木糖醇脱氢酶基因高拷贝表达载体构建及在酿酒酵母中的表达
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2008, Vol. 29, No. 02食品科学※生物工程210收稿日期:2007-01-15基金项目:黑龙江省科学技术厅青年基金项目(QCO4C33);黑龙江省教育厅一般项目(10551233); 黑龙江大学青年基金项目(QL200435)作者简介:葛菁萍(1972-),女,教授,博士,研究方向微生物学。
E-mail:gejingping512@yahoo.com.cn*通讯作者:平文祥(1959-),男,教授,学士,研究方向微生物学。
E-mail:wenxiangp@yahoo.com.cn乙醇脱氢酶I基因敲除的酿酒酵母重组菌构建的初步研究葛菁萍,宋 刚,孙宗祥,凌宏志,蔡柏岩,刘松梅,平文祥*(黑龙江大学 微生物黑龙江省高校重点实验室,黑龙江 哈尔滨 150080)摘 要:本实验根据酿酒酵母乙醇代谢途径,构建一株低乙醇产量的酿酒酵母基因工程菌株,以满足人们对低醇啤酒的需要。
利用抗性基因筛选基因敲除突变体的方法,通过引物L1和L2扩增潮霉素B基因(两翼与酿酒酵母同源),按常规醋酸锂法转化酵母细胞后,筛选标记与酵母adh I基因发生同源重组,得到一株ADH I酶活性降低的工程菌株。
发酵实验结果表明,转化菌株乙醇含量平均值为1.8%(V/V),较原始菌株低了65%。
说明转化菌株体内乙醇生成途径受到干扰。
关键词:酿酒酵母;基因敲除;乙醇脱氢酶IPreliminary Study on Deletion of Saccharomyces cerevisiae Alcohol Dehydrogeniase I GeneGE Jing-ping,SONG Gang,SUN Zong-xiang,LING Hong-zhi,CAI Bai-yan,LIU Song-mei,PING Wen-xiang*(Heilongjiang Key Laboratory of Microbiology, College of Life Science, Heilongjiang University, Harbin 150080, China)Abstract :The main purpose of this research is to construct a low alcohol producing strain according to the alcohol metabolicpathway of Saccharomyces cerevisiae, so as to satisfy the people who prefer to drink low-alcohol beer. Hygromycin B resistantgene was used to screen mutants with adh I gene knocked out. After Hygromycin B resistant gene was amplified with primersL1 and L2 (the flanking fragments were complement with Saccharomyces cerevisiae gene), it was transformed into yeast HDY-01 by LiAc method and the alcohol dehydrogenase I (ADH I) in Saccharomyces cerevisiae was deleted through homologousrecombination. A transformant was obtained with low ADH I activity. The fermentation tests showed that the average alcoholcontent of the transformant is 1.8%(V/V), 65% lower than the origin one. The alcohol metabolic pathway in this transformantis interfered.Key words:Saccharomyces cerevisiae;gene deletion;alcohol dehydrogenase I (ADH I)中图分类号:TS2625 文献标识码:A 文章编号:1002-6630(2008)02-0210-03啤酒是以麦芽为主要原料,添加酒花,经酵母发酵酿制而成的,是一种含二氧化碳、起泡和低酒精度的饮料酒[1]。
带有木糖还原酶基因和木糖醇脱氢酶基因的重组酿酒酵母的构建摘要:酿酒酵母是工业上生产乙醇的优良菌种。
但酿酒酵母不能发酵木糖,只能发酵木糖的异构体。
木糖是半纤维素水解液中除葡萄糖外的另一种主要成分,最高可占半纤维素水解糖类的34%,但是自然界中的微生物普遍对木糖的利用率较低,因此提高木糖的生物转化率,可促进对半纤维素水解液的利用,从而实现对木质纤维素原料的全糖利用。
关键词:木糖还原酶基因;木糖醇脱氢酶基因;酿酒酵母;一、木质纤维素生产乙醇的研究目前各国的乙醇主要以玉米、小麦、薯类等粮食为原料经过发酵生产而成,以淀粉类和糖类作为发酵原材料,采用微生物法发酵生产乙醇是一项成熟的技术,但高昂的原料成本使发酵法生产乙醇的工业应用受到限制,尤其是中国这样的人口大国,粮食作为原料生产乙醇决非长远之计。
车用汽油乙醇的推广必将增加粮食的供需矛盾。
目前,国内外均以淀粉质和糖蜜为原料生产乙醇,底物成本在生产总成本中占有很大的比例,在欧美发达国家为40%左右,而在中国这一数值高达60%--70%。
因此开发用于燃料乙醇生产的廉价原材料是这一能源领域研究的主要方向之一。
地球上最丰富的可再生资源--木质纤维素,每年仅陆生植物就可以产生约500亿吨,它还是最主要的生物质资源,占地球生物总量的60%----80%。
它是光合作用产物,充分将其中可利用成分转化为燃料乙醇,不仅可以提供清洁能源,而且有利于推动太阳光能的转化利用,同时促进大气中C02的循环,减少由矿物燃料燃烧造成的C02净排放。
木质纤维素具有成本低廉、可再生、来源丰富、品种多、再生时间短等优点,尤其是农林废弃物资源,开展利用农林废弃物生产燃料乙醇的研究不仅可以解决农林废弃物的利用问题,而且可以缓解粮食和能源紧张。
我国是一个农业大国,具有巨大的农业资源,木质纤维素尤为丰富,农作物秸秆、皮壳、林业副产品、城市垃圾和工业废物数量也很可观。
我国每年仅农作物秸秆产量就有5亿吨左右,可生产7256万吨无水乙醇,潜力十分巨大。
专利名称:木糖醇发酵重组酵母菌株的构建方法及应用专利类型:发明专利
发明人:李荣杰,徐斌,薛培俭
申请号:CN200910084025.3
申请日:20090512
公开号:CN101565698A
公开日:
20091028
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:本发明公开了一种木糖醇发酵重组酵母菌株的构建方法,其主要是采用基因工程技术完全突变产木糖醇的酵母细胞中木糖醇脱氢酶双拷贝基因中的第一拷贝;以及突变第二拷贝3′端的60-150碱基,使得突变基因编码的木糖醇脱氢酶变构体在C-端有氨基酸缺失,从而降低酶活性。
用本发明方法得到的重组热带假丝酵母菌株发酵生产木糖醇,产木糖醇119.2克/升,木糖转化率提高29.8%,提高了木糖醇的得率。
申请人:安徽丰原发酵技术工程研究有限公司
地址:233010 安徽省蚌埠市胜利西路北侧
国籍:CN
代理机构:北京路浩知识产权代理有限公司
代理人:王朋飞
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转木糖还原酶基因XYL1酿酒酵母的构建及产木糖醇能力研究王凤梅;张邦建;岳泰新;马利兵【摘要】将人工合成的树干毕赤酵母(Pichia stipitis)的木糖还原酶基因XYL1插入酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)表达载体pYES2中,然后将重组质粒pYES2-XYL1导入酿酒酵母INVSc1中,构建转木糖还原酶基因XYL1酿酒酵母菌株INVSc 1/pYES2-XYL1,最后采用营养缺陷培养基筛选转木糖还原酶基因酿酒酵母并对其产木糖醇的能力进行检测.结果表明,成功获得2株转木糖还原酶基因XYL1酿酒酵母菌株INVSc1/pYES2-XYL1-01、INVSc1/pYES2-XYL1-02,当两菌株以50g/L木糖及10g/L半乳糖为碳源发酵5d后,木糖醇产量分别高达(13.68±2.37) g/L、(12.09±1.45)g/L,显著高于非转基因酿酒酵母INVSc1的木糖醇产量(1.08±0.37)g/L(P<0.05),说明XYL1基因的导入显著提高了酿酒酵母INVSc1生产木糖醇的能力(P<0.05).为采用基因工程酿酒酵母制备食用木糖醇提供了理论及技术基础.【期刊名称】《中国酿造》【年(卷),期】2018(037)012【总页数】5页(P66-70)【关键词】酿酒酵母;木糖还原酶基因;工程菌构建;木糖醇【作者】王凤梅;张邦建;岳泰新;马利兵【作者单位】包头轻工职业技术学院食品药品学院,内蒙古包头014035;包头轻工职业技术学院食品药品学院,内蒙古包头014035;包头轻工职业技术学院食品药品学院,内蒙古包头014035;内蒙古科技大学生命科学与技术学院,内蒙古包头014010【正文语种】中文【中图分类】TS245.8木糖醇为五碳糖醇,是一种白色结晶类物质,可由木糖经氢化作用形成。
其甜度与蔗糖相近,却具有较低的热值[1]。
更为重要的是体内木糖醇的利用无需胰岛素,因此,可作为糖尿病人饮食中的一种増甜剂。
热带假丝酵母木糖醇脱氢酶的分离纯化摘要:随着社会经济的高速发展,能源危机日益困扰着整个世界,开发新的替代能源显得越发重要。
木质纤维素是地球上最丰富、最廉价的可再生资源,木质纤维素的开发利用已成为国际研究的热点。
在酸或酶的作用下,木质纤维素的水解产物主要为六碳糖(葡萄糖、甘露糖和半乳糖)和五碳糖(木糖和阿拉伯糖),其中六碳糖可由传统的酿酒酵母发酵生成乙醇,而五碳糖则不能被酿酒酵母发酵利用。
研究表明,热带假丝酵母可代谢利用木糖产生乙醇。
生物技术的发展为构建以木质纤维素为原料生产燃料乙醇的酵母工程菌铺展了技术平台,目前主要手段有原生质体融合和克隆木糖代谢关键酶基因构建基因工程菌等。
关键词:热带假丝酵母木糖醇脱氢酶;分离纯化一、概述木糖醇脱氢酶来源主要集中于一些能代谢木糖的酵母和丝状真菌中,如酵母中的假丝酵母,毕氏酵母和管囊酵母3 个属,真菌中的尖镰孢菌及粗糙脉孢菌。
尽管酿酒酵母不能发酵和在木糖上生长,但据报道,它能以一个很低的速率代谢木糖。
关于酿酒酵母中是否存在木糖醇脱氢酶活性的报道存在矛盾,能在酿酒酵母中检测到木糖醇脱氢酶活性,为了澄清木糖醇脱氢酶是否在酿酒酵母中存在,进行了不同培养成分条件下,木糖醇脱氢酶活性测定。
结果表明,当在混合糖(葡萄糖和木糖)条件下培养时,仅当细胞葡萄糖消耗完,且有木糖存在时,才可检测到此酶活性。
由此推断是由于没有在木糖存在条件下培养酵母。
不同菌株中提取的木糖醇脱氢酶其性质有一些差异,但其蛋白序列和酶学性质有一定的相似性,这些酶特异性地以NAD+ 为辅酶,酶活多受金属离子的影响。
一般认为,多数木糖醇脱氢酶属于中链脱氢酶家族,为同型聚体结构,亚基由300~400 个氨基酸组成,其活性中心序列有较高的保守性,但也有不同报道。
二、热带假丝酵母木糖醇脱氢酶的分离纯化1.木糖醇脱氢酶活性测定。
木糖醇脱氢酶需要NAO千作为其辅因子,催化木糖醇生成木酮糖以及NADH,通过测里单位时间内酶催化反应体系在吸光度的增量从而测定XDH的活力,也以次定义其反应速度。
专利名称:一种酿酒酵母基因表达系统及其构建与应用
专利类型:发明专利
发明人:张梁,范贺超,高芝,李由然,石贵阳,顾正华,李赢,丁重阳,何冬旭
申请号:CN201510005035.9
申请日:20150106
公开号:CN104630258A
公开日:
20150520
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:一种整合型酿酒酵母基因表达系统,包括一种表达载体,所述表达载体从5’-3’依次包括以下可操作性元件:pMD19-Tsimple质粒骨架、rDNA同源重组序列、外源基因表达盒和筛选标记基因表达盒;所述外源基因表达盒自上游至下游依次包括启动子、外源基因插入酶切位点以及转录终止子;所述筛选标记基因表达盒包括启动子、抗生素抗性基因、转录终止子。
所述酵母为酿酒酵母。
本发明的表达载体可实现在酿酒酵母中的整合型稳定表达,对酿酒酵母的基础理论研究及产品开发具有重要的意义。
申请人:江南大学
地址:214122 江苏省无锡市滨湖区蠡湖大道1800号
国籍:CN
代理机构:无锡华源专利事务所(普通合伙)
代理人:聂汉钦
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藏躲市安详阳光实验学校生物人教版选修3专题1 基因工程单元检测(时间:60分钟,满分:100分)一、选择题(每小题2分,共50分)1.下列除哪一项外,其余均为基因工程载体必须具备的条件?()A.具有标记基因,便于筛选B.具一至多个酶切位点,以便与目的基因连接C.能在宿主细胞中复制并稳定保存D.是环状DNA分子2.下图表示限制酶切割某DNA的过程,从图中可知,该限制酶能识别的碱基序列及切点是()。
A.CTTAAG,切点在C和T之间B.CTTAAG,切点在G和A之间C.GAATTC,切点在G和A之间D.CTTAAC,切点在C和T之间3.在基因表达载体的构建中,下列说法错误的是()。
①一个基因表达载体的组成包括目的基因、启动子、终止子②有启动子才能驱动基因转录出mRNA ③终止子的作用是使转录在相应地方停止④所有基因表达载体的构建是完全相同的A.②③B.①④C.①②D.③④4.多聚酶链式反应(PCR)是一种体外迅速扩增DNA片段的技术。
PCR过程一般经历30多次下述循环:90~95 ℃下使模板DNA变性、解链→55~60 ℃下复性(引物与DNA模板链结合)→70~75 ℃下引物链延伸(形成新的脱氧核苷酸链)。
下列有关PCR过程的叙述中,不正确的是()。
A.变性过程中被切断的是DNA分子内碱基对之间的氢键,也可利用解旋酶实现B.复性过程中引物与DNA模板链的结合依靠碱基互补配对原则完成C.延伸过程中需要DNA聚合酶、ATP、四种核糖核苷酸D.PCR与细胞内DNA复制相比所需要酶的最适温度较高5.下列哪项不是将目的基因导入植物细胞的方法?()A.基因枪法B.显微注射法C.农杆菌转化法D.花粉管通道法6.目的基因导入受体细胞后,是否可以稳定维持和表达其遗传特性,只有通过检测和鉴定才能知道。
下列属于目的基因检测和鉴定关键步骤的是()。
A.检测受体细胞是否含有目的基因B.检测受体细胞是否含有致病基因C.检测目的基因是否转录出mRNAD.检测目的基因是否翻译出蛋白质7.下列有关基因工程叙述错误的是()。
专利名称:一种表达木糖醇脱氢酶基因的质粒的构建方法专利类型:发明专利
发明人:平文祥,葛菁萍,杜春梅,凌宏志,宋刚,赵丹,高冬妮,洛雪
申请号:CN200810064830.5
申请日:20080630
公开号:CN101302534A
公开日:
20081112
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:一种表达木糖醇脱氢酶基因的质粒的构建方法,它涉及一种质粒载体的构建方法。
它解决了目前酿酒酵母缺乏木糖醇脱氢酶(XDH),而不能使木糖代谢后产生乙醇问题。
构建方法:一、克隆xyl2基因;二、回收、纯化xyl2基因片段后与pGMT vector载体连接,得到pGMT-xyl2;三、重组质粒p406ADH1-1的构建;四、重组质粒p406ADH1-2的构建;五、重组质粒p406ADH1-3的构建;六、将xyl2基因加入质粒p406ADH1-3,即得到表达木糖醇脱氢酶基因的质粒。
本发明方法所构建的载体转化酿酒酵母后实现了木糖醇脱氢酶基因的高效稳定表达。
申请人:黑龙江大学
地址:150080 黑龙江省哈尔滨市南岗区学府路74号
国籍:CN
代理机构:哈尔滨市松花江专利商标事务所
代理人:荣玲
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810954604.8(22)申请日 2018.08.21(71)申请人 吉林农业大学地址 130118 吉林省长春市新城大街2888号(72)发明人 张斯童 陈光 孙旸 王刚 陈欢 (74)专利代理机构 重庆晶智汇知识产权代理事务所(普通合伙) 50229代理人 李靖(51)Int.Cl.C12N 1/19(2006.01)C12N 15/81(2006.01)C12P 19/00(2006.01)C12R 1/865(2006.01)(54)发明名称一种高产木聚糖酶酿酒酵母菌及应用(57)摘要本发明涉及一种高产木聚糖酶酿酒酵母菌株S8-H,通过将来源于黑曲霉CICC2462菌的木聚糖酶xynB基因构建表达盒,利用rDNA整合法构建得到8拷贝木聚糖酶基因菌株,木聚糖酶表达量325U/mL,通过转化pYES6-PGK -HAC1片段到该菌株得到过表达HAC1 8拷贝木聚糖酶酿酒酵母工程菌,木聚糖表达量达到381U/mL,过表达HAC1提高了与内质网蛋白折叠相关基因表达水平,同时本发明提供了一种酿酒酵母菌分泌表达多拷贝外源基因的模型,可利用该模型构建表达其他基因,本发明所提供的高产木聚糖酶酿酒酵母菌株可优势的应用于秸秆降解,饲料制造过程中。
权利要求书2页 说明书7页序列表9页 附图3页CN 108949602 A 2018.12.07C N 108949602A1.一种高产木聚糖酶酿酒酵母菌株,其特征在于:所述菌株含有木聚糖酶xynB基因,序列如SEQ ID NO:23;所述菌株含有8拷贝木聚糖酶基因表达盒PαXC,PαXC序列如SEQ ID NO:9;所述菌株含有过表达基因HAC1,序列如SEQ ID NO:27;所述菌株以酿酒酵母菌为工程菌。
2.如权利要求1所述的菌株,其特征在于:所述菌株含有8个拷贝的木聚糖酶基因表达盒PαXC,每个所述木聚糖酶基因表达盒包括以下元件:(a)起始信号元件为PGK,序列如SEQ ID NO:24;(b)分泌信号肽α-factor,序列如SEQ ID NO:25;(c)木聚糖酶xynB基因;(d)终止子CYC1,序列如SEQ ID NO:26。
第40卷V01.40第3期No.3山东大学学报(理学版)JOURNALOFSHANDONGUNIVERSITY2005年6月Jun.2005文章编号:1671.9352(2005)03。
0105—05rDNA介导的多拷贝整合表达载体的构建及其在酿酒酵母工业菌株中的应用刘向勇,沈煜,郭亭,鲍晓明+(山东大学微生物技术国家重点实验室,山东济南250100)摘要:根据酵母整合质粒的设计要求,PCR扩增特定的2.2kbrDNA片段,并以此替换酿酒酵母(Saccharomycescerevi—siae)整合栽体YIp5的URA3片段;在此基础上,引入G418抗性基因KanMX和酵母磷酸甘油激酶(phosphoglyceratekinase,PGK)组成型强启动子和终止子序列(PGKp—t),构建适合酿酒酵母工业菌株高拷贝整合表达载体pYMIKP.以细菌木糖异构酶(;yl。
isom。
e,X1)基因xylA为目标基因,通过载体pYMIKP引入到酵母工业菌株NAN一27中.酵母转化子在非选择培养条件下,连续生长50世代质粒稳定性为99.72%.目标基因高拷贝重组菌的木糖异构酶比酶活是对照菌株的67.2倍,达到0.672U/mg蛋白,实现了外源基因在酿酒酵母工业菌株中的稳定高效表达.关键词:rDNA;显性选择标记;多拷贝整合中图分类号:Q93文献标识码:AConstructionofaribosomalDNAmulti—copyintegrationvectorandapplicationintheindustrialSaccharomycescerevisiaestrainLIUXiang—yong,SHENYu,GUOTing&BAOXiao—ming+(StateKeyLaboratoryofMicrobialTechnology,ShandongUniv.,Jinan250100,Shandong,China)Abstract:BasedontheYIp5(yeastintegrationvector),constructionofthemulti—copyintegrationvectorpYMIKPwasinvestigat—edbyusinga2.2kbdesignedrDNAfragmentfromSaccharomycescerevisiaetoreplacetheoriginalURA3genefortargetedbo—mologousrecombination.TheG418resistancegeneKanMXwasusedasthedominantselectionmarker,andyeastphosphoglycer—ickinase(PGK)constitutivepromoterandterminator(PGKp—t)wereusedforexpressioncontrolelementinthepYMIKPrespee—tively.TheplasmidcarryingxylAgenewastransformedandthexylAgenewasintegratedintogenomerDNAlocusofS.cerevisi—ueNAN一27byusingthepYMIKP.ThexyloseisomeraseXIspecificactivityofrecombinantstrainXH34is0.672U/mgprotein,whichis67.2timesasmuchastheparentstrain.Theintegrantsaremitoticallystablefor50generationsunderthenon—selectivepressurecondition.Keywords:ribosomalDNA;dominantselectablemarker;multi—copyintegration0引言酿酒酵母(Saccharomycescerevisiae)具有生长旺盛,易培养,生物量大,公认安全等优良特点,是发酵工业的重要微生物之一,人们对酿酒酵母的利用已有上千年的历史.随着分子生物学技术的不断发展完善和酵母工程菌产业化需求的日趋强烈,直接对酿酒酵母工业菌株进行基因工程改造的工作日益受到重视.由于酵母工业菌株一般是原养型多倍性菌收稿日期:2005—01.10基金项目:国家自然科学基金委员会与中国节能投资公司联合研究基金资助项目(50273019);国家重点基础研究发展计划(973计划)资助项目(2004CB719702)作者简介:刘向勇(1981.),男,硕士研究生,主要从事微生物遗传与分子生物学研究.*通讯作者 万方数据106山东大学学报(理学版)第40卷株,同时其使用环境的粗放性,生产原料化学成分的不确定性,使常规的营养缺陷型标记和附加体质粒不再适用对酿酒酵母工业菌株的分子生物学操作,取而代之的是引导外源基因插入酵母染色体的整合型载体,以提高其遗传稳定性;同时必须采用显性选择标记以适应其原养型遗传背景.早期的酿酒酵母整合质粒载体(例YIp5)的同源整合位点是营养标记基因片断,由于这类基因在酿酒酵母基因组中没有重复序列,因而一般认为是低拷贝整合载体;同时这类整合载体要求受体菌必须是营养缺陷型才能有效筛选转化子,显然,这不适用于工业菌株的分子生物学操作.根据酿酒酵母较易发生同源重组的特点,使用重复序列作为整合载体同源重组位点是提高外源基因在酵母基因组中拷贝数的有效途径,酵母基因组中rDNA有100~200个重复单元…,以此为整合位点提高整合拷贝数的应用策略在酿酒酵母(S.cerevisiae)幢J、产朊假丝酵母(Candidautilis)13]和乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyceslactis)H1等多种微生物中展开研究,但Lopes等忸1所构建的酿酒酵母整合质粒依然是以营养缺陷型作为选择标记.近年来逐渐使用一些酵母显性选择标记,如氨基糖苷类抗生素G418抗性基因,铜离子抗性基因等,使对工业菌株的转化成为可能,其中来自转座子Tn903的G418抗性基因KanMX,应用得较为广泛,并通过提高G418的浓度筛选高拷贝的整合转化子bJ.采用强启动子是实现外源基因高效表达的另一途径,目前常用的酿酒酵母组成型启动子有PGK,ADHl(alcoholdehydrogenaseI),GPD(1yceraldehydesphosphatede.hydrogenase)等.本文以酿酒酵母整合载体YIp5为骨架,在其中引入特定的rDNA片段及G418抗性基因,同时引入酿酒酵母PGK强启动子,构建rDNA介导的多拷贝整合表达载体,以适用对酿酒酵母工业菌株的分子生物学操作,提高外源基因的稳定性和表达量.木糖异构酶催化木糖转化为木酮糖,是酿酒酵母利用木糖产生乙醇代谢工程改造的关键酶之一,本文以细菌木糖异构酶(xyloseisomerase,XI)基因xylA为目标基因,研究了构建质粒在酵母工业菌株中的适用性.1材料与方法1.1菌株和质粒Escherichia.coliDH5a(F—recA1endA1hsdRl7[rx—mK一]supE44),一thi-1gyrA96relA1)用于亚克隆.酿酒酵母酒精生产工业菌株NAN.27为受体菌,由河南天冠企业集团惠赠;YIp5为酵母整合载体改造的骨架;质粒pFA6a一‰nMx4[61用于获得G418抗性基因‰n删;质粒pMA91[73用于获得PGK启动子;质粒pBXI一1用于获得xylA基因.1.2分子生物学方法分子生物学常规操作按各公司说明书进行,限制性内切酶、T4DNA连接酶、Taq聚合酶为TaKaRa或上海Sangon公司产品.DNA片断凝胶回收采用美国Omega公司GelExtractionKit试剂盒.S.cerevisiae染色体的制备参照文献[8]方法进行,以ThermoSavant公司FPl20型细胞破碎仪破碎细胞.酵母工业菌株转化参照文献[9],采用醋酸锂转化法进行,在G418平板上筛选转化子.所用PCR引物由上海博亚公司合成.1.3转化子验证G418抗性表型测定:制备酵母菌休止细胞,划线接种在含G418的YPD平板上,30℃培养48h,观察生长情况.青霉素酶活力测定:参照ChevallierMRn刮方法进行.转化子中Amp‘基因表达产生的青霉素酶水解青霉素可产生还原性的青霉素噻唑酸,该酸可以使碘.淀粉复合物脱色,因此转化子可以在含有碘.淀粉的固体平板上形成透明圈.青霉素酶量越大形成的透明圈越大,表明拷贝数越高.转化子稳定性测定:酵母转化子接种40mLYPD液体培养基中,不同时间取样,系列稀释,分别在YPD和含G418的YPD平板上菌落计数,分别记为总菌数和带有整合质粒的菌落数,以下式计算质粒稳定性:稳定性(%)=(带有整合质粒的菌落数÷总菌数)×100%.(1)1.4粗酶液的制备及木糖异构酶活性测定粗酶液的制备参照文献[7]的方法进行.木糖异构酶的活性以转化果糖为葡萄糖的能力表示,一个比活力单位(U/mg)定义为:被转化底物的量(mm01)/(酶蛋白质(mg)×转化时间(min)).蛋白含量的测定用考马斯亮兰(CoomassieBlue)法,牛血清蛋白为标准品. 万方数据第3期刘向勇,等:rDNA介导的多拷贝整合表达载体的构建及其在酿酒酵母工业菌株中的应用1072结果与讨论2.1rDNA克隆酵母基因组中高度重复的rDNA单元,是构建高拷贝整合表达载体同源重组区的首选序列.每个rDNA单元长达9.1kb左右,由5S、5.8S、25S和18SrRNA的转录区及一些非转录区组成.有研究表明”1“,用于介导整合的rDNA区域,不应包含其RNApolymeraseI的起始转录区,同时整合于rDNA区域的外源片断大小接近rDNA单元长度时,其在有丝分裂中稳定性最高.根据这一要求,对S.cerevisiaerDNA序列进行分析,确定所需2.2kb片断,其在rDNA单元中的相对位置(图1(A)),设计引物分别引入XmaHI和BspM1I酶切位点(下划线),s—rDNA.F2(ATCACGGCCGAACGAACGAGACCTI’AACCT)和S—rD.NA—R2(GCTG!垦垦堡!垫GGAAccTcTAATcATTGGcT),PCR反应条件:94℃,2min;94℃,1min;53oC,1min;72℃,2.5min;循环34次;72℃,7min.以S.cerevisiae染色体DNA为模板,2.2kbrDNA片段PCR产物见图1(B),该片段含有质粒用于线性转化的肋nI单酶切位点.图1PCR扩增克隆进入载体pYMIKP中的rDNA片段和在rDNA单元中的位置PolI一:RNA聚合酶I转录起始区;霾鏊克隆进入载体pYMIKP中的rI)NA片段;1,2.2kbrDNA片段;2,1一kbladder.Fig.1Amplificationof2.2rDNAfragmentbyPCRanditspositionintherDNAunitsPolI一:RNApolymeraseItranscriptioninitiationregion:瓣《.囊冀纂rDNAfragmentclonedinpYMIKPvector;1,2.2kbrDNAfragment;2,1-kbladder.2.2酵母表达载体pYMIKP的构建1.8kbPGK启动子一终止子片段来源于质粒pMA91,连接于YIp5的HindⅢ位点,产生pYIP一105.1.5kbG418抗性基因‰n删以质粒pFA6akanMX4为模板,PCR扩增得到.反应条件:94℃,2min;94℃,1min,45℃,1min,72℃,2min,循环30次;72℃,7min,引物均引入SalⅡ酶切位点(下划线),S—KaBr_FI(ATYAGTCGACTCTGTITAGCTYGCCTC)和S.Kanr_R1(ACGCGTCGACTATCATCGATGAATI"CGA),PCR产物连接于pYIP.105的SalI位点,得到pYIP.107(图2).2.2kbrDNA片段与XmaⅢ和BspmHY双(酶切翻ⅥA9l图2整合载体pYMIKP的构建及其物理图谱Fig.2ConstructionoftheintegrativeplasmidpYMIKPanditsphysicaldiagram1,pYMIKP/Sall;2,pYMIKP/Sphi;3,1-kbladder 万方数据108山东大学学报(理学版)第40卷pYIP.107的大片段连接.分别用SalI(7.6kb,1.5kb)和Sphi(6.3kb、2.8kb)进行酶切验证,重组质粒定名为pYMIKP(图2).pYIP.107和pYMIKP均带有适用于工业酵母转化的G418显性选择标记,用于表达外源基因的PGK酵母强启动子一终止子.但pYIP.107以酿酒酵母URA3区域为整合位点,为低拷贝整合载体,pYMIKP以酿酒酵母2.2rDNA片段为整合位点,为高拷贝整合载体.此外该质粒的rDNA片断中含有肋ⅡI线性化位点,同时为提高载体的稳定性¨”,去掉了YIp5中的URA3基因,最大限度减少所构建载体的大小.2.3不同删H表达质粒的构建细菌木糖异构酶基因xy/A以质粒pBXI[71为模板,PCR扩增得到,反应条件:94℃,2min;94℃,1min;58oC,1min;72℃,1min;循环34次;72℃,7min,引物均引入取zⅡ的同尾酶BclI酶切位点(下划线),S.XI.F3(GCGCTGATCATCTAGAATGTAGGAGCCCAAACCGGAGCACAG)和S.XI.R3(GCTrTGATCATCTAGATCACCCCCGCACCCCCAGGAGGTACT).分别连接于质粒pYMIKP和pYIP.107中PGK启动子下,得到xI多拷贝整合表达载体pYMIKP.XI(图3A)和低拷贝整合表达载体pYIP一107.XI(图3B).(A)鬻1II尸蘸转Ⅱ∞37bpJ洳一URA3/s∥Xm11曰印曲广’一smI图3质粒pYMIKP-XI和pYIP一107一XI的物理图谱Fig.3PhysicaldiagramsofrecombinantplasmidpYMIKP—XIandpYIP-107一XI2.4酵母转化和转化子验证分别以ttpaI、StuI对pYMIKP.XI和pYIP.107.XI线性化,转化酵母工业菌株NAN.27.根据G418对NAN.27最低抑菌浓度测试结果∽1,用400肚g/mLG418的YPD筛选转化子.分别随机挑取上述两种质粒的酿酒酵母转化子若干,以染色体为模板,PCR检测xylA基因,所有被测转化子均得到xylA特异性带,表明外源基因整合于酵母基因组上.G418抗性的验证:提高G418质量浓度至600t-g/mL,对转化子进一步验证,所有被测转化子均表现出良好的G418抗性表型(图4),但在这个浓度下两种类型的转化子的生长状态没有明显区别.图4转化子G418抗性表型Fig.4ComparisionofG418resistancebetweenhoststrainandpartialtransformants(A),YPD;(B),600肛g/mLG418YPD;1,2,3,S.cerevisiaetransformants;4,Parentalstrain.青霉素酶活力测定:挑取单菌落较大的高拷贝和低拷贝转化子分别定名为XH34和XL26.对XH34和XL26青霉素酶透明圈的测定结果见图5.图5显示:与对照菌株不同,转化子XH34和XL26均出现明显的透明圈,而且XH34透明圈明显大于XL26,表明XH34插入外源基因的拷贝数的确高于XL26.这一方法在美国普度大学HoNW实验室已是筛选高表达量转化子的常规手段n2卅3|.图5酵母转化子青霉素酶活力测定Fig.5DetectionofpenicillinaseprodcedbyS.cerevisiaetransformants1,Parentalstrain;2,S.cerevisiaetransformantXH34;3,S.cerevisiaetransformantXL262.5转化子的稳定性测定将高拷贝转化子XH34,接种到YPD液体培养基即在非选择性压力下摇瓶培养50世代(每24h为lo世代).每隔10世代,平板计数菌落数进行稳定性测定按公式(1)计算(结果见图6),结果显示50世代后的稳定性为99.72%,表明在非选择性压力下,整合于酿酒酵母染色体上的外源片断具有良好的遗传稳定性,能适合用于工业生产的粗放环境.万方数据第3期刘向勇,等:。
酿酒酵母代谢木糖工程菌的构建汤斌;张风琴;汤文晶;丁丽霞【期刊名称】《食品与发酵工业》【年(卷),期】2011(037)011【摘要】通过PCR方法从休哈塔假丝酵母基因组DNA中克隆得到木糖还原酶(XR)基因XYL1和木糖醇脱氢酶(XDH)基因XYL2,将其分别连接到酵母表达载体pYES2上,得到重组表达载体pYES2-XYL1和pYES2-XYL2,从pYES2-XYL1上克隆得到含半乳糖启动子的XYL1,将其连接到pYES2-XYL2序列的下游,得到重组表达载体pYES2-XYL1-XYL2,通过电转化方法将pYES2-XYL1-XYL2转入酿酒酵母宿主菌INVSc1。
在初始pH为5.5,温度为33℃,前5h转速为150r/min,后变为50r/min的条件下,乙醇产量为33.45g/L。
【总页数】5页(P16-20)【作者】汤斌;张风琴;汤文晶;丁丽霞【作者单位】安徽工程大学微生物发酵安徽省工程技术研究中心,安徽芜湖241000;安徽工程大学微生物发酵安徽省工程技术研究中心,安徽芜湖241000;安徽工程大学微生物发酵安徽省工程技术研究中心,安徽芜湖241000;安徽工程大学微生物发酵安徽省工程技术研究中心,安徽芜湖241000【正文语种】中文【中图分类】TS261.11【相关文献】1.用于钝齿棒杆菌木糖代谢途径研究的基因工程菌构建 [J], 张凤琴;刘俊;陈小举;晏娟;2.用于钝齿棒杆菌木糖代谢途径研究的基因工程菌构建 [J], 张凤琴;刘俊;陈小举;晏娟3.利用不同启动子控制木糖代谢关键酶基因构建可共代谢葡萄糖木糖重组酿酒酵母[J], 金怡;王震;莫春玲;杨秀山;田沈4.代谢木糖产乙醇的酿酒酵母工程菌研究进展 [J], 张金鑫;田沈;刘继开;张亚珍;杨秀山5.稳定代谢葡萄糖和木糖产乙醇的重组酿酒酵母工程菌初步构建 [J], 杨忞;张金鑫;田沈因版权原因,仅展示原文概要,查看原文内容请购买。
木糖醇脱氢酶基因高拷贝表达载体构建及在酿酒酵母中的表
达
摘要:木质纤维素的主要组分是纤维素(20%-30%),其次是半纤维素(20%一30%)和木质素(10%-25%),其中木糖是半纤维素的主要组成部分,以木糖为底物转化乙醇的研究,是乙醇途径工程研究的热点之一。
关键词:木糖醇脱氢酶基因;酿酒酵母
一、酵母表面展示系统
酿酒酵母为单细胞真核微生物,细胞壁主要由甘露糖蛋白和葡聚糖组成。
细胞壁分为两层,内层由葡聚糖与少量几丁质组成,提供细胞壁的强度;外层由甘露糖蛋白组成,决定了大多数细胞的表面特性;甘露糖蛋白共价连接到内层的葡聚糖上,连接方式主要分为两种类型:一种是通过非共价键松散连接构成细胞壁,能够用SDS提取;另一种甘露糖蛋白通过葡聚糖酶消化细胞壁的葡聚糖层获得,它不能用SDS提取。
絮凝素是一种在絮凝中起重要作用的酵母细胞壁蛋白,拥有高水平糖基化而形成杆状结构,因此能够覆盖长达300nm的距离,与酵母细胞壁的厚度相当。
具有1200个氨基酸残基的重复区域,可以设计不同长度的锚定点。
包含有分泌信号、絮凝功能区,GPI锚定粘着信号和膜锚定区,其中絮凝功能区接近N 末端,能够识别并且以非共价键连接到细胞壁复合物上,如a。
甘露聚糖,引起可逆的细胞絮凝f22l。
酵母表面展示技术由于其具有转录后修饰,蛋白有效的空间折叠等优势,使其在真核生物蛋白展示和直接利用上具有独特优势。
包括乙醇发酵、新药筛选、生物吸、抗原表面展剥、蛋白质分子的相互识别、定向进化、酶的固定化等。
但是同时酵母展示系统也存在许多不利因素,如重组酵母缺少选择性标记,生长条件苛刻;如果配体对细胞有毒性作用,有可能导致酵母死亡,无法得到目的克隆。
相信随着技术的不断发展和完善,多不利因素会被克服,酵母表面展示在进一步的生物科学研究和实际应用中发挥重要作用。
二、木糖醇脱氢酶基因高拷贝表达载体构建及在酿酒酵母中的表达
1.表达载体的构建。
第一,PCR反应。
成功获得目的基因和质粒之后,要进~步将目的基因构建到相关的表达载体;这需要在目的基因的两端加上相应的酶切位点,因此设计带有酶切位点的引物,进行PCR反应,其中设以水为模板的阴性对照管。
第二,酶切、连接、转化。
在获得带有酶切位点的目的基因PCR产物以后,要对表达载体和目的基因进行双酶切,以使它们能够在连接反应里面进行正确的连接。
双酶切反应体系如下,将反应体系置于0.5mL离心管中,水浴过夜反应。
对酶切产物进行电泳、切胶回收片段和载体,以备连接反应使用。
(1)在预冷的装有100吵L新制备酵母感受态细胞的离心管中,分别加入31xL经线性化处理的表达载体DNA,轻轻混匀;(2)向每管中加入600}tLPEG/LiAc溶液,轻轻振荡混匀;(3)每隔10分钟轻摇振荡一次,以混匀溶液;(4)向每管中加入70}tL的二甲基亚砜(DMSO),轻摇混匀:(5)每管取200L分别涂布于SD平板上。
2.酿酒酵母受态细胞的制备。
步骤如下:(1)挑取酵母单菌落接种于10 mLYPD液体培养基中,200转/分钟培养过夜;(2)测A600nm值;(3)取过夜培养液接种到100mL YPD液体培养基(盛于1000mL的三角瓶中)中,室温下,以6000转/分钟离心5分钟回收细胞,用50mL无菌水重悬细胞。
3.重组酿酒酵母表型的基因组PCR鉴定采用玻璃珠法提取重组酵母基因组,步骤如下:(1)将1.5mL的重组酵母菌菌液装入1.5mL离心管重,10000转/分钟离心30秒、弃上清,菌体用50mL水重悬、离心、弃上清;(2)菌体用漩涡振荡器松散,每管加入20mL破菌缓冲液重悬菌体,加约O.39酸洗玻璃珠剧烈振荡3分钟,再加入20mL的TE溶液,振荡
均匀;(3)将水相转移到一干净的离心管,加入1/10体积的;溶液及2倍体积的冰冷无
水乙醇,混匀9300转/分钟离心5分钟,这时可见管内有白色沉淀,弃上清、加入E缓冲
液溶解沉淀;(4)基因组DNA沉淀最终由缓冲液溶解;(7)电泳检查基因组抽提效果。
4.讨论。
载体质粒的线性化与在酿酒酵母的转化,线性质粒比环状质粒的整合效率要高
的多,而且一般环状质粒在转化过程中,需要的浓度大约是线性质粒的10倍左右,因此在
酵母转化时,一般采用的是线性化质粒,所以需要预先对环状质粒进行酶切处理。
尽管前面
已经通过营养缺陷型培养基平板初步筛选得到重组酿酒酵母转化菌株,但仍不能确定这些重
组酿洒酵母转化菌株中是否含有重组质粒。
为了进一步确定初步筛选得到的重组酿酒酵母转
化菌株是否含有重组质粒,采用基因组PCR的方法来检测。
经荧光显微镜观察之后,将经免
疫荧光处理的剩余细胞稀释后流式细胞仪检测。
经过处理后的细胞通过流动池,部分细胞标
圯上了绿色荧光物质,荧光物质在激光的激发发光;细胞由于没有表达带有氨酸篮标签的融
合蛋白,在激光的激发下井小发绿色荧光荧光,而重组酵母细胞融合蛋白上的氢酸蛋白标签
抗组氨酸标签单克隆鼠抗体结合后,再抗结合伍激光的激发下发出绿色荧光。
重组表达载体
经过线性化后,通过醋酸里化学转化法转化酿酒酵母感受态细胞,在SDW筛选平板上筛选出转化子。
重组的酿酒酵母工程细胞经过酵母基因组PCR鉴定,表明表达载体已整合至宿主染
色体上。
木糖利用率较低可能是因为虽然能够在酿酒酵母中表达,但表达量不足,使得木糖
不能全部转化成为木糖醇;或者是本反应自身是需要辅酶的催化来完成,而酵母细胞表面的
辅酶量不足而导致催化效果受影响,而造成木糖醇产量低。
发酵液中的木糖利转化为木糖醇。
重组酿造酵母细胞表面展示了具有活性的木糖还原酶,只完成构建木糖代谢酿酒酵母的第一步,如果进一步将木糖醇脱氢酶引入酿酒酵母细胞表面,在木糖醇脱氢酶的作用下使木糖醇
转化成木酮糖,将可以在酿造酵母中启动木糖代谢途径,使构建的新型重组酵母能同时利用
葡萄糖和木糖,有望实现纤维素水解糖高效转化的代谢作用和乙醇的生产过程。
三、展望
利用酿酒酵母表面展示体系在酿酒酵母细胞表面建立木糖代谢起始途径,仅取得一些初
步的结果和数据,证明表面展示技术可以在这方面运用并能获得一定效果,但是要进一步提
高乙醇产量和木糖的利用率,达到生产应用水平,还有很多方面需要研究。
首先,将外源基
因在酿酒酵母表面进行展示,并没有对与蛋白催化活性相关的空间构象在表面展示体系中的
情况进行研究,因为表面展示涉及到了蛋白在细胞表面的确折叠和空问位阻的问题,这些都
对蛋白活性有影响,进一步深入的研究有望提高表面展示的蛋白活性。
其次,在代谢通路上
存在着氧化还原不平衡的问题,这对木糖的利用会造成影响,有望通过蛋白质定向进化或者
定点突变的手段对蛋白质序列进行改造,以改变蛋白质的辅酶依赖性以解决氧化还原不平衡
的问题。
同时,也可以利用辅酶工程改造细胞内辅酶的比率,实现辅酶的再生,可使酿酒酵
母木糖代谢工程菌向着有利于木糖利用、乙醇产生的方向进行,为最终实现利用木质纤维原
料工业化生产乙醇奠定基础。
木糖醇脱氢酶是木糖代谢的重要限速酶之一,它的活性高低直接关系到乙醇产量的多少。
在酿酒酵母表面成功展示了木糖还原酶的基础上,构建了一株转化能够表面展示木糖代谢的
重组酿酒酵母菌株。
重组酿造酵母细胞表面展示了具有活性的木糖还原酶,完成构建木糖代
谢酿酒酵母的第一步。
参考文献:
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