Cloning and Expression of AROIO Gene in Saccharomyces cerevisiae and It＇ s Influence on 3- （methylthio） -1-propanol Biosynthetic Metabolism

研究了脱羧酶ARO10基因克隆与过量表达对酿酒酵母INVSc1 3-甲硫基丙醇合成途径的代谢流量影响。将脱羧酶基因ARO10与穿梭质粒pYES2连接,构建其酿酒酵母表达质粒（载体）pYES2-ARO10,LiAc/SSD-NA/PEG方法转化酿酒酵母菌株INVSc1中进行表达,验证ARO10基因过量表达对发酵产物3-甲硫基丙醇影响。结果表明,构建的酿酒酵母转化子SC10-1发酵120 h时,3-甲硫基丙醇生成量达到0.90 g/L,与未导入脱羧酶ARO10基因的对照菌株相比,3-甲硫基丙醇产量提高55.2%。因此,S.cerevisiae s288c中脱羧酶（EC 4.1.1.72）是3-甲硫基丙醇生物合成途径的关键限速酶,其增强脱羧酶基因ARO10的克隆及基因表达,有利于提高3-甲硫基丙醇的合成代谢流量。     

Saccharomy cescerevisiae氨基转移酶基因ARO8克隆及对3甲硫基丙醇合成的影响

酿酒酵母可通过艾希利(Ehrlich)途径将L-蛋氨酸转化为3-甲硫基丙醇等食品风味成分,本文研究了氨基转移酶及其基因在Ehrlich途径及3-甲硫基丙醇合成代谢的调控作用。从Saccharomyces cerevisiae S288C克隆氨基转移酶ARO8基因,并基于酿酒酵母-大肠杆菌穿梭型表达载体pYES-pgk,构建重组质粒表达载体pYES-pgk-ARO8,PEG/LiAc转化法将其导入S.cerevisiae S288C。结果表明,克隆的ARO8基因全长1503bp,与NCBI GenBank中酿酒酵母芳香族氨基转移酶Ⅰ编码基因ARO8的序列相似度为100%;构建的ARO8基因过表达工程菌S.cerevisiae AR8,其氨基转移酶活力为187U/mL,较野生型S288C菌株的酶活性提高1.63倍;工程菌AR8的摇瓶发酵3-甲硫基丙醇产量为0.76g/L,较野生型S288C提高28.8%。表明氨基转移酶Aro8p及其ARO8基因在S.cerevisiae 3-甲硫基丙醇合成代谢中发挥重要作用,增强其ARO8基因表达,有助于提高3-甲硫基丙醇的产量。     

脱羧酶基因ARO10的过量表达及其对Saccharomy cescerevisiae的β-苯乙醇合成代谢影响

为了验证脱羧酶在S.cerevisiaeβ-苯乙醇合成途径中的调控作用,本文从S.cerevisiae S288C中克隆脱羧酶基因ARO10,并构建由3-磷酸甘油酸激酶基因PGK1组成型强启动子控制的ARO10基因表达载体pYES2-Ppgk-ARO10,将重组载体导入S.cerevisiae S288C,研究ARO10基因过量表达对重组菌株中β-苯乙醇合成的影响。经摇瓶实验测定,携带pYES2-Ppgk-ARO10的转化子SP10在发酵60h时β-苯乙醇产量达到最大量1.0g/L,较野生型的对照菌提高16.3%。研究结果表明,脱羧酶是S.cerevisiae S288C中β-苯乙醇生物合成途径的关键酶之一,增加ARO10基因表达量有利于提高β-苯乙醇产量,研究为构建β-苯乙醇高产工程菌株奠定了重要基础。     

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

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INVSc1/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50 g/L木糖及10 g/L半乳糖为碳源发酵5 d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。     

高效表达木糖醇脱氢酶基因酿酒酵母的构建及木酮糖发酵的初步研究

通过RT-PCR方法克隆得到Candida tropicalis木糖醇脱氢酶基因xyl2,将该基因连入酵母表达载体pYES2的诱导型启动子GAL1下,构建表达质粒pYES2-xyl2;同时用从Pichia pastoris中克隆获取的甘油醛磷酸脱氢酶基因GAP换下GAL1基因,构建含组成型启动子GAP基因的表达质粒pYES2-GAP-xyl2;通过电转化法将其依次转入酿酒酵母S.cerevisiae INVSc1,山梨醇培养基上筛选的转化子经木糖醇梯度驯化培养,筛选出1株耐木糖醇浓度为20%的酿酒酵母重组菌株ZCX4和1株在半乳糖诱导下耐木糖醇浓度为15%的重组菌株YDX2。酶活测定表明,重组菌株ZCX4比酶活0.621 U/mg(蛋白),是YDX2比酶活的2.29倍。摇瓶发酵结果显示,重组菌株ZCX4木糖醇消耗76.46 g/L,木糖醇消耗率为76.46%,是重组菌株YDX2木糖醇消耗率的1.63倍,说明木糖醇脱氢酶实现了高效表达。     

溶氧量对酿酒酵母及其工程菌的β-苯乙醇合成代谢的影响及调控效应

目的:研究溶氧量对酿酒酵母S288C及工程菌ARO8-10的β-苯乙醇合成代谢的影响及调控效应。方法:在5 L发酵罐中装液量60%,控制p H 5.0,温度30℃,通气比0.5~2.0 vvm,定时取样检测发酵液生物量、β-苯乙醇、L-苯丙氨酸转化率以及菌体相关代谢酶活性等。结果:通气条件在0.5~2.0 vvm范围时,野生型菌株S288C的生物量、异柠檬酸脱氢酶(ICDH)酶活力明显高于转氨酶基因ARO8与脱羧酶基因ARO10耦合过表达工程菌ARO8-10;ARO8-10的β-苯乙醇发酵产量、L-苯丙氨酸转氨酶、苯丙酮酸脱羧酶、G6PD、GK及PDC酶活力均明显高于S288C(P≤0.01)。在1.0 vvm通气条件发酵60 h时,ARO8-10的发酵液中葡萄糖已基本用尽,β-苯乙醇产量达到2.68 g/L,L-苯丙氨酸转化率达到47.3%,较S288C分别提高了44.4%和12.4%。1.0 vvm为β-苯乙醇发酵较适宜的通气条件。结论 :酿酒酵母的β-苯乙醇代谢与艾利希途径、莽草酸途径、EMP、PPP途径TCA循环等密切相关,构成其合成代谢网络,代谢途经多种酶相互影响;ARO8和ARO10基因耦合过表达,增强了L-苯丙氨酸氨基转移酶和苯丙酮脱羧酶活力,有利于提高G6PD、GK及PDC酶活力,β-苯乙醇代谢流量及产量。     

甜蛋白monellin基因在酿酒酵母中的分泌表达

人工合成的单链甜蛋白monellin基因与经改造后的基因分别克隆到带有酵母半乳糖可诱导启动子GAL1的穿梭表达质粒pYES2.0中,得到表达载体pYESM及pYESMT。在表达载体pYESMT中,monellin基因的上游连接酿酒酵母的α-信号肽序列,得到分泌表达载体pYESMTA。分别将3个重组质粒转化酿酒酵母菌株INVsc1中进行表达。具有突变monellin基因的菌株INVMT/pYESMT的monellin蛋白表达量明显高于含monellin基因的菌株。而含有pYESMTA的菌株可将monellin基因分泌到胞外,表明α-信号肽序列能很好地将酿酒酵母中的重组monellin蛋白引导到胞外,完成分泌表达,且表达产物具有生物活性。     

酿酒酵母乙醇脱氢酶Ⅱ基因反义干扰及对乙醇发酵的影响

通过构建酿酒酵母沉默表达载体PURH-ADH2,使ADH2基因在PGK强启动子、CYC1终止子在特定区域内进行干扰和表达。采用Bam HI和Xmal I限制性内切酶对SADH2基因和PURH质粒进行双酶切,构建反义重组表达质粒PURH-SADH2,通过高效酵母转化法和电转法将重组质粒组件转化至酿酒酵母SY01细胞中,获得阳性克隆菌株JY01。酿酒酵母JY01突变菌株与出发菌株SY01和Y01发酵试验结果相比,JY01甘油脱氢酶酶活比出发菌株Y01与SY01分别下降了16.31%和13.5%;当酿酒酵母Y01、SY01和JY01菌株发酵36~60 h时,JY01菌株甘油含量相比Y01分别下降了16.34%、14.25%、14.89%;当酿酒酵母突变菌株发酵48 h时,Y01、SY01和JY01的乙醇浓度分别为6.243 g/100 m L、7.145 g/100 m L和7.288 g/100 m L,酿酒酵母JY01发酵液乙醇量比比原始菌株Y01乙醇含量提高了14.33%。结果表明通过反义干扰ADH2基因5’UTR序列,能有效干扰酵母工程菌株ADH2转录与表达,削弱甘油积累途径,促进乙醇代谢途径。     

CYS3基因的敲除及其对Saccharomyces cerevisiae3-甲硫基丙醇合成代谢的影响

研究胱硫醚γ-裂解酶基因CYS3敲除对S. cerevisiae 3-甲硫基丙醇合成代谢的影响。将编码胱硫醚-γ-裂解酶的CYS3基因和抗性标记基因Zeocin克隆,构建敲除组件CYS3Δ:Zeocin,醋酸锂法将其转化导入S. cerevisiae S288C表达,构建CYS3基因敲除的工程菌。结果表明：摇瓶发酵120 h时,工程菌S. cerevisiae C3和S. cerevisiae S288C的3-甲硫基丙醇生成量分别为0.60 g/L和0.94 g/L,S. cerevisiae C3较野生型S288C的3-甲硫基丙醇生成量降低36.2%。说明CYS3基因敲除对S. cerevisiae的3-甲硫基丙醇有较大影响,并呈现负调节作用。     

人β-防御素3基因的克隆及其在酿酒酵母中的表达

以质粒pPIC9K．hBD3为模板,扩增得到一段上游带信号肽因子（a-factor）的人3-防御素-3（hBD-3）基因,克隆至酿酒酵母穿梭质粒pYES2中,构建了酿酒酵母表达载体pYES2．a-factor-hBD3（pYa-hBD3）。将重组质粒转化至SaccharomycescerevisiaeINVSCl中,鉴定阳性重组子,经2％半乳糖诱导表达。实验发现表达所得hBD-3对金黄色葡萄球菌（ATCC6538）和大肠杆菌（ATCC10231）具有明显的抑菌活性。hBD-3基因片段在酿酒酵母中的表达,为进一步探讨hBD-3的生物活性及防御素应用安全性打下基础。     

原生质体融合结合基因编辑技术显著提高酿酒酵母2-苯乙醇产量

酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)已用于生产天然2-苯乙醇(2-phenylethanol, 2-PE),但其产量低，耐受性差。该研究筛选出3株具有不同优良性状的酿酒酵母菌株，其中菌株LSC-1的2-PE产量为3.41 g/L,菌株NGER对2-PE的耐受性达3.60 g/L,菌株S.C-1耐热性好并能在41℃下生长。以这3株菌为亲本，通过2轮原生质体融合获得融合子菌株RH2-16,对2-PE的耐受性提高了20%。以L-苯丙氨酸为底物，发酵转化36 h, 2-PE产量达到4.31 g/L,与亲本菌株LSC-1和2-PE工业生产菌株CWY132相比，分别提高26.4%和38.1%。利用CRISPR/Cas9系统，在RH2-16中构建了含突变的Ras特异性鸟嘌呤核苷酸交换因子CDC25(W1416C)菌株，2-PE的产量提高了8%。在RH2-16中过表达艾氏途径合成2-PE关键基因ARO8,ARO10和ADH2未能提高2-PE产量。研究为筛选合成2-PE等天然产物的新型酿酒酵母菌株及其育种提供了一种有效策略。     

PHA聚合酶基因phaC的克隆及其在酿酒酵母中的表达

对聚羟基脂肪酸酯(PHA)聚合酶基因phaC进行克隆,并将其与穿梭质粒pYES2连接.构建了酿酒酵母表达质粒pYES2-phaC.测序验证后用LiAc/SSDNA/PEG方法将质粒转化至Saccharomyces cerevisiae INVSCI中,经SC-URA培养基筛选得到阳性转化子.由2%半乳糖培养基诱导表达后,提取细胞粗蛋白测定PHA聚合酶酶活力,结果表明,表达phaC基因的重组菌酶活力为2.45 U/mg,证明phaC基因在在cerevisiae INVSCI中得到表达.     

高效表达L-乳酸的酿酒酵母工程菌构建研究

采用基因工程方法和进化工程相结合的策略对酿酒酵母进行遗传改造,获得高效表达L-乳酸的酿酒酵母适应工程菌.以酵母丙酮酸脱羧酶基因1为同源序列构建乳酸脱氢酶编码基因整合片段,并与酵母自王表达质粒pUT332共转化酿酒酵母菌,筛选具有乳酸脱氢酶活性的转化子.再通过进一步适应进化筛选高产乳酸的酿酒酵母工程菌.结果表明,工程菌的培养介质组成(g/L)为糖蜜总糖120、玉米黄浆水1000、K2HPO46,起始pH 5.0;发酵条件为发酵时间4d,接种量10％,搅拌速度650 r/min,通气量1.5 L/min,发酵温度30℃.     

树干毕赤酵母木糖醇脱氢酶基因表达载体构建及在酿酒酵母中的过表达

针对树干毕赤酵母xyl2基因设计相应引物。以p-AKRX为骨架载体,通过酶切连接的方式构建1个酿酒酵母工业菌株的表达载体p-AKRX2-2。将该表达载体线性转化酿酒酵母后,测定转化子SUN-Ⅰ木糖醇脱氢酶(XDH)及其表达情况。与原始菌株相比,重组酿酒酵母中的XDH活力是原始菌株的3.65倍。该重组质粒载体的构建可有效弥补酿酒酵母缺少代谢木糖关键基因的缺陷,为利用木糖高产乙醇酿酒酵母基因工程菌株的构建奠定基础。     

稳定高效表达木糖还原酶基因工业酿酒酵母的构建及木糖醇发酵的初步研究

将树干毕赤氏酵母(Pichia stipitis)木糖还原酶基因XYL1连接到适用于酿酒酵母工业菌株的多拷贝整合载体pYMIKP中,构建得到表达质粒pYMIKP-XYL1,转化酿酒酵母工业菌株Saccharomyces cerevisiae6508。在G418平板上筛选转化子,得到含高拷贝木糖还原酶基因的酿酒酵母重组菌株XGH2,,该菌株的木糖还原酶比活力为0.8 U/mg(蛋白),比出发菌株提高了80倍以上,表明外源基因在工业菌株中实现了高效表达。摇瓶发酵结果显示,重组菌株XGH2木糖消耗为27.9 g/L,木糖消耗率为51%;木糖醇产量为30.2 g/L,木糖醇的转化率大于1.0 g/g木糖。     

EMS诱变高异丁醇耐受性酿酒酵母的筛选

利用诱变剂甲基磺酸乙酯（EMS）对酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）W303-1A进行诱变,确定了诱变酿酒酵母最佳的EMS质量浓度为40 μg/mL,筛选出1株遗传稳定、可耐3.0%（V/V）异丁醇的优势突变株EMS39。同时在菌株EMS39和W303-1A中过表达L-缬氨酸代谢途径中的关键基因ILV2、ILV5、ILV3和ARO10得到菌株EMS39 23510和W303-1A 23510,将对应的空载体转入菌株W303-1A中得到菌株W303-1A-EP作为对照菌,同时进行发酵性能检测。结果表明,菌株EMS39 23510异丁醇产量达到404.2 mg/L,比对照菌W303-1A-EP提高了529.6%,比菌株W303-1A 23510提高了3.9%,产率比对照菌W303-1A-EP提高了530.0%。其异丁醇及其他发酵产物的产量明显提高,有一定的研究和工业应用价值。     

过量表达NADH氧化酶降低酿酒酵母乙醇合成的研究

目的:为了降低在葡萄酒酿造过程中酿酒酵母的乙醇产量。方法:将编码NADH氧化酶的Spnox基因过量表达于酿酒酵母T73中,构建胞内异源NADH氧化途径。结果:与出发菌株酿酒酵母T73/p Y26相比较,重组菌株酿酒酵母T73/p Y26-Spnox胞内总NADH氧化酶活性提高49%,胞内NADH/NAD+比率降低了9%;酿酒酵母T73/p Y26-Spnox发酵模拟葡萄汁所获得的乙醇产量及醇类物质总量分别降低了7%和13%,挥发酸增加了4.5%,挥发性物质种类和含量略有增加。结论:过量表达NADH氧化酶可使葡萄酒在发酵条件下,酿酒酵母合成乙醇或其它醇类物质的能力降低,为进一步优化葡萄酒发酵条件生产降醇葡萄酒打下基础。     

毕赤酵母多基因组装系统的构建及其在2-苯乙醇合成中的应用

巴斯德毕赤酵母是一种优良的外源蛋白生产平台,近年来也被用于发酵生产高附加值化学品。为了使产品生产适应发酵工业的需要,常需要对毕赤酵母进行代谢改造,同时表达多个基因。该文设计并建立了一种毕赤酵母多基因组装系统,利用golden gate克隆实现多元件整合,并通过Cre-lox系统去除抗性标签。该系统可实现同时游离或整合表达多个基因,插入位点、启动子、终止子均可灵活调整。利用这一系统对毕赤酵母进行改造,用于发酵合成高价值化学品2-苯乙醇。通过游离表达比较不同来源的关键基因,并整合表达2-酮-3-脱氧-D-阿拉伯庚酮-7-磷酸合酶ARO3、ARO4^K229L和ARO5,分支酸变位酶ARO7^G141S和预苯酸脱水酶PHA2基因,最终重组菌株PE-3合成了408.4 mg/L 2-苯乙醇,是出发菌株的10倍以上。该研究建立多基因组装的系统可用于毕赤酵母代谢工程,构建适用于发酵生产蛋白或其他代谢产物的重组菌株。     

产纤溶酶菌株的分离和鉴定及纤溶酶基因在酿酒酵母中的表达

目的:从豆豉中分离具有强纤溶活性的菌株,实现纤溶酶基因在酿酒酵母中的表达.方法:通过纤维蛋白平板法从豆豉中分离具有强纤溶活性的菌株,结合形态特征、生理生化特性和16S rDNA序列分析鉴定该菌株;通过PCR扩增豆豉纤溶酶基因,构建pYES2-DFE重组质粒,转化酿酒酵母H158感受态细胞,经β-半乳糖诱导表达后,用纤雏蛋白平板法分别检测发酵液上清和菌体破碎上清的纤溶酶活性.结果:鉴定该菌株为枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis);活性检测结果是酿酒酵母发酵液上清具有纤溶酶活性,而菌体破碎上清没有活性.结论:豆豉纤溶酶基因在酿酒酵母中实现了分泌表达.     

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

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adhI基因发生同源重组,得到一株ADHI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。