CN106085892A - 表达aa9家族多糖单加氧酶基因tlaa9‑4的毕赤酵母工程菌株 - Google Patents
表达aa9家族多糖单加氧酶基因tlaa9‑4的毕赤酵母工程菌株 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种表达AA9家族多糖单加氧酶基因TLAA9‑4的毕赤酵母工程菌株;该工程菌表达的糖苷水解酶TLAA9‑4对内切纤维素酶的活性具有明显的促进作用,混合酶比原始内切酶N24的降解纤维素的活性提高1.3倍。TLAA9‑4多糖单加氧酶发挥其活性需要供电子体(抗坏血酸或CDH)的存在,经薄层层析(TLC)检测产生多种纤维寡糖。TLAA9‑4具有良好的热稳定性和提高纤维素酶活力的能力,可广泛用于纤维废料及其它工业领域,具有重大经济价值和社会价值。
Description
(一)技术领域
本发明涉及生物工程,具体地说是一种表达是疏绵状嗜热丝孢菌ThermomyceslanuginosusAA9家族多糖单加氧酶基因TLAA9-4的毕赤酵母工程菌株Pichia pastorisGS-CT-9-4。
(二)背景技术
多糖单加氧酶(英语:Polysaccharide monooxygenases),又称多糖单氧酶)是一种专门氧化裂解糖苷键,并产生多个纤维寡糖分子的酵素,也是自然界中的常见酵素之一。这类蛋白质在人类的产业上也有所应用,例如用来将纤维素与半纤维素等生物质能降解成可用的小分子。多糖单加氧酶具有多个家族。疏绵状嗜热丝孢菌Thermomyces lanuginosus是一种广泛分布于堆肥中的嗜热真菌。该菌在微晶纤维素为唯一碳源的培养基中50℃条件下可以产生热稳定的纤维素酶和AA9家族多糖单加氧酶。
疏绵状嗜热丝孢菌产生的AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-4具有氧化裂解纤维素的作用,并且对该菌株产生的内切纤维素酶N24的酶活性具有明显的促进作用,可使其活性提高1.3倍。多糖单加氧酶发挥其活性需要供电子体(抗坏血酸或CDH)的存在,经薄层层析(TLC)检测产生多种纤维寡糖。该酶在缺乏底物的情况下可以产生过氧化氢,并且经飞行质谱鉴定该酶氧化裂解打断纤维素长链C1氧化也有C4氧化。
(三)发明内容
本发明从疏绵状嗜热丝孢菌Thermomyces lanuginosus获得多糖单加氧酶cDNA序列全长,命名为TLAA9-4,TLAA9-4基因DNA全长984bp,包括信号肽序 列,起始密码子和终止密码子,无内含子,编码306个氨基酸。具有信号肽序列(1-21aaMAFSTVTVFVTFLAFISIASA)及52个O糖基化位点,有6个潜在的N糖基化位点。将TLAA9-4编码的氨基酸序列在国际基因库中进行检索,发现属于多糖单加氧酶第AA9家族。
构建重组表达质粒载体pPICZαA/TLAA9-4,利用电转仪进行电击转化Pichiapastoris GS115,在Zeocin培养基上筛选,经PCR鉴定筛选阳性转化子,高浓度博来霉素筛选多拷贝转化子,然后进行甲醇诱导表达,获得毕赤酵母工程菌株GS-CT-9-4。该工程菌株接种于含BMGY培养基中,在28℃200rpm/min摇床培养6d后,多糖单加氧酶的表达量为3.02mg/ml,分子量为39kDa,TLAA9-4最适温度为50-55℃,在60℃下是稳定的,处理60min后仍有95%以上的酶活性;70℃处理30min后仍保持71%的活性;80℃处理30min后保持27%的活性;90℃处理30min活性几乎完全丧失。
AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-4在供电子体(抗坏血酸和CDH)和铜离子存在下能将纤维素长链氧化裂解为不同的纤维寡糖,并且在缺乏底物的情况下可以产生过氧化氢,对内切纤维素酶N24的酶活性具有明显的促进作用,混合酶比原始酶N24的降解纤维素的能力提高1.3倍。多糖单加氧酶第一个组氨酸具有重要作用,前端连有其他氨基酸会影响其活性。不同的多糖单加氧酶氧化裂解纤维素长链发生在不同的连键位置,经飞行质谱鉴定TLAA9-4氧化裂解纤维素长链发生在C1和C4位置。
(四)附图说明:
图1 AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-4的SDS-PAGE分析
泳道1:低分子量蛋白标准
泳道2:纯化的AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-4
图2 AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-4的最适温度
图3 AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-4对内切纤维素酶N24活性的促进作用
图4 AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-1氧化裂解纤维素薄层层析检测及供电子体(抗坏血酸)对AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-1活性的影响
泳道1:未加抗坏血酸的多糖单加氧酶TLAA9-1(E)
泳道2:添加抗坏血酸的多糖单加氧酶TLAA9-1(E+Vc)
泳道3:标准纤维寡糖分子(M)
图5 AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-1酶解产物飞行质谱分析
(五)具体实施方式
实施例1:疏绵状嗜热丝孢菌Thermomyces lanuginosusermophilum的分离鉴定
(1)标本采集:从堆肥中采集。
(2)分离培养:将采集标本取0.5克放置在PDA平板上50℃培养3天后,进行分离纯化。操作步骤参考Cooney and Emerson(1964)文献。
(3)鉴定:参考Cooney and Emerson(1964)和LaTouche(1950)文献。
实施例2:多糖单加氧酶基因TLAA9-4的克隆
(1)疏绵状嗜热丝孢菌Thermomyces lanuginosusermophilum总RNA的提取:参照Trizol试剂盒说明。
(2)cDNA第一条链的合成:按照Takara公司的TaKaRa RNA PCR kit(AMV)Ver3.0试剂盒说明书进行:取1~2μg总RNA,加RNase Free ddH2O至9.5μL,将RNA样品在75℃变性5min,立即在冰浴中冷却5min,然后稍微离心一下,在冰浴中依次加入以下各种成分:10mmol/L dNTP Mixture 2μL,10×RT Buffer(Mg2+)2μL,25mmol/L MgCl24μL,Oligo d(T)-Adaptor Primer 1μL,RNase Inhibiter 0.5μL,AMV Reverse Transcriptase 1μL(FinalVolume 20μL),将反应液混合后,室温下放10min,然后42℃温育60min,再煮沸5min以灭活反转录酶。加入180μL DEPC处理的ddH2O,稀释至200μL,混匀,稍微离心,保存于-20℃,备用。
(3)PCR反应(25μL):cDNA2μL,10×Buffer 2.5μL,10mmol/L dNTP2μL,25mmol/LMgCl22μL,上、下游引物各2μL,Taq DNA聚合酶0.5μL(5U/μL),ddH2O 12μL。反应条件为94℃5min预变性;94℃40s,56℃40s,72℃1min,共32个循环,72℃延伸10min,4℃保存。
上游引物:5’-AGGGGTATCTCTCGAGAAAAGACATGGCTTCGTGACAAAAAT-3’
下游引物:5’-GAGTTTTTGTTCTAGACCGGTCCTGGCTGGTGGTGC-3’
(4)基因克隆:取0.5μl PCR产物与pMD18-T载体进行连接,操作步骤按照TAKARA公司产品说明书进行。然后连接产物转化大肠杆菌DH5α菌株,在表面涂有氨卞青霉素(100μg/mL)的LB平板上生长过夜。挑取白色菌落,在LB液体培养基中培养过夜。
(5)质粒DNA的提取:碱法提取质粒DNA。
(6)序列测定:DNA双脱氧法测定核苷酸序列,在上海生物工程有限公司进行。序列引物为M13启动子引物。疏绵状嗜热丝孢菌TLAA9-4基因cDNA全长984bp,包含起始密码子和终止密码子,无内含子,编码306个氨基酸。将此氨基酸序列在国际基因库中进行检索,发现属于多糖单加氧酶第AA9家族。该序列如下:
(A)SEQ ID NO 1的信息
(a)序列特征:*长度:984碱基对;*类型:核酸;*链型:双链;* 拓扑结构:线性
(b)分子类型:DNA
(c)假设:否
(d)反义:否
(e)最初来源:疏绵状嗜热丝孢菌Thermomyces lanuginosus
(f)序列描述:
(B)SEQ ID NO 2的信息
(a)序列特征:*长度:306氨基酸;*类型:氨基酸;*链型:单链;*拓扑结构:线性
(b)分子类型:蛋白质
(c)序列描述:
实施方式3:表达载体的构建
(1)将目的基因CDS序列进行信号肽分析预测,去除信号肽,根据载体信息设计引物,引入XholⅠ和XbaⅠ酶切位点,并补全序列至PpiczαA载体的Kex2蛋白信号切割位点,反向引物3’端去除终止密码子并添加两个碱基以保证序列正常翻译至6×His标签。
上游引物:5’-AGGGGTATCTCTCGAGAAAAGACATGGCTTCGTGACAAAAAT-3’
下游引物:5’-GAGTTTTTGTTCTAGACCGGTCCTGGCTGGTGGTGC-3’
(2)疏绵状嗜热丝孢菌总RNA的提取:利用Trizol试剂提取。
(3)反转录合成cDNA第一条链:取2μg总RNA,加入5×反应缓冲液4μL,10mM dNTP 2μL,核糖核酸酶抑制剂(40-200u/μL)0.5μL引物oligodT(1μg/μL)1μL,反转录酶(10u/μL)2μL,42℃反应60min,然后85℃10min终止反应,稀释至200μL。
(4)PCR反应(25μL):cDNA 2μL,10×Buffer 2.5μL,10mmol/L dNTP2μL,25mmol/LMgCl22μL,上、下游引物各2μL,Taq DNA聚合酶0.5μL(5U/μL),ddH2O 12μL。反应条件为94℃5min预变性;94℃40s,56℃40s,72℃1min,共32个循环,72℃延伸10min,4℃保存。
(5)基因克隆:取2μL PCR产物与pMD18-T载体进行连接,获得重组质粒pMD18T/TLAA9-4操作步骤按TAKARA公司产品说明书进行。然后连接产物转化大肠杆菌DH5α,在涂有AMP的LB平板上生长过夜。挑取白色菌落,在LB液体培养基中培养过夜。
(6)质粒DNA提取:碱法提取质粒DNA。
(7)用XholI和XbaI对重组质粒pMD18-T/TLAA9-4产物进行双酶切,同时用 XholI和XbaI双酶切酵母表达质粒pPICZαA,DNA胶回收试剂盒回收纯化TLAA9-4基因及载体pPICZαA片断。然后进行体外连接,获得重组质粒pPICZαA/TLAA9-4,重组质粒转化大肠杆菌JM109,在含Amp的LB转化平板上挑选单菌落,提取质粒DNA,进行PCR和酶切鉴定,测序确认重组质粒的读码框正确。
实施例4.表达多糖单加氧酶基因TLAA9-4的酵母工程菌株的构建及筛选
(1)重组表达质粒的线性化:将重组表达质粒pPICZαA/TLAA9-4用限制性内切酶SacⅠ线性化。
(2)转化:电击转化酵母菌株Pichia pastoris GS115酵母感受态细胞,转化方法参见Invitrogen公司毕赤酵母操作手册。
(3)筛选:用灭菌牙签挑取转化子对应点种在Zeocin平板上,28℃培养2-4d,挑取在Zeocin平板上均生长良好的转化子为阳性转化子。挑取阳性转化子分别点种于高浓度博来霉素平板上筛选多拷贝转化子。
实施方式5:毕赤酵母Pichia pastoris GS115的诱导表达和活性检测
(1)将阳性转化子接种于含25mL BMGY培养基中,30℃200rpm/min摇床培养24h(OD600值达到1.8),离心收集菌体,将细胞重悬于适当体积的BMMY培养基中,至OD600值为1.0,28℃200rpm/min继续培养,每24h补充甲醇至终浓度为0.5%,每24h取样,室温10,000g离心5min,取上清进行SDS-PAGE分析。
(2)酶活性检测:酶活性测定采用酶解产物薄层层析法,反应体系及反应条件为100μL的酶液,加入200μL的0.5%磷酸膨胀纤维素,100μL的醋酸缓冲液(0.2mol/L、pH 5.0)50℃反应48h,离心后取上清3ul到层析板上,展层后喷洒显色液,85度20min观察结果。蛋白含量测定采用Bradford法。
(3)重组多糖单加氧酶TLAA9-4的最适反应温度:诱导表达的重组多糖单加氧酶经过GE公司的HisTrap FF crude金属配体亲和层析柱纯化带有组氨酸标 记的重组蛋白质,获得电泳均一的纯化蛋白,用纯化的重组多糖单加氧酶测定其性质。在相同PH(PH=5)不同的温度条件下(30℃,40℃,50℃,60℃,70℃,80℃,90℃)多糖单加氧酶反应36h,然后分别加入纤维素酶,50℃下反应半小时,DNS法测量产生的还原糖的量。数值测量三次求平均值,将最高的酶活力定义为100%。
实施方式6:AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-4对内切纤维素酶N24活性的促进作用及供电子体的作用
(1)AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-4对内切纤维素酶N24活性的促进作用
采用DNS法,多糖单加氧酶在PH=5,温度50℃,200RPM的条件下,设置两组多糖单加氧酶与纤维素反应36h,一组加入纤维素酶,一组不加纤维素酶,50℃下反应30min,反应体系为:TLAA9-450μL,N2450μL,200μL的0.5%磷酸膨胀纤维素,100μL的醋酸缓冲液(0.2mol/L、pH 5.0),加入400μL DNS试剂,煮沸10min,在540nm波长下测定光吸收值。以不加多糖单加氧酶TLAA9-4的反应体系中的酶活性定义为100%,分别计算多糖单加氧酶TLAA9-4、内切纤维素酶N24以及混合酶的相对酶活性。重复三次,取平均值。
(2)供电子体(抗坏血酸)对多糖单加氧酶TLAA9-4纤维素酶活性的影响
设置两组反应体系,一组加入抗坏血酸,使其终浓度为10mM,另一组不加抗坏血酸,在多糖单加氧酶TLAA9-4最适反应条件下测定其氧化裂解纤维素酶活性,反应48h后,硅胶薄层层析分析产物,测定活性。
实施方式7:AA9家族多糖单加氧酶酶解产物飞行质谱分析
将AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-2与磷酸膨胀纤维素混合在PH=5的醋酸安缓冲液中,在最适温度条件下反应48h,取上清做飞行质谱。AA9家族多糖单加氧酶TLAA9-2氧化裂解产生的多糖有多种形式,主要有C1和C4氧化,还可能有 C6氧化。C1氧化C6氧化C4水和产物的分子量均增加16,而C4氧化分子量变化为2。飞行质谱测的的分子量减去对应寡糖的分子量再减去氧化减少的碳原子的数量和结合钠离子的数量为氧化后的产物分子量。
实施方式8:表达TLAA9-4基因的毕赤酵母工程菌株GS-CT-9-4的保藏
表达TLAA9-4基因的毕赤酵母工程菌株GS-CT-TLAA9-4的保藏单位:中国微生物菌种保藏管理委员会普通微生物中心(CGMCC);地址:北京市朝阳区北辰西路1号院3号,中国科学院微生物研究所;保藏日期:2016年4月21日;酵母工程菌株编号为:CGMCC No.12386;毕赤酵母工程菌株的分类命名为:巴氏毕赤酵母Pichiapastoris。
Claims (1)
1.一种表达疏绵状嗜热丝孢菌Thermomyces lanuginosusAA9家族多糖单加氧酶基因TLAA9-4的酵母工程菌株,其特征在于该菌为一种毕赤酵母,通过RT-PCR方法从疏绵状嗜热丝孢菌Thermomyces lanuginosus获得热稳定AA9家族糖苷水解酶基因TLAA9-4,将该基因克隆到毕赤酵母分泌型表达载体pPICZαA,获得表达重组质粒pPICZαA/TLAA9-4,转化毕赤酵母GS115,从中筛选出表达热稳定多糖单加氧酶基因TLAA9-4的毕赤酵母工程菌株GS-CT-9-4,该糖苷水解酶TLAA9-4对内切纤维素酶的活性具有明显的促进作用,并且能够将磷酸膨胀纤维素氧化裂解为纤维寡糖,飞行质谱结果鉴定氧化裂解裂解纤维素长链主既有C1氧化也有C4氧化。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20161109 |