CN110331144B - 一种真菌启动子及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及生物技术与基因工程技术领域,具体涉及一种真菌启动子及其应用。所述启动子的核苷酸序列为:(1)SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列;或(2)SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个核苷酸且具有相同功能的核苷酸序列;或(3)包括SEQ ID NO:1序列或它的截短序列的杂合启动子序列;或(4)包括SEQ ID NO:1序列或它的截短序列的串联启动子序列。可应用于真菌,特别是黑曲霉、米曲霉、黑根酶、泡盛曲霉、里氏木霉或埃默森蓝状菌等真菌调控基因表达。

Description

一种真菌启动子及其应用
技术领域:
本发明涉及生物技术与基因工程技术领域,具体涉及一种真菌启动子及其应用。
背景技术:
微生物细胞工厂可以用来生产人类需要的生物基化学品,如各种有机酸、酶制剂、医药制品、化妆品等。而启动子是构建微生物细胞工厂是最基本的调控元件之一,它不仅可以调控代谢途径,让代谢流向合成目的产物方向流动,提高目的产物的产量和生产效率;还可以在强启动子的控制之下,提高内源目的蛋白的产量,或者直接表达外源目的蛋白。
一些真菌如酵母和黑曲霉等,都是重要的细胞工厂,广泛应用于生产生物基化学品,因此对能应用于这些细胞工厂的启动子研究是十分必要的。特别是黑曲霉细胞工厂,能用的强启动子十分有限,目前广泛应用的主要还是黑曲霉或米曲霉来源的糖化酶基因启动子。因此,仍然需要发掘一些调控基因表达和编码序列表达的新启动子。
发明内容:
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种在真菌细胞如酵母、黑曲霉或埃默森蓝状菌中表达目的编码序列的新型启动子。
所述启动子,克隆自埃默森蓝状菌基因组DNA,其核苷酸序列为:
(1)SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列;或
(2)SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列经取代、缺失和/或增加一个或多个核苷酸且具有相同功能的核苷酸序列;或
(3)包括SEQ ID NO:1序列或它的截短序列的杂合启动子序列;或
(4)包括SEQ ID NO:1序列或它的截短序列的串联启动子序列。
其中SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列为Pglucan1200启动子;
优选地,所述SEQ ID NO.1所示的核苷酸序列经缺失一个或多个核苷酸且具有相同功能的核苷酸序列为Pglucan720启动子,全长720bp,其核苷酸序列如SEQ ID NO.2所示。
本发明还提供包含上述启动子的重组载体,以及重组菌株;
优选地,所述重组载体所采用的质粒可以为pUC110、pPZP-HYG2、pPZP201、pFW22.1、pFC330、pPIC9、pPIC9K;
更优选地,所述重组载体所采用的质粒为pPZP-HYG2;
优选地,所述重组菌株采用的宿主细胞可以是酿酒酵母、毕赤酵母、解脂耶氏酵母、黑曲霉、米曲霉、黑根酶、泡盛曲霉、里氏木霉和埃默森蓝状菌等;
更优选地,所述重组载体所采用的宿主细胞为黑曲霉;
本发明还提供上述启动子在真菌,特别是黑曲霉、米曲霉、黑根酶、泡盛曲霉、里氏木霉和埃默森蓝状菌等真菌调控基因表达中的应用。
有益效果:
丝状真菌广泛应用于酶制剂、抗生素和有机酸等生产,是一种重要的细胞工厂,特别是黑曲霉、米曲霉和里氏木霉等,被认为是GRAS(generally recognized as safe)菌株,在食品和发酵工业中具有特殊的地位。启动子是构建细胞工厂的基本元件,是利用丝状真菌高效生产生物基化学品的最高效的调控元件之一。目前,报道的丝状真菌的启动子比较少,特别是高强度的启动子,广泛被应用的主要还是黑曲霉或米曲霉糖化酶基因的启动子PglaA。本发明报道的启动子Pglucan1200的强度是PglaA强度的1.43倍,当它们同时用来表达糖化酶时,Pglucan1200对糖化酶的表达量提高了约25.0%。说明本发明的启动子具有重要的应用价值。
附图说明:
图1 Pglucan720和Tglucan的PCR产物电泳
其中,M:1kb DNA ladder;1:启动子Pglucan720;2:终止子Tglucan;
图2 Pglucan1200的PCR电泳
其中,泳道M为DNA marker,泳道1为启动子Pglucan1200的PCR产物;
图3质粒pPZP-PglaA示意图;
图4重组菌株的绿色荧光观察
其中,图A为菌丝体在白光下进行观察,图B为菌丝体在荧光下进行观察;
图5不同重组菌株的相对荧光强度;
图6重组菌株发酵时的糖化酶活力。
具体实施方式:
为了使本专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合具体实施例,对本专利进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利,并不用于限定本发明。
除非本文另外定义,本文中所使用的所有技术和科学术语都具有本发明所属的技术领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。
数字范围包括限定该范围内的数在内。除非另外指出,核酸从5’至3’方向书写,氨基酸序列从氨基端至羧基端书写。
术语“启动子”在本发明中被定义为结合RNA聚合酶和引导该RNA聚合酶至转录起始位点而引起转录的DNA序列。启动子也被理解为包括在转录成mRNA后用于翻译的5’非翻译区(在启动子和翻译起始密码子之间)和顺式作用元件之间的序列。
术语“杂合启动子”指两种或两种以上启动子的部分或全部序列融合并导致目标编码序列转录的启动子。杂合启动子中融合有部分或全部的本发明的启动子序列。
术语“串联启动子”指两种或两种以上启动子,每一种可以启动目标编码序列的表达。
术语“载体”指能将目标编码序列引入到宿主菌株中的核苷酸序列,包括克隆载体、表达载体、穿梭载体、质粒、表达盒和类似载体。重组载体含有本发明中的启动子序列。
术语“宿主细胞”是指能够作为本发明的载体的宿主和表达媒介起作用的细胞。在本发明的一些实施方式中,“宿主细胞”是真菌细胞,主要是酵母细胞和丝状真菌。
以下将通过具体实施例对本发明做进一步的解释说明。
本发明使用的一些质粒已在文献中公开,具体如下:
(1)质粒pPZP-HYG2:Walton FJ,et al.Novel gene functions required formelanization of the human pathogen Cryptococcus neoformans.MolecularMicrobiology(2005).57(5):1381–1396;
(2)质粒pFC330:Christina S,et al.A CRISPR-Cas9 System for GeneticEngineering of Filamentous Fungi.PLOS ONE,DOI:10.1371/journal.pone.0133085;
(3)质粒pFW22.1:Wanka F,et al.Tet-on,or Tet-off,that is the question:Advanced conditional gene expression in Aspergillus.Fungal Genetics andBiology(2016).89:72–83。
以下实施例所用引物如下表:
引物序列表
Figure BDA0002152937550000031
Figure BDA0002152937550000041
实施例1 Pglucan720和Pglucan1200的获得
按照常规方法培养发明人实验室保藏的一株埃默森蓝状菌(Talaromycesemersonii)并提取其基因组,用Bsp1407I限制性核酸内切酶进行酶切(酶切反应体系为:基因组20μL,酶5μL,BSA 10μL,Buffer 10μL,ddH2O 55μL)后再用T4DNA连接酶进行连接环化。
然后以该连接产物为模板,以GlucanF和GlucanR为上、下游引物,进行反向PCR扩增。反向PCR扩增反应体系和反应条件分别如表1和表2。
PCR产物进行琼脂糖凝胶电泳,发现2.2kb特异性条带,按照常规的方法连接到pMD19-T载体上,并送北京六合华大基因技术有限公司进行测序。根据测序结果,设计引物Pglucan720F和Pglucan720R以及TglucanF和TglucanR,以埃默森蓝状菌基因组DNA为模板,扩增出长度约0.72kb的启动子片段Pglucan720和终止子片段Tglucan(SEQ ID NO.16),结果如图1所示。
根据第一次测序结果,改用XhoI酶切基因组并进行环化连接,再次进行反向PCR扩增,扩增出的PCR产物连接pMD19-T载体进行测序。根据测序结果设计引物Pglucan1200F和Pglucan1200R,以埃默森蓝状菌基因组DNA为模板进行PCR,扩增得到约1200bp糖化酶启动子Pglucan1200,如图2所示。
切胶回收PCR产物并连接到pMD19-T载体进行测序。重复三次,得到启动子Pglucan1200的核苷酸序列SEQ ID NO:1,和启动子Pglucan720的核苷酸序列SEQ ID NO:2。
表1:反向PCR反应体系
成份 体积(μL)
模板 1、2、3、4、5
上游引物 2
下游引物 2
dNTP 1
10×buffer 2
Pyrobest TM DNA Polymerase 1
ddH<sub>2</sub>O 12、11、10、9、8
表2:反向PCR反应条件
Figure BDA0002152937550000051
实施例2重组质粒的构建
(1)构建质粒pPZP-PglaA
根据GenBank上公布的黑曲霉糖化酶基因启动子(PglaA)序列(X56422)和荧光素酶基因luc序列(KC677695)及pPZP-HYG2上的色氨酸终止子序列TtrpC,送苏州泓迅生物科技股份有限公司合成转录单元PglaA-luc-TtrpC序列,并在启动子前面添加HindIII和AscI酶切位点,在荧光素酶基因luc的前后分别添加BlnI和XbaI酶切位点,在TtrpC的末端添加SpeI酶切位点。用HindIII和SpeI酶切合成的PglaA-luc-TtrpC序列,连接到用同样酶切的pPZP-HYG2上,构建出质粒pPZP-PglaA,如图3所示。
(2)构建出质粒pPZP-PglaA-eGFP-Tglucan
以NCBI上报道的加强型绿色荧光蛋白eGFP序列(Genbank编号:NC_025025)人工合成eGFP基因,设计PCR引物eGFPF和eGFPR,扩增出eGFP序列。
以克隆的终止子Tglucan序列(SEQ ID NO.16)设计引物TglucanF1和TglucanR,以埃默森蓝状菌基因组DNA为模板,扩增出TglucanR序列。
然后以扩增出的eGFP和TglucanR为模板,以eGFPF和TglucanR为引物,通过重叠PCR扩增出eGFP-Tglucan融合片段。再以BlnI和SpeI酶切eGFP-Tglucan融合片段,连接到同样酶切的质粒pPZP-PglaA上,构建出质粒pPZP-PglaA-eGFP-Tglucan。
(3)构建载体pPZP-PglaA-eGFP-TtrpC
以质粒pPZP-HYG2为模板,扩增出色氨酸终止子TtrpC片段。BglII和SpeI分别酶切TtrpC和载体pPZP-PglaA-eGFP-Tglucan并进行连接,构建成载体pPZP-PglaA-eGFP-TtrpC。
(4)构建载体pPZP-Pglucan1200-eGFP-Tglucan和pPZP-Pglucan1200-eGFP-TtrpC、pPZP-Pglucan720-eGFP-Tglucan和pPZP-Pglucan720-eGFP-TtrpC
根据克隆的Pglucan1200和Pglucan720序列设计引物,以埃默森蓝状菌基因组DNA为模板,扩增出Pglucan1200片段和Pglucan720片段。这两个片段分别用Asc I和BlnI双酶切后,连接到经过同样双酶切的质粒pPZP-PglaA-eGFP-Tglucan上,构建出质粒pPZP-Pglucan1200-eGFP-Tglucan和pPZP-Pglucan720-eGFP-Tglucan;连接到经过同样双酶切的质粒pPZP-PglaA-eGFP-TtrpC上,构建出载体pPZP-Pglucan1200-eGFP-TtrpC和pPZP-Pglucan720-eGFP-TtrpC。
实施例3:黑曲霉重组菌株的构建及筛选
将实施例2中构建的6个载体pPZP-Pglucan1200-eGFP-Tglucan、pPZP-Pglucan720-eGFP-Tglucan、pPZP-PglaA-eGFP-Tglucan、pPZP-Pglucan1200-eGFP-TtrpC、pPZP-Pglucan720-eGFP-TtrpC和pPZP-PglaA-eGFP-TtrpC转化根瘤农杆菌AGL-1。然后利用根瘤农杆菌介导的转化方法(按照Michielse CB et al,NatureProtocol,Vol.3 No.10,2008,1671-1678的方法进行)转化黑曲霉ATCC10864,通过含有潮霉素的完全培养基筛选转化子。提取转化子基因组,用PCR方法鉴定正确的转化子。将PCR鉴定正确的转化子在含有潮霉素的完全培养基上转接2次,继续通过PCR进行鉴定,正确的被分别命名为重组菌株AnPglucan1200Tglucan、AnPglucan720Tglucan、AnPglaATglucan、AnPglucan1200TtrpC、AnPglucan720TtrpC和AnPglaATtrpC。
实施例4启动子功能分析
在PDA斜面上培养实施例3获得的包含不同质粒的6个重组菌株48h,挑取少量菌丝制片,在荧光显微镜下进行观察,结果如图4所示,菌丝体都可以看到绿色荧光,表明启动子Pglucan1200、Pglucan720和PglaA都具有活性。
将6个重组菌株接种48孔培养板,28℃发酵培养48h,在多功能酶标仪下测定荧光强度,然后将菌丝体烘干至恒重并称其重量,用荧光强度除以菌丝体重量,计算出每个重组菌株的相对荧光强度,结果如图5所示。
从图5可以看出:无论是利用Tglucan终止子还是TtrpC终止子,本发明的启动子Pglucan1200、Pglucan720的强度都比报道的启动子PglaA的强度强,启动子Pglucan1200的强度是启动子PglaA的1.43倍。而且,截短的启动子Pglucan720也具有启动子活性,其强度是启动子PglaA的1.20倍。
实施例5:应用Pglucan1200、Pglucan720在黑曲霉中表达糖化酶基因
根据报道的黑曲霉糖化酶基因(GenBank:X00548)设计扩增糖化酶基因的引物GlaAF和GlaAR。按照正常的基因克隆方法提取黑曲霉ATCC10864的总RNA,反转录成cDNA,然后以cDNA为模板,以GlaAF和GlaAR为引物扩增出糖化酶基因,用BlnI和XbaI进行双酶切后,分别连接到经过同样双酶切的pPZP-Pglucan1200-eGFP-Tglucan、pPZP-Pglucan720-eGFP-Tglucan和pPZP-PglaA-eGFP-Tglucan载体上,构建成表达糖化酶的表达载体pPZP-Pglucan1200-glaA-Tglucan、pPZP-Pglucan720-galA-Tglucan和pPZP-PglaA-glaA-Tglucan。
将这些载体转化根瘤农杆菌AGL-1后,再按照上面的方法转化高产糖化酶黑曲霉菌株ATCC10864(简称AnX),用潮霉素筛选得到表达糖化酶的重组菌株AnPglucan1200glaA、AnPglucan720glaA和AnPglaAglaA。接种黑曲霉菌株ATCC10864(简称AnX)、AnPglucan1200glaA、AnPglucan720glaA和AnPglaAglaA至含有30mL麦芽汁培养基的250mL摇瓶中,34℃培养24h,收集菌丝体,转接到含有30mL发酵培养基(每1L含葡萄糖100g,豆饼粉30g,玉米浆30mL)的250mL摇瓶中,34℃培养96h,用可溶性淀粉按照DNS法(3,5-二硝基水杨酸比色法)测定糖化酶的活力,结果如图6。
从图6可知,使用启动子表达糖化酶后,糖化酶的活力都得到提高,其中使用Pglucan1200、Pglucan720和PglaA启动子表达糖化酶基因后的酶活力分别比出发菌株提高了41.6%、27.9%和16.6%;使用Pglucan1200启动子比使用PglaA启动子表达糖化酶基因后的酶活力提高了约25.0%。说明克隆的启动子具有表达外源基因的能力。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本专利构思的前提下,上述各实施方式还可以做出若干变形、组合和改进,这些都属于本专利的保护范围。因此,本专利的保护范围应以权利要求为准。
序列表
<110> 天津科技大学
<120> 一种真菌启动子及其应用
<130> 1
<141> 2019-08-01
<160> 16
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 1200
<212> DNA
<213> 埃默森蓝状菌(Talaromyces emersonii)
<400> 1
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tagaggcctt ttgatgttag cagaattgtc atgcaagggc tccctatcta ctggagaata 180
tactaagggt actgttgaca ttgcgaagag cgacaaagat tttgttatcg gctttattgc 240
tcaaagagac atgggtggaa gagatgaagg ttacgattgg ttgattatga cacccggtgt 300
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ggagtcaaca gcatccaagc ccaagtcctt cacggagaaa ccccagcgtc cacatcacga 780
gcgaaggacc acctctaggc atcggacgca ccatccaatt agaagcagca aagcgaaaca 840
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<212> DNA
<213> 埃默森蓝状菌(Talaromyces emersonii)
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<210> 7
<211> 24
<212> DNA
<213> 人工序列()
<400> 7
cgaaatcgtc agcaccactt acgg 24
<210> 8
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列()
<400> 8
cgacgaggta tttggccgtg ag 22
<210> 9
<211> 36
<212> DNA
<213> 人工序列()
<400> 9
tggcgcgccg tactctgcgg gtgtatacag aatagc 36
<210> 10
<211> 39
<212> DNA
<213> 人工序列()
<400> 10
gcctagccta ggggtggaga tccccagttg tgtatatag 39
<210> 11
<211> 45
<212> DNA
<213> 人工序列()
<400> 11
tcagcaccta ggaccatggt gagcaagggc gaggagctgt tcacc 45
<210> 12
<211> 55
<212> DNA
<213> 人工序列()
<400> 12
tgtcagtcac cctgcaggtc tagactcgag ttacttgtac agctcgtcca tgccg 55
<210> 13
<211> 57
<212> DNA
<213> 人工序列()
<400> 13
gtacaagtaa ctcgagtcta gacctgcagg gtgactgaca cctggcggta gacaatc 57
<210> 14
<211> 34
<212> DNA
<213> 人工序列()
<400> 14
tcagcaccta ggatgtcgtt ccgatctcta ctcg 34
<210> 15
<211> 33
<212> DNA
<213> 人工序列()
<400> 15
ggcctctaga tcaccgccag gtgtcagtca ccg 33
<210> 16
<211> 693
<212> DNA
<213> 1
<400> 16
gggtgactga cacctggcgg tagacaatca atccatttcg ctatagttaa aggatgggga 60
tgagggcaat tggttatatg atcatgtatg tagtgggtgt gcataatagt agtgaaatgg 120
aagccaagtc atgtgattgt aatcgaccga cggaattgag gatatccgga aatacagaca 180
ccgtgaaagc catggtcttt ccttcgtgta gaagaccaga cagacagtcc ctgatttacc 240
cttgcacaaa gcactagaaa attagcattc catccttctc tgcttgctct gctgatatca 300
ctgtcattca atgcatagcc atgagctcat cttagatcca agcacgtaat tccatagccg 360
aggtccacag tggagcagca acattcccca tcattgcttt ccccaggggc ctcccaacga 420
ctaaatcaag agtatatctc taccgtccaa tagatcgtct tcgcttcaaa atctttgaca 480
attccaagag ggtccccatc catcaaaccc aattcaataa tagccgagat gcatggtgga 540
gtcaattagg cagtattgct ggaatgtcgg ggccagttgg cccggtggtc attggccgcc 600
tgtgatgcca tctgccacta aatccgatca ttgatccacc gcccacgagg cgcgtctttg 660
ctttttgcgc ggcgtccagg ttcaactctc tcc 693

Claims (6)

1.一种启动子,其特征在于,所述启动子为Pglucan1200启动子,核苷酸序列如序列表SEQ ID NO.1所示。
2.一种启动子,其特征在于,所述启动子为Pglucan720启动子,核苷酸序列如序列表SEQ ID NO.2所示。
3.包含权利要求1或2任意一项所述启动子的重组载体或重组菌株。
4.如权利要求3所述的重组载体,其特征在于,所述重组载体所采用的质粒为pUC110、pPZP-HYG2、pPZP201、pFW22.1、pFC330、pPIC9或pPIC9K。
5.如权利要求3所述的重组菌株,其特征在于,所述重组菌株采用的宿主细胞为酿酒酵母、毕赤酵母、解脂耶氏酵母、黑曲霉、米曲霉、黑根霉、泡盛曲霉、里氏木霉或埃默森蓝状菌。
6.权利要求1或2任意一项所述启动子的应用,其特征在于,具体是在黑曲霉、米曲霉、黑根霉、泡盛曲霉、里氏木霉或埃默森蓝状菌真菌调控基因表达中的应用。
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