植物乳杆菌温度敏感性启动子的鉴定与分析

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乳酸菌在食品、医药等领域有广阔的应用前景。温度在乳酸菌的制备、储存、应用中都有着重要影响。本课题围绕乳酸菌温度敏感性启动子的挖掘分析来开展研究,以期为阐明乳酸菌温度胁迫应答机制及温度调控型乳酸菌基因工程表达策略提供新的理论与基础。本研究对不同温度(4、37、52℃)下处理后植物乳杆菌CGMCC8198转录组数据进行分析,结果在低温差异表达基因中鉴定出了63个上调基因和19个下调基因,在高温差异表达基因中鉴定出了110个下调基因。通过RT-PCR方法对其中部分基因进行进一步验证,结果证实fab Z、fab H和csp L三个基因受低温影响最为显著。对这些候选基因进行进化树分析,了解基因亲缘关系。再通过BPROM、BDGP及IPSW等数据库对基因启动子区域、强弱进行预测分析。克隆受低温调控明显的fab Z、fab H和csp L以及受温度影响不甚明显(转录组分析高温时略有变化)的fol B启动子,构建EGFP启动子报告分析质粒p ET28a-Pfab Z-EGFP、p ET28a-Pfab H-EGFP、p ET28a-Pcsp L-EGFP、p ET28a-Pfol B-EGFP并转化大肠杆菌。利用多功能酶标仪对不同启动子调控EGFP的测定进行分析,结果发现:Pfol B没有明显的温度诱导性,而Pcsp L、Pfab H和Pfab Z则均具有低温诱导性,其诱导强度依次为:Pcsp L>Pfab H>Pfab Z。以p ET28a-Pfab Z-EGFP转化菌株为例,进行进一步验证发现:在低温诱导后,p ET28a-Pfab Z-EGFP转化菌可在荧光显微镜下有效观测到绿色荧光,SDS-聚丙烯凝胶电泳也可以检测到EGFP蛋白质的正确表达。从时间上来看,各低温诱导启动子20 min后就表现出低温诱导特性;40 min后,在14℃下的相对荧光强度与37℃下的相对差异达到最大;经过1 h后,低温开始影响了菌株正常生长;2 h低温处理后,菌株生长受到抑制,在14℃下的相对荧光强度不再大于37℃。不过,在不同温度条件下,几株菌的生长趋势都与野生型菌株相似,说明启动子自身并不会对菌株生长造成明显影响。此外,通过对其中受温度调控最明显的Pcsp L进行截短分析,结果发现其启动子核心转录活性主要在-200区域内,但其低温诱导特性还可能受-200~-500之间的其他调控元件影响。同时,通过对EGFP表达产物的分析,结果还发现本文所筛选的两个强启动子Pcsp L、Pfol B可以有助于减少基因工程表达中目的蛋白包涵体的产生。本论文利用所构建的低温诱导启动子EGFP报告分析质粒,对乳清蛋白粉、壳寡糖两种冻干保护剂的作用进行了分析,结果发现这些启动子的强度变化可间接反映出保护剂对菌株的低温保护效果,提示其可以作为冻干保护剂筛选及冻干工艺优化研究过程中的一种较为直观的分析方法。
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