CN110777104B - 一种黄原胶高产菌的构建方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种黄原胶高产菌的构建方法,在Xoc GX01中将正向调控黄原胶生物合成的关键基因udgH基因连接在高表达载体pLAFRJ上,并三亲导入到rpoN2基因失活的突变体中,获得高产黄原胶菌株Xoc GM0826。在NB培养基(多聚蛋白胨5.0g,酵母提取粉1.0g,牛肉浸膏3.0g,蔗糖10.0g,pH 7.0)中,野生型菌株Xoc GX01产胶量为6.56±0.27g/L,高产黄原胶菌株Xoc GM0826的产胶为10.43±0.26g/L,是野生型Xoc GX01产胶的1.58倍。为高产黄原胶菌株的构建提供了一种新的思路和方法。
Description
技术领域
本发明属于生物工程技术领域,涉及一种黄原胶高产菌的构建方法,具体为在ropN2突变的情况下,导入pLAFRJ-udgH,获得高产黄原胶的工程菌。
背景技术
黄原胶(Xanthan gum)是一种非常重要的生物技术产品。目前,国际上生产规模最大、研究最透彻、用途最为广泛的细菌胞外多糖之一,它是由野油菜单胞菌(亦名甘蓝黑腐黄单胞菌)、菜豆黄单胞菌、锦葵黄单胞菌和胡萝卜黄单胞菌、水稻黄单胞菌等黄单胞菌属分泌的一种大分子生物多糖。溶于冷水和热水中后具有高粘度、剪切稀释恢复能力、乳化稳定性能和悬浊液稳定性能等,因此在化工、食品、环保、医药、纺织、采油、印染、农药和化妆品等多个领域中有广泛应用。黄原胶分子是一种重复戊糖单元构成的酸性杂多糖,戊糖单元由两分子D-葡萄糖(Glc)、两分子D-甘露糖(Man)和一分子葡萄糖醛酸(GlcA)构成,分子量在2×106~2×107之间。受菌株和发酵条件的影响,每个戊糖重复单元中连接支链上的甘露糖有可能连接有乙酰基团,在戊糖单体的还原性末端的甘露糖残基可能被丙酮酸化。在侧链和主链之间氢键的作用,黄原胶可以形成螺旋和多重螺旋等高级结构。黄原胶的高级结构同双链核算分子高级结构的形成类似,通过侧链反向缠绕主链,并在侧链之间的作用下形成棒状双螺旋结构,三级结构是一种螺旋复合体,在二级结构的棒状螺旋结构间靠非极性共价键结合而成。
黄原胶合成组装中所用的蛋白酶是由gum基因簇中相关基因所编码,其编码基因在黄单胞菌属中高度保守。黄原胶是由许多寡糖重复单元聚合而成,而在聚合之前首先合成重复单体,重复单体的生物合成需要由gumDMHKI等编码的糖基转移酶。寡糖单体是在细胞内膜十一异戊烯磷酸甘露糖基脂质载体上合成,大多数gum基因的编码产物在非致病型内生真菌固氮弧菌属有同源物,其gum基因可能是通过基因转移而得到的。已经注释的数百种细菌的全基因组注释中只有黄单胞菌属和木杆菌属中有gum基因的存在,虽然在固氮弧菌属中有着相似的同源物存在,但是和黄单胞菌属中的gum基因相比差别很大,而仅相同的只有菌种对寄主植物感染部位的偏好性。因此,现在研究表明,黄原胶的合成仅限于黄单胞菌属中。
目前,黄原胶的工业生产菌株大多通过传统诱变选育所获得,在传统诱变中,盲目性大、耗时费力,而且存在菌株产胶不稳定等不利因素。迄今为止,有关利用在ropN2突变的情况下,导入pLAFRJ-udgH,结果为黄原胶产量进一步提高的高产菌株的办法还未见报道。该工程菌株的构建方法将会为高产黄原胶工程菌株的构建提供一种新的思路。
发明内容
本发明的目的在于提供一种黄原胶高产工程菌的构建方法,利用在ropN2突变的情况下,导入pLAFRJ-udgH,获得高产黄原胶的工程菌,进一步提了高黄原胶的产量。
本发明具体通过以下技术方案实现:
一种黄原胶高产菌的构建方法,包括以下步骤:
1)以Xoc GX01野生型菌株为出发菌株,制备Xoc GX01感受态细胞,通过电转化的方法将EZ::TN<R6Kγori/KAN-2>Tnp转座子导入感受态细胞,稀释涂板获取诱变的水稻细菌性条斑病菌株,平板筛选黄原胶产量提高的的突变菌,并通过质粒拯救确定高产黄原胶突变株的突变位点;
2)以Xoc GX01的udgH基因为模板,进行PCR扩增,产物以Xba I和Hin dIII双酶切后,酶切产物连接到pLAFRJ的多克隆位点得到重组质粒pLAFRJ-udgH;
3)将重组质粒pLAFRJ-udgH三亲接合到步骤(1)得到的高产黄原胶突变株中,经庆大霉素筛选和酶切验证后获得高产黄原胶的工程菌。
进一步的,所述的出发菌株的分类命名为水稻细菌性条斑病菌(Xanthomonasoryzae pv.oryzicola,Xoc)GX01,保藏编号为CCTCC NO:M 2016040,保藏日期为2016年1月25日,保藏单位:中国典型培养物保藏中心,保藏地址:湖北省武汉市武昌珞珈山武汉大学。
进一步的,步骤(1)得到的突变菌用质粒拯救的办法获取带有转座子的单克隆后,用以下鉴定引物进行菌体PCR,并将PCR产物进行测序并与Xoc GX01基因组序列比对,确定插入位点:
正向引物:ACGAAACACGGAAACCGAAGAC;
反向引物:AACATCATTGGCAACGCTACCT。
该黄原胶高产菌株为rpoN2的插入突变体,命名为T2368。
进一步的,步骤(2)中PCR扩增引物是根据Xoc GX01的udgH基因序列和质粒pLAFRJ的序列特征设计的含一个Xba I位点的正向引物和含一个Hin dIII位点的反向引物:
正向引物:CCCTCTAGAAATACATGGTGTTGCGCCAG;
反向引物:CCCAAGCTTTTCCAGTTCAACCAACCG。
本发明的有益效果为:
实验表明,在常规培养基NB中本发明方法构建得到的工程菌黄原胶的产量是出发菌株的1.58倍。
附图说明
图1是平板筛选黄原胶产量变化明显的Tn5插入突变体;
图2是Tn5插入突变体阳性菌落PCR验证结果;
图3是udgH基因全片段的PCR扩增;
图4是重组质粒pK18-udgH的PCR验证及酶切验证;M为100bp DNAladder;1为以重组质粒pK18-udgH为模板的扩增片段;
图5是重组质粒pK18-udgH的酶切验证;M为100bp DNA ladder;1为Xba I和HindIII双酶切重组质粒pK18-udgH;
图6是重组质粒pLFRJ-udgH的PCR验证;M为100bp DNA ladder;1、2为以重组质粒pLFRJ-udgH为模板的扩增片段;
图7是重组质粒pLFRJ-udgH的酶切验证;M1为100bp DNA ladder;M2为λDNA/HindIII DNA ladder;1、2为Xba I和Hin dIII双酶切重组质粒pLFRJ-udgH;
图8是T2368/pLAFRJ-udgH菌株的菌体PCR验证。
具体实施方式
下面将结合本发明具体的实施例,对本发明技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
本发明所利用的出发菌株分类命名为水稻细菌性条斑病菌(Xanthomonas oryzaepv.oryzicola,Xoc)GX01,保藏编号为CCTCC NO:M 2016040,保藏日期为2016年1月25日,保藏单位:中国典型培养物保藏中心,保藏地址:湖北省武汉市武昌珞珈山武汉大学。
实施例1水稻细菌性条斑病菌突变体库的构建
一、感受态细胞的制备
挑取新活化的水稻细菌性条斑病菌接种于10mL添加Rif的NB液体培养基中,28℃摇床培养18h;以2%~3%的比例将菌液转接于200mL NB液体培养基中28℃摇床扩大培养8~10h,至OD600约0.6~0.9;将培养液放置冰上冷却30min后,转到50mL离心管中,使用4℃冷冻离心机4000rpm离心10min;轻柔倒掉上清培养液,取1mL冰水状态的灭菌超纯水,将菌体轻轻混匀悬浮,再加入30mL超纯水,使用4℃冷冻离心机4000rpm离心10min;重复上一步骤一次;轻柔倒掉上清液,从冰水状态的10%甘油溶液中取1mL,将菌体轻轻混匀悬浮,再加入30mL10%甘油溶液,使用4℃冷冻离心机4000rpm离心10min;轻柔倒掉上清液,将50mL大离心管中的菌液转移到预冷的1.5mL Eppendorf管中,加750μL 10%甘油,轻轻吸打几次,4℃冷冻离心机12000rpm离心1min;倒掉上清液,最后以40μL体积预冷的10%甘油重悬细胞,保存于-80℃。
二、插入突变体库的构建
用微量移液枪精确吸取1μL EZ::TN<R6Kγori/KAN-2>Tnp转座子加入到40μL的Xoc GX01电转感受态细胞中,用吸水纸擦干电脉冲杯,将含有转座子的感受态细胞溶液移到预冷电转杯,在电压1.8K、电阻200Ω、电容25UF的参数条件下进行电脉冲转化。转化成功后立即(10秒内)加入1mL SOC或NB培养基,混匀后,转入离心管中,28℃摇床培养2h。以100μL体积均匀涂于含Km抗生素的NA平板培养基上,28℃电热恒温培养箱倒置培养2~3天。
实施例2高产黄原胶菌株的筛选及定位
一、黄原胶产量变化的突变菌株的筛选
利用实施例一已经构建好的Xoc Tn5插入突变体库,以黄原胶分泌量作为检测指标进行筛选。经过初筛和复筛之后,总共筛选出黄原胶分泌量变化同野生型相比有明显差异的突变体,如图1所示。由图可知,黄原胶分泌量减少的突变体同野生型相比,几乎没有黄原胶分泌在菌落周围;而黄原胶分泌量增加的突变体,菌落比野生型明显隆起光亮。
二、插入突变体的定位
选取黄原胶产量变化明显Tn5插入突变体,采用质粒拯救方法,对突变体Tn5插入位点进行定位,获取带有Tn5转座子的单克隆后,用鉴定引物(I5/I3)进行菌体PCR验证,如图2,每个阳性克隆都能扩增出大小为568bp的单一目的片段,挑选目的片段明亮单一的阳性克隆送去测序。
正向引物(I5):5’ACGAAACACGGAAACCGAAGAC;
反向引物(I3):5’AACATCATTGGCAACGCTACCT。
利用Tn5突变体测序引物(KAN-2FP:ACCTACAACAAAGCTCTCATCAACC);R6KAN-2FP:CTACCCTGTGGAACACCTACATCT)进行双向测序,从而获得突变体中Tn5转座子两侧翼大约1000bp的序列,并将其与Xoc GX01的全基因组序列进行BLAST比对,通过比对结果的起始位点和Tn5转座子的特性可确定转座子的插入位置,并结合黄单胞菌中相关基因的注释可获知突变基因的编码产物(表1)。
表1 Tn5插入突变体定位信息
选取以ropN2的突变菌株作为工程菌构建的出发菌株,命名为T2368。
实施例3高产黄原胶工程菌株的构建
一、udgH基因的扩增
根据Xoc GX01的udgH基因序列和质粒pLAFRJ的序列特征设计如下含一个Xba I位点的正向引物和含一个Hin dIII位点的反向引物:
正向引物:5’CCC TCTAGA AATACATGGTGTTGCGCCAG
反向引物:5’CCCAAGCTT TTCCAGTTCAACCAACCG
其目的片段大小为1752bp,以Xoc GX01总DNA为模板,对目的片段进行PCR扩增(见图3)。
二、构建pLFRJ-udgH重组质粒
将PCR扩增的目的基因片段用DNA纯化试剂盒进行纯化,用Xba I和Hin dIII在37℃进行双酶切,连接于质粒pK18mob上并导入大肠杆菌DH5α感受态细胞中,得到转化子的重组质粒pK18-udgH。用含有Km、X-gal和IPTG的LA板通过蓝白斑筛选阳性克隆,选取白色透明状的单菌落进行菌体PCR验证(见图4)。将菌体PCR验证正确的阳性克隆摇床培养,提取重组质粒用相应的酶进行酶切验证(见图5),表明成功将udgH克隆到质粒pK18mob中。将udgH片段连接在pLAFRJ质粒上,构建含有重组质粒的阳性克隆中间体,得到转化子的重组质粒命名为pLAFRJ-udgH。用含有Tc、X-gal和IPTG的LA板通过蓝白斑筛选阳性克隆,选取白色透明状的单菌落进行菌体PCR验证(见图6),将菌体PCR验证正确的阳性克隆摇床培养,提取重组质粒用相应的酶进行酶切验证(见图7)。结果表明已成功将udgH基因克隆到质粒pLAFRJ上。
三、高产黄原胶菌株的构建
在帮助质粒pRK2073的作用下,将含有重组质粒pLAFRJ-udgH的大肠杆菌为供体菌,以三亲本结合的方式,导入到宿主菌T2368中。因为用于互补的pLAFR系列质粒带有Tc抗性,三亲结合之后,用含有Rif和Tc的NA板进行筛选三亲结合子,并通过菌体PCR验证pLAFRJ-udgH已成功导入T2368中(见图8)。并将该菌株命名为Xoc GM0826。
实施例4黄原胶产量的测定
采用摇瓶发酵法定量测定不同菌株在在NB培养基(多聚蛋白胨5.0g,酵母提取粉1.0g,牛肉浸膏3.0g,蔗糖10.0g,pH 7.0)中黄原胶产量。将待测菌株单菌落接种到含有相应抗生素15mL的NB中,28℃振荡培养过夜,将菌体浓度调至OD600=0.8,按10%接种量分别接种于含3%木薯淀粉液化产物的100mLNB中(500mL三角瓶),以200rpm于28℃下振荡发酵。5d后,将2倍体积的95%乙醇加入到发酵液中,边注入边搅拌,室温下静置30min后,将絮状沉淀物取出并用等体积发酵液的95%乙醇进行洗涤,干燥后称重。实验重复3次。结果表明所示,在培养基优化前,基因工程菌株GM0826黄原胶的产量达到了10.43±0.26g/L,是出发菌株GX01(6.56±0.27)的1.58倍。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
序列表
<110> 广西大学
<120> 一种黄原胶高产菌的构建方法
<160> 4
<170> SIPOSequenceListing 1.0
<210> 1
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 1
acgaaacacg gaaaccgaag ac 22
<210> 2
<211> 22
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 2
aacatcattg gcaacgctac ct 22
<210> 3
<211> 29
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 3
ccctctagaa atacatggtg ttgcgccag 29
<210> 4
<211> 27
<212> DNA
<213> 人工序列(Artificial Sequence)
<400> 4
cccaagcttt tccagttcaa ccaaccg 27
Claims (1)
1.一种黄原胶生产菌的构建方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)以Xoc GX01野生型菌株为出发菌株,制备rpoN2基因失活的突变株;
2)以Xoc GX01的udgH基因为模板,利用引物SEQ ID NO.3~4进行PCR扩增,产物以Xba I和HindIII双酶切后,酶切产物连接到pLAFRJ的多克隆位点得到重组质粒pLAFRJ-udgH;
3)将重组质粒pLAFRJ-udgH三亲接合到步骤1)得到的突变株中,经庆大霉素筛选和酶切验证后获得高产黄原胶的工程菌株;
所述的Xoc GX01野生型菌株保藏编号为CCTCC NO:M 2016040。
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