芽孢杆菌中新型启动子的克隆与改良研究

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芽孢杆菌是革兰氏阳性菌,具有良好的分泌胞外蛋白能力,是蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶等多种重要工业酶的生产菌株。随着分子生物学和基因工程的迅速发展,芽孢杆菌作为基因表达系统得以不断发展,展现出良好的应用前景。其中启动子元件在芽孢杆菌表达系统中发挥着重要作用,现有的芽孢杆菌启动子不足以满足工业上利用芽孢杆菌大量表达外源基因的要求,因此寻找新型的强启动子是非常必要的。本研究旨在克隆新型芽孢杆菌启动子,完善和优化芽孢杆菌表达系统,为工业酶制剂的菌种改良提供一个基础的操作平台,也为将极具应用潜力的芽孢杆菌打造成高效表达体系奠定理论基础和依据。主要研究内容如下:(1)以已报道的多种芽孢杆菌启动子为表达元件,编码克劳氏芽孢杆菌碱性蛋白酶基因Alk为报告基因,构建多种重组蛋白酶表达载体转化枯草芽孢杆菌,对比分析启动子的活性。结果显示,八种启动子的活性存在很大差异,组成型启动子的表达活性明显高于诱导型启动子。其中启动子Pshuttle-09活性最高,碱性蛋白酶酶活可达到345.93 U/mL,P43 启动子次之,酶活为 135.03 U/mL。(2)以碱性蛋白酶基因Alk为报告基因,利用半补齐反应构建地衣芽孢杆菌启动子基因文库的方法构建了芽孢杆菌启动子捕获系统,成功筛选到16个新型启动子,以强启动子P43为对照,启动子P4、P5、P12的表达强度和P43启动子表达活性相差不大,最高可达158.63 U/mL。重组载体表达强度相对不高,转化效率也较低。(3)构建大肠杆菌-芽孢杆菌穿梭载体pWHA1520表达碱性蛋白酶,提高转化效率。将根据转录组分析获得的启动子连接到表达载体上,成功构建了 22个重组表达载体,并发现了一对表达强度较高的双向启动子pLA/pLB,pLA的表达活性可达到Pshuttle-09 的 1.43 倍。(4)将(3)中构建好的表达系统用于解淀粉芽孢杆菌和地衣芽孢杆菌中碱性蛋白酶的表达,实现了碱性蛋白酶的高效表达。解淀粉芽孢杆菌中,P4129、P4130、P3197、P1758和P3035等5个启动子的表达强度明显高于其他17个启动子,P4129表达活性最高,可达到528.45 U/mL,产酶量明显高于枯草芽孢杆菌。地衣芽孢杆菌摇瓶发酵产酶水平达到1.24×104 U/mL,比原始菌株2709提高近40%。
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