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苏云金芽胞杆菌(Bacillus thuringiensis简称Bt)是目前产量最大、使用最广的生物杀虫剂,至今已有100多年的研究历史。几丁质含量仅次于纤维素,广泛存在于甲壳类动物的外壳、昆虫的甲壳、真菌的胞壁和一些绿藻中。几丁质酶由于能水解几丁质和抑真菌的特性而广泛应用于医药业、农业、工业和生物防治领域。目前对微生物几丁质酶调控表达的研究并不多,且主要集中在链霉菌。芽胞杆菌几丁质酶的调控表达的研究也仅限在E.coli中的异源表达调控。
本研究以苏云金芽胞杆菌以色列亚种(B.thuringiensis subsp.israelensis75,简称Bti75)为实验材料。Bti75能产生两种几丁质酶,ChiA和ChiB。对几丁质酶基因chiA、chiB上游包含启动子在内的调控序列进行系列缺失,与本室构建的启动子探测性载体pCB连接,转化Bti75菌株。pCB上带有无启动子的β-半乳糖苷酶基因bgaB作为报告基因,故插入任一有功能的启动子,则可以在芽胞杆菌细胞中表达出β-半乳糖苷酶。通过酶活性及表达类型的检测,发现chiA调控序列-123 bp处上游的序列和-10 bp处下游序列对于chiA基因的表达与调控是非必要的;chiA核心启动子(core promoter)位于-123 bp与-42 bp之间,而不是软件预测的-108bp与-59bp之间。在-10bp与-42 bp之间存在一个应答几丁质诱导的调控元件——操纵子(operator),该区域的碱基部分缺失后,使酶的表达类型变为组成型。本研究发现chiB调控序列-324~-253这段区域不仅是保持chiB基因启动子全效启动效率的5上限,更是chiB基因启动子能够行使转录功能的必要序列。另外还获得了一个组成型高效表达的启动子片段chiBp△M1,该缺失启动子片段在没有诱导物存在的情况下,使表达的β-半乳糖苷酶比全长启动子的酶活性提高7倍左右,在工程菌株中,使表达的几丁质酶活性提高3.5倍左右。实时荧光定量分析结果显示,启动子效率的变化发生在转录水平。从3端缺失至-135位的启动子片段chiBp△M1之所以能呈现上调突变的特性,是由于-134位碱基A置换为G造成的,由此说明了-134位点可以决定启动子的活性。本研究有助于提高对芽胞杆菌几丁质酶基因表达调控规律的认识,并为使用分子生物学手段有的放矢地进行芽胞杆菌分子育种提供范例。