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诱变育种是选育高产菌种的常用技术,但是由于诱变的随机性,高产菌基因组同时积累了有益的高产突变、无益突变甚至有害突变,鉴定其中的高产突变是解析高产机制和进一步提升菌株性能的关键。基因组测序和比较基因组分析技术可以发现高产菌基因组中大量SNP(单核苷酸多态性,single nucleotide polymorphism),但是目前没有快速鉴定这些SNP中高产突变的方法。因此,开发高效快速的SNP鉴定方法具有重要意义。 实验室前期对一株经过多次诱变的L-苏氨酸高产菌株ThrH进行了比较基因组学分析,发现了216个非同义突变SNP,同时也鉴定了感应胞内苏氨酸浓度的诱导型启动子。本研究在此基础上,发展了一种快速鉴定苏氨酸高产突变位点的方法,并应用该方法从29个SNP中筛选获得了高产有益突变。具体研究内容及主要结果如下: 1.通过苏氨酸诱导型启动子调控tetA基因表达,构建了响应胞内苏氨酸浓度的负筛选体系:在含有高浓度NiCl2的培养条件下(最适浓度450μM),高产菌ThrH中tetA基因表达水平高,将更多的Ni2+泵入胞内,导致细胞死亡,其存活率仅为6.2%;而低产菌ThrL中tetA基因表达水平低,81.6%的细胞可以存活。该负筛选体系高效可靠,可筛选出SNP回复突变产生的低产菌株,从而快速鉴定与苏氨酸高产相关的SNP。 2.在ThrH菌株中引入基于MAGE技术的重组酶表达系统,以lacZ为报告基因测试单链DNA的重组效率为5.5%,表明其可用于构建SNP回复突变体库。 3.快速鉴定高产突变位点的方法流程如下:在菌株ThrH中整合负筛选体系和MAGE重组系统,选取10个苏氨酸合成相关基因的SNP作为分析对象,进行高产突变位点的鉴定。首先,利用MAGE重组系统构建10个SNP的回复突变体库,并利用450μM NiCl2平板进行初筛,挑取菌落;然后在96孔板中发酵验证,茚三酮反应测苏氨酸产量;挑选产量下降的菌株进行MASC-PCR确定回复突变位点,结果表明,astE*和b*基因内的SNP被鉴定为有益苏氨酸高产的SNP。最后对上述两种回复突变菌株进行摇瓶发酵及产量测定,苏氨酸产量分别下降66%和50%。而在本方法中没有获得的其他8个位点的回复突变菌株经单独构建并发酵验证,T-检验表明苏氨酸产量无显著变化(p>0.05)。以上结果表明成功构建了快速鉴定苏氨酸高产相关SNP的方法。 4.利用上述方法对随机选取的其它20个SNP进行功能鉴定,鉴定了4个回复突变后苏氨酸产量下降的SNP(ArgE P85S、AspA P69L、GlnA P35S和WecC V359I),产量下降幅度为12%-45%。 本研究建立的快速鉴定苏氨酸高产突变位点的方法,适用于全基因组水平快速鉴定高产突变位点,有利于发现苏氨酸高产新机制,可以提供菌种改造的新靶标。