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本文对螺旋藻遗传转化操作的方法进行了初步的研究。探索螺旋藻对不同抗生素的耐受性和敏感性;对比不同实验方法提取螺旋藻基因组DNA,优化CTAB方法提取出高质量螺旋藻基因组DNA;研究螺旋藻对刀豆氨酸(CS)的敏感性,以螺旋藻抗CS突变株A9c的基因组DNA转化野生藻株A9,获得了转化螺旋藻的参数组合;成功利用外源质粒载体p215t转化螺旋藻,实现绿色荧光蛋白GFP在螺旋藻细胞内的稳定表达。本研究初步建立了一套螺旋藻遗传转化操作系统,为螺旋藻转基因技术提供了重要参考。
超声波预处理对螺旋藻单细胞体系的制备有很好的促进作用。超声波作用螺旋藻藻丝70s后,藻丝段平均细胞数为1.91,单细胞比例达到63.6%,且再生能力较好,可适用于遗传转化的操作。
螺旋藻对Ch1、Str和Ery均很敏感,液体培养条件下,0.8μg·ml<-1>的Ch1、3μg·ml<-1>的Str、0.1μg·ml<-1>的Ery对螺旋藻有完全的致死作用;固体培养条件下,1.0μg·ml<-1>的Ch1、4μg·ml<-1>的Str、0.3μg·ml<-1>的Ery可完全抑制螺旋藻在固体平板上的生长。螺旋藻对Amp较为敏感,液体培养时Amp对螺旋藻的MIC为100μg·ml<-1>,固体培养时Amp对螺旋藻的MIC约为200μg·ml<-1>。螺旋藻对Km很不敏感,900μg·ml<-1>的Km对螺旋藻的生长不能产生任何抑制作用。Ch1、Ery、Str和Amp均适合作为螺旋藻的抗性筛选标记,筛选浓度分别为:1.0μg·ml<-1>、4μg·ml<-1>、0.3μg·ml<-1>、200μg·ml<-1>。
本实验获得CTAB优化方法作为提取螺旋藻基因组DNA的最佳方法。本方法对螺旋藻材料进行冻融和超声波破碎,结合高浓度的溶菌酶处理细胞,以CTAB作为提取缓冲液,加入β-巯基乙醇和蛋白酶K,两次酚仿抽提蛋白质、色素和多糖类物质。通过CTAB优化提取方法提取的螺旋藻基因组DNA的纯度较高,OD<,260>/OD<,280>值为1.8182,大小约为15kb,能够满足后续实验的需要。
将螺旋藻抗CS突变株A9c的基因组DNA作为材料转化野生藻株,以30μg·ml<-1>的CS作为筛选压力,获得了1株转化藻株。转化前受体单细胞体系的处理方式如下:采取在低于最适生长温度的条件下(24℃)培养螺旋藻,转化前用2 mmol/L的EDTA预处理24h,利用300w功率的超声波对螺旋藻进行处理70s;采用自然转化方法,光暗条件液体培养后涂平板,筛选转化子。
以携带gfp基因的质粒p215t作为载体,采用同源DNA转化确定的技术参数转化螺旋藻A9藻株,以200μg·ml<-1>的Amp为选择压力,获得了17株抗性藻株。对转化藻株进行荧光检测,有14株藻株在390nm紫外激发光源下发出绿色荧光,证实gfp基因在转化藻株中得到有效表达。连续观察转化藻株荧光发光情况发现,转化藻株转接3次后均可观察到绿色荧光,证实了gfp基因成功实现了在螺旋藻细胞内的稳定表达。