嗜热脂肪土芽孢杆菌GL-1 Hsp33基因的克隆及结构分析

以嗜热脂肪土芽孢杆菌（Geobacillus stearothermophilus）GL-1为研究对象,通过聚合酶链式反应（PCR）扩增获得该菌株的热休克蛋白33（Hsp 33）基因,通过ExPASy、SOPMA、Pymol等在线软件对其进行生物信息学分析。同时,考察热胁迫处理对嗜热脂肪土芽孢杆菌GL-1生长的影响,并利用反转录-聚合酶链式反应（RT-PCR）研究菌株在热胁迫中Hsp33基因的表达情况。结果表明,通过PCR扩增得到碱基长度为876 bp的Hsp33基因,该基因与枯草芽孢杆菌（Bacillus subtilis）1vzy的Hsp33基因序列相似性达到99%,其表达的蛋白质结构与Bacillus subtilis 1vzy的Hsp33蛋白具有相似的核心结构域,二者除C-末端稍有不同外,具有相同的β-折叠和α-螺旋,无卷曲螺旋。热胁迫对嗜热脂肪土芽孢杆菌GL-1生长具有影响,当菌株受到热胁迫时,Hsp33基因表达量增加,说明在受到热胁迫时,Hsp33蛋白作出了应激反应。     

亚硝酸还原酶基因克隆、表达与纯化

该研究通过聚合酶链反应(PCR)方法从木糖氧化产碱菌(Achromobacter xylosoxidans DL-1)基因组DNA中成功克隆含铜亚硝酸还原酶基因。PCR测序表明该基因全长1083个核苷酸,编码360个氨基酸,预测其理论分子质量约38.924 k Da,等电点(p I)4.83,命名为Cu NiR(Genbank登录号KX674378)。结构域分析该蛋白编码区包含信号肽,1个铜离子结合位点,1个氧化还原酶催化域。将Cu NiR基因构建到p ET22b载体,并转化至大肠杆菌(Escherichia coli,E.coli)BL21(DE3)中诱导表达,十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(SDS-PAGE)检测显示目的蛋白可溶表达。利用镍柱亲和层析纯化重组蛋白,酶活检测显示比活力为123.82 U/mg,为后期含铜亚硝酸还原酶(Cu NiR)的生化性质表征奠定理论基础。     

1 株产γ-氨基丁酸植物乳杆菌谷氨酸脱羧酶基因的克隆与表达

以1 株产γ-氨基丁酸（γ-aminobutyric acid,GABA）植物乳杆菌（Lactobacillus plantarum）BC114谷氨酸脱羧酶为研究对象,通过聚合酶链式反应（polymerase chain reaction,PCR）技术获得该酶基因,对其进行生物信息学分析,并转入大肠杆菌BL21（DE3）中实现异源表达。采用实时荧光定量PCR、聚丙烯酰胺凝胶电泳和高效液相色谱分别测定重组菌不同发酵时间点谷氨酸脱羧酶基因的表达量、蛋白表达量以及产GABA能力。结果表明：植物乳杆菌中谷氨酸脱羧酶基因大小为1?410?bp,编码469?个氨基酸,蛋白二级结构由α-螺旋（32.2%）、β-折叠（11.5%）和无规则卷曲（56.3%）构成,完成了该酶的三维结构同源建模;成功构建了重组谷氨酸脱羧酶大肠杆菌,谷氨酸脱羧酶基因在诱导6?h相对表达量最大,而蛋白表达量较基因在转录水平表达量有一定滞后,在8?h达最大值,此时GABA产量也达最高,为2?387?mg/L。     

烟草DELLA基因家族的克隆与表达模式分析

为明确烟草受逆境胁迫时DELLA基因家族的转录调节功能,通过烟草EST序列比对分析克隆了3个DELLA基因家族基因（NtDELLA1,NtDELLA2,NtDELLA3）,并对3个基因的结构和表达模式进行了分析。生物信息学分析结果表明,烟草DELLA基因全长1 700 bp左右,其编码蛋白包含DELLA蛋白的特征结构域DELLA基序和VHYNP基序,与拟南芥DELLA蛋白家族的GAI蛋白高度同源,推测烟草DELLA蛋白与拟南芥DELLA蛋白具有类似的功能;荧光定量PCR分析结果表明,这3个基因在烟草不同组织和关键生长发育时期表达模式类似,尤以茎中表达量最高;胁迫应答分析结果表明,烟草DELLA基因的转录对干旱、低温、烟草花叶病毒（Tobacco mosaic virus,TMV）侵染和外源激素均表现出不同程度的响应,其中干旱、赤霉素（GA）和脱落酸（ABA）可抑制烟草DELLA基因的表达,而低温胁迫可诱导NtDELLA1上调表达,TMV侵染可诱导NtDELLA1和NtDELLA2的大量表达。      

肺炎克雷伯菌CRP蛋白表达与纯化及生物学特征分析

目的:原核表达获得肺炎克雷伯菌KP1_RS23625基因（crp）编码的CRP蛋白,并解析CRP蛋白具体的生物学功能。方法:首先克隆肺炎克雷伯菌crp基因,并亚克隆至pET-28a（+）质粒构建重组蛋白表达载体;然后体外原核诱导表达、纯化目的蛋白并进行SDS-PAGE电泳分析。进一步通过生物学信息方法分析CRP蛋白的生物学功能:利用ProtParam、Protscale、SignalP4.1 Service、TMHMM Server v.2.0、SOPMA、SWISS-MODEL软件分别分析目的蛋白理化性质、疏水性、信号肽、跨膜区域、二级与三级结构等一般生物学特征;并借助CDD数据库、Net Phos 3.1 Sever在线软件预测蛋白的功能结构域、磷酸化位点等功能特征;进一步利用ATRING 11.0交互式数据库进行蛋白质交联互作分析。结果:成功构建了重组目的蛋白表达载体pET-28a-crp,并通过原核诱导表达与镍柱亲和吸附法表达、纯化获得CRP目的蛋白;蛋白电泳结果显示CRP蛋白为水溶性蛋白,包括标签蛋白（约4 kDa）的重组目的蛋白分子质量约27 kDa。对CRP蛋白的生物信息学分析结果显示:CRP蛋白大小23.65 kDa、为亲水性蛋白;无跨膜结构域、无信号肽;蛋白二级结构主要由α螺旋与不规则卷曲构成,其中α-螺旋占比40%以上,结构较松散;同时成功构建了三级结构模型;CRP蛋白结构域分析表明含有1个功能结构域,属PRK11753超级家族;修饰位点及蛋白注释分析显示目的蛋白含20个磷酸化位点,与多个蛋白具有交互作用。结论:本研究利用基因工程方法成功获得了较高纯度肺炎克雷伯菌CRP蛋白,并通过生物信息学手段解析了其生物学特征,为肺炎克雷伯菌感染的临床治疗提供理论基础。     

甘蓝型油菜BnERF50的超表达增强了转基因拟南芥对核盘菌的抗性

从接种核盘菌（Sclerotinia sclerotiorum）后的甘蓝型油菜品种中双9号cDNA芯片中筛选出一个新的抗性相关基因BnERF50。序列分析表明该基因产物BnERF50蛋白含有一个典型的ERF（乙烯相应转录因子）保守结构域,属于ERF家族成员。接种核盘菌24h后,该基因的表达量被诱导显著上调。在它的超表达转基因拟南芥中,病原相关蛋白（PR）防御素基因PDF1.2和几丁质酶基因ChiB的表达量升高,对腐生营养型真菌核盘菌的抗性显著增强。     

芸薹属AC基因组中SUC基因家族的鉴定与进化分析

为分析芸薹属AC基因组中SUC基因（负责蔗糖和质子同向转运的蛋白基因）家族的扩张与丢失,基于已公布的白菜和尚未公布的甘蓝及甘蓝型油菜基因组数据对SUC基因进行全基因组鉴定,并分析基因结构域特征、生化特征、进化关系和表达特性。依据HMMER程序构建的SUC基因家族的HMM（隐马尔科夫）模型,在白菜、甘蓝、甘蓝型油菜中,各检索出12、11和24个SUC候选基因;通过用SUC家族特征进行筛选,最终各保留了12、4和7个SUC基因;通过对SUC基因在拟南芥、白菜、甘蓝和甘蓝型油菜中的系统发育分析,SUC基因家族在芸薹属物种中分成了3个亚类。利用MCscan对这4个物种基因组的共线性分析,结果表明SUC基因家族成员在芸薹属物种基因组加倍后以及白菜和甘蓝杂交形成油菜以后发生了不同程度的丢失。同时,序列生化特性预测结果表明SUC蛋白是属于偏碱性的疏水性蛋白且结构稳定;表达谱分析显示,所有SUC基因基本上在所有的组织中都有不同程度的表达;启动子分析表明,SUC基因的启动子区富含LTRE、ABRE、MYC、MYB和W-box等逆境应答相关顺式作用元件,因而该基因可能也与抗逆性相关。     

克氏原螯虾虾青蛋白A2基因克隆、组织分布及原核表达

虾青蛋白对甲壳类水产品色泽的形成和调控具有重要作用。为探究克氏原螯虾虾青蛋白A2(PcCRA2)的基因结构及原核表达,作者通过基因克隆获得PcCRA2基因编码序列（cra2）,采用实时荧光定量PCR(RT-qPCR)检测cra2基因在克氏原螯虾9种组织中的表达模式,并以大肠杆菌BL21(DE3)为宿主,进行PcCRA2异源重组表达。结果表明,克氏原螯虾cra2基因cDNA全长573 bp,编码190个氨基酸。生物信息学分析显示,虾青蛋白A2相对分子质量为21 158.9,理论等电点为5.59。氨基酸序列比对发现,克氏原螯虾cra2编码蛋白质序列与红螯螯虾相似度最高,为91.58%。RT-qPCR结果显示,cra2在所检组织中均有表达,在表皮的表达量最高（P<0.05）。构建了pET28a-cra2原核表达载体,并在大肠杆菌BL21(DE3)诱导表达。其最佳诱导表达条件为：接种4 h后加入0.5 mmol/L IPTG于30℃诱导6 h;UV-vis结果表明重组蛋白质能与虾青素特异性结合,最大吸收峰为505 nm。该研究结果为进一步研究虾青蛋白质的生物功能奠定基础。     

半嵌套式PCR检测转几丁质酶基因烟草研究

用含卡那霉素的培养基首先对转几丁质酶基因烟草种子和烟苗进行初步筛选鉴定,再用Western Blot进一步证实抗卡那霉素的转基因烟苗中外源转几丁质酶基因的表达。然后研究半嵌套式PCR(Semi-nested PCR)检测转几丁质酶基因烟草植株及其烤后烟叶中的所转目的基因;利用限制性内切酶Hind Ⅲ对半嵌套式PCR产物进行酶切,从而验证半嵌套式PCR产物是否为真正的目的基因。研究结果表明,半嵌套式PCR是一种快速、灵敏的检测转几丁质酶基因烟草植株及烤后烟叶的方法。      

鸭梨PbADC基因的鉴定及在果心褐变中的表达

为探究精氨酸脱羧酶(ADC)在鸭梨果心褐变中的调控作用，以鸭梨为材料，对ADC进行鉴定、蛋白生物信息学分析以及基因表达模式分析。结果表明:成功鉴定1个PbADC基因，该基因开放阅读框(ORF)为2 193 bp，编码蛋白730个氨基酸残基。系统发育分析表明PbADC蛋白与杜梨、苹果、秋子梨×西洋梨和湖北海棠ADC亲缘关系较近，同源比对结果显示PbADC蛋白包含完整的Orn_Arg_deC_N结构域、精氨酸脱羧酶家族2-磷酸吡哆醛结合位点和2个重要的酶活位点。生物信息学分析显示PbADC为亲水性不稳定蛋白，蛋白分子质量78.403 ku，理论等电点5.23。二级结构以α-螺旋和无规则卷曲为主，不含信号肽和跨膜结构。急速降温处理组的鸭梨果心褐变指数大于缓慢降温处理组。荧光定量PCR及酶活分析结果表明，在鸭梨褐变发生过程中，PbADC基因的表达量出现先升后降的趋势，其表达量与ADC酶活力的变化相吻合。本研究明确了PbADC蛋白的生物信息学特性及PbADC基因在贮藏期间的差异表达，为今后深入开展鸭梨采后果心褐变发生机制研究提供了理论基础。     

芽孢杆菌发酵液的抑菌活性及葡聚糖酶的基因克隆、表达分析

通过液培法和菌丝生长速率法,探究茯苓粉培养基（ABP培养基）诱导芽孢杆菌CmRh1产葡聚糖酶的发酵上清液对苹果炭疽病菌的抑制作用;采用PCR技术克隆葡聚糖内切酶基因,异源表达并初步验证其功能;采用在线生物信息学对芽孢杆菌葡聚糖酶的理化性质、信号肽、跨膜区、保守结构域、二级和三级结构、亚细胞定位等进行预测。结果表明：茯苓粉培养基（ABP培养基）诱导的芽孢杆菌CmRh1发酵上清液对苹果炭疽病菌具有一定的抑菌效果,抑菌率分别为16.07%和14.03%;从芽孢杆菌CmRh1菌株克隆到1个葡聚糖内切酶基因（Glu4）,开放阅读框（Open Reading Frame,ORF）为1500 bp,编码499 aa。生物信息学预测,Glu4是1个含有信号肽和1个跨膜结构域稳定的亲水性蛋白质,其分子量约为55 kDa,理论等电点为7.14;保守结构域预测,Glu4属于GH5型纤维素酶家族;二级结构元件主要包括α螺旋、延伸链、β转角和无规则卷曲,三级结构为典型的β-三明治结构,符合葡聚糖内切酶的结构特征;Glu4亚细胞定位于细胞外,是一个典型的分泌蛋白。SDSPAGE结合Western blot结果显示...     

辅助蛋白基因的剪接对磷脂酶A1酶活的影响

为探究磷脂酶A1辅助蛋白（phospholipase A1 accessory protein，PlaS）对磷脂酶A1（phospholipase A1，PlaA1）酶活关键调控区域，根据PlaS的结构特点，设计出截短突变体，利用聚合酶链式反应技术将PlaA1与PlaS共表达基因plaB中编码辅助蛋白的基因plaS进行了剪接，并对各截短菌株进行酶活检测和酶学性质分析。结果表明：PlaS属于锚蛋白（ankyrin，ANK）家族，主要由N端域、ANK结构域、C端域三部分组成，其中ANK结构域包含4 个典型的ANK重复序列（ANK repeat）。从构建的5 株截短菌株中筛选出了2 株胞外酶活相对较高的菌株AN-3与AN-4，与未截短菌株BP28相比，比酶活分别提高了73%和78%，催化效率（Kcat/Km）分别提高了216%和211%，而最适温度（45 ℃）和最适pH值（6.0）没有发生变化。Kcat/Km的结果显示，在所有的截短菌株中AN菌株的催化效率最低。plaS剪接结果表明，PlaS的ANK结构域至少需要3 个ANK repeat才会对PlaA1酶活表现为胞外促进作用，PlaS的C端域对维持PlaA1的结构稳定性起到重要的作用，研究为揭示PlaS对PlaA1的调控机制提供了理论基础。     

假肠膜明串珠菌甘露醇脱氢酶基因的克隆及表达

利用聚合酶链式反应从假肠膜明串珠菌中扩增出甘露醇脱氢酶（mannitol dehydrogenase,MDA）基因的结构基因,克隆入表达载体pETDuet-1,构建了甘露醇脱氢酶表达质粒pETDuet-1-mdh,将其转化进入大肠杆菌BL21(DE3),经异丙基-β-D-硫代半乳糖苷诱导表达。假肠膜明串珠菌甘露醇脱氢酶结构基因长度为1 017 bp,重组甘露醇脱氢酶基因在大肠杆菌内成功表达,其蛋白质分子质量为36.0 kD;重组甘露醇脱氢酶活力为0.15 U/mg pro,高于假肠膜明串珠菌中甘露醇脱氢酶活力0.03 U/mg pro。     

枯草芽孢杆菌BJ3-2 S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因speD的克隆与序列分析

S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶（SAMDC）是多胺合成过程中的限速酶。根据GenBank中枯草芽孢杆菌168菌株的S-腺苷甲硫氨酸脱羧酶基因（speD）序列设计同源引物,PCR扩增Bacillus subtilis BJ3-2gDNA,并克隆至pGEM-T载体后测序。序列分析结果表明：B. subtilis BJ3-2 speD基因ORF为381 bp,可编码126个氨基酸,分子质量为13.87 ku,基因登录号为KJ561347,Blast比对,SAMDC基因和蛋白序列的同源性都达到90%以上。B. subtilis BJ3-2的SAMDC具有丙酮酸依赖型脱羧酶的酶原剪切结构域[GVSGVVIISESHLTIH]和保守结构域[TCG],属于典型的I类B型SAMDC家族。SAMDC在多胺生物合成过程中扮演重要的角色,是多胺合成途径中的关键酶。研究为控制发酵豆豉中生物胺含量奠定了基础。     

钝齿棒杆菌ArgR蛋白的表达、纯化及其多聚体的形成

通过PCR技术从钝齿棒杆菌(Corynebacterium crenatum)AS1.542基因组中扩增得到长度为516bp的argR基因,将其连接到原核表达载体pET22b(+),并转化至大肠杆菌BL21(DE3)获得重组菌株BL21(DE3)/pET22b-argR,以异丙基-β-D-硫代吡喃半乳糖苷(IPTG)在33℃诱导8h实现高效可溶性表达,获得了一个分子质量为20kD的融合蛋白ArgR。用纯化后的目的蛋白免疫小鼠制备多克隆抗体,间接ELISA检测抗体效价高达1:160000。Western blot分析结果表明,L-精氨酸介导重组蛋白形成的多聚体,可与自制的鼠抗ArgR多克隆抗体进行特异性反应,与预期结果一致,表明ArgR通过与精氨酸共孵育形成了多聚体,该结果有助于采用凝胶阻滞方法对ArgR蛋白与钝齿棒杆菌精氨酸生物合成途径中各操作子的结合情况进行进一步研究。     

鉴定活性维生素D细胞模型的构建

本文构建了维生素D受体(Vitamin D receptor,VDR)融合蛋白的真核表达载体,并获得稳定表达VDR融合蛋白的细胞体系,为含有活性维生素D食品及药物的鉴定建立成熟的细胞模型。设计并合成特异性引物扩增VDR基因,将扩增产物克隆至pcDNA3.1/His真核表达载体上,将其转染HEK293细胞。采用免疫沉淀(IP)技术鉴定VDR融合蛋白的表达效率。在构建pcDNA 3.1/VDR-His成功的基础上,用活性1,25(OH)_2D_3处理转染的细胞,收集总蛋白和m RNA,分别利用免疫印迹(Western blot,WB)和实时定量PCR(q RT-PCR)技术,检测VDR融合蛋白以及其下游基因CYP24A1基因的表达。IP结果证实VDR融合蛋白具有转录活性。WB和q RT-PCR结果显示,1 nmol/L浓度的活性1,25(OH)_2D_3处理转染细胞能有效激活VDR蛋白的表达,以及显著增强CYP24A1的m RNA表达(p0.01)。利用该细胞模型检测维生素D类药物的活性,结果显示不同药物中维生素D的活性与药物种类有关。pcDNA3.1/VDR-His融合表达载体构建成功,并以此构建了鉴定活性维生素D的细胞模型。     

金黄色葡萄球菌噬菌体qdsa001内溶素的特性预测及克隆表达

为获得噬菌体qdsa001的内溶素,本实验首先利用多种在线软件对内溶素lys56（GenBank：ARQ95812.1）的理化性质、信号肽、跨膜域和结构域等特性进行分析,然后选择克隆表达法制备目的蛋白。将合成的目的基因插入原核表达载体pET-30a中,构建重组质粒pET-30a-lys56,转化至大肠杆菌Rosetta（DE3）中,获得表达稳定的基因工程菌,经异丙基硫代-β-D-半乳糖苷（isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside,IPTG）诱导表达,利用镍琼脂糖亲和层析纯化表达产物。经在线软件预测结果显示,该蛋白分子质量为35.1 kDa,无信号肽和跨膜域,仅含有一个Ami_2结构域。十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳分析显示重组蛋白表达成功,且以可溶性蛋白的形式存在于细胞破碎上清液,分子质量约35?kDa,与预期蛋白大小一致。重组蛋白最佳表达条件为：IPTG浓度0.5?mmol/L,20?℃过夜诱导。