沉积物假海源杆菌c121T中耐盐碱基因dhodh的克隆、表达和功能鉴定

来源 :黑龙江八一农垦大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shiguzxy
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嗜盐菌能够在离子组成高度可变的生态系统中保持渗透平衡,并能快速适应离子变化,其耐盐的特性和机制一直以来是个热门的研究课题。因其具有特殊的生理机制和代谢产物,使其在工农业及医药食品行业具有极高的应用潜力。Pseudidiomarina sediminum是一株异养兼性厌氧海洋细菌,能耐受0.5-15%Na Cl的环境,是一种轻度嗜盐菌,选取此菌株作为研究对象,希望从其基因组中筛选出新型耐盐基因,丰富耐盐基因库,并为构建耐盐高效工程菌株提供耐盐基因。本研究借助大肠杆菌Escherichia coli.KNabc(Δnha A、Δnha B、Δcha A)无法在含盐的环境生存的特性,通过基因文库和功能互补的方法,从P.sediminum中筛选出未知耐盐碱基因,并对其特性进行研究。以含0.2 mol/L Na Cl和氨苄青霉素的LBK平板为筛选条件,使用p UC18作为建库载体,从P.sediminum中筛选潜在的耐盐基因。经本实验研究筛选出3株能在0.2 mol/L固体平板上生长的阳性克隆,对所有测序结果进行生物信息学分析,发现其均为同一种基因:二氢乳清酸脱氢酶(Dihydroorotate dehydrogenase,DHODH),筛选得到阳性克隆载体命名为p UC-yj3。将测序序列提交到数据库进行开放阅读框分析(Open Reaing Frame,ORF),发现外源插入片段大小为1115 bp,通过开放阅读框预测显示,该片段包含6个阅读框,其中最值得关注的是ORF3,其对应的蛋白(314 aa)与Pseudidiomarina aquimaris的醌依赖性二氢乳清酸脱氢酶(quinone-dependent dihydroorotate dehydrogenase,337 aa)同源性为80.57%,二氢乳清酸脱氢酶是催化尿嘧啶合成过程种第四部反应,催化二氢乳清酸氧化化生成乳清酸,初步推测ORF3与细菌耐盐碱有关,由于其来源于P.sediminum将其命名为Ps-DHODH。Ps-DHODH包含314个氨基酸残基,分子量为34031.37 Dalton,等电点为8.81,其中丙氨酸(40/314)含量最高,其次是亮氨酸(28/314)、甘氨酸(25/314)、缬氨酸(24/314)、赖氨酸(20/314),含量较少的氨基酸残基是色氨酸(1/314)、半胱氨酸(3/314)。通过同源比对分析得知Pseudidiomarina sediminum筛选出的Ps-DHODH与Pi-DHODH(来自Pseudidiomarina insulisalsae)同源性最高,通过Neighbour-joining算法构建Ps-DHODH系统进化发育树,可知Ps-DHODH与其他菌属中的DHODH成员聚在一起并且形成了一个单独的分支,因此推断Ps-DHODH属于DHODH家族中的新成员。并通过拓扑异构学分析,Ps-DHODH为部分跨膜蛋白,蛋白质定位在膜上和胞质中。对其3D结构进行分析,Ps-DHODH蛋白包含41.40%的α-螺旋(Alpha helix,Hh),19.43%的伸展链(Extended strand,Ee),10.51%的β-转角(Beta turn,Tt),28.66%无规卷曲(Random coil,Cc);Ps-DHODH氨基酸残基与乳清酸(orotic acid)有三种分子作用力:疏水作用力、氢键和盐桥。耐盐碱测试结果分析表明,与含空载体p UC18的E.coli KNabc相比,含p UC-yj3质粒的盐缺陷菌株能在0.3 mol/L Na Cl、40 mmol/L Li Cl和p H 8.0的碱性环境生存。另外,通过设计引物对克隆载体p UC-yj3中的dhodh基因进行亚克隆,从而构建过表达载体p ET-dhodh。将表达载体通过化学转化的手段导入E.coli BL21(CE3)菌株,通过条件优化使菌株产生大量DHODH,并通过亲和层析的方法得到DHODH蛋白。本课题从P.sediminum克隆出dhodh基因,并验证其具表达的蛋白质有一定耐盐的新能力,属于DHODH蛋白家族新成员,丰富了耐盐基因库,为构建耐盐菌株及其在工农业的应用奠定了基础。
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