盐单胞菌属BYS-1四氢嘧啶合成基因ectABC克隆及其盐激表达

利用SEFA-PCR技术从中度嗜盐菌Halomonassp.BYS-1总DNA中克隆了四氢嘧啶合成基因ectABC及其上游序列(GenBank accession number DQ017757);OMIGA软件分析结果显示ectA、ectB、ectC位于同一个操纵子上,大小分别为573bp1、251bp和387bp,预测编码的DAT(L-二氨基丁酸转氨酶)、DAA(L-二氨基丁酸乙酰转移酶)和ES(四氢嘧啶合酶)大小分别为21.1kDa(191 amino acid)、45.7kDa(417 amino acid)和14.5kDa(129 amino acid);将包含ectABC基因及其上游1000bp序列的片段克隆到pUC19中并转化E.coliDH5α,转化子E.coli(pUC19ECT)能够在盐激条件下合成四氢嘧啶,但其耐盐能力没有得到显著改善。

南极深海底泥色盐杆菌属NJS-2 ectABC基因克隆及二氨基丁酸转氨酶ectA基因的表达

从南极深海底泥中分离筛选得到一株中性嗜盐菌Chromhalobacter sp.NJS-2,以该菌株基因组为模板,利用PCR技术扩增出ectABC基因,基因全序列大小为2378bp。OMIGA软件分析该基因序列上含有三个阅读框,大小分别为576bp、1272bp和393bp,预测其分别编码二氨基丁酸乙酰转移酶(EctA)、二氨基丁乙酸转氨酶(EctB)和四氢嘧啶合酶(EctC)。将二氨基丁酸乙酰转移酶ectA基因的PCR扩增产物克隆至表达载体pET-his,构建重组表达载体pET-his-ectA,并经酶切、PCR鉴定和测序验证,结果表明其目的基因的插入位置、大小和读码框均正确。SDS-PAGE分析,出现大小约21kDa的目的蛋白条带。

青海湖盐单胞菌QHL1 ectABC基因簇克隆鉴定及二氨基丁酸转氨酶基因ectB的异源表达

从青海湖20份水样筛选得到一株优势中度嗜盐菌QHL1,经初步鉴定为盐单胞菌属。设计保守基因ectB的引物,以基因组DNA为模板,PCR扩增获得ectB基因(1269 bp)。利用染色体步移技术,克隆获得四氢嘧啶合成基因簇ectABC及其上下游调控序列。DNAStar软件分析表明ectA、ectB和ectC位于同一个操纵子上,大小分别为579 bp、1269 bp和390 bp,预测分别编码192、422和129个氨基酸的肽链。同源性分析表明:Halomonas sp.QHL1ectABC基因簇所编码的二氨基丁酸转乙酰基酶(EctA)、二氨基丁酸转氨酶(EctB)和四氢嘧啶合成酶(EctC)与Halomonas sp.Nj223 ectABC基因簇所编码的酶蛋白相似性分别达57%、96%和85%。利用分子克隆技术构建二氨基丁酸转氨酶基因ectB的重组表达载体pET-28-ectB,通过限制性内切酶酶切和测序分析,结果表明其目的基因的插入位置、大小和读码框均正确。诱导表达重组菌,SDS-PAGE分析,目的蛋白条带约46 kDa。

新喀里多尼亚弧菌CGJ02-2中四氢嘧啶合成基因簇ectABC的克隆及其功能鉴定

研究旨在克隆新的四氢嘧啶合成基因簇,并对其功能进行鉴定,为应用于四氢嘧啶的生产奠定基础。从新喀里多尼亚弧菌CGJ02-2中克隆获得四氢嘧啶合成基因簇ectABC,ectABC与表达载体pBAD连接后转化至大肠杆菌BW25113中,通过L-阿拉伯糖诱导表达。采用SDS-PAGE和液质联用鉴定重组表达蛋白,利用全细胞催化合成四氢嘧啶,通过高分辨质谱鉴定四氢嘧啶,并从天冬氨酸浓度、KCl浓度、温度和pH 4个方面优化催化条件。结果表明,来自新喀里多尼亚弧菌CGJ02-2基因组的ectABC大小为2235 bp。SDS-PAGE显示表达产物中有3个重组蛋白产生,液质联用鉴定表明其分子量分别与ectA、ectB、ectC的理论分子量一致。高分辨质谱分析发现全细胞催化上清中有四氢嘧啶产生。优化后的最适全细胞催化条件为:天冬氨酸浓度100 mmol·L^(-1),KCl浓度100 mmol·L^(-1),温度30℃,pH 7.0,最优条件下产量为1.11 mg·mL^(-1)。研究从弧菌中克隆了四氢嘧啶合成基因簇ectABC,并在大肠杆菌BW25113中实现了异源表达和低盐环境下的四氢嘧啶合成,为大规模发酵生产四氢嘧啶奠定了基础。

青海湖盐单胞菌Ectoine合成基因簇ectABC的重组共表达

盐单胞菌属(Halomonas)通过胞内积聚有机相容溶质(Compatible solutes)来抵抗胞外的高盐渗透压。为了探究相容溶质Ectoine合成代谢相关基因的结构特征和异源共表达的可能性,以青海湖盐单胞菌Halomonas sp.QHL1为材料,通过高效液相色谱(HPLC)分析不同盐梯度下QHL1胞内Ectoine的积聚量,并借助于染色体步移技术(Genome walking)捕获QHL1菌株的Ectoine生物合成基因簇ect ABC,利用分子克隆技术分析ect ABC基因簇的异源重组表达(E.coli BL21)。研究结果表明:胞内Ectoine的积聚量随着培养基中Na+浓度的增加而增加,最大积聚量为167.1 mg/g细胞干重(1.0 mol/L Na+),但菌体生长却受到高浓度Na+的强烈抑制作用。QHL1的ect ABC操纵子全长序列为3580 bp,结构基因ect A(579 bp)、ect B(1269 bp)与ect C(390 bp)串联排列。基于生物信息学预测分析,两个启动子(δ70与δ38因子控制)和若干未知功能的保守模序(Motifs)存在于QHL1的ect操纵子上游。构建重组表达载体p ET-28-ect ABC,并在E.coli BL21中异源表达ect ABC基因簇(2438 bp)。SDS-PAGE结果显示Ect A、Ect B和Ect C分别为27.2、52.5和20.8 k D,与预测结果一致,表明ect A、ect B和ect C基因能在E.coli BL21中实现异源共表达,为构建Ectoine合成代谢基因整合的系统代谢工程,并实现低盐发酵控制和过量化生产提供了重要的理论基础。

Halomonas sp.QHL1四氢嘧啶合成基因簇ectABC与上游调控序列的克隆及其功能分析

目的克隆中度嗜盐菌Halomonas sp.QHL1中的四氢嘧啶合成基因簇及上游调控序列并进行功能分析。方法通过PCR技术从Halomonas sp.QHL1中克隆获得ectABC基因簇及上游启动子序列(promoter+ectABC),将其与表达载体pColdⅠDNA连接,转化至E.coil BL21(DE3),用SDS-PAGE分析目的基因的异源表达、盐耐受实验检测重组菌株的耐盐能力。结果克隆得到大小为3335 bp的promoter+ectABC基因序列,并在E.coil BL21(DE3)中成功异源表达,重组菌株盐耐受能力明显提高。结论四氢嘧啶生物合成基因操纵子序列能够在E.coil BL21(DE3)中异源表达,且含有该序列的工程菌株耐盐能力显著提高。

Halomonas socia NY-011^T中四氢嘧啶合成基因簇ectABC和ectD的克隆及其功能鉴定

由ectA、ectB、ectC和ectD编码的酶可以催化对细胞起保护作用的四氢嘧啶类物质的生物合成,嗜盐菌新种Halomonas socia NY-011~T ectABC和ectD为四氢嘧啶和羟基四氢嘧啶的生产提供新的基因来源.通过SEFA-PCR步移方法从Halomonas socia NY-011~T中克隆ectA、ectB、ectC和ectD基因,并分别构建ectABC和ectD的原核表达质粒,在E.coli BL21(DE3)中异源表达,利用SDS-PAGE对重组蛋白进行鉴定,通过ACQUITY UPLC MS/MS检测四氢嘧啶和羟基四氢嘧啶的生成.结果显示:H.socia NY-011~T的四氢嘧啶合成基因ectA、ectB、ectC形成基因簇ectABC(KP717055-57),大小为2 506 bp,四氢嘧啶羟化酶基因ectD大小为942 bp(KP717058),与近源种H.elongata DSM258同源性分别为81%和78%;SDS-PAGE检测到4种融合蛋白,大小(M_r)分别为21.6×10~3、46.4×10~3、14.4×10~3、55.3×10~3,与预期相符;利用ACQUITY UPLC MS/MS发现仅表达ectABC的重组菌株[E.coli BL21(DE3)/pltac-ABC]中只存在四氢嘧啶,而在表达ectABC和ectD的重组菌株[E.coli BL21(DE3)/pltac-ABC/pETect D]中检测到四氢嘧啶和羟基四氢嘧啶.本研究从H.socia NY-011~T中分离得到的四氢嘧啶类物质的合成基因,能够在E.coli BL21(DE3)中异源表达并行使功能,为四氢嘧啶类物质异源生产提供了新的基因来源.

密旋链霉菌Act12中四氢嘧啶合成基因簇的鉴定及其功能分析

【目的】对生防密旋链霉菌Act12中的四氢嘧啶合成基因簇进行鉴定及功能分析。【方法】对田间生防效果良好的密旋链霉菌Act12进行盐耐受能力检测,采用体积分数80%的乙醇抽提其胞内四氢嘧啶,分别通过TLC和HPLC进行定性及定量检测四氢嘧啶。通过Act12全基因组分析,克隆得到Act12中四氢嘧啶生物合成基因簇ectABC,将其与表达载体pET-28a连接,转化至大肠杆菌BL21(DE3)中,检测工程菌株的盐耐受能力。【结果】密旋链霉菌Act12可在NaCl质量分数为0%~10.0%的条件下生长,且能够生产相关耐盐相容性溶质四氢嘧啶。当NaCl质量分数为2.5%时,密旋链霉菌Act12胞内的四氢嘧啶积累量达到最大值,为72.39mg/L。生物信息学分析结果表明,组成ectABC基因簇的3个基因ectA、ectB、ectC位于同一个操纵子上,分别编码二氨基丁酸乙酰基转移酶、二氨基丁酸氨基转移酶和四氢嘧啶合成酶。通过克隆得到长2 408bp的ectABC基因簇,并使其成功在大肠杆菌中实现异源表达,通过Ni柱纯化得到了EctA蛋白。但含pET28a-ectABC的大肠杆菌BL21(DE3)在本试验条件下,其盐耐受能力并无明显改善。【结论】生防链霉菌Act12中存在四氢嘧啶合成基因簇ectABC,且能够在大肠杆菌中成功异源表达。

大肠杆菌四氢嘧啶合成途径的构建与优化

为了构建重组工程菌株发酵合成四氢嘧啶,解决野生型菌株对高盐环境的依赖,作者克隆了来自伸长盐单胞菌(Halomonas elongata ATCC 33173)的四氢嘧啶合成相关基因簇ectABC并在大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)中重构了四氢嘧啶的合成途径。通过宿主比较发现,与E.coli W3110、E.coli DH5α和高产天冬氨酸的大肠杆菌(命名为E.coli(asp))相比,E.coli BL21(DE3)更适用于四氢嘧啶的合成(185.23 mg/L)。进一步分析了不同拷贝数的表达系统对四氢嘧啶合成的影响,发现高拷贝的pRSFDuet-1为载体时产四氢嘧啶量最高,达267.3 mg/L。在此基础上,采用核糖体结合位点(RBS)优化策略,对四氢嘧啶合成途径3个酶EctA、EctB与EctC进行了组合优化表达,四氢嘧啶产量提高至521.24 mg/L。为强化前体天冬氨酸和天冬氨酸β-半醛的供给,对天冬氨酸激酶、天冬氨酸半醛脱氢酶、磷酸烯醇丙酮酸羧化酶、天冬氨酸转氨酶和天冬氨酸裂解酶进行了过量表达。研究表明,单独强化天冬氨酸激酶的表达更有利于四氢嘧啶的合成(551.24 mg/L),为构建高产四氢嘧啶的工程菌种提供了新的策略。