立了一套适用于嗜中温微生物的温度诱导型、高效基因失活系统,该系统可通过控制宿主菌在48℃保温时间实现高效、靶向、精准基因失活。

基于sacB负筛选标记的Targetron质粒分析系统构建

目的构建基于sacB负筛选标记的Targetron质粒分析系统。方法构建sacB毒蛋白诱导表达受体质粒pACYC-sacB(携带p15A复制子),分析sacB毒蛋白对大肠埃希菌的毒性。设计sacB基因打靶位点,构建脱水四环素诱导的Targetron供体质粒pSY11-sacB(携带colE1复制子和sacB405a打靶位点)。双质粒共转化大肠埃希菌BL21(DE3),脱水四环素诱导Targetron表达并对sacB基因进行打靶。涂布含有5%蔗糖和0.1 mmol/L IPTG的选择培养基,筛选sacB基因失活的阳性菌落,利用菌落PCR进一步验证Ⅱ型内含子在靶位点的插入情况。结果sacB基因表达的大肠埃希菌不能在含有5%蔗糖的平板中生长;双质粒共转化后,脱水四环素诱导Targetron表达能够插入到sacB405a靶位点;sacB基因失活后,大肠埃希菌能够在含有5%蔗糖的平板上生长,菌落PCR验证内含子插入到DNA靶位点。结论建立了基于sacB负筛选标记的Targetron质粒分析系统,为Ⅱ型内含子功能鉴定、迁移规律分析等奠定了基础。

Ⅱ型内含子介导的基因打靶技术及应用前景

Ⅱ型内含子除具有核酶的特性之外,还可作为一种可移动的元件特异性地转移到基因组序列中,其转移过程需要内含子RNA和内含子编码蛋白质(IEP)来识别靶标位点,内含子已经作为一种新型的基因打靶工具应用于原核生物的基因插入失活和特定的基因敲除,并在真核生物基因组的功能基因组学和基因治疗中展现了广阔的应用前景。

内含子编码蛋白Mg2+结合位点功能分析及验证

旨为筛选并构建II型内含子编码蛋白Mg2+结合位点突变体,验证该位点突变对II型内含子“归巢”效率的影响。利用生物信息学技术筛选关键位点,利用定点突变技术构建突变体,利用Targetron及蓝白斑计数法验证其“归巢”效率。结果显示,筛选到D308和D309两个位点是II型内含子编码蛋白Mg2+结合的核心催化位点,并成功构建该位点的三种突变体,包括两个单点突变体(D308A和D309A)和一个双点突变体(D308A/D309A),大肠杆菌体内实验结果表明,三种突变体均完全失活了II型内含子的“归巢”功能。证实了II型内含子编码蛋白Mg2+结合位点是其发挥功能的核心催化位点。

L1.LtrB内含子编码蛋白反转录结构域关键催化位点分析及功能验证

【目的】筛选影响Ll.LtrB内含子编码蛋白(Intron encoded protein,IEP)反转录功能的关键催化位点,并获得无反转录活性的IEP突变体。【方法】首先,利用NCBI数据库,通过序列比对及同源建模方法筛选影响IEP反转录功能的关键氨基酸催化位点;然后,对筛选获得的关键催化位点进行定点突变,同时以Targetron载体为模板,构建无反转录功能的突变型Targetron打靶系统;最后,以大肠杆菌lacZ基因为例,体内验证IEP突变体的功能及其对Ⅱ型内含子"归巢"效率的影响。【结果】筛选到C164和G214两个位点是影响内含子编码蛋白反转录功能的关键氨基酸残基,并获得C164K和G214W两个突变体。体内功能分析表明,此两个位点突变完全失活了Ⅱ型内含子的"归巢"功能。【结论】筛选并获得了失活反转录功能的Ll.LtrB内含子编码蛋白突变体,为深入研究Ⅱ型内含子的结构和"归巢"机理奠定了基础。

金黄色葡萄球菌基因组编辑技术

金黄色葡萄球菌是一种革兰氏阳性病原菌,可引发多种严重感染。分子遗传学操作是研究金黄色葡萄球菌基因功能和分子感染机制的重要手段。金黄色葡萄球菌因其限制性修饰系统使得对其进行遗传学操作总显得费时费力。此外,较低的DNA转化效率和同源重组率也一直制约着相关研究的开展。本研究列举了近年来主流的金黄色葡萄球菌基因组编辑方法,包括基于基因等位替换的抗生素筛选和反向筛选系统、基于Ⅱ型内含子剪切的TargeTron系统以及重组的CRISPR/Cas9系统,从技术层面较为详细地介绍和比较了上述编辑技术的操作原理和试验流程,以期为相关领域的研究人员提供技术参考。

Ⅱ型内含子及其生物技术应用研究进展

型内含子(groupⅡintrons)是一类具有自我剪接功能的核酶,能够通过“归巢”(retrohoming)机制高频插入到DNA靶位点。Ⅱ型内含子对DNA靶位点的识别和剪接具有高度专一性和高效性,这种特性使其在基因工程中具有重要的应用价值。文中首先综述了Ⅱ型内含子基因打靶原理及其在微生物遗传改造中的应用;然后,根据Ⅱ型内含子“归巢”特点及其依赖高浓度Mg2+的特性,分析了Ⅱ型内含子在多功能基因编辑及真核生物应用中的局限性;最后,以笔者课题组研究工作为基础,结合Ⅱ型内含子自身结构特点,分析了Ⅱ型内含子在新型基因编辑工具开发方面的潜能,为Ⅱ型内含子生物技术应用提供借鉴。