扩展青霉脂肪酶基因克隆、密码子优化及表达

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脂肪酶是一种重要的工业酶,在自然界中普遍存在,目前许多脂肪酶基因已被克隆,并获得相应高效表达的工程菌。扩展青霉脂肪酶是一种中温碱性脂肪酶,可在碱性条件下分解三酰甘油酯,在工业上有着广泛的应用。本研究以扩展青霉(Penicillium expansum)CICC 40356 为出发菌,利用PCR和RT-PCR 克隆了扩展青霉脂肪酶基因(PEL)及其开放阅读框(ORF),并对基因中低使用频率密码子进行了优化,使其在异源宿主Pichia pastoris GS115中获得了理想的表达效果,并对重组脂肪酶的酶学性质进行了初步研究。主要工作如下。   (1)分别利用PCR和RT-PCR 克隆了扩展青霉(P. Expansum)CICC 40356脂肪酶基因(PEL)及其开放阅读框(ORF)。序列分析显示该基因由6个外显子和个内含子组成,基因全长1140 bp,ORF为858 bp,编码286个氨基酸残基,与GenBank中已报道的PEL基因序列的同源性为99%。   (2)外源蛋白的异源表达水平与多种因素有关,其中密码子偏爱性是重要影响因素。为了获得高效表达的扩展青霉脂肪酶,利用重叠延伸PCR(Over-lap extensionPCR)技术对PEL的10个氨基酸密码子和表达载体pPIC9Kα信号肽的9个氨基酸密码子进行了优化,获得了改造过的脂肪酶基因PELM和表达载体pPIC9KM。   并构建了带有脂肪酶自身信号肽的pPIC9K-PEL1、pPIC9KM-PELM1、pPIC3.5K-PEL1、pPIC3.5K-PELM1和不带有脂肪酶自身信号肽的pPIC9K-PEL2、pPIC9KM-PELM2 六个重组质粒。表达载体经Sal I 线性化后电转化至P.pastorisGS115中进行表达。经过MD、MM、活性功能检测平板及G418 筛选得到最佳毕赤酵母GS115转化子,在摇瓶中甲醇诱导发酵100h后,利用pNPP 比色法测得发酵上清的酶活分别为3.65 U/ml,30.49 U/ml,90.85 U/ml,212.05 U/ml,15.29 U/ml,76.32 U/ml。发酵上清液经硫酸铵沉淀、透析,透析产物经SDS-PAGE检测,发现28 kDa 左右的特异性蛋白条带。   (3)对重组扩展青霉脂肪酶的酶学性质进行了初步研究。结果表明:扩展青霉脂肪酶的最适温度为35℃,最适pH为9.5,在pH 7.0-10.0 范围内该脂肪酶均较稳定;最适底物为C8,对中链酯(C8-C12)有较强的水解能力;Ca2+和Mg2+对其有激活作用,Fe2+,Zn2+,Cu2+则有抑制作用,EDTA能使之快速失活。
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