本發(fā)明屬于微生物合成生物學(xué)領(lǐng)域,具體涉及一種利用植物維生素c合成途徑構(gòu)建大腸桿菌菌株合成維生素c的方法。
背景技術(shù):
維生素c(簡(jiǎn)寫vc),又名抗壞血酸,是一種水溶性維生素。人類、猿猴、天竺鼠和一些魚類、鳥類無(wú)法自行合成維生素c,需通過(guò)食物來(lái)供應(yīng)身體所需。vc是一種必需維生素,參與膠原蛋白的合成,可預(yù)防動(dòng)脈硬化;vc是一種強(qiáng)抗氧化劑,具有保護(hù)細(xì)胞、解毒和保護(hù)肝臟作用;vc還可用于增強(qiáng)肌體免疫力,預(yù)防感冒等急、慢性傳染病,還可用于病后恢復(fù)期、創(chuàng)傷愈合期及過(guò)敏性疾病的輔助治療,vc缺乏引起壞血病,造成牙齦萎縮、出血等等病癥。人類vc的主要食物來(lái)源:柑桔類水果、蔬菜等。食物中的vc能被人體小腸吸收,分布到體內(nèi)所有的水溶性結(jié)構(gòu)中,普通成人體內(nèi)vc代謝活性池中vc量1500mg左右。
維生素c主要應(yīng)用在制藥、保健品、軟飲料及飼料添加等領(lǐng)域,主要消費(fèi)市場(chǎng)在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家。目前,全球vc市場(chǎng)需求量約12萬(wàn)噸。我國(guó)是全球最大的c生產(chǎn)國(guó)和出口國(guó),每年出口超過(guò)10億美元。但是,每當(dāng)人們提到vc產(chǎn)業(yè),自然就會(huì)聯(lián)想到無(wú)情的價(jià)格戰(zhàn),以羅氏(roche)為主的跨國(guó)公司試圖擠垮中國(guó)的vc企業(yè),從1996年至2001年,出現(xiàn)兩次降價(jià)狂潮,使vc價(jià)格從12美元/kg降到2001年的2.8美元/kg,使我國(guó)20多家企業(yè)被迫停產(chǎn)。在幾輪競(jìng)爭(zhēng)中,由于中國(guó)企業(yè)首創(chuàng)“兩步發(fā)酵法”生產(chǎn)vc核心技術(shù),在人力等成本上也有明顯競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì),保住了vc產(chǎn)業(yè)的一席之地,使國(guó)內(nèi)企業(yè)與roche(dsm)和basf形成了三足鼎立之勢(shì)。但是vc產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的研發(fā)工作并沒(méi)有停息,如:eastman與genencor合作開發(fā)的生化觸媒法,即用多個(gè)酶進(jìn)行多步轉(zhuǎn)化,從玉米制造維生素c。其他國(guó)際大廠也都在不斷降低制造成本,如巴斯夫除了致力于將目前的制造工藝進(jìn)行優(yōu)化外,也在開發(fā)或引進(jìn)新的低成本制造工藝。目前,歐美廠商目前都在積極探索vc新的合成路徑。國(guó)內(nèi)在“二步發(fā)酵法”生產(chǎn)vc研究和應(yīng)用領(lǐng)域均處于世界領(lǐng)先水平,但新的途徑研究投入不足,在細(xì)菌“一步發(fā)酵法”合成vc研究領(lǐng)域已經(jīng)處于明顯劣勢(shì)。
在二步發(fā)酵法中,依次在d-山梨醇脫氫酶(sldh)、l-山梨糖脫氫酶(sdh)及l(fā)-山梨酮脫氫酶(sndh)的作用下,可以有效地將d-山梨醇轉(zhuǎn)化為維生素c的前體物質(zhì)2-klg(尹光琳等,微生物學(xué)報(bào),1980,20(3),246-251)。細(xì)菌山梨醇“一步發(fā)酵法”研發(fā)工作走在最前列的首推dsm,取得一系列領(lǐng)先成果,包括葡糖桿菌gluconobacteroxydansdsm17078全部kga代謝密切相關(guān)的基因(l-山梨酮脫氫酶基因、d-山梨醇脫氫酶基因,以及l(fā)-山梨糖脫氫酶基因a、b、c、d)的分離克隆(usptopatent,20110250636),及以上基因敲除或過(guò)表達(dá)對(duì)kga生物合成的影響;糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因sts24和sts01的敲除或過(guò)表達(dá)對(duì)kga生物合成的影響(unitedstatespatent5437989);pqq生物合成基因?qū)ga合成的影響(yuan等bmcbiotechnology,2016,16,1-14);以及其他基因(vcs01和vcs08等)對(duì)kga合成的影響(europeanpatentapplicationep1103603)。此外,還嘗試了多種技術(shù)手段對(duì)葡糖桿菌進(jìn)行基因改良,取得了理想的研究效果。申報(bào)相關(guān)國(guó)際發(fā)明專利30多項(xiàng),專利覆蓋了50多個(gè)細(xì)菌相關(guān)基因以及10多個(gè)細(xì)菌種類的利用,包括大腸桿菌、假單胞菌、泛菌、谷氨酸棒桿菌、普通酮古龍酸菌、氧化葡萄糖酸桿菌、醋細(xì)菌和葡糖醋桿菌等。
大部分的植物和動(dòng)物都可以通過(guò)一系列的酶促反應(yīng)轉(zhuǎn)化d-葡萄糖合成維生素c。在真核生物中,維生素c可以通過(guò)兩個(gè)不同的生化途徑合成。在鼠類及其它的哺乳動(dòng)物中,葡萄糖通過(guò)一個(gè)復(fù)雜途徑轉(zhuǎn)化成l-古洛糖酸-1,4-內(nèi)酯。這一途徑是由終端酶l-古洛糖酸-1,4-內(nèi)酯氧化酶在動(dòng)物界中的普遍存在推斷而來(lái)的。而在人類及其它一些動(dòng)物中,編碼l-古洛糖酸-1,4-內(nèi)酯氧化酶的基因發(fā)生了突變,造成其合成維生素c能力的喪失。大多數(shù)的植物細(xì)胞中都有大量維生素c的合成,它在過(guò)氧化物、臭氧及自由基的解毒方面起著至關(guān)重要的作用。另外,維生素c在通過(guò)水溶性抗氧化劑(α-生育酚)、玉米黃質(zhì)和ph介導(dǎo)的psii活性的再生調(diào)節(jié)光合作用活性的過(guò)程中是必不可少的。植物細(xì)胞可以積累大量的維生素c,特別是在綠色組織和貯藏器官中。因?yàn)樵谥参锛?xì)胞中存在由d-半乳糖生成維生素c的完整合成途徑,目前研究人員已經(jīng)開始嘗試?yán)弥参锛?xì)胞或微藻培養(yǎng)物通過(guò)發(fā)酵生產(chǎn)維生素c。據(jù)報(bào)道,running等人分離得到的小球藻突變體產(chǎn)維生素c的產(chǎn)量從0.64mg/g干細(xì)胞提高到45mg/g細(xì)胞(journalofappliedphycology,1994,6(2),99-104),但是這與工業(yè)上采用的經(jīng)典二步發(fā)酵法的高產(chǎn)量尚無(wú)競(jìng)爭(zhēng)性。進(jìn)一步提高利用植物細(xì)胞或藻類一步生產(chǎn)維生素c的產(chǎn)量需要進(jìn)行系統(tǒng)的代謝工程改造,然而植物中維生素c合成途徑的研究進(jìn)展非常緩慢使得代謝工程改造很難操作。
植物中初始的維生素c合成模型是根據(jù)動(dòng)物中的合成機(jī)理建立的。然而,植物細(xì)胞中是不含l-古洛糖酸-1,4-內(nèi)酯氧化酶的,多年來(lái)一直未得到植物中維生素c合成途徑的直接證據(jù),直到后來(lái)利用擬南芥中影響維生素c生物合成突變體的鑒定,提出了經(jīng)過(guò)gdp-甘露糖和l-半乳糖的維生素c從頭合成途徑。在隨后的幾年間,研究者提出了植物細(xì)胞中還可能存在一些其它的維生素c合成途徑,但目前對(duì)這些新合成途徑的認(rèn)識(shí)比較有限。
植物細(xì)胞中維生素c從葡萄糖開始合成途徑涉及10個(gè)酶,擬南芥中這10個(gè)酶包括:athxk1、atpgi、atdin9、atpmm、atvtc1、atgme、atvtc2、atvtc4、atgaldh和atgldh(conklin,genetics,2000,154,847-856)。葡萄糖在己糖激酶hxk催化下轉(zhuǎn)化為葡萄糖-6-磷酸,再經(jīng)磷酸葡萄糖異構(gòu)酶pgi轉(zhuǎn)化為果糖-6-磷酸,磷酸甘露糖異構(gòu)酶(pmi或din9)將果糖-6-磷酸轉(zhuǎn)化為d-甘露糖-6-磷酸,在甘露糖變位酶(pmm)催化下轉(zhuǎn)化為d-甘露糖-1-磷酸,進(jìn)一步經(jīng)過(guò)gdp-甘露糖焦磷酸化酶(vtc1)催化形成gdp-d-甘露糖,再經(jīng)過(guò)gdp-甘露糖-3’5’異構(gòu)酶(gme)作用下合成gdp-l-半乳糖。gdp-l-半乳糖通過(guò)半乳糖途徑合成vc,其中需要gdp-l-半乳糖磷酸化酶(vtc2)將gdp-l-半乳糖轉(zhuǎn)化為l-甘露糖-1-磷酸,l-半乳糖-1-磷酸酯酶(vtc4)將l-甘露糖-1-磷酸轉(zhuǎn)化為l-半乳糖,l-半乳糖脫氫酶(galdh)將l-半乳糖轉(zhuǎn)化為l-半乳糖-1,4-內(nèi)酯,最后在l-半乳糖-1,4-內(nèi)酯脫氫酶(gldh)作用下合成維生素c。植物中維生素c合成途徑的發(fā)現(xiàn)使得實(shí)現(xiàn)由葡萄糖、淀粉或者纖維素直接發(fā)酵生產(chǎn)維生素c成為可能。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的在于提供一種利用大腸桿菌生產(chǎn)維生素c的方法,該方法通過(guò)將植物維生素c合成途徑中的11個(gè)基因轉(zhuǎn)化到大腸桿菌中,使大腸桿菌能夠直接利用葡萄糖為碳源,轉(zhuǎn)化為維生素c。
為達(dá)到上述目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是。
一種利用植物的維生素c合成途徑創(chuàng)制一步發(fā)酵合成維生素c大腸桿菌菌株的方法:將植物的維生素c合成的基因構(gòu)建多基因單順?lè)醋咏M成的原核表達(dá)載體;將所述原核表達(dá)載體轉(zhuǎn)化到大腸桿菌中。
優(yōu)選地,所述植物的維生素c合成的基因來(lái)源于草莓。
優(yōu)選地,所述植物的維生素c合成的基因通過(guò)多基因定點(diǎn)突變方法消除了基因中常用的限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)。這些位點(diǎn)包括ecori、sali、bamhi、kpni,xbai、saci和hindiii。
優(yōu)選地,多基因單順?lè)醋咏M成的原核表達(dá)載體由t7表達(dá)系統(tǒng)組成,11個(gè)改造的維生素c合成基因全部使用t7啟動(dòng)子和終止子控制,構(gòu)建基因表達(dá)元件。
所述維生素c合成的原核表達(dá)載體的構(gòu)建方法為:利用改良的“重疊延伸pcr技術(shù)”構(gòu)建維生素c合成所有11個(gè)基因的表達(dá)盒。在pcambia-1301載體的基礎(chǔ)上,通過(guò)在ecori和hindiii限制性內(nèi)切酶切點(diǎn)間插入的多克隆位點(diǎn)片段,可以構(gòu)成多基因表達(dá)單元,該載體的ecori和sali,sali和bamhi,bamhi和kpni,kpni和xbai,xbai和hindiii限制性內(nèi)切酶切點(diǎn)之間均可以插入基因表達(dá)盒,從而構(gòu)成多基因表達(dá)載體。
所述構(gòu)建的大腸桿菌表達(dá)載體pyb2130通過(guò)電擊法導(dǎo)入到大腸桿菌中。
優(yōu)選地,所述大腸桿菌包括bl21(de3)等所有含有t7rna聚合酶的菌株。
本發(fā)明的有益效果如下。
1,當(dāng)大腸桿菌獲得植物的維生素c合成基因后能夠合成維生素c。
2,通過(guò)本發(fā)明構(gòu)建的大腸桿菌菌株可以直接將葡萄糖轉(zhuǎn)化為維生素c。
3,該套體系操作簡(jiǎn)單,避免了使用兩步發(fā)酵過(guò)程的麻煩。
附圖說(shuō)明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例中構(gòu)建的維生素c原核表達(dá)載體pyb2130。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中大腸桿菌發(fā)酵后檢測(cè)。
具體實(shí)施方式
以下實(shí)施例中涉及的構(gòu)建維生素c合成原核表達(dá)載體pyb2130,其具體的構(gòu)建方法如下。
草莓果實(shí)總rna,cdna合成試劑盒為clontech公司產(chǎn)品;dna柱回收試劑盒購(gòu)置amersham公司;試劑rna抽提試劑盒rneasyplantminikit為qiagen公司產(chǎn)品;各種限制性內(nèi)切酶和t4dnaligase均購(gòu)自上海takara公司??俽na采用qiagen公司的rneasyplantminikit提取。
取約50μl草莓草莓果實(shí)總rna進(jìn)行cdna合成,cdna的合成按clontech公司smartcdnalibraryconstructionkit說(shuō)明書操作進(jìn)行第一鏈合成。
1、構(gòu)建改造的草莓己糖磷酸激酶基因(fvhxk1)。
從草莓中克隆己糖磷酸激酶基因并利用定點(diǎn)突變方法將90位xhoi限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);229位hindiii限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);632位saci限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);720位kpni限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);935和1148位bgii限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);1238位bamhi限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);1342位ecori限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)消除。
以合成的cdna第一鏈為模板,擴(kuò)增引物:hxk1:atggggaaggtggcggtgggt(seqidno.1所示),hxk2:ttaggagtcctcgacaccaag(seqidno.2所示)。pcr反應(yīng)條件:98℃預(yù)變性3min;94℃變性30s,60℃退火30s,72℃延伸90s,30個(gè)循環(huán);72℃保溫10min。pcr結(jié)束后,采用酚:氯仿抽提,再加入2倍體積的無(wú)水乙醇進(jìn)行沉淀。沉淀用30μl水溶解,取1μl為模板。
90位xhoi限制性內(nèi)切酶位突變引物:90z:gagattgaaaagcttgagga(seqidno.3所示);90f:tcctcaagcttttcaatctc(seqidno.4所示)。
229位hindiii限制性內(nèi)切酶位突變引物:229z:agcaagcctaagatgctcatcag(seqidno.5所示);229f:ctgatgagcatcttaggcttgct(seqidno.6所示)。
632位saci限制性內(nèi)切酶位突變引物:632z:cagagttcaccaaatcagtgga(seqidno.7所示);632f:tccactgatttggtgaactctg(seqidno.8所示)。
720位kpni限制性內(nèi)切酶位突變引物:720z:aggtaacacaatccgcatgt(seqidno.9所示);720f:acatgcggattgtgttacct(seqidno.10所示)。
935位bglii限制性內(nèi)切酶位突變引物:935z:agaactttgagaagattatttc(seqidno.11所示);935f:gaaataatcttctcaaagttct(seqidno.12所示)。
1148位bglii限制性內(nèi)切酶位突變引物:1148z:gaaggatatcttagagacct(seqidno.13所示);1148f:aggtctctaagatatccttc(seqidno.14所示)。
1238位bamhi限制性內(nèi)切酶位突變引物:1238z:ctgggattctgggagtcctta(seqidno.15所示);1238f:taaggactcccagaatcccag(seqidno.16所示)。
以引物hxk1和90f;90z和229f;229z和632f;632z和720f;720z和935f;935z和1148f;1148z和1238f;1238z和hxk2進(jìn)行pcr擴(kuò)增,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,1min。共25個(gè)循環(huán),pcr結(jié)束后,dna片斷用10%丙烯酰胺膠回收,將上述8個(gè)回收片斷取10-100ng為模板混合,以hxk1和hxk2為引物將上述片斷拼接,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,2min。共25個(gè)循環(huán)。pcr結(jié)束后,dna柱回收pcr片斷。將片段進(jìn)行ta克隆,獲得質(zhì)粒t1,并將質(zhì)粒t1高效轉(zhuǎn)化到大腸桿菌dh5α感受態(tài)細(xì)胞中。
2、構(gòu)建改造的草莓己糖磷酸異構(gòu)酶(pgi)基因fvpgi。
從草莓中克隆草莓己糖磷酸異構(gòu)酶并利用定點(diǎn)突變方法將264位xbai限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);293位saci限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);1126位bamhi限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);1294位sphi限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);1504位bgii限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)消除。
擴(kuò)增引物為:pgi1:5’-atggcatctatctctggtatctgttc-3’(seqidno.17所示)pgi2:5’-taggagtacagtgcatcgacgttg-3’(seqidno.18所示)。pcr反應(yīng)條件:98℃預(yù)變性3min;94℃變性30s,60℃退火30s,72℃延伸120s,30個(gè)循環(huán);72℃保溫10min。pcr結(jié)束后,采用酚:氯仿抽提,再加入2倍體積的無(wú)水乙醇進(jìn)行沉淀。沉淀用30μl水溶解,取1μl為模板。
264位xbai和293位saci限制性內(nèi)切酶位突變引物:264z:tcttgactggctgtaccagcacaaggagttcg(seqidno.19所示);264f:cgaactccttgtgctggtacagccagtcaaga(seqidno.20所示)。
1126位bamhi限制性內(nèi)切酶位突變引物:1126z:ggaaccaaggatatggttgttct(seqidno.21所示);1126f:agaacaaccatatccttggttcc(seqidno.22所示)。
1294位sphi限制性內(nèi)切酶位突變引物:1294z:ggagcacggatcagcttgca(seqidno.23所示);1294f:tgcaagctgatccgtgctcc(seqidno.24所示)。
1504位bglii限制性內(nèi)切酶位突變引物:1504z:gaagaagtaacacctagaact(seqidno.25所示);1504f:agttctaggtgttacttcttc(seqidno.26所示)。
以引物pgi1和264f;264z和1126f;1126z和1294f;1294z和1504f;1504z和pgi2進(jìn)行pcr擴(kuò)增,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,1min。共25個(gè)循環(huán),pcr結(jié)束后,dna片斷用10%丙烯酰胺膠回收,將上述8個(gè)回收片斷取10-100ng為模板混合,以pgi1和pgi2為引物將上述片斷拼接,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,2min。共25個(gè)循環(huán)。pcr結(jié)束后,dna柱回收pcr片斷。將片段進(jìn)行ta克隆,獲得質(zhì)粒t2,并將質(zhì)粒t2高效轉(zhuǎn)化到大腸桿菌dh5α感受態(tài)細(xì)胞中。
3、構(gòu)建改造的草莓磷酸甘露糖異構(gòu)酶(pmi)基因fvpmi。
從草莓中克隆甘露糖異構(gòu)酶基因并利用定點(diǎn)突變方法將817位hindiii限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);1038位kpni限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);1110和1221位psti限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)消除。
以合成的cdna第一鏈為模板,擴(kuò)增引物為:pmi1:5’-atggagaagtccatgatcgagaagtc-3’(seqidno.27所示)pmi2:5’-ttatggcagctggaagaacatggagt-3’(seqidno.28所示)。pcr反應(yīng)條件:98℃預(yù)變性3min;94℃變性30s,60℃退火30s,72℃延伸90s,30個(gè)循環(huán);72℃保溫10min。pcr結(jié)束后,采用酚:氯仿抽提,再加入2倍體積的無(wú)水乙醇進(jìn)行沉淀。沉淀用30μl水溶解,取1μl為模板。
817位hindiii限制性內(nèi)切酶位突變引物:817z:ctcaactatgtcaaggtt(seqidno.29所示);817f:aaccttgacatagttgag(seqidno.30所示)。
1038位kpni和1110位psti限制性內(nèi)切酶位突變引物:1038z:ggttcctcccaccttttgacgagtttgaggtcgatcggtgccatcttccccagggagaatcagtggaatttcctgaag(seqidno.31所示);1038f:cttcaggaaattccactgattctccctggggaagatggcaccgatcgacctcaaactcgtcaaaaggtgggaggaacc(seqidno.32所示)。
1221位psti限制性內(nèi)切酶位突變引物:1221z:cttttcgtgcctgaaggt(seqidno.33所示);1221f:accttcaggcacgaaaag(seqidno.34所示)。
以引物pmi1和817f;817z和1038f;1038z和1221f;1221z和720f;720z和935f;935z和1148f;1148z和1238f;1238z和pmi2進(jìn)行pcr擴(kuò)增,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,1min。共25個(gè)循環(huán),pcr結(jié)束后,dna片斷用10%丙烯酰胺膠回收,將上述8個(gè)回收片斷取10-100ng為模板混合,以pmi1和pmi2為引物將上述片斷拼接,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,2min。共25個(gè)循環(huán)。pcr結(jié)束后,dna柱回收pcr片斷。將片段進(jìn)行ta克隆,獲得質(zhì)粒t3,并將質(zhì)粒t3高效轉(zhuǎn)化到大腸桿菌dh5α感受態(tài)細(xì)胞中。
4、構(gòu)建改造的草莓磷酸甘露糖變位酶(pmm)基因fvpmm。
從草莓中克隆磷酸甘露糖變位酶基因并利用定點(diǎn)突變方法將139位bamhi限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);537位hindiii限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)消除。
以合成的cdna第一鏈為模板,擴(kuò)增引物為:pmm1:5’-atggctgtcatgaagcctggtgtc-3’(seqidno.35所示)pmm2:5’-ttaggaagagaagaacagagccttaac-3’(seqidno.36所示)。pcr反應(yīng)條件:98℃預(yù)變性3min;94℃變性30s,60℃退火30s,72℃延伸60s,30個(gè)循環(huán);72℃保溫10min。pcr結(jié)束后,采用酚:氯仿抽提,再加入2倍體積的無(wú)水乙醇進(jìn)行沉淀。沉淀用30μl水溶解,取1μl為模板。
139位bamhi限制性內(nèi)切酶位突變引物:139z:cagtgggcattgttggaggaacc(seqidno.37所示);139f:ggttcctccaacaatgcccactg(seqidno.38所示)。
537位hindiii限制性內(nèi)切酶位突變引物:537z:gatatgctttgatgtttttcctc(seqidno.39所示);537f:gaggaaaaacatcaaagcatatc(seqidno.40所示)。
以引物pmm1和139f;139z和537f;537z和pmm2進(jìn)行pcr擴(kuò)增,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,1min。共25個(gè)循環(huán),pcr結(jié)束后,dna片斷用10%丙烯酰胺膠回收,將上述8個(gè)回收片斷取10-100ng為模板混合,以pmm1和pmm2為引物將上述片斷拼接,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,2min。共25個(gè)循環(huán)。pcr結(jié)束后,dna柱回收pcr片斷。將片段進(jìn)行ta克隆,獲得質(zhì)粒t4,并將質(zhì)粒t4高效轉(zhuǎn)化到大腸桿菌dh5α感受態(tài)細(xì)胞中。
5、構(gòu)建改造的草莓gdp-d-甘露糖焦磷酸化酶(gmpase,vtc1)基因fvvtc。
從草莓中克隆gdp-d-甘露糖焦磷酸化酶基因并利用定點(diǎn)突變方法將367位ecori限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);904位sphi限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)消除。
以合成的cdna第一鏈為模板,擴(kuò)增引物為:vtc1z:5’-atgaaggcactgattctggtcggt-3’(seqidno.41所示)vtc1f:5’-ttacatgacgatctcaggcttc-3’(seqidno.42所示)。pcr反應(yīng)條件:98℃預(yù)變性3min;94℃變性30s,60℃退火30s,72℃延伸60s,30個(gè)循環(huán);72℃保溫10min。pcr結(jié)束后,采用酚:氯仿抽提,再加入2倍體積的無(wú)水乙醇進(jìn)行沉淀。沉淀用30μl水溶解,取1μl為模板。
367位ecori限制性內(nèi)切酶位突變引物:367z:tggattccataaatcccatg(seqidno.43所示);367f:catgggatttatggaatcca(seqidno.44所示)。
904位sphi限制性內(nèi)切酶位突變引物:904z:tcggatcaagaagcttgcttg(seqidno.45所示);904f:caagcaagcttcttgatccga(seqidno.46所示)。
以引物vtc1z和367f;367z和904f;904z和vtc1f進(jìn)行pcr擴(kuò)增,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,1min。共25個(gè)循環(huán),pcr結(jié)束后,dna片斷用10%丙烯酰胺膠回收,將上述8個(gè)回收片斷取10-100ng為模板混合,以vtc1z和vtc1f為引物將上述片斷拼接,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,2min。共25個(gè)循環(huán)。pcr結(jié)束后,dna柱回收pcr片斷。將片段進(jìn)行ta克隆,獲得質(zhì)粒t5,并將質(zhì)粒t5高效轉(zhuǎn)化到大腸桿菌dh5α感受態(tài)細(xì)胞中。
6、構(gòu)建改造的草莓gdp-d-甘露糖-3,5-表異構(gòu)酶(gme)fvgme。
從草莓中克隆gdp-d-甘露糖-3,5-表異構(gòu)酶基因并利用定點(diǎn)突變方法將217位ecori限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);667位psti限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)消除。
以合成的cdna第一鏈為模板,擴(kuò)增引物為:gme1:5’-atgggttctgctggtgagtctg-3’(seqidno.47所示)gme2:5’-ttactccttaccatcagcagcac-3’(seqidno.48所示)。pcr反應(yīng)條件:98℃預(yù)變性3min;94℃變性30s,60℃退火30s,72℃延伸60s,30個(gè)循環(huán);72℃保溫10min。pcr結(jié)束后,采用酚:氯仿抽提,再加入2倍體積的無(wú)水乙醇進(jìn)行沉淀。沉淀用30μl水溶解,取1μl為模板。
217位ecori限制性內(nèi)切酶位突變引物:217z:gagttccatcttgtggatctcag(seqidno.49所示);217f:ctgagatccacaagatggaactc(seqidno.50所示)。
667位psti限制性內(nèi)切酶位突變引物:667z:ctgaagaaaggctctcacatccac(seqidno.51所示);667f:gtggatgtgagagcctttcttcag(seqidno.52所示)。
以引物gme1和217f;217z和667f;667z和gme2進(jìn)行pcr擴(kuò)增,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,1min。共25個(gè)循環(huán),pcr結(jié)束后,dna片斷用10%丙烯酰胺膠回收,將上述8個(gè)回收片斷取10-100ng為模板混合,以gme1和gme2為引物將上述片斷拼接,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,2min。共25個(gè)循環(huán)。pcr結(jié)束后,dna柱回收pcr片斷。將片段進(jìn)行ta克隆,獲得質(zhì)粒t6,并將質(zhì)粒t6高效轉(zhuǎn)化到大腸桿菌dh5α感受態(tài)細(xì)胞中。
7、構(gòu)建改造的草莓gdp-l-半乳糖磷酸化酶(ggp,vtc2)基因fvvtc2。
從草莓中克隆gdp-l-半乳糖磷酸化酶基因并利用定點(diǎn)突變方法將258位sphi限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);624位hindiii限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);1070位ndei限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);1236位bamhi限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);1337位psti限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)消除。
以合成的cdna第一鏈為模板,擴(kuò)增引物為:vtc2z:5’-atgatgctgaagatcaagcgtg-3’(seqidno.53所示);vtc2f:5’-ttactggagaaccagacactcct-3’(seqidno.54所示)。pcr反應(yīng)條件:98℃預(yù)變性3min;94℃變性30s,60℃退火30s,72℃延伸90s,30個(gè)循環(huán);72℃保溫10min。pcr結(jié)束后,采用酚:氯仿抽提,再加入2倍體積的無(wú)水乙醇進(jìn)行沉淀。沉淀用30μl水溶解,取1μl為模板。
258位sphi限制性內(nèi)切酶位突變引物:258z:gcttgcagaaagggctatttc(seqidno.55所示);258f:gaaatagccctttctgcaagc(seqidno.56所示)。
624位hindiii限制性內(nèi)切酶位突變引物:624z:gaaaccttcttgcttgcacttc(seqidno.57所示);624f:gaagtgcaagcaagaaggtttc(seqidno.58所示)。
1070位ndei限制性內(nèi)切酶位突變引物:1070z:caccacatgtccactaatttc(seqidno.59所示);1070f:gaaattagtggacatgtggtg(seqidno.60所示)。
1236位kpni限制性內(nèi)切酶位突變引物:1236z:gaggaaccagatgtcaatcctc(seqidno.61所示);1236f:gaggattgacatctggttcctc(seqidno.62所示)。
以引物vtc2z和258f;258z和624f;624z和1070f;1070z和1236f;1236z和vtc2f進(jìn)行pcr擴(kuò)增,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,1min。共25個(gè)循環(huán),pcr結(jié)束后,dna片斷用10%丙烯酰胺膠回收,將上述8個(gè)回收片斷取10-100ng為模板混合,以vtc2z和vtc2f為引物將上述片斷拼接,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,2min。共25個(gè)循環(huán)。pcr結(jié)束后,dna柱回收pcr片斷。將片段進(jìn)行ta克隆,獲得質(zhì)粒t7,并將質(zhì)粒t7高效轉(zhuǎn)化到大腸桿菌dh5α感受態(tài)細(xì)胞中。
8、構(gòu)建改造的草莓l-半乳糖-1-磷酸酶(gpp,vtc4)基因fvvtc4。
從草莓中克隆l-半乳糖-1-磷酸酶基因并利用定點(diǎn)突變方法將42位psti限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);161位saci限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);270位bamhi限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)消除。
以合成的cdna第一鏈為模板,擴(kuò)增引物:vtc4z:atggctgaaaatgattcgcttgctctgttcttggcctctgcagt(seqidno.63所示),vtc4f:ttaggagtcctcgacaccaag(seqidno.64所示)。pcr反應(yīng)條件:98℃預(yù)變性3min;94℃變性30s,60℃退火30s,72℃延伸90s,30個(gè)循環(huán);72℃保溫10min。pcr結(jié)束后,采用酚:氯仿抽提,再加入2倍體積的無(wú)水乙醇進(jìn)行沉淀。沉淀用30μl水溶解,取1μl為模板。
161位saci限制性內(nèi)切酶位突變引物:161z:gagttcatatttaatcatctca(seqidno.65所示);161f:tgagatgattaaatatgaactc(seqidno.66所示)。
270位bamhi限制性內(nèi)切酶位突變引物:270z:gtggaacccctggatggcac(seqidno.67所示);270f:gtgccatccaggggttccac(seqidno.68所示)。
以引物vtc4z和161f;161z和270f;270z和vtc4f進(jìn)行pcr擴(kuò)增,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,1min。共25個(gè)循環(huán),pcr結(jié)束后,dna片斷用10%丙烯酰胺膠回收,將上述8個(gè)回收片斷取10-100ng為模板混合,以vtc4z和vtc4f為引物將上述片斷拼接,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,2min。共25個(gè)循環(huán)。
pcr結(jié)束后,dna柱回收pcr片斷。將片段進(jìn)行ta克隆,獲得質(zhì)粒t8,并將質(zhì)粒t8高效轉(zhuǎn)化到大腸桿菌dh5α感受態(tài)細(xì)胞中。
9、構(gòu)建改造的草莓l-半乳糖醛酸內(nèi)酯脫氫酶(galdh)基因fvgaldh。
從草莓中克隆l-半乳糖醛酸內(nèi)酯脫氫酶基因并利用定點(diǎn)突變方法將678位ndei限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)消除。
以合成的cdna第一鏈為模板,擴(kuò)增引物為:galdh1:5’-atgactatccactactctgtcg-3’(seqidno.69所示)galdh2:5’-ttaggactgctggataccagaag-3’(seqidno.70所示)。pcr反應(yīng)條件:98℃預(yù)變性3min;94℃變性30s,60℃退火30s,72℃延伸60s,30個(gè)循環(huán);72℃保溫10min。pcr結(jié)束后,采用酚:氯仿抽提,再加入2倍體積的無(wú)水乙醇進(jìn)行沉淀。沉淀用30μl水溶解,取1μl為模板。
678位xhoi限制性內(nèi)切酶位突變引物:678z:ctttaggaattttcacatatgt(seqidno.71所示);678f:acatatgtgaaaattcctaaag(seqidno.72所示)。
以引物galdh1和678f;678z和galdh2進(jìn)行pcr擴(kuò)增,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,1min。共25個(gè)循環(huán),pcr結(jié)束后,dna片斷用10%丙烯酰胺膠回收,將上述8個(gè)回收片斷取10-100ng為模板混合,以galdh1和galdh2為引物將上述片斷拼接,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,2min。共25個(gè)循環(huán)。pcr結(jié)束后,dna柱回收pcr片斷。將片段進(jìn)行ta克隆,獲得質(zhì)粒t9,并將質(zhì)粒t9高效轉(zhuǎn)化到大腸桿菌dh5α感受態(tài)細(xì)胞中。
10、構(gòu)建改造的草莓l-半乳糖脫氫酶(gldh)基因fvgldh。
從草莓克隆l-半乳糖脫氫酶基因并利用定點(diǎn)突變方法將12和263位saci限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);340位xhoi限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);602位ecori限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);611和1625位psti限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);1320位bgii限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);1419位hindiii限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)消除。
以合成的cdna第一鏈為模板,擴(kuò)增引物為:gldhz:5’-atgcaacgagcactgactctgaag-3’(seqidno.73所示)gldhf:5’-ttagatggtgtcagaggatggga-3’(seqidno.74所示)。pcr反應(yīng)條件:98℃預(yù)變性3min;94℃變性30s,60℃退火30s,72℃延伸120s,30個(gè)循環(huán);72℃保溫10min。pcr結(jié)束后,采用酚:氯仿抽提,再加入2倍體積的無(wú)水乙醇進(jìn)行沉淀。沉淀用30μl水溶解,取1μl為模板。
263位saci限制性內(nèi)切酶位突變引物:263z:gagttccacaccgtctctaac(seqidno.75所示);263f:gttagagacggtgtggaactc(seqidno.76所示)。
340位xhoi限制性內(nèi)切酶位突變引物:340z:gagctggagaaagtggtcaag(seqidno.77所示);340f:cttgaccactttctccagctc(seqidno.78所示)。
602位ecori限制性內(nèi)切酶位突變引物:602z:gaactctgcaggttggtgcacatggtac(seqidno.79所示);602f:gtaccatgtgcaccaacctgcagagttc(seqidno.80所示)。
1320位bglii限制性內(nèi)切酶位突變引物:1320z:agttctaaaacagctaatag(seqidno.81所示);1320f:ctattagctgttttagaact(seqidno.82所示)。
1419位bglii限制性內(nèi)切酶位突變引物:1419z:aaggttaaaggaggatgatata(seqidno.83所示);1419f:tatatcatcctcctttaacctt(seqidno.84所示)。
1625位psti限制性內(nèi)切酶位突變引物:1625z:caaagaacagcttaccactctgaag(seqidno.85所示);1625f:cttcagagtggtaagctgttctttg(seqidno.86所示)。
以引物gldhz和263f;263z和340f;340z和602f;602z和1320f;1320z和1419f;1419z和1625f;1625z和gldhf進(jìn)行pcr擴(kuò)增,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,1min。共25個(gè)循環(huán),pcr結(jié)束后,dna片斷用10%丙烯酰胺膠回收,將上述8個(gè)回收片斷取10-100ng為模板混合,以gldhz和gldhf為引物將上述片斷拼接,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,2min。共25個(gè)循環(huán)。pcr結(jié)束后,dna柱回收pcr片斷。將片段進(jìn)行ta克隆,獲得質(zhì)粒t10,并將質(zhì)粒t10高效轉(zhuǎn)化到大腸桿菌dh5α感受態(tài)細(xì)胞中。
11、構(gòu)建改造的草莓脫氫抗壞血酸還原酶(dhar)基因fvdhar。
從草莓中克隆脫氫抗壞血酸還原酶基因并利用定點(diǎn)突變方法將33位psti限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);339位bamhi限制性內(nèi)切酶位點(diǎn);453和521位hindiii限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)消除。
以合成的cdna第一鏈為模板,擴(kuò)增引物為:dharz:5’-atggctcttgaggttgctgccaaggctgctggag-3’(seqidno.87所示)dharf:5’-ttacttaggattgaccttaggttc-3’(seqidno.88所示)。pcr反應(yīng)條件:98℃預(yù)變性3min;94℃變性30s,60℃退火30s,72℃延伸60s,30個(gè)循環(huán);72℃保溫10min。pcr結(jié)束后,采用酚:氯仿抽提,再加入2倍體積的無(wú)水乙醇進(jìn)行沉淀。沉淀用30μl水溶解,取1μl為模板。
339位bamhi限制性內(nèi)切酶位突變引物:339z:gacattcctcaagagcaaggaacc(seqidno.89所示);339f:ggttccttgctcttgaggaatgtc(seqidno.90所示)。
453位hindiii限制性內(nèi)切酶位突變引物:453z:gtcactgctgctgatctaaccttg(seqidno.91所示);453f:caaggttagatcagcagcagtgac(seqidno.92所示)。
521位hindiii限制性內(nèi)切酶位突變引物:521z:ctaaaggtttgacccattaccat(seqidno.93所示);521f:atggtaatgggtcaaacctttag(seqidno.94所示)。
以引物dharz和339f;339z和453f;453z和521f;521z和dharf進(jìn)行pcr擴(kuò)增,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,1min。共25個(gè)循環(huán),pcr結(jié)束后,dna片斷用10%丙烯酰胺膠回收,將上述8個(gè)回收片斷取10-100ng為模板混合,以dharz和dharf為引物將上述片斷拼接,擴(kuò)增條件為:94℃預(yù)熱1min;94℃,30s,60℃,30s,72℃,2min。共25個(gè)循環(huán)。pcr結(jié)束后,dna柱回收pcr片斷。將片段進(jìn)行ta克隆,獲得質(zhì)粒t11,并將質(zhì)粒t11高效轉(zhuǎn)化到大腸桿菌dh5α感受態(tài)細(xì)胞中。
實(shí)施例1,構(gòu)建葡萄糖合成維生素c原核表達(dá)載體。
將上述11個(gè)改造的維生素c合成基因全部使用t7啟動(dòng)子和終止子控制,構(gòu)建基因表達(dá)元件。首先,我們利用“重疊延伸pcr技術(shù)”構(gòu)建維生素c合成所有11個(gè)基因的表達(dá)盒。啟動(dòng)子、基因和終止子之間不含限制性內(nèi)切酶位點(diǎn)。構(gòu)建的大腸桿菌表達(dá)單元為:t7fvhxk1s、t7fvpgis、t7fvpmis、t7fvpmms、t7fvvtc1s、t7fvgmes、t7fvvtc2s、t7fvvtc4s、t7fvgaldhs、t7fvgldhs、t7fvdhars。
t7啟動(dòng)子序列為:gaattcctcgagcgatcccgcgaaattaatacgactcactataggggaattgtgagcggataacaattcccctctagaaataattttgtttaactttaagaaggagatatacc(seqidno.95所示)。
t7終止子序列為:ctagcataaccccttggggcctctaaacgggtcttgaggggttttttggtcgacggtgacgttgagcatggtaagctt(seqidno.96所示)。
構(gòu)建的表達(dá)單元在puc18載體上兩兩拼接,完成后消除內(nèi)在的酶切位點(diǎn),然后依次插入載體pcambia-1301,最終構(gòu)建成大腸桿菌維生素c合成載體pyb2130。
實(shí)施例2,葡萄糖合成維生素c原核表達(dá)載體pyb2130大腸桿菌轉(zhuǎn)化
1)大腸桿菌感受態(tài)細(xì)胞制備。
大腸桿菌菌株為bl21(de3),或bl21-ai等含有t7rna聚合酶的菌株。挑取單菌在25mllb培養(yǎng)基37℃培養(yǎng)過(guò)夜,取5ml菌液轉(zhuǎn)接到100mllb培養(yǎng)基,培養(yǎng)至od600=0.7-0.8,菌液冰上放置10分鐘,5000rpm離心10min,4℃,收集菌體,加入100ml無(wú)菌雙蒸水清洗兩次。加入4ml10%甘油懸浮菌體,轉(zhuǎn)到50ml離心管。5500rpm離心10min,4℃。收集菌體,加入500μl10%甘油懸浮菌體,轉(zhuǎn)到1.5ml離心管。
2)維生素c原核表達(dá)載體yb2130經(jīng)電擊法導(dǎo)人大腸桿菌中。
取70μl農(nóng)桿菌感受態(tài)細(xì)胞,加入1μl表達(dá)載體pyb2130?;靹?,轉(zhuǎn)到0.1cm電擊杯中。電擊參數(shù):200ω,1.7kv,2.5f,電擊后立即加入800μlsoc培養(yǎng)液。培養(yǎng)1小時(shí)后,取100μl涂50μg/l卡那霉素抗性板篩選轉(zhuǎn)化子,37℃培養(yǎng)。篩選生長(zhǎng)良好的菌落培養(yǎng)后-70℃甘油管凍存。
3)驗(yàn)證大腸桿菌利用葡萄糖合成維生素c。
將在-70℃甘油管凍存的工程菌接種于裝有所需培養(yǎng)基的小試管中,接種含卡那霉素(kmp,30mg/l)的3mllb試管,在30℃培養(yǎng)過(guò)夜,過(guò)夜菌再以2%接種50ml含抗生素的lb搖瓶,在30℃培養(yǎng)2-6h后,加入iptg或iptg+0.2%阿拉伯糖誘導(dǎo)培養(yǎng)24-72小時(shí),轉(zhuǎn)速均為200r/min。加入葡萄糖終濃度10mg/ml。測(cè)定發(fā)酵終止液的菌體光密度值和維生素c的含量。
4)維生素c含量hplc檢測(cè)。
取10ml發(fā)酵菌液,離心收集菌體,液氮研磨,加0.1%草酸1ml,冰浴1小時(shí),超聲處理5min。10000rpm離心10min,取上清,過(guò)0.45μm濾膜。發(fā)酵上清樣品用等體積0.2%草酸稀釋,過(guò)0.45μm濾膜。
高效液相(hplc)條件:色譜柱:symmetryshieldrp18柱(5μm,150x4.6mm)。流動(dòng)相為甲醇:0.1%草酸=5:95,檢測(cè)波長(zhǎng)245nm,柱溫為30℃,流速1.0ml/min,外標(biāo)法定量。樣品每次進(jìn)樣10μl,將與標(biāo)品相同保留時(shí)間處的峰的峰面積代入標(biāo)準(zhǔn)曲線方程,計(jì)算樣品中維生素c的含量。
色譜圖結(jié)果表明:大腸桿菌誘導(dǎo)培養(yǎng)3天后,可以檢測(cè)到維生素c,維生素c的含量為0.5-1μg/ml。
序列表
<110>上海市農(nóng)業(yè)科學(xué)院
<120>一種利用植物維生素c合成途徑構(gòu)建生產(chǎn)維生素c大腸桿菌菌株的方法
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