甾醇C-22去饱和酶高表达对酵母细胞麦角甾醇合成的影响

通过PCR扩增克隆到酵母菌甾醇C-22去饱和酶基因(ERG5)的编码序列及其终止子序列,以大肠杆菌-酿酒酵母穿梭质粒YEp352为载体,以磷酸甘油酸激酶基因PGK1启动子为上游调控元件构建了酵母菌表达质粒pYPE5。以铜离子螯合蛋白基因CUP1替换ERG5基因内部序列获得ERG5破坏菌株YSE5,其中麦角甾醇的合成被阻断,而积累了甾醇中间体Ergosta-5,7-dien-3β-ol。表达质粒pYPE5转化破坏菌株后使细胞恢复了合成麦角甾醇的能力。说明表达质粒上的ERG5基因得到了功能性的表达。将表达质粒pYPE5转化酿酒酵母单倍体菌株YS58,通过营养缺陷互补筛选到重组菌株YS58(pYPE5)。对重组菌株、破坏菌株和互补菌株细胞甾醇组分和含量进行测定,发现重组菌株和互补菌株的麦角甾醇和总甾醇含量明显低于对照菌YS58(YEp352)。测定不同培养时间细胞的麦角甾醇含量,发现重组菌株的麦角甾醇含量始终低于对照菌YS58(YEp352)。可见,ERG5在酵母中的高表达导致细胞麦角甾醇含量降低。

透明颤菌血红蛋白的表达对酵母中麦角固醇合成的影响

构建了含透明颤菌 (Vistreoscilla)血红蛋白基因vgb和酵母遗传霉素 (G4 18)抗性基因的重组质粒pVgb kan MX4 ,转化至酿酒酵母Saccharomycescerevisiae 1190中 ,经过分析 ,基因vgb在酵母细胞中得到表达。对重组菌和野生菌进行了摇瓶培养及 5L发酵罐培养的研究。在摇瓶实验中 ,重组菌的麦角固醇产量比野生菌有显著提高 ,在野生菌中的含量为 0 5 73%、而在重组菌中的产量为 1 0 7%。经过 30h发酵罐培养的实验 ,野生菌中麦角固醇含量为0 9% ,重组菌中其含量为 1 38% ,验证了摇瓶实验的结果。结果证明vgb基因有利于酵母中麦角固醇的合成。

表达透明颤菌血红蛋白基因对酿酒酵母生长及细胞内氧化状态的影响

透明颤菌血红蛋白基因vgb在多种研究和工业发酵菌中异源表达很好的解决了高密度发酵中的溶氧率问题。酿酒酵母是经典的真核模型,且在发酵工业中具有重要的应用价值,但vgb在酿酒酵母中异源表达对细胞生长的影响并不清楚。以ADH1为启动子构建了含透明颤菌(Vistreoscilla)血红蛋白基因vgb的异源表达质粒YEplac195-ADH1pr-vgb,并转化至酿酒酵母BY4741。通过生长敏感性实验,发现在发酵碳源和非发酵碳源中,vgb的异源表达均抑制了菌株生长。接着,通过2’,7’-二氯荧光黄双乙酸盐和PI染色和脂质过氧化产物检测分析,发现过表达vgb的酿酒酵母细胞中活性氧(ROS)的积累、细胞膜通透性改变以及脂质过氧化。结果表明,酿酒酵母中过表达vgb改变细胞的氧化状态促进活性氧的累积,氧化应激导致菌株的生长抑制。

利用反义RNA技术抑制酿酒酵母羊毛甾醇合酶基因的表达

羊毛甾醇合酶催化的2,3-氧化鲨烯环化是麦角甾醇和三萜类化合物生物合成分支形成的关键位点,下调2,3-氧化鲨烯流向麦角甾醇的代谢途径可促进其流向三萜类化合物的代谢途径。有鉴于此,本研究根据酿酒酵母羊毛甾醇合酶基因(lanosterol synthase gene,erg7)序列设计引物,扩增5'长片段(包括erg7基因5'非编码区启动子序列和部分编码区序列)、5'短片段(包括erg7基因5'非编码区部分启动子序列和部分编码区序列)和erg7基因编码区片段,分别将其反向克隆到表达载体p ESC-URA上,构建反义表达质粒。用反义表达质粒转化酿酒酵母INVSc1,在营养缺陷型培养基SD-URA上筛选重组菌株。通过半定量PCR进行检测,结果表明:与INVSc1相比,转入erg7基因编码区反义片段的重组菌株内羊毛甾醇合酶基因表达量没有显著变化,而转入5'长反义片段和5'短反义片段的重组菌株内羊毛甾醇合酶基因表达量明显降低。通过TLC和HPLC方法比较麦角甾醇含量,结果表明:与INVSc1相比,转入5'短反义片段和erg7基因编码区反义片段的重组菌株内麦角甾醇含量没有显著变化,而转入5'长反义片段的重组菌株内麦角甾醇含量明显降低。本研究利用反义RNA技术抑制酿酒酵母中羊毛甾醇合酶基因的表达,为应用合成生物学技术在酿酒酵母中组建三萜类化合物代谢途径奠定了基础。

酿酒酵母羊毛甾醇合酶基因单倍体缺陷型突变株的构建

羊毛甾醇合酶基因(lanosterol synthase gene,erg7)编码的羊毛甾醇合酶是酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)甾醇生物合成途径中重要的限速酶。酿酒酵母固有的甲羟戊酸(MVA)/麦角甾醇代谢途径的中间体2,3-氧化鲨烯也是三萜类化合物的合成前体。因此,羊毛甾醇合酶催化的2,3-氧化鲨烯环化是麦角甾醇和三萜类化合物生物合成分支形成的关键位点。下调2,3-氧化鲨烯流向麦角甾醇的代谢,可为应用合成生物学技术在酿酒酵母中组建三萜类化合物的代谢途径奠定基础。本研究通过设计含有与erg7基因ORF序列两侧同源的长引物,以质粒PUG66为模板进行PCR,构建带有loxP-Marker-loxP的erg7基因敲除组件,采用LiAc/SS Carrier DNA/PEG方法转化双倍体野生型酿酒酵母INVSc1,通过同源重组的方式构建酿酒酵母erg7基因单倍体缺陷型突变株。半定量PCR和实时定量PCR结果表明,突变株内erg7基因表达水平下降约1倍。TLC和HPLC结果表明,突变株内麦角甾醇含量下降至野生型菌株的42%。