一种提高维生素b12产量重组菌的构建方法及其应用_2

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obG基因)、前咕啉3B甲基转移酶的编码基因(cobj基因)、前咕啉4 甲基转移酶的编码基因(cobM基因)、前咕啉6A合成酶的编码基因(cobF基因)、前咕啉 6A还原酶的编码基因(cobK基因)、前咕啉6Y甲基转移酶的编码基因(cobL基因)、前咕 啉8X甲基异位酶的编码基因(cobH基因)、钴啉酸a,c_二酰胺合成酶的编码基因(cobB基 因)、钴离子螯合酶的编码基因(cobNST基因)、二价钴啉酸a,c-二酰胺还原酶的编码基因 (cobR基因)是以表达载体甲的形式导入所述宿主菌中的。
[0052] 5-氨基乙酰丙酸合成酶的编码基因(heml基因)是以表达载体乙的形式导入所述 宿主菌中的。所述基因5-氨基乙酰丙酸合成酶的编码基因(heml基因)和T7RNA聚合酶 的编码基因(T7RNP基因)是以重组表达载体丙的形式导入宿主菌。
[0053] 进一步,表达载体甲为表达所述cobG基因、所述cobj基因、所述cobM基因、所述 cobF基因、所述cobK基因、所述cobL基因、所述cobH基因、所述cobB基因、所述cobNST基 因和所述cobR基因的载体(pVB12载体)。所述表达载体乙为表达所述heml基因的载体 (PLTTC402)。所述表达载体丙为表达所述heml和T7RNP基因的载体(pLTTC405)
[0054] 进一步,在重组菌A的制备方法中,宿主菌E. coli BL21DE3基因组上的T7RNA聚 合酶进行了一次点突变,将第756位氨基酸R突变成K,因此重组菌A的制备过程中宿主菌 为 E.coli BL21DE3M.
[0055] pUC19:为商用克隆载体,可从北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司购得,产品目 录为 MVV002。
[0056] pET28a :为商用克隆载体,可从北京鹏林生物技术有限责任公司购得,产品目录为 65258。
[0057] pEasy-Blunt :为商用克隆载体,可从北京全式金生物技术有限公司购得,产品目 录分别为CB111-02。
[0058] pCP20 质粒:该质粒为克隆载体,记载于"Datsenko KA, Wanner BL. One-step inactivation of chromosomal genes in Escherichia coli K_12using PCR products. PNAS, 2000, 97:6640-6645. " 一文中,公众可从清华大学获得。
[0059] pKD46RecA质粒:该质粒上为克隆载体,记载于"Li ZJ, Shi ZY, Jian J, Guo YY, ffu Q, Chen GQ. Production of poly (3-hydroxybutyrate-c〇-4-hydroxybutyrate)from unrelated carbon sources by metabolically engineered Escherichia coli. Metab Eng, 2010 :352-359. " 一文中,公众可从清华大学获得。
[0060] pUK-质粒:该质粒为克隆质粒,记载于"Shi ZY(2012)Parallel DNA Assembly by Recombination. PhD thesis (University of Melbourne, Melbourne),' 一文中,公众可从清 华大学获得。
[0061] pCDG质粒:载体全序列如序列表中序列6所示,公众可从清华大学获得。
[0062] pUKFRT质粒:载体全序列如序列表中序列7所示,公众可从清华大学获得。
[0063] 大肠杆菌E. coli BL21DE3 :中国全式金公司产品,产品目录号为CD601-01。
[0064] 脱氮假单胞菌(P. denitrificans):中国石家庄制药厂赠予。
[0065] 所用限制性内切酶购自MBI Fermentas公司,提取质粒所用的试剂盒购自北京博 迈德科技发展公司,回收DNA片段所用的试剂盒购自美国omega公司,相应的操作步骤按照 产品说明书进行;所有培养基如无特别说明均用去离子水配制。
[0066] 培养基配方:
[0067] (1)种子摇瓶培养基
[0068] LB培养基:5g/L酵母提取物(购自英国0XID公司,产品目录号LP0021),10g/ L蛋白胨(购自英国0XID公司,产品目录号LP0042),10g/L NaCl,其余为水。调pH值至 7.0-7. 2,高压蒸汽灭菌。
[0069] (2) LB维生素 B12发酵摇瓶培养基
[0070] LB维生素 B12发酵培养基:酵母提取物5g/L,蛋白胨10g/L,氯化钠10g/L,鹿糖 80g/L,甜菜碱25g/L,玉米浆10g/L,1 %六水氯化钴溶液12mL/L,1 % 5, 6-DMB溶液9mL/L ; pH 7. 3-7. 4。
[0071] (3)工业发酵摇瓶培养基
[0072] 玉米浆(干物)10g/L,甜菜碱25g/L,磷酸氢二铵0· 5g/L,蔗糖80g/L,硫酸铵 1. 0g/L,尿素0. 5g/L,七水硫酸镁1. 75g/L,1%七水硫酸锌溶液7ml/L,1%六水氯化钴溶液 12mL/L, 1% 5, 6-DMB 溶液 9mL/L ;pH 7. 3-7. 4。
[0073] 在实际培养过程中,可向上述培养基中再添加一定浓度的抗生素以维持质粒的稳 定性,如100 μ g/mL氨节青霉素,34 μ g/mL氯霉素。
[0074] 实施例1、提高维生素 B12产量的重组菌A的制备
[0075] 一、重组表达载体pVB12、pLTTC402和pUKBCDAI的构建
[0076] 1、重组表达载体pVB12的构建
[0077] 重组表达载体pVB12为将序列表中序列1所示的DNA分子与穿梭载体pRS424同 源重组,得到的重组载体;其中同源重组上游同源臂为序列1自5'末端第1-19位核苷酸, 同源重组下游同源臂为序列1自5'末端第17565-17604位核苷酸,
[0078] 序列表中序列1所示的DNA分子包括T7启动子、gltA启动子和如下12个基因: cobG基因、cobj基因、cobM基因、cobF基因、cobK基因、cobL基因、cobH基因、cobB基因、 cobN基因、cobS基因、cobT基因和cobR基因,其中T7启动子为序列表中序列1自5'末端 第45-64位核苷酸,gltA启动子为序列表中序列1自5'末端第6196-6903位核苷酸,cobG 基因为序列表中序列1自5'末端第94-1475位核苷酸,cobj基因为序列表中序列1自5' 末端第3319-4083位核苷酸,cobM基因为序列表中序列1自5'末端第5370-6131位核苷 酸,cobF基因为序列表中序列1自5'末端第1496-2281位核苷酸,cobK基因为序列表中序 列1自5'末端第2304-3047位核苷酸,cobL基因为序列表中序列1自5'末端第4106-5347 位核苷酸,cobH基因为序列表中序列1自5'末端第8516-9148位核苷酸,cobB基因为序 列表中序列1自5'末端第7189-8493位核苷酸,cobN基因为序列表中序列1自5'末端第 9169-12996位核苷酸,cobS基因为序列表中序列1自5'末端第14048-15046位核苷酸, cobT基因为序列表中序列1自5'末端第15094-16989位核苷酸,cobR基因为序列表中序 列1自5'末端第17038-17559位核苷酸。
[0079] 具体构建过程如下:
[0080] 1)、12个基因的密码子优化和合成
[0081] 在NCBI网站上提取12个基因的基因序列,这些基因的NCBI gene ID分 别是 cobG(GI:151172)、 cobj(GI:151175)、 cobM(GI:151178)、 cobF(GI:151171)、 cobK(GI:151176)、 cobL(GI:151177)、 cobH(GI:151173)、 cobB(GI:151147)、 cobNST (GI: 151154,151168, 151169)、cobR (GI: 1196420).然后用常用密码子优化网站 Opitimizer(http://genomes. urv. es/0PTIMIZER)根据大肠杆菌的密码子偏好进行了核苷 酸序列优化,优化后得到的序列可见序列表中8-19.在优化后的基因序列前添加核糖体结 合序列进行修饰(AGGAGGTAAAAAA,这12个基因的核糖体结合序列都位于质粒上,并没有插 入到基因组上)最后得到的序列送往上海青蓝公司进行合成,每单个基因合成在青蓝公司 的通用载体PUC57上。
[0082] 2)、克隆载体pUC19GFK的构建
[0083] 以合成的质粒pUC57cobG,pUC57cobF和pUC57cobK为模板,使用下表1中的引物, 用phusion酶进行PCR反应扩增目的基因 cobG, cobF和cobK,并在引物两端设计引物酶 切位点Drain.以pUC19(北京鼎国昌盛生物技术有限责任公司,产品目录为MVV002,构 建过程中PCR引物上引入T7启动子)为模板,使用下表中的pUC19F和pUC19R为引物,用 phusion酶进行PCR反应扩增载体骨架pUC19,并在一侧引入T7启动子和酶切位点Drain. 构建过程中所用引物如表1所示。
[0084] 表1为克隆载体pUC19GFK的构建引物
[0085]
[0086] 上表中单下划线标注的是酶切位点,双下划线标注的是T7启动子序列。
[0087] PCR反应体系(20yL体系):模版DNA 0.4yL;上游引物0.5yL;下游引物 0.5yL;pfu buffer 2.0yL;phusion 酶 0.2yL;dNTP 1.5yL;ddH20补足至 20yL。PCR 扩增体系配制时,DNA聚合酶最后加入。
[0088] PCR反应条件:先98°C预变性5min ;再98°C变性30秒,58°C退火30秒,72°C延伸 lKb/30sec,30次循环;然后72°C后延伸10分钟。
[0089] 用Dralll酶切上述PCR反应得到的cobG,cobF,cobK和pUC19骨架片段,得到酶 切产物,然后使用fermentas的T4DNA连接酶进行连接反应,将连接产物转化到大肠杆菌 E. coli Transl-Tl中,得到转化子,提取转化子的质粒,测序,结果为cobG, cobF, cobK 3个 基因成功的连接到了克隆载体PUC19上,得到重组载体pUC19GFK。
[0090] 经过测序,重组载体PUC19GFK为将序列1自5'末端第81-3047位核苷酸(为含 有cobG基因、cobF基因、cobK基因的DNA片段)插入克隆载体pUC19的Drain酶切位点 得到的载体。
[0091] 3)克隆载体pUKJLM的构建
[0092] 以合成的质粒pUC57cobJ,pUC57cobL和pUC57cobM为模板,使用下表2中的引物, 用phusion酶进行PCR反应扩增目的基因 cobL, cobL和cobM并在引物两端设计引物酶切 位点Drain.以pUK为模板,使用下表中的pUKF和pUCKR为引物,用phusion酶进行PCR 反应扩增载体骨架PUC19,并在一侧引入T7启动子和酶切位点Drain.构建过程所用的引 物均列在表2中。
[0093] 表2为克隆载体pUKJLM构建所需引物
[0094]
[0095] 上表中单下划线标注的是酶切位点,双下划线标注的是T7启动子序列。
[0096] PCR反应体系(20yL体系):模版DNA 0.4yL;上游引物0.5yL;下游引物 0.5yL;pfu buffer 2.0yL;phusion 酶 0.2yL;dNTP 1.5yL;ddH20补足至 20yL。PCR 扩增体系配制时,DNA聚合酶最后加入。
[0097] PCR反应条件:先98°C预变性5min ;再98°C变性30秒,58°C退火30秒,72°C延伸 lKb/30sec,30次循环;然后72°C后延伸10分钟。
[0098] 用Dralll酶切上述PCR反应得到的
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