CN117467676B - 一种利用平菇MADS-box基因提高酿酒酵母多重胁迫抗性的应用 - Google Patents

一种利用平菇MADS-box基因提高酿酒酵母多重胁迫抗性的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用平菇MADS‑box基因提高酿酒酵母多重胁迫抗性的应用,属于基因工程技术领域,编码基因序列如SEQ ID NO.1所示,用于提高酿酒酵母多重胁迫抗性。本发明采用PEG/LiAc法,将过表达重组载体转入酿酒酵母中,获得酿酒酵母转基因菌株;通过超表达平菇Po‑MADS1的转基因酿酒酵母菌株pY816‑Po‑MADS1与对照pY816相比,在抗高温、抗低温、抗氧化胁迫等方面具有明显的作用,说明所获得的转录因子Po‑MADS1参与抗逆境胁迫的调控,在实际生产中应用有助于提高酿酒酵母的抗胁迫能力。

Description

一种利用平菇MADS-box基因提高酿酒酵母多重胁迫抗性的 应用
技术领域
本发明属于基因工程技术领域,具体涉及一种利用平菇MADS-box基因提高酿酒酵母多重胁迫抗性的应用。
背景技术
酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)是人类了解最早的一种酵母,因其生长周期短、发酵能力强、规模化生产性能好等优点,成为微生物发酵生产的主要底盘细胞之一。目前在发酵食品、饮料、药物、生物酶等食品和化学品生产中应用广泛。但在工业生产过程中,受环境的变化或工艺操作的影响,酿酒酵母会受到多种胁迫因素的影响,导致生产效率下降。这些胁迫主要包括啤酒、葡萄酒和白酒工业生产所带来的氧化应激、食醋酿造生产中高温糖化所带来的温度冲击等。因此,提高这些耐受性对于酿酒酵母的工业应用至关重要。近年来,许多研究专注于探究酿酒酵母耐受机制与相关调控网络,并利用基因工程等技术开发出耐受性更强的酿酒酵母工业菌株,为酿酒酵母在恶劣工业条件下的应用奠定了基础。
MADS-box转录因子是真核生物中一类在进化上高度保守的基因家族,其名称分别来自酿酒酵母MCM1基因、拟南芥AGAMOUS基因、金鱼草DEFICIENS基因和人血清应答因子SRF4基因的首字母,在这些基因编码的蛋白质中均含有由50-60个氨基酸组成的高度保守区域,被称为MADS盒。MADS-box转录因子作为重要的调控因子参与调控植物生长发育、非生物胁迫等许多方面。例如在大白菜中发现有13个MADS-box转录因子响应冷胁迫,有8个响应干旱胁迫,有6个响应盐胁迫;番茄中,一种MADS-box类基因SlMADS23-like的沉默降低了植株的抗冷胁迫能力,因而SlMADS23-like基因在抗冷胁迫中起正调控作用;在水稻中超表达OsMADS87基因可提高水稻的抗热性,表明OsMADS87可以作为提高水稻生殖发育过程中热弹性潜在的目标基因。因此,将MADS-box转录因子通过基因工程技术应用于酿酒酵母中,对提高酿酒酵母对各种胁迫的耐受性具有重大意义,然而相关的研究非常有限,尤其是将大型真菌中的MADS-box基因应用于酿酒酵母中。
发明内容
基于上述不足,本发明的目的是提供一种利用平菇MADS-box类转录因子Po-MADS1提高酿酒酵母多重胁迫抗性的用途,所述的平菇MADS-box类转录因子Po-MADS1编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示,用于提高酿酒酵母在多重胁迫下的抗性。
进一步的,所述的用途,将所述编码基因转入酿酒酵母中,并在转基因菌株中超量表达,能使酿酒酵母抗高温、抗低温和抗氧化胁迫的能力提高。
本发明的另一目的是提供一种转基因菌株的构建方法,采用PEG/LiAc法,将过表达重组载体转入酿酒酵母中,所述的过表达重组载体包含平菇MADS-box类转录因子Po-MADS1编码基因的cDNA全长核苷酸序列,所述的平菇MADS-box类转录因子Po-MADS1编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示,筛选获得酿酒酵母转基因菌株,所述的酿酒酵母转基因菌株与对照相比,抗高温、抗低温和抗氧化胁迫的能力提高。
本发明的优点及有益效果:本发明的过表达平菇Po-MADS1基因的酿酒酵母菌株可以显著提高抗高温、低温和抗氧化胁迫的能力,在实际生产中应用有助于提高酿酒酵母对多种胁迫的耐受性,该基因可作为重要的基因资源,在酿酒酵母工业生产中得到应用。
附图说明
图1是平菇Po-MADS1基因的PCR扩增电泳图,M:DL2000 DNA marker;1:Po-MADS1基因cDNA全长扩增结果;
图2是平菇Po-MADS1蛋白三级结构预测图;
图3是转平菇Po-MADS1基因的酿酒酵母菌株菌液PCR检测图,M:DL5000DNAmarker;1:阳性对照;2:阴性对照;3-5:酿酒酵母转化子检测;
图4是转基因酿酒酵母菌株与对照菌株在高温50℃下胁迫2h后的生长情况图;
图5是转基因酿酒酵母菌株与对照菌株在低温-20℃下胁迫48h后的生长情况图;
图6是转基因酿酒酵母菌株与对照菌株在20mM过氧化氢胁迫24h后的生长情况图。
具体实施方式
本发明提供了一种平菇MADS-box类转录因子Po-MADS1,以平菇菌株RNA反转录的cDNA为模版,通过设计引物、基因扩增、序列测定,获得了Po-MADS1基因全长序列,并确定了它的核苷酸序列和氨基酸序列;进一步将Po-MADS1基因构建到表达载体pY816中,并转化酿酒酵母感受态,鉴定Po-MADS1的功能。下面举例对本发明做进一步的说明:1、平菇Po-MADS1基因的克隆
对平菇(Pleurotus ostreatus)菌种采用PDA培养基进行活化,25℃培养5~8d,收集平菇菌丝体,并使用RNAprep Pure植物总RNA提取试剂盒对平菇菌丝体总RNA进行提取,经检测合格的RNA样品,按照Reverse Transcriptase M-MLV(RNase H)试剂盒说明书将RNA样品反转录为cDNA,置于-20℃保存备用。
根据平菇基因组数据分析、筛选得到Po-MADS1基因,根据基因全长序列设计一对克隆引物:正向引物序列F1为:5′-ATG GCC ACT TTT CGC AGA GTC-3′;反向引物序列R1为:5′-TCA CCT GCG CCC TCC ATA ATG-3′。以上述-20℃保存的平菇cDNA为模板,采用100μL体系进行PCR扩增,扩增程序为:95℃预变性5min;95℃变性30s,55℃退火40s,72℃延伸40s,共35个循环;最后72℃延伸10min。PCR扩增产物如图1所示,与预测大小相符,PCR产物经胶回收纯化后分别与pMD18-T载体(TaKaRa,大连)连接,转化大肠杆菌DH5α,挑选阳性克隆,进行测序。结果表明,Po-MADS1含有一个1245bp的开放阅读框(ORF),编码414个氨基酸。
2、平菇Po-MADS1转录因子的生物信息学分析
采用ExPASy服务器上的ProtParam tool软件对Po-MADS1基因编码的氨基酸序列进行分子量大小、等电点等理化性质分析,结果显示其分子量为44.01kDa,等电点为9.01;对该蛋白的保守结构域预测显示Po-MADS1蛋白具有MADS superfamily保守结构域;采用ExPASy服务器上的ProtScale软件对氨基酸的亲/疏水性分析,Po-MADS1蛋白中亲水性氨基酸数量多于疏水性氨基酸,属于亲水性蛋白;分别使用在线工具TMHMM Server v.2.0和SignalP 5.0server对蛋白的跨膜区和信号肽进行分析,结果表明Po-MADS1蛋白不具跨膜结构,不含信号肽;通过ExPASy服务器上的GOR在线软件对Po-MADS1蛋白进行二级结构预测,表明Po-MADS1蛋白的主要组成部分包括9.9%的α-螺旋、10.9%的延伸链和74.2%的无规卷曲;通过生物信息软件Expasy对平菇Po-MADS1蛋白进行三级结构预测,使用SWISS-MODEL数据库预测构建平菇Po-MADS1转录因子蛋白的三级结构模型(图2)。通过NCBI网站上的BLASTP功能,将得到的cDNA序列进行同源性比对,并通过MEGA11.0软件建立该基因的系统进化树,从系统进化树中可以看出,该基因与红平菇(Pleurotus djamor)的MADS-box基因具有很高的同源性。
3、平菇Po-MADS1转录因子提高酿酒酵母多重胁迫的功能验证
(1)含有Po-MADS1基因的重组载体构建
对Po-MADS1基因编码区进行克隆,以平菇cDNA为模板,根据Po-MADS1编码区设计引物并引入pY816载体同源臂,
Po-MSpY-F:5’-AGGGAATATTAAGCTATGGCCACTTTTCGCAGAGTC-3’
Po-MSpY-R:5’-CCCCCATGGTAAGCTTCACCTGCGCCCTCCATAATG-3’
其中划横线的字母为引入的载体同源臂。
将pY816质粒(实验室保存)用限制性核酸内切酶HindⅢ进行单酶切后切胶回收,与经PCR扩增得到的带有载体同源臂的Po-MADS1纯化产物采用试剂盒进行同源重组,转化大肠杆菌TOP 10感受态细胞,挑选阳性克隆,提取质粒进行测序,测序结果正确,即获得了重组载体,标记为pY816-Po-MADS1。
(2)重组载体pY816-Po-MADS1转化酿酒酵母
将重组载体pY816-Po-MADS1,采用PEG/LiAc法转化酿酒酵母INVSc1感受态细胞,主要步骤为:取100μl冰上融化的INVSc1感受态细胞,依次加入预冷的目的质粒0.5-2μg,Carrier DNA(95℃,5min,快速冰浴,重复一次)10μl,PEG/LiAc 500μl并吸打几次混匀,30℃水浴30min(每15min翻转6-8次混匀);再放入42℃水浴15min(每7.5min翻转6-8次混匀);5000rpm离心2min弃上清,用100μl无菌ddH2O重悬,涂布于尿嘧啶缺陷培养基SD-Ura板上,30℃避光倒置培养48-96h。同时将空pY816载体转入INVSC1,作为对照,标记为INVSC1(pY816)。随机挑取转化的酿酒酵母单菌落(含重组质粒pY816-Po-MADS1)扩大培养,提取酵母DNA,以引物T7:5’-TAATACGACTCACTATAGGG-3’和引物Ter:5’-GTGACATAACTAATTACATGATG-3’进行PCR扩增,1%琼脂糖凝胶电泳检测,结果如图3所示,扩增片段大小与预期相符,表明目的基因已成功转入酿酒酵母INVSc1中。
(3)酿酒酵母胁迫处理
挑取酿酒酵母(pY816-Po-MADS1)和酿酒酵母(含有空载pY816,作为对照)单克隆细胞在SD-Ura液体培养基(含有2%葡萄糖)中,30℃,180rpm振荡培养至OD600=0.5,离心收集菌体,用含有2%半乳糖的SC-Ura液体培养基(诱导培养基)调整OD600=0.4,30℃诱导表达24h。测量并调整OD600,使酿酒酵母(pY816-Po-MADS1)和酿酒酵母(pY816)OD600都为1.0,分别离心收集菌体用于高温胁迫(50℃,2h)、低温胁迫(-20℃,48h)、氧胁迫(过氧化氢20mM,24h)处理,每个处理重复三次,其中高温和低温胁迫后,在30℃条件下恢复生长9h。将处理后的菌液作10×稀释,取2μL点在SD-Ura固体培养基上,30℃培养48h后观察酿酒酵母生长情况(图4、图5、图6)。通过试验对比发现本发明的酿酒酵母转基因菌株pY816-Po-MADS1与对照pY816相比,抗高温、抗低温和抗氧化胁迫的能力提高,说明所获得的转录因子Po-MADS1参与抗逆境胁迫的调控,在实际生产中应用有助于提高酿酒酵母的抗胁迫能力。

Claims (2)

1.一种利用平菇MADS-box类转录因子Po-MADS1提高酿酒酵母多重胁迫抗性的用途,所述的多重胁迫为高温、低温和氧化胁迫,所述的平菇MADS-box类转录因子Po-MADS1编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示,将所述编码基因转入酿酒酵母中,并在转基因菌株中超量表达,能使酿酒酵母抗高温、抗低温和抗氧化胁迫的能力提高。
2.一种转基因菌株的构建方法,采用PEG/LiAc法,将过表达重组载体转入酿酒酵母中,所述的过表达重组载体包含平菇MADS-box类转录因子Po-MADS1编码基因的cDNA全长核苷酸序列,所述的平菇MADS-box类转录因子Po-MADS1编码基因的核苷酸序列如SEQ ID NO.1所示,筛选获得酿酒酵母转基因菌株,其特征在于,所述的酿酒酵母转基因菌株与对照相比,抗高温、抗低温和抗氧化胁迫的能力提高。
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