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被广泛用于各种氨基酸的工业化生产的谷氮酸棒杆菌(Corynebacierium glutamicum),由于具有蛋白分泌能力但不产胞外蛋白酶的特性,被认为是一个理想的重组蛋白生产宿主菌。研究构建以C.glutamicum为宿主菌的高效率的表达载体对于C.glutamicum表达系统高效表达重组蛋白表达尤为重要。基因工程表达载体的重要组成元件启动子,它也是基因表达调控的一个重要顺式元件。强启动子是基因工程构建表达载体实现重组蛋白过表达的关键基因调控元件,同时也是代谢工程改造宿主菌的重要基因调控元件。启动子的研究对于载体基因工程的构建,菌株代谢工程的改造,目的蛋白的表达都有着重要的意义。鉴定强启动子可为谷氨酸棒杆菌代谢工程育种及重组蛋白生产提供高效的基因表达调控元件,但是现有的用于C.glutamicum表达系统的启动子种类少且转录活性低,无法满足C.glutamicum表达系统改造需求,对于谷氨酸棒杆菌内源性强启动子的鉴定鲜有报道。
本实验基于C.glutamicum菌株全蛋白质二维电泳信息,选择出高丰度表达的蛋白。确定目的蛋白基因的5’端上游序列后,采用生物信息学方法预测序列中的启动子,分析、预测启动子元件,结合实验方法验证启动子序列的转录活性强弱通过这样的方法,对C.glutamicum ATCC13032菌株的内源基因启动子进行筛选预测。
首先,对谷氨酸棒杆菌ATCC13032菌株细胞进行全蛋白二维电泳并对高表达蛋白质斑点进行质谱分析。选取出16个高丰度表达的蛋白斑点,基于基因组学数据应用蛋白质分析软件,分析得出他们所对应的蛋白质,共筛选出55种高丰度表达蛋白质。
其次,通过启动子预测软件对55种蛋白质编码基因可译框架(Open reading frame,ORF)前的序列进行预测分析,启动子预测结果表明C.glutamicum Cgl0229、Cgl0841、Cgl0864、Cgl1249、Cgl1607、Cgl1615、Cgl1805、Cgl2060、Cgl2267、Cgl2988、Cgleno、Cglgap、Cglldh基因的启动子转录活性强。Ptac-M启动子是已知的由大肠杆菌Ptac强启动子突变而来的在C.glutamicum菌株中具有高转录活性的为外源强启动子,将Ptac-M强启动子作为参考对象,将预测筛选的启动子与Ptac-M强启动子相比较,以确定启动子的转录活性强弱。
然后,克隆启动子P0229、P0841、P0864、P1249、P1607、P1615、P1805、P2060、P2267、P2988、Peno、Pgap、Pldh和Ptac-M分别插入以cat为报告基因的启动子探测载体pDXW-11中,成功构建新的重组启动子探测载体。转化ATCC13032菌株感受态细胞,获得工程菌株、C.glutamicum/pDXW-11-P0062、C.glutamicum/pDXW-11-P0215、C.glutamicum/pDXW-11-P0229、C.glutamicum/pDXW-11-P0841、C.glutamicum/pDXW-11-P0864、C.glutamicum/pDXW-11-P1249、C.glutamicum/pDXW-11-P1607、C.glutamicum/pDXW-11-P1615、C.glutamicum/pDXW-11-P1805、C.glutamicum/pDXW-11-P2060、C.glutamicum/pDXW-11-P2267、C.glutamicum/pDXW-11-P2988、C.glutamicum/pDXW-11-Peno、C.glutamicum/pDXW-11-Pgap、C.glutamicum/pDXW-11-Pldh和C.glutamicum/pDXW-11-Ptac-M。
最后通过各工程菌株的氯霉素耐受性检测、报告蛋白CAT氯霉素酰基转移酶活性检测和氯霉素乙酰基转移酶基因cat转录水平的荧光定量PCR实验检,验证16种启动子序列的转录活性。最终启动子片段转录活性由高到低依次是:P0864>Ptac-M>P1607>P0841>P1249>P1615>Pgap>P0215>P0229>P2060>P0062>P2267>P2988>Peno>Pldh>P1805。
本实验基于C.glutamicum菌株全蛋白质二维电泳信息,选择出高丰度表达的蛋白。确定目的蛋白基因的5’端上游序列后,采用生物信息学方法预测序列中的启动子,分析、预测启动子元件,结合实验方法验证启动子序列的转录活性强弱通过这样的方法,对C.glutamicum ATCC13032菌株的内源基因启动子进行筛选预测。
首先,对谷氨酸棒杆菌ATCC13032菌株细胞进行全蛋白二维电泳并对高表达蛋白质斑点进行质谱分析。选取出16个高丰度表达的蛋白斑点,基于基因组学数据应用蛋白质分析软件,分析得出他们所对应的蛋白质,共筛选出55种高丰度表达蛋白质。
其次,通过启动子预测软件对55种蛋白质编码基因可译框架(Open reading frame,ORF)前的序列进行预测分析,启动子预测结果表明C.glutamicum Cgl0229、Cgl0841、Cgl0864、Cgl1249、Cgl1607、Cgl1615、Cgl1805、Cgl2060、Cgl2267、Cgl2988、Cgleno、Cglgap、Cglldh基因的启动子转录活性强。Ptac-M启动子是已知的由大肠杆菌Ptac强启动子突变而来的在C.glutamicum菌株中具有高转录活性的为外源强启动子,将Ptac-M强启动子作为参考对象,将预测筛选的启动子与Ptac-M强启动子相比较,以确定启动子的转录活性强弱。
然后,克隆启动子P0229、P0841、P0864、P1249、P1607、P1615、P1805、P2060、P2267、P2988、Peno、Pgap、Pldh和Ptac-M分别插入以cat为报告基因的启动子探测载体pDXW-11中,成功构建新的重组启动子探测载体。转化ATCC13032菌株感受态细胞,获得工程菌株、C.glutamicum/pDXW-11-P0062、C.glutamicum/pDXW-11-P0215、C.glutamicum/pDXW-11-P0229、C.glutamicum/pDXW-11-P0841、C.glutamicum/pDXW-11-P0864、C.glutamicum/pDXW-11-P1249、C.glutamicum/pDXW-11-P1607、C.glutamicum/pDXW-11-P1615、C.glutamicum/pDXW-11-P1805、C.glutamicum/pDXW-11-P2060、C.glutamicum/pDXW-11-P2267、C.glutamicum/pDXW-11-P2988、C.glutamicum/pDXW-11-Peno、C.glutamicum/pDXW-11-Pgap、C.glutamicum/pDXW-11-Pldh和C.glutamicum/pDXW-11-Ptac-M。
最后通过各工程菌株的氯霉素耐受性检测、报告蛋白CAT氯霉素酰基转移酶活性检测和氯霉素乙酰基转移酶基因cat转录水平的荧光定量PCR实验检,验证16种启动子序列的转录活性。最终启动子片段转录活性由高到低依次是:P0864>Ptac-M>P1607>P0841>P1249>P1615>Pgap>P0215>P0229>P2060>P0062>P2267>P2988>Peno>Pldh>P1805。