酿酒酵母工程菌生物合成白藜芦醇

目的:构建能以酪氨酸为底物产白藜芦醇的重组酿酒酵母。方法:利用降落-重叠延伸PCR法和一步等温法,将拟南芥的4-香豆酰辅酶A连接酶基因(4cl)、巨峰葡萄的白藜芦醇合酶基因(rs)以及粘红酵母的酪氨酸解氨酶基因(tal)分别构建含有不同抗性筛选标记的附加型酵母表达载体,采用Li Ac/SS carrier DNA/PEG法转化酿酒酵母工业型菌株EC1118,通过高效液相色谱法检测重组酵母发酵产物。结果:成功获得酵母工程菌EC1118-H-TTC-K-T4C-TRC,以3 mmol/L酪氨酸为底物,28℃,150 r/min摇床避光发酵5 d,发酵液中白藜芦醇的产量为6.1979 mg/L。结论:成功构建一株能以酪氨酸为底物产白藜芦醇的工业型重组酿酒酵母,为白藜芦醇的工业化生产进一步奠定了基础。     

白藜芦醇在酿酒酵母中的组合表达

将克隆自拟南芥的4cl基因和巨峰葡萄的rs基因,利用降落重叠延伸PCR的方法,成功构建了含有G418抗性筛选标记的酵母表达载体pRS42K-4CL以及含有潮霉素抗性筛选标记的酵母表达载体pRS42H-RS。采用LiAc/SS carrier DNA/PEG法将含有目的基因的2个载体共同转化至酿酒酵母工业菌株EC1118中,通过PCR及酶切鉴定等方法验证重组工程菌。以对香豆酸为底物,将获得的酿酒酵母工程菌于YPD液体培养基中发酵(25℃,150 r/min,96 h),发酵液用乙酸乙酯抽提后采用高效液相色谱(HPLC)法进行检测,其结果显示发酵产物中白藜芦醇的含量为0.78 mg/L。这表明,拟南芥的4cl基因与巨峰葡萄的rs基因在酿酒酵母工程菌中成功得到了表达,并且表达产物利用对香豆酸为前体物质合成了目标产物白藜芦醇。该研究为进一步实现白藜芦醇在酵母中的工业化生产奠定了基础。     

重组酿酒酵母合成白藜芦醇的研究

为了获得一种酵母快速合成白藜芦醇的体系,本研究分别从虎杖和烟草中克隆获得白藜芦醇合成途径的关键酶基因:芪合酶基因STS和4-香豆酰辅酶A连接酶基因4CL,引入3个连续重复的GSG作为连接肽,采用Overlap PCR扩增技术构建了融合基因4CL-(GSG)3-STS,进一步获得重组表达载体p ESC-TRP-4CL-(GSG)3-STS后转化至酿酒酵母中,之后利用HPLC分析检测重组酿酒酵母代谢产物,最后对重组菌合成白藜芦醇的诱导时间、底物添加浓度和添加方式进行了优化研究。结果表明:所构建的重组酿酒酵母菌体生长48 h后进行诱导表达,同时添加浓度为6 mg/L底物4-香豆酸,并且每隔2 h添加一次,8 h后白藜芦醇产量即可达7.01 mg/L。利用本体系合成白藜芦醇具有操作简单、生产周期短的特点,为进一步实现微生物大规模生产白藜芦醇提供了基础。     

毕赤酵母不同甲醇利用表型Mut~+和Mut~s表达FsGLUm基因的比较

将来源于产琥珀酸丝状杆菌的β-葡聚糖酶基因根据毕赤酵母的偏好性进行密码子优化,通过全基因合成该优化基因(Fs GLUm)并构建重组表达载体p PIC9K-Fs GLUm。将p PIC9K-Fs GLUm分别用SalⅠ和BglⅡ酶切线性化后电击转化入毕赤酵母GS115染色体DNA中,经过表型筛选和抗性筛选获得不同甲醇利用表型Mut+和Muts阳性菌株。经刚果红平板检测,在摇瓶水平下,Mut+型菌株表达产物产生的水解透明圈明显大于Muts型菌株表达产物。在发酵罐水平下,Mut+型菌株各时间段表达产物酶活性明显高于Muts型菌株。Mut+型菌株表达的酶活性在甲醇诱导96h达到最大值,为6424U/m L,比活性为2607U/mg,菌体干重为123.6g/L。Muts型菌株表达的酶活性在诱导后108h达到最大值,为119U/m L,比活性为1867U/mg,菌体干重为113.5g/L。以上结果表明,Mut+型毕赤酵母更有利于产琥珀酸丝状杆菌β-葡聚糖酶基因的表达。     

甜味蛋白Brazzein在毕赤氏酵母中表达的初步研究

目的:采用pGAP ZαA为表达载体,SMD1168毕赤酵母为受体系统,构建分泌型的甜味蛋白Brazzein毕赤酵母重组菌.方法:按照毕赤酵母偏爱密码子设计Brazzein基因,共设计4对引物.在上、下游引物分别引入Xba Ⅰ与Xho Ⅰ酶切识别位点,采用SOE-PCR法合成Brazzein基因,构建克隆载体pUC57-Bra与酵母表达载体pGAPZαA-Bra.将重组质粒线性化,电转导入毕赤酵母(Pichia. pastoris SMD1168)中,用高浓度的抗生素Zeocin筛选高拷贝转化子.将重组菌株接种于YPD培养基诱导表达,进行SDS-PAGE分析.结果:成功构建了分泌型的Brazzein毕赤酵母重组菌.SDS-PAGE表明,目标蛋白的相对分子质量与理论值一致,在诱导72h后目的蛋白表达量达0.12g/L.对纯化后的蛋白进行生物活性测定,经鉴定具有一定的甜味,表达的Brazzein蛋白生物学活性良好.     

纤细裸藻△9-脂肪酸延长酶基因在解脂耶氏酵母中的表达

从纤细裸藻c DNA中克隆出△9-脂肪酸延长酶基因,与解脂耶氏酵母整合载体p INA1297连接构建重组质粒p INA1297-△9E,用电击转化法将重组质粒转化到解脂耶氏酵母中,筛选得到阳性表达菌株YL△9E。在酵母浸出粉胨葡萄糖培养(YPD)条件下,工程酵母YL△9E的菌体生长速率高于对照菌株polf。对工程酵母YL△9E进行脂肪酸成分分析,结果表明△9-脂肪酸延长酶基因获得表达,产生了二十碳二烯酸(EDA),其含量可高达14.8%。     

耐热赖氨酸氨肽酶毕赤酵母表达及培养条件优化

为实现耐热耐氨酸氨肽酶的异源表达,通过PCR扩增技术从Pseudomonas aeruginosa NJ-814基因组中克隆获得耐热的赖氨肽酶基因(PLAP),构建重组载体p PIC9K-PLAP,并最终实现在毕赤酵母GS115中的分泌表达。对重组毕赤酵母进行初步筛选,单因素实验优化获得重组毕赤酵母最佳诱导条件如下:诱导培养基初始pH为5.0、甲醇质量浓度1.5 g/dL、诱导温度28℃、装液量25 mL/250 mL、Co~(2+)浓度50μmol/mL、山梨醇添加量9 g/L。在最优条件下,氨肽酶酶活提高了5.2倍,比酶活2.74 U/mg。实验结果表明:PLAP基因已成功转入毕赤酵母GS115并获得表达。     

高产β-葡萄糖苷酶工程菌株的构建及其在2,6-二甲氧基对苯醌发酵制备中的应用

构建高产β-葡萄糖苷酶的工程菌株并将其应用到2,6-二甲氧基对苯醌的发酵制备中。通过聚合酶链式反应从酿酒酵母CS1401的总DNA中扩增得到β-葡萄糖苷酶基因,并与载体p PICZαA连接后导入毕赤酵母X33中进行甲醇诱导表达;对表达成功的重组菌株进行β-葡萄糖苷酶活力测定;同时将酿酒酵母CS1401和重组菌株接种到小麦胚芽培养基中进行发酵并测定2,6-二甲氧基对苯醌的发酵产量。结果表明,酿酒酵母CS1401的β-葡萄糖苷酶基因在毕赤酵母X33工程菌株中得到高效表达,酶活力达到4.5 U/m L,为酿酒酵母CS1401的5倍;2,6-二甲氧基对苯醌的摇瓶发酵产量达到935.7 μg/g,比酿酒酵母CS1401提高了0.4倍。因此,高产β-葡萄糖苷酶的重组工程菌株在2,6-二甲氧基对苯醌的发酵制备中具有一定的应用前景。     

不同酵母对无花果酒高级醇、氨基酸的影响研究

以菌株EC1118、KD、X16、D254、BO_213发酵的无花果酒为研究对象,通过气相色谱对不同商业酵母发酵的无花果酒中高级醇进行分析比较,并对无花果汁及酒中氨基酸的含量进行分析比较,通过聚类分析将不同酵母发酵的酒进行聚类,筛选出较优的菌株。结果表明:5株酵母发酵的无花果酒中主要检测到正丙醇、异丁醇、异戊醇、苯乙醇,各菌株发酵的酒中高级醇总量依次为:EC1118 KD X16 D254 BO_213,异戊醇是各菌株发酵酒中主要的高级醇,无花果汁及酒中均检测到17种氨基酸,总游离氨基酸含量依次为:无花果汁 X16BO_213 EC1118 KD D254,各菌株的总游离氨基酸含量存在显著差异(p 0. 05),菌株X16发酵的酒中总游离氨基酸和必需氨基酸含量显著(p 0. 05)高于其他菌株分别为465. 72、87. 62 mg/L;聚类分析将菌株X16发酵的无花果酒聚为一类。通过对各样品进行分析,最终筛选出较优的酿酒酵母X16。     

一种降解赭曲霉毒素A的羧肽酶酶原在毕赤酵母中的表达

目的:获得能降解赭曲霉毒素A(ochratoxin A,OTA)的重组蛋白羧肽酶A(r CPA)。方法:按照巴斯德毕赤酵母密码子偏爱性合成羧肽酶A酶原(Pro CPA)基因,构建重组质粒p PIC9K/Pro CPA,线性化后电转导入毕赤酵母GS115中,抗生素G418筛选获得高拷贝转化子。甲醇诱导表达5 d,上清用聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDSPAGE)分析,基质辅助激光解析电离-飞行时间质谱(MALDI-TOF)鉴定。重组羧肽酶A酶原(r Pro CPA)用TPCK处理的胰蛋白酶酶解,酶解产物r CPA降解OTA,高效液相色谱(HPLC)测定降解率。结果:成功构建毕赤酵母重组菌株GS115/p PIC9K/Pro CPA。SDS-PAGE表明r Pro CPA分子质量与理论值一致,MALDI-TOF证实为牛胰脏Pro CPA,甲醇诱导表达5 d后上清的总蛋白含量190 mg/L。Band Scan软件估计r Pro CPA占上清的80%,含量为150 mg/L。酶解产物r CPA能降解OTA,当OTA质量浓度为4μg/m L时,降解率为72.3%。HPLC显示有降解产物OTα产生。     

cp4-epsps基因在毕赤酵母中的表达及鉴定

为建立一种新的外源蛋白安全评估方法,构建转外源基因酵母是关键步骤。本研究以来源于转基因作物的抗除草剂合成酶蛋白CP4-EPSPS为研究模板,首先通过基因优化和化学合成获得cp4-epsps基因,优化后基因密码子适用性指数(CAI)为0.85,GC含量为52%。目的基因克隆至毕赤酵母表达载体p PICZb,经鉴定筛选正确的重组载体p PICZb-EPSPS电击转化至毕赤酵母GS115,cp4-epsps基因通过同源重组方式整合至酵母基因组,PCR扩增酵母基因组筛选得到在正确位点发生同源重组的4株阳性菌株。随后,各阳性菌株分别于28℃、250~300 r/min培养,0.5%甲醇诱导4 d后,提取各组菌株总蛋白,采用SDS-PAGE和western blotting鉴定CP4-EPSPS表达的正确性。CP4-EPSPS单克隆抗体及载体标签C-MYC单克隆抗体的western blotting结果一致显示cp4-epsps基因在毕赤酵母GS115中成功获得表达,大小约50 ku。本实验成功构建了转cp4-epsps基因的毕赤酵母基因工程菌,为下一步开展转基因作物CP4-EPSPS成份的安全评价奠定基础。     

金属离子协同氨基酸提高重组β-环糊精葡萄糖基转移酶在枯草芽孢杆菌中的表达

随着环糊精的应用越来越广,其生产所必需的环糊精葡萄糖基转移酶(EC 2.4.1.19,简称CGT酶)已成为研究热点。为了克服天然菌种产环糊精葡萄糖基转移酶(CGT)能力低等缺陷,该文将来源于Bacillus circulans STB01的β-CGT酶基因插入质粒p ST中,构建了分泌型表达载体cgt/p ST并在宿主B.subtilis WB600中成功表达;通过对摇瓶发酵产CGT酶的条件进行优化发现,当发酵培养基为TB,p H为7.0时,37℃培养48 h后胞外酶活力达到27.9 U/m L,与天然菌株B.circulans STB01在较优发酵条件下所分泌的胞外酶活力相比,提高了近19倍;对TB培养基碳源、氮源进一步优化,以6 g/L的玉米淀粉替代TB培养基中的甘油,以30 g/L的酵母提取物作为氮源,胞外酶活可达到31.2 U/m L;亮氨酸、天冬氨酸的添加能明显促进β-CGT酶的胞外表达,而0.5mmol/L Fe3+的添加能进一步将胞外酶活提高到36.9 U/m L。这是目前报道的β-CGT酶在B.subtilis中胞外表达的最高β-环化活力。     

乳酸克鲁维酵母超量表达葡萄糖氧化酶的研究

本研究应用具有超量分泌表达能力的乳酸克鲁维酵母(Kl SEL1基因突变型)、游离型载体p KDU7以及整合型表达载体p KLAC1,对具有5个氨基酸点突变的葡萄糖氧化酶(该突变酶的比活是野生型葡萄糖氧化酶的3.24倍)进行分泌表达。最终获得了一株可以超量分泌表达葡萄糖氧化酶的菌株,其最大产量为70±7 k U/L。这是现今已报道的分泌表达葡萄糖氧化酶能力最高的乳酸克鲁维重组菌株,为食品安全级的葡萄糖氧化酶的生产和应用提供了新途径。     

木糖发酵酵母Pichia stipitis木糖还原酶基因XYL1在酿酒酵母中的表达

通过PCR方法克隆得到树干毕赤氏酵母木糖还原酶 (XR)基因XYL1。将该基因连入酵母表达载体pYX2 12的强启动子磷酸丙糖异构酶 (TPI)启动子下 ,得到融合表达载体pYX XYL1。通过电转化方法将 pYX XYL1转入酿酒酵母SaccharonmycescerevisiaeW 30 3-1A中 ,酶活测定表明 ,在酿酒酵母中树干毕赤氏酵母木糖还原酶 (XR)基因XYL1得到活性表达 ,2酿酒酵母转化子粗酶液中木糖还原酶活分别为 0 .89U/mg(蛋白 )和 0 .83U/mg(蛋白 ) ,为供体菌的 1 5倍多。与基因供体菌不同 ,木糖还原酶基因在酿酒酵母中表达不需木糖诱导 ,为组成型表达。树干毕赤氏酵母木糖还原酶 (XR)基因XYL1的成功表达为后续的利用木糖的酿酒酵母菌株的构建奠定了基础     

共表达伴侣蛋白对毕赤酵母产β-甘露聚糖酶发酵过程的影响

通过分别共表达伴侣蛋白PDI和Bip获得β-甘露聚糖酶在毕赤酵母中的高效表达。根据Gen Bank公布的毕赤酵母PDI和Bip序列设计引物,以酵母基因组为模板PCR扩增目的基因片段,插入表达载体p PICZαA,分别整合到β-甘露聚糖酶工程菌中,筛选共表达二硫键异构酶的重组酵母(PM115)和共表达免疫球重链结合蛋白的重组酵母(BM115),在30 L发酵罐水平上分析两种共表达伴侣蛋白菌株与初始菌株(GM115)对β-甘露聚糖酶表达的差异。相同工艺下,PM115与原始菌株相比未有提高,而BM115发酵产酶能力高于原始菌株,最高酶活达到40 900 U/m L,最高总蛋白表达量13.22 g/L,最高比酶活达到3 150 U/mg,分别比初始菌株提高38%,22%和18%。毕赤酵母基因工程菌GM115通过共表达伴侣蛋白Bip,提高了β-甘露聚糖酶的产量和比活力,达到工业化生产水平。     

响应面优化酶法辅助提取葡萄叶白藜芦醇工艺

以新疆南部巴州地区赤霞珠葡萄叶为原料,采用酶法辅助提取葡萄叶中的白藜芦醇。通过试验确定了果胶酶-纤维素酶(6:4,m/m)为最佳用酶,在酶添加量、温度、时间、p H单因素试验的基础上,采用响应面分析法(RSM)对酶法辅助提取葡萄叶白藜芦醇工艺进行优化,得到最佳工艺条件为:酶添加量91 mg(酶解5 g葡萄叶),加入p H5的蒸馏水50 m L,在52℃下酶解1.9 h,再加入适量的乙醇溶液[乙醇浓度最终为40%,固液比为1:25(g/m L)],61℃下浸提4 h,在此条件下提取白藜芦醇为16.5233 mg/g。     

生物合成对香豆酸大肠杆菌工程菌的构建

对香豆酸是一种具有预防心血管疾病、抗氧化和抗菌消炎等生物活性的酚类物质,同时,它也是高价值苯丙烷类保健营养品(如白藜芦醇)的前体。本研究希望创制出一种生物合成对香豆酸的方法,以缓解对香豆酸的供求问题。把带有粘红酵母(Rhodotorula glutinis)酪氨酸解氨酶(Rg TAL)基因的组成型表达载体转化大肠杆菌ATCC31884,并通过PCR鉴定后,获得重组菌株。对重组菌株进行发酵培养,对发酵液进行高效液相色谱检测,确定工程菌具有生物合成对香豆酸的能力。随后通过优化L-酪氨酸的添加量和工程菌的发酵时间,最终确定,底物L-酪氨酸的添加量为0.5 m M,发酵时间为36 h,检测发酵液中的对香豆酸含量最高,为161.23 mg/L。这表明,Rgtal基因在重组大肠杆菌中成功得到了表达,并且能利用自身代谢和外源添加的L-酪氨酸生物合成对香豆酸。     

酿酒酵母高效自主复制区的筛选与鉴定

在酵母表达过程中,传统的表达载体存在着拷贝数低以及稳定性差的缺点。因此,找到一个可用于构建复制整合型载体的高效酵母自动复制区(Autonomously Replicating Sequence,ARS)是解决问题的关键。研究中,从酿酒酵母基因组中扩增得到4种不同的ARS(ARS304、ARS315、ARS735、ARS1512),然后连接到整合载体p NTS2K中,得到4种复制整合型载体(p NTS2K-ARS304、p NTS2K-ARS315、p NTS2K-ARS735、p NTS2KARS1512)。经电转化后,4种转化子(36a(p NTS2K-ARS304)、36a(p NTS2K-ARS315)、36a(p NTS2K-ARS735)、36a(p NTS2K-ARS1512))都能在含有300μg/m L G418的YPD平板上生长。然而,只有转化子36a(p NTS2KARS315)能在含有500μg/m L G418的YPD液体培养基里较快生长。经过G418耐受性检测后,36a(p NTS2KARS315)仍能在含有1 mg/m L G418的YPD培养基中很好地生长。此外,通过质粒p NTS2K-ARS315表达荧光蛋白,其表达效果高于普通商业质粒。实验结果证明,4种复制区都能在酿酒酵母中独立自主复制,其中ARS315复制能力最强。因此,ARS315可用于构建高拷贝且稳定的重组质粒,为构建高表达且稳定的工程酵母菌株奠定了基础。     

用基因重组技术构建可降解淀粉和产生酒精的酵母工程菌

将酵母Ty转座子的δ序列 ,黑曲霉糖化酶cDNA及G418抗性基因neo重组进酵母整合型质粒YIplac12 8获得含LEU2 ,neo双标记基因 ,糖化酶cDNA的高整合型表达载体YIp12 8D 17N ,转化GRF18后获得整合型酵母转化子GRF18(YIp12 8D 17N)糖化酶基因在该菌株获得高效表达 ,产物分泌到胞外。Southern印迹分析证明 ,糖化酶基因已整合进工程菌染色体。GRF18(YIp12 8D 17N)在含 2 0 %可溶性淀粉的培养基中培养 2 4h ,淀粉水解率在98%以上 ,酒精浓度达到 9 5 % (v/v)在 2 5 %淀粉中酒精浓度达到 10 2 %。     

天门冬酰胺酶基因在黑曲霉中的同源表达

根据NCBI中的黑曲霉天门冬酰胺酶基因asp序列(GI:145231287)设计特异性引物,从黑曲霉CICC2462基因组中扩增asp基因编码区,构建其黑曲霉表达载体p SZHG-Asp。通过农杆菌介导法转化黑曲霉,筛选以asp基因置换糖化酶基因gla A的同源重组转化子。对转化子的表达产物进行SDS-PAGE分析和酶活检测。获得8株在gla A位点发生基因置换的同源重组转化子,并对其中4株的上清液进行检测。SDS-PAGE结果显示,在42 000处有目的蛋白质条带,重组菌株的目的蛋白质表达量为185~417μg/m L,发酵液最高酶活为21 111 U/m L。