黄孢原毛平革菌遗传转化初探和锰过氧化物酶基因在瑞氏木霉中的表达

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黄孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)是白腐担子菌中的一种,具有氧化特性和对木质素降解没有底物特异性,被作为白腐真菌木质素降解研究的模式菌种。该菌还可以降解芳香族的污染物,在环保领域也显示出很大的潜力。但是对这一模式菌种在木质素降解和纤维素酶代谢性质方面的研究居多,分子机理方面的研究仍有很多困难,因此一个有效的遗传转化体系的建立就显得十分重要。目前对该菌遗传转化的研究主要集中在国外,多以营养缺陷型为筛选标记,但技术方法不公开;国内在这方面的研究很少,且进展不大。   本文在相关文献的基础上,以黄孢原毛平革菌野生型二倍体菌株ME-446和单倍体菌种RP-78为研究对象,对CaCl2-PEG介导的原生质体化学转化法进行优化改进,初探黄孢原毛平革菌遗传转化体系。成功探索得到制备原生质体的最佳条件如下:以37℃孢子萌发10h时的ME-446或25℃孢子萌发15h时的RP-78为制备原生质体的细胞来源;0.5mol/LMgSO4为最佳稳渗剂;30mg/ml裂解酶VinoflowFCE用于酶解。在此条件下,30℃静置酶解2g菌体,可获得浓度为106个/ml的原生质体悬液。测定了黄孢原毛平革菌原生质体对潮霉素B、抗硫胺素和除草剂Basta的敏感性,其中1μg/ml抗硫胺素仍不能抑制原生质体再生,潮霉素B的最低抑菌浓度为670μg/ml,除草剂Basta对ME-446和RP-78原生质体的最低抑菌浓度分别为4μg/ml和5μg/ml。   采用Double-jointPCR技术构建了以黄孢原毛平革菌内源PgpdA为启动子和内源Tmnpl为终止子的除草剂抗性基因bar表达盒,PCR扩增构建了以构巢曲霉PtrpC为启动子的潮霉素B磷酸转移酶基因hph表达盒和以构巢曲霉PgpdA为启动子的除草剂抗性基因bar表达盒。分别用上述三种表达盒转化黄孢原毛平革菌原生质体,筛选具有药物抗性的转化子,并进行PCR验证和Southernblot验证。在含有670μg/ml潮霉素B的筛选平板上未得到具有抗性的转化子;在含有5μg/ml除草剂Basta的筛选平板上未得到具有抗性的RP-78转化子;在含有4μg/ml除草剂Basta的筛选平板上得到3个具有抗性的ME-446转化子,PCR验证成功,但Southernblot验证未出现阳性条带,可能是因为ME-446为二倍体、具有多核的特性,使抗性转化子传代不稳定而易丢失抗性基因。因此对黄孢原毛平革菌遗传转化体系的建立还有待继续探索。   黄孢原毛平革菌能产生锰过氧化物酶,该酶作用底物广泛,不仅在木质素降解过程中有重要作用,还在有机污染物降解、燃料脱色、纸浆生物漂白等方面具有较好的应用前景。但是黄孢原毛平革菌生产锰过氧化物酶需要在营养物质受限制时才能进行,发酵周期长、条件要求苛刻且酶活力低,不利于工业应用。因此研究锰过氧化酶的异源表达有很重要的意义。目前,该酶的同工酶MnP1已在米曲霉、黑曲霉中成功表达,但对同工酶MnP2的研究很少。瑞氏木霉(Trichodermareesei)是重要的降解天然纤维素底物的丝状真菌,不仅具有结构简单、生长迅速、操作简便的优点,还具有真核基因表达和真核蛋白质翻译后修饰加工装置,经常被用于纤维素酶、半纤维素酶和蛋白酶等多种酶类的生产。   本文从黄孢原毛平革菌野生型二倍体菌株ME-446中克隆出MnP2cDNA基因,在瑞氏木霉中异源表达,以期得到产生活性锰过化物酶同工酶MnP2的瑞氏木霉工程菌株。用Double-jointPCR技术构建了带有His标签序列的np2-pyrG基因表达盒,通过CaCl2-PEG介导的原生质体化学转化法,转化瑞氏木霉尿嘧啶营养缺陷型△tku70菌株,以pyrG基因为筛选标记筛选转化子。PCR验证结果显示成功得到9个同源整合mnp2-pyrG基因表达盒的瑞氏木霉转化子,同源整合效率为60%。通过SDS-PAGE分析和ABTS法测定转化子胞外酶活,得到了1个产生活性锰过氧化物酶的瑞氏木霉转化子K13-1。对ABTS法进行了优化,在最适pH4.4、最适温度43℃下,测定了乳糖诱导培养不同时间的转化子K13-1的锰过氧化物酶酶活,结果显示乳糖诱导培养6h的转化子K13-1的锰过氧化物酶酶活最高,为1.35U/L。   本文成功优化了黄孢原毛平革菌原生质体制备方法,比较了潮霉素B、抗硫胺素和除草剂抗性基因作为筛选标记对黄孢原毛平革菌遗传转化的影响,为进一步建立黄孢原毛平革菌遗传转化体系提供理论依据,同时成功获得了能分泌活性锰过氧化物酶同工酶MnP2的瑞氏木霉转化子,为研究该酶的酶学性质及将锰过氧化物酶应用到工业生产奠定了一定的基础,为改良瑞氏木霉的酶系提供了一个成功的范例。
其他文献
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会议
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