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枯草芽孢杆菌(Bacillus subtilis)是一种广泛存在于土壤中的革兰氏阳性细菌,有强大的蛋白质分泌能力,不具有致病性,是一般公认安全的生产菌株,研究者希望开发这种细菌作为蛋白质的表达系统并应用于生产生活。枯草芽孢杆菌对蛋白质的表达无明显的密码子偏好性,目前虽已构建了多种质粒表达系统,但异源蛋白的产量仍然较低。提高蛋白质的表达量最重要和最经济的方式之一是从转录调控水平使用强启动子;另外,也需要条件诱导型启动子来调控蛋白的表达时间和过程,以满足实验的特定需求。本论文筛选和评价了枯草芽孢杆菌内源启动子,以及其在不同培养条件下的表达模式。 在该课题中为评价启动子的强度,首先构建了启动子探针载体,以绿色荧光蛋白作为报告基因,通过检测该报告基因的表达量来评价不同启动子的相对强度。构建的枯草芽孢杆菌启动子文库中共包含了84个启动子候选片段,其下游的蛋白质在枯草芽孢杆菌不同的培养情况下均表现出较高的转录水平,因而推测这些蛋白质上游的启动子可能具有较高活性。这些蛋白质包括热激蛋白、细胞膜压力蛋白以及响应金属毒性胁迫的蛋白(基于相似性)和其他种类基因等。以枯草芽孢杆菌中常用的组成型强启动子P43为标准,该启动子文库中启动子的强度相对于P43分布在0.002到4.53倍之间。经过热激,盐胁迫和乙醇胁迫后,相对于在正常条件下培养菌株的启动子,胁迫处理后启动子强度发生了变化,但是部分启动子变化幅度低于预期的结果。该文库中筛选到的强启动子PtrnQ约为P43启动子强度的4倍,当以耐热型β-半乳糖苷酶和分泌型的α-淀粉酶为报告基因时,与P43启动子相比,产量分别提高了约4倍和2倍。该实验为标准化启动子强度的评价和应用奠定了基础。 启动子作为合成生物学中基本的遗传元件,是代谢通路中实现精确调控和基因平衡表达的重要部分,最终用于定向简化合成生物学的操作步骤。该实验中得到一系列强度不同的启动子,不仅对枯草芽孢杆菌中自身启动子特性及其蛋白质表达模式有了更清晰的阐释,更能进一步应用于合成生物学基础研究中实现基因表达的精确调控和其他工业酶的生产。