鹰嘴豆孢克鲁维酵母菊粉酶的分泌表达与应用研究

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通过转入菊粉酶基因表达质粒pUKD-S-αF-PinuT,成功地构建了分泌表达菊粉酶的重组乳酸克鲁维酵母(Kluyveromyces lactis),菊粉酶基因来源于鹰嘴豆孢克鲁维酵母(Kluyveromyces cicerisporus CBS4857,Y179)。研究发现Klhap1基因的突变能促进外源菊粉酶的分泌表达。发酵120h时,Klhap1△重组酵母发酵液酶活达到391 U/ml,是野生型重组酵母的2.2倍。荧光定量PCR数据显示Klhap1△重组酵母中的Kcinu mRNA水平明显比野生型重组酵母中的高。在非选择性培养基中生长50世代时,具有菊粉酶表达质粒的细胞在Klhap1△重组酵母和野生型重组酵母中比例分别达到99%、89%。以上结果说明,Klhap1基因的突变有利于菊粉酶在乳酸克鲁维酵母中更稳定、更高水平的表达。  利用同源重组技术成功构建了hap1基因缺失突变的酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)Y16hap1△菌株,以lacZ为报告基因测定了不同启动子在Y16及Y16hap1△菌株中启动转录的效率,短型菊粉酶基因启动子PinuS与酿酒酵母翻译延伸因子基因启动子Ptef引导的β-半乳糖苷酶活性最高,长型菊粉酶基因启动子PinuL在Y16hap1△菌株中的转录效率比在Y16中的要低,这与乳酸克鲁维酵母中的结果相反,提示Klhap1基因与Schap1基因的功能有差异。  上述研究使我们对鹰嘴豆孢克鲁维酵母菊粉酶基因在乳酸克鲁维酵母和酿酒酵母中外源表达的性质有更深入的了解,有助于酵母表达系统的开发与利用。提示了可以利用Klhap1△乳酸克鲁维酵母更高效地表达其他目的外源蛋白。  构建了四种利用附加型载体表达菊粉酶的重组酿酒酵母,其中Y16/pHC-PinuLT分泌的菊粉酶酶活最高,发酵96h时达到最高(57U/ml),是Y16hap1△/pHC-PinuLT菌株产生的菊粉酶酶活的2倍。说明Schap1基因的突变降低了外源菊粉酶基因的表达。在菊芋培养液中发酵Y16/pHC-PinuLT时,添加一定量的尿素可以提高菊粉酶的产量。对工业酿酒酵母XN5菌株进行改造,在其基因组rDNA区整合菊粉酶基因表达单元,构建了重组酿酒酵母XN5-αF-inu41,该菌株置于以菊粉为碳源的丰富培养基YEPI中发酵,72h时酶活达到最高值(29U/ml),XN5-αF-inu41工程菌产生的菊粉酶足够在48h内将95%的初始菊粉水解成还原糖,这为其发展成为高效利用菊芋原料发酵生产生物乙醇的酿酒酵母工程菌奠定了基础。
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