糙皮侧耳漆酶基因poxc启动子替代与双孢蘑菇aco基因的分子生物学研究

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在木质素的生物降解中,木质素过氧化物酶、锰依赖过氧化物酶、漆酶是3种主要的木质素降解酶类,可以产生这些酶类的微生物以白腐真菌为主,其中糙皮侧耳是其中重要的一个类群。糙皮侧耳靠自身分泌各种胞外酶把基质中大分子物质降解为小分子物质,并转化为自身生长发育所需物质,其胞外酶种类和活性与分解利用的营养物质密切相关。因此这些酶的活性强弱在一定程度上决定菌丝对培养料的生物转化率。在双孢蘑菇覆土出菇机理的研究中,发现双孢蘑菇具有由甲硫氨酸经氨基环丙烷羧(1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid,ACC)合成乙烯的途径,而ACC氧化酶(ACC oxidase,ACO)是乙烯生物合成途径的关键酶,它直接催化从ACC到乙烯的转变,而ACO基因对子实体发育具有调控作用。在上述研究背景下,本文研究结果如下:1.构建糙皮侧耳天达300漆酶POXC基因的同源重组片段。以糙皮侧耳甘油醛-3-磷酸脱氢酶基因(gpd)同源替代糙皮侧耳POXC漆酶基因前的启动子序列,用大肠杆菌潮霉素B抗性基因为标记基因,构建糙皮侧耳漆酶POXC基因的同源重组片段。2.用幼嫩的糙皮侧耳菌丝为实验材料,脂质体TM2000为转化的载体,将糙皮侧耳天达300漆酶poxc基因的同源重组片段转入糙皮侧耳菌丝细胞中,在含80μg/mL潮霉素RCM再生培养基上培养,获得一系列拟转化子。通过潮霉素筛选、在含底物ABTS的PDA平板上显色验证、不同的培养条件下的酶活、RNA表达量验证等方法,得到一批能高效表达漆酶酶活的拟转化子。3.通过栽培试验验证发现:在发菌阶段,转基因菌株的菌丝满袋时间比出发菌株快2天左右;在菌丝满袋后经低温≦16℃诱导2天后,转化菌株菌袋形成原基的比例约50%-75%,而出发菌株形成原基的比例≦30%。出菇2茬后,用范氏(Van Soest)洗涤纤维素分析法检测棉籽壳栽培料中纤维素、半纤维素和木质素含量(简称三素)。结果发现出发菌株栽培料中纤维素、半纤维素和木质素的含量分别为32.0%、26.9%和18.6%;转基因菌株分别为28-29%、22%和14%;两者有显著性差异(p﹤0.05)。与出发菌株相比,转基因菌株菌株对棉籽壳的有效利用率提高到30%以上,产量提高20%以上。4.根据NCBI数据库中已发表的双孢蘑菇ACO基因序列设计一对PCR特异性引物,以双孢蘑菇AS2796菌丝体的总RNA为模板,经RT-PCR克隆得到一个大小为630 bp的ACO基因的部分序列;以其为模板,先后克隆得到用于构建颈环结构的正向和反向序列。正、反向序列分别与双孢蘑菇的GPD启动子和来自质粒pBHg的T35S终止子连在一起后,通过酶切、酶连等分子生物学方法,构建了ACO基因RNAi的颈环结构;并使其与质粒pBHg连在一起,得到RNAi颈环结构的表达质粒pBHg-dsACO。5.用幼嫩的双孢蘑菇菌褶组织为实验材料,以脂质体TM2000为转化载体,将表达质粒 pBHg-dsACO转入双孢蘑菇菌褶组织细胞中,在RCM再生培养基上倒置培养;随着脂质体-DNA复合物与菌褶共培养时间的增加,菌褶的萌发率不断升高;当共培养时间为100 min,脂质体介导转化达到最佳效果。运用潮霉素抗性筛选及分子生物学手段筛选、鉴定拟转化子。在随机挑选的22个转化子中均能检测到外源潮霉素抗性基因和发卡RNA(hpRNA)。6.双孢蘑菇的转化菌株在PDA液体培养基中培养20天后,分别采用气相色谱法和离子色谱法测定了双孢蘑菇培养过程中合成的乙烯,乙烯合成量分别为9.26μL/L和5.92μL/L。再加入ACC溶液,使其终浓度达到5 mmol/L,温育后,测定酶活性。酶活测定结果表明:出发菌株和转基因菌株的ACC合成酶的活性(单位为nmol/mg.h)分别为9.81和1.94,两者之间有显著性差异(p﹤0.05)。
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