具体实施方式
以下以具体实施例详细说明本发明。
实施例1:氧化葡糖杆菌的木糖醇脱氢酶的编码基因的克隆和测序
(1)氧化葡糖杆菌的木糖醇脱氢酶的编码基因片段的克隆
采用王端好等优化的氧化葡糖杆菌培养基,在30℃摇床以250rpm的转速培养氧化葡糖杆菌,24h后收集细胞,按照AxyPrep Bacterial Genomic DANMiniPrep Kit(AXYGEN)中所述的方法抽提氧化葡糖杆菌的基因组。根据DDBJ登录号AB091690的序列设计正向引物1和反向引物1(其中,正向引物1的序列如SEQ ID NO.6,反向引物1的序列如SEQ ID NO.7所示),并以上述基因组为模板,进行PCR反应。PCR反应体系为50ul,其反应物组成如表1所示。
表1
成分 |
体积(ul) |
H2O |
37 |
5*T4DNA聚合酶缓冲液 |
2 |
MgCl2(25mmol/l) |
3 |
正向引物(10umol/ul) |
2 |
反向引物(10umol/ul) |
2 |
dNTP(dATP、dCTP、dGTP、dTTP各25mmol/l) |
1 |
T4DNA聚合酶(5U/ul) |
1 |
模板 |
1 |
PCR反应条件如下:
取上述PCR产物进行琼脂糖凝胶(1%)电泳。回收PCR产物并与聚合酶链反应产物的克隆载体(聚合酶链反应产物的克隆载体,简称T载体)连接,转化进入大肠杆菌DH5α,挑取菌落进行测序验证。测序结果显示,该PCR产物的核苷酸序列与DDBJ登录号AB091690中的xylitol dehydrogenase的编码基因片段的相似性最高,为81%。该PCR产物为木糖醇脱氢酶的编码基因的片段,该木糖醇脱氢酶的编码基因片段的核苷酸序列如SEQ ID No.3所示。
(2)氧化葡糖杆菌的木糖醇脱氢酶的编码基因的上游DNA片段的克隆
根据DDBJ登录号AB091690的序列和SEQ ID No.3所示的核苷酸序列分别设计正向引物2和反向引物2(其中,正向引物2的序列如SEQ ID NO.8,反向引物2的序列如SEQ ID NO.9所示),并以氧化葡糖杆菌的基因组为模板,进行PCR反应。其反应物组成如表1所示。
PCR反应条件如下:
取上述PCR产物进行琼脂糖凝胶(1%)电泳。回收PCR产物并与T载体连接,转化进大肠杆菌DH5α,挑取菌落进行测序验证。测序结果显示:用正向引物2和反向引物2克隆的PCR产物的核苷酸序列的第561位到第14位核苷酸片段与登录号AB091690报道的xylitol dehydrogenase编码基因的第13位核苷酸到第560位核苷酸的序列片段的相似性最高,为74.5%;此外,该PCR产物的第582-580位核苷酸有一个TAC,所得PCR产物的第593-591位核苷酸有一个TAC,所得PCR产物的第633-631位核苷酸有一个TAC(ATG的反向互补序列)。测序及分析结果显示,该PCR产物是含有木糖醇脱氢酶的编码基因的上游DNA片段,含木糖醇脱氢酶的编码基因的上游DNA片段的PCR产物的序列如SEQ IDNo.4所示。
(3)氧化葡糖杆菌的木糖醇脱氢酶编码基因的3’DNA片段的克隆
根据SEQ ID No.3所示的核苷酸序列和DDBJ登录号AB091690的序列分别设计正向引物3和正向引物3(其中,正向引物3的序列如SEQ ID NO.10,反向引物3的序列如SEQ ID NO.11所示),并以氧化葡糖杆菌的基因组为模板,进行PCR反应。其反应物组成如表1所示。
PCR反应条件如下:
取上述PCR产物进行琼脂糖凝胶(1%)电泳。回收PCR产物并与T载体连接,将连接产物转化入大肠杆菌DH5α,挑取菌落进行测序验证。测序结果显示:用正向引物3和反向引物3克隆的PCR产物,其核苷酸序列的第1位核苷酸到第146位核苷酸与SEQ ID No.3所示的核苷酸序列的第4位核苷酸到第149位核苷酸片段完全匹配;并且所获克隆的PCR产物的核苷酸序列从第47位到第177位的核苷酸序列片段与登录号AB091690中报道的xylitol dehydrogenase编码基因的第659位核苷酸到第789位核苷酸的片段相似性为80.9%,其中xylitoldehydrogenase编码基因的第787位核苷酸到第789位核苷酸为其编码基因的终止密码子(TAG),对应于正向引物3和反向引物3克隆所得的PCR产物的第175位到第177位核苷酸(TAG)。测序及分析结果显示,该PCR产物含有木糖醇脱氢酶的编码基因的3’端的核苷酸序列,含木糖醇脱氢酶编码基因的3’DNA片段的PCR产物序列如SEQ ID No.5所示。
(4)氧化葡糖杆菌木糖醇脱氢酶的编码基因的全基因序列的克隆
将上述所获的如SEQ ID No.3、SEQ ID No.4和SEQ ID No.5所示的序列进行拼接,若以SEQ ID No.5所示的核苷酸序列的第582-580位核苷酸TAC(ATG的反向互补序列)作为起始密码子,则可得到一个798个核苷酸的开放性阅读框,根据拼接所得序列设计正向引物4和反向引物4(其中,正向引物4的序列如SEQ ID NO.12所示,反向引物4的序列如SEQ ID NO.13所示),以氧化葡糖杆菌的基因组为模板,进行PCR反应。PCR反应体系为50ul,其中反应物组成如表1所示,PCR反应条件如下所示:
取上述PCR产物进行琼脂糖凝胶(1%)电泳。电泳图如图1所示,其中,泳道2在750bp到1000bp之间有一条清晰的条带,而作为对照的泳道1无对应条带。回收该条带的PCR产物并与T载体连接,转化进入大肠杆菌DH5α,挑取菌落进行测序验证。测序结果如SEQ ID NO.1所示,其长度为798个核苷酸,与拼接所得核苷酸序列相符,即为本发明所述的木糖醇脱氢酶的编码基因的核苷酸序列,其中ATG为起始密码子,TGA为终止密码子。利用BioXM软件将SEQID NO.1所示的核苷酸序列转换成氨基酸序列得到如SEQ ID NO.2所示的氨基酸序列(即得到本发明的重组蛋白的序列)。将本发明的木糖醇脱氢酶的编码基因和氨基酸序列分别与在线数据库中已报道的序列进行比对,发现本发明的木糖醇脱氢酶的编码基因的核苷酸序列与已报道的木糖醇脱氢酶的基因序列的最高相似性为77%,而本发明的重组蛋白(即木糖醇脱氢酶)的氨基酸序列与现已报道的木糖醇脱氢酶的氨基酸序列的相似性最高只有85%,由此说明,本发明所获得的木糖醇脱氢酶的编码基因是一个新的基因。
实施例2.:构建含木糖醇脱氢酶基因的pET-22b(+)重组载体及含有该重组载体的工程菌
用含有限制性内切酶Nde I识别位点的正向引物4和含有限制性内切酶xhol识别位点的反向引物4,以氧化葡糖杆菌的基因组为模板进行PCR,回收PCR产物并与T载体连接,转化进入大肠杆菌DH5α,挑取菌落进行测序验证。将测序结果与木糖醇脱氢酶的编码基因(如SEQ ID NO.1所示)进行比对,结果显示:含有限制性内切酶Nde I和xhol酶切位点的木糖醇脱氢酶的编码基因成功插入T载体。然后用限制性内切酶Nde I和xhol分别对含有木糖醇脱氢酶的编码基因的T载体和pET-22b(+)表达载体进行双酶切,用T4DNA连接酶将酶切下来的木糖醇脱氢酶的编码基因与经酶切后的pET-22b(+)进行连接,将连接产物转化大肠杆菌BL21(DE3),挑取菌落进行测序。将测序结果与木糖醇脱氢酶基因进行比对,结果表明:序列100%配对,说明成功构建了含有木糖醇脱氢酶的编码基因的pET-22b(+)重组载体和含有pET-22b(+)重组载体的工程菌。含有木糖醇脱氢酶的编码基因的pET-22b(+)重组载体的工程菌经过0.2mmol/lIPTG诱导、SDS-PAGE,电泳结果如图2所示。其中,SDS的全称为十二烷基硫酸钠,PAGE的全称为聚丙烯酰氨凝胶电泳(Polyacrylamide gelelectrophoresis)。在图2的第5泳道(工程菌经IPTG诱导后的细胞裂解液样品)的20-31KDa之间有一条清晰的条带,该条带显示蛋白大小与根据该木糖醇脱氢酶的氨基酸序列计算所得的大小相符,而其余泳道无对应蛋白条带,说明经IPTG诱导后,木糖醇脱氢酶的编码基因所编码的重组蛋白能高效表达。实施例3:含有木糖醇脱氢酶的编码基因的pET-22b(+)重组载体的大肠杆菌催化D-木酮糖形成D-木糖醇的鉴定
将含有木糖醇脱氢酶编码基因的大肠杆菌BL21(DE3)接入200ml含有浓度为50ug/ml氨苄青霉素的LB培养基(LB培养基成分5g/l yeast extract,10g/lNaCl,10g/l tryptone,pH7.0)中,在37℃、转速为250rpm的条件下培养2-3小时直到OD600值达到0.5,加入0.2mmol/l的IPTG诱导,30℃、转速为250rpm的条件下继续培养6小时;后以转速为5000rpm的条件下离心15mins,用0.9%的氯化钠溶液洗涤沉淀两次,再以5000rpm的转速离心15mins,用10ml浓度为11.4g/l的D-木酮糖溶液(pH=5.7)重新悬浮细胞后置于30℃、转速为200rpm的条件下转化15h。将所得到的转化溶液在转速为12000rpm的条件下离心20mins,取上清液,并用高效液相色谱-蒸发光散射检测连用法(英文全称为HighPerformance Liquid Chromatography-Evaporative Light ScatteringDetector,简称HPLC-ELSD)定量检测溶液成分。其中,HPLC-ELSD分析条件为:Shodex SC1011色谱柱(Showa Denko,Japan),柱温80℃,流动相为纯水,流速1ml/min,ELSD漂移管温度为120℃,以氮气做载气,氮气的流速为3L/min。HPLC-ELSD的检测结果表明,溶液中含有4g/L D-木糖醇,转化率为40.48%;而原始大肠杆菌BL21(DE3)或未经IPTG诱导的工程菌在与上述相同的反应体系和反应条件下不能将D-木酮糖转化生成D-木糖醇;作为宿主细胞的大肠杆菌可以催化D-木酮糖形成D-木糖醇。
实施例4:重组蛋白(木糖醇脱氢酶)催化D-木酮糖形成D-木糖醇的鉴定
将含有木糖醇脱氢酶基因的大肠杆菌BL21(DE3)接入200ml含有氨苄青霉素的LB培养基中,在37℃、转速为250rpm的条件下培养2-3h至OD值达到0.5-1.0后,加入0.02mmol/l的IPTG诱导6小时;在转速为5000rpm的条件下离心15mins,用50mmol/l Tris-HCl(pH8.0)缓冲液洗涤沉淀两次,再在5000rpm的条件下离心15mins,用20ml的浓度为50mmol/l的Tris-HCl(pH8.2)缓冲液重悬细胞,在冰浴条件下超声破碎细胞20mins(3s/5s),破胞液在转速为12000rpm的条件下离心20mins,上清过Ni柱,流速约1ml/min;之后用约5-10个柱体积的洗杂缓冲液(该洗杂缓冲液含有20mmol/l咪唑、50mmol/lTris-HCl和0.3mol/l NaCl,且pH8.2)洗去杂蛋白,用洗脱缓冲液(该洗脱缓冲液含有200mmol/l咪唑、50mmol/l Tris-HCl和0.3mol/l NaCl,且pH8.2)洗脱目的蛋白(即木糖醇脱氢酶),分管收集,用分光光度计波长为280nm条件下,测定各管的蛋白浓度,将蛋白浓淡高的液体合并到一起,用浓度为50mmol/l的Tris-HCl(pH8.3)在4℃条件下透析24h后,加入与透析后的酶溶液等体积的甘油,保存甘油酶液于-20℃,并用该甘油酶液进行转化实验。其中,转化体系为:浓度为50mmol/l的Tris-HCl(pH5.5),浓度为30mmol/l的NADH(还原型辅酶I),浓度为30mmol/l的D-xylulose,重组蛋白(即木糖醇脱氢酶)的浓度为0.4mg/l。于30℃条件下转化2h。用HPLC-ELSD定量转化液中的溶液成分,其中,HPLC-ELSD分析条件为:Shodex SC1011色谱柱(Showa Denko,Japan),柱温80℃,流动相为纯水,流速1ml/min,ELSD漂移管温度为120℃,以氮气做载气,氮气的流速为3L/min。HPLC-ELSD检测到溶液中含有浓度为18.39mmol/l的D-木糖醇。由此进一步说明了本发明的木糖醇脱氢酶的编码基因所编码的重组蛋白,能够催化D-木酮糖形成D-木糖醇。
<110> 杭州宝晶生物化工有限公司
<120> 一种木糖醇脱氢酶编码基因及其重组蛋白和含有该基因的大肠杆菌及其用途
<130> 1
<160> 13
<170> PatentIn version 3.1
<210> 1
<211> 798
<212> DNA
<213> 氧化葡糖杆菌
<400> 1
atggcatacg tggtaagttc ctttagcggt aaatcctgtc tcgtgacggg tgcaggaggc 60
aatatcggcc tcgcaaccgc gctacgtctc gcagaaatgg ggacggacat cgctcttctg 120
gacatgaatc cggaagcgtt gacgaaagca gaagccgctg tccgcgagaa aggggtgaag 180
gcagaatcgt atgtctgtga cgtgacgtcc gaaacatccg tgaatgatgt cgtcagtcag 240
gttgtcgcag attttgggaa aatcgatttc ctgttcaata atgccggcta tcagggcgca 300
tttgctccag tccaggatta tccggctgaa gattttccga aggttctgaa catcaacgtc 360
acgggtgctt tccatgtcct gaaagcagtc tcccggcaca tgattgcaaa cggctttggg 420
cggatcgtga atacggccag catggcaggc gtaaaaggcc cgccaaacat ggccgcttat 480
ggcgcttcaa aaggtgcaat cattgcgctg actgaaacgg cagctctcga ccttgcgcct 540
tacaacatcc gcgttaatgc aatcagccct ggatatatgg ggccgggctt catgtgggag 600
cgtcaggttg aactgcaggc caaggccaac acgcagtatt tctcaaccaa cccggaagaa 660
gtctccaagc agatgatcgg cagtgttccg atgcgtcgtt atggagatat caatgaaatt 720
ccgggcgtcg tagcctttct tctcggagac gattccagct tcatgacggg tgtgaatctg 780
gaaatctctg gaggctga 798
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<212> PRT
<213> 氧化葡糖杆菌
<400> 2
Met Ala Tyr Val Val Ser Ser Phe Ser Gly Lys Ser Cys Leu Val Thr
1 5 10 15
Gly Ala Gly Gly Asn Ile Gly Leu Ala Thr Ala Leu Arg Leu Ala Glu
20 25 30
Met Gly Thr Asp Ile Ala Leu Leu Asp Met Asn Pro Glu Ala Leu Thr
35 40 45
Lys Ala Glu Ala Ala Val Arg Glu Lys Gly Val Lys Ala Glu Ser Tyr
50 55 60
Val Cys Asp Val Thr Ser Glu Thr Ser Val Asn Asp Val Val Ser Gln
65 70 75 80
Val Val Ala Asp Phe Gly Lys Ile Asp Phe Leu Phe Asn Asn Ala Gly
85 90 95
Tyr Gln Gly Ala Phe Ala Pro Val Gln Asp Tyr Pro Ala Glu Asp Phe
100 105 110
Pro Lys Val Leu Asn Ile Asn Val Thr Gly Ala Phe His Val Leu Lys
115 120 125
Ala Val Ser Arg His Met Ile Ala Asn Gly Phe Gly Arg Ile Val Asn
130 135 140
Thr Ala Ser Met Ala Gly Val Lys Gly Pro Pro Asn Met Ala Ala Tyr
145 150 155 160
Gly Ala Ser Lys Gly Ala Ile Ile Ala Leu Thr Glu Thr Ala Ala Leu
165 170 175
Asp Leu Ala Pro Tyr Asn Ile Arg Val Asn Ala Ile Ser Pro Gly Tyr
180 185 190
Met Gly Pro Gly Phe Met Trp Glu Arg Gln Val Glu Leu Gln Ala Lys
195 200 205
Ala Asn Thr Gln Tyr Phe Ser Thr Asn Pro Glu Glu Val Ser Lys Gln
210 215 220
Met Ile Gly Ser Val Pro Met Arg Arg Tyr Gly Asp Ile Asn Glu Ile
225 230 235 240
Pro Gly Val Val Ala Phe Leu Leu Gly Asp Asp Ser Ser Phe Met Thr
245 250 255
Gly Val Asn Leu Glu Ile Ser Gly Gly
260 265
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<212> DNA
<213> 氧化葡糖杆菌
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atatctccat aacgacgcat cggaacactg ccgatcatct gcttggagac ttcttccggg 120
ttggttgaga aatactgcgt gttggccttg gcctgcagtt caacctgacg ctcccacatg 180
aa 182
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<212> DNA
<213> 氧化葡糖杆菌
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tgccgtttca gtcagcgcaa tgattgcacc ttttgaagcg ccataagcgg ccatgtttgg 120
cgggcctttt acgcctgcca tgctggccgt attcacgatc cgcccaaagc cgtttgcaat 180
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attattgaac aggaaatcga ttttcccaaa atctgcgaca acctgactga cgacatcatt 360
cacggatgtt tcggacgtca cgtcacagac atacgattct gccttcaccc ctttctcgcg 420
gacagcggct tctgctttcg tcaacgcttc cggattcatg tccagaagag cgatgtccgt 480
ccccatttct gcgagacgta gcgcggttgc gaggccgata ttgcctcctg cacccgtcac 540
gagacaggat ttaccgctaa aggaacttac cacgtatgcc atttgtacct catcgagatg 600
cggcgctttc gcctttcaca tacatatcgg catacggtct gattgtctgc cccttctttg 660
caccattata caccgtggat atattctgat tttatacatt atttacagac acttatacgg 720
atatcgagca gaaaaaacaa ccaactcccc cctagacact tgacccctgc gttcaattcc 780
gcccaagccg tgccttcctg aatgctgcag cccatccgtc atggcgcctg cagccctttt 840
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tcacaaggag gcagtctact caaa 924
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<213> 人工序列
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<212> DNA
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