宏基因组文库高通量筛选古盐井中嗜盐微生物耐盐基因

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耐盐工程菌的选育一直是生物耐盐工程研究的重点和热点。随着生物技术的发展,通过DNA重组和转基因技术向微生物体中导入耐盐基因,已成为提高微生物耐盐胁迫的重要途径。因此,耐盐基因材料的筛选对耐盐基因工程育种就显得尤为重要。盐生生物是耐盐基因筛选的重要对象。盐井作为一种特殊的人造高盐环境,其间分布着大量的嗜盐微生物。在漫长的高盐胁迫过程中,嗜盐微生物逐渐形成了一套高效的感应和传导盐胁迫的信号系统,并能特异性地表达一些基因以响应环境的盐胁迫。其中,耐盐蛋白是嗜盐微生物外排钠离子、降低盐害、提高耐盐特性的一种关键性输出系统,耐盐蛋白的有无及其活性的高低与嗜盐微生物的耐盐特性密切相关。因此,本研究利用宏基因组文库从盐井中筛选耐盐基因,以期为耐盐工程菌的选育提供基因材料。在本研究中,向采集的盐卤样品中加入1%的酪氨酸,在30℃、150r/min光照培养1430天以富集菌体,然后提取总DNA,用Mbo I酶切后胶回收110kbp片段与Bam HI酶切并去磷酸化的载体pUC18连接后,电转化入耐盐基因缺陷菌株E.coli KNabc,构建宏基因组文库。以0.2mol/L NaCl为筛选因子筛选耐盐基因。实验中筛选到了98个耐盐克隆子,其包含的外源DNA片段主要集中在12kbp,其包含的耐盐基因编码的蛋白分别属于AdoMetMTases superfamily、AAT-I superfamily、PMSR superfamily、OM-channelssuperfamily和ArsB/NhaD permease superfamily蛋白家族,其中编码蛋白属于ArsB/NhaDsuperfamily蛋白家族的基因(accession:JN168102)为ArsB膜转运蛋白基因,命名为K-ArsB,含有该基因的耐盐克隆子命名为E.coli K-ArsB,该基因编码蛋白命名为K-ArsB。对筛选到的耐盐基因K-ArsB进行生物信息学分析,结果表明:K-ArsB包含1个长993bp的开放阅读框,编码330个氨基酸,其转录起始密码子为ATG、转录的终止密码子为TAG、-10区保守序列为GTTAAT、-35区保守序列为TTGAT、SD序列为AGGAGG;PSIPRED分析表明,K-ArsB编码的氨基酸多数以α螺旋形成二级结构,少数以无规卷曲形成二级结构,没有β折叠;K-ArsB编码的蛋白质的理论等电点为pH7.02,平均分子量为34999.81Da,属于ArsB/NhaD permease superfamily蛋白家族,与数据库中Klebsiella sp. MS92-3的ArsB (accession: ZP08303599)相似性为95%,Escherichiahermannii NBRC105704的ArsB (ZP09808970)相似性为94%,Escherichia sp. TW09308的ArsB(ZP09461528)相似性为89%, Serratia proteamaculans568(accession:YP001478619)和Yersinia frederiksenii ATCC33641(accession: ZP04631221)的ArsB相似性为87%,该蛋白整合到细胞膜上,存在着9个跨膜区域,具有转运钠盐、砷酸盐、硫酸盐、亚锑酸盐以及有机阴离子通过生物膜的功能,在维持细胞内外的渗透压平衡中起到重要作用。通过对含有ArsB膜转运蛋白基因K-ArsB的耐盐克隆子E.coli K-ArsB进行SDS-PAGE凝胶电泳和盐碱耐受性实验发现,K-ArsB编码一种分子量约为35KD的蛋白质,能显著提高E.coli KNabc对NaCl和碱性pH的耐受能力,是一个良好的耐盐基因。本研究对于理解古盐井中嗜盐微生物的嗜盐机制,开发古盐井中的基因资源及寻找新的耐盐基因具有重要意义。
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