拟威克酵母的烷烃利用、CYP450家族基因的表达和功能研究

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槐糖脂是一种由一些非致病性酵母产生的糖脂类生物表面活性剂。微生物产生的槐糖脂是由一系列的槐糖脂分子组成的混合物,这些混合物可以归结为两类,一类是内酯型槐糖脂,另一类是酸型槐糖脂。其中,内酯型槐糖脂具有更好的抗菌活性和更强的降低表面张力的能力,而酸型槐糖脂则具有更强的发泡能力和更好的水溶性。由于槐糖脂具有低毒性、生物可降解性和良好的环境兼容性等特点,使其能够广泛应用在洗涤剂、化妆品、石油工业和环境保护等诸多领域。拟威克酵母是本实验室从污水中分离得到的高产槐糖脂的菌株,槐糖脂的产量可达130 g/L以上,具有较大的应用潜力。因此,对拟威克酵母槐糖脂合成调控途径中相关基因的深入研究,有助于我们促进槐糖脂在更多工业领域中的应用开发。  本论文的主要研究内容和结果如下:  1.拟威克酵母对不同碳链烷烃的利用  在拟威克酵母的发酵培养基中分别添加不同碳链的烷烃(正辛烷、正癸烷、正十二烷、正十四烷、正十六烷和正十八烷),通过测定添加不同碳链长度的烷烃时槐糖脂的产量和用HPLC-MS分析产物槐糖脂的成分可知:拟威克酵母对正十六烷的利用效果最好,对正十四烷和正十八烷也能较好的利用,但对正辛烷、正癸烷和正十二烷只能微弱地利用;拟威克酵母利用正辛烷、正癸烷、正十二烷、正十四烷和正十六烷产生较多的内酯型槐糖脂,利用正十八烷产生较多的酸型槐糖脂。  2.不同碳链烷烃对拟威克酵母CYP450基因的诱导表达  通过分析拟威克酵母基因组的测序结果,发现了7个细胞色素P450基因,它们是CYP52-M1、CYP52-N1、CYP52-N2、CYP52-E1、CYP52-E2、CYP51和CYP-X。在发酵培养基中分别添加不同碳链的烷烃(正辛烷、正癸烷、正十二烷、正十四烷、正十六烷和正十八烷),通过对拟威克酵母CYP450基因表达量的测定可知:在烷烃代谢方面,CYP52-M1、CYP52-E1、CYP52-E2、CYP52-N1和CYP51基因起到了较为重要的作用,其中CYP51基因是组成型表达的基因,CYP52-M1、CYP52-E1、CYP52-E2和CYP52-N1基因是诱导型表达的基因;在烷烃代谢方面,CYP52-N2和CYP-X基因不像其他CYP450基因一样起到较为重要的作用。  3.拟威克酵母CYP450家族基因的功能研究  成功构建了拟威克酵母的三种CYP450基因的敲除株△CYP52-E1、△CYP52-E2和△CYP52-N2。以油酸为碳源对拟威克酵母野生株和构建的这三个敲除株进行发酵,通过对发酵产物槐糖脂产量的测定和组分的分析,推断CYP52-E1、CYP52-E2和CYP52-N2是CYP52-M1的同工酶。同时,采用原核异源表达和真核异源表达两种方法对拟威克酵母的CYP52-E1和CYP51蛋白进行异源表达,但均未表达成功。对异源表达失败的重组菌中相关基因进行了荧光定量的检测,发现相关基因在重组菌中进行了转录,但是不能诱导出目的蛋白,推测相关基因在翻译时出现了问题,或是蛋白在分泌时出了问题,抑或是这两种蛋白难以异源表达,原因仍在进一步的探索之中。
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