橘青霉中全局性调控基因Pci-veA的克隆鉴定及其特性的初步研究

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背景:丝状真菌是一类重要的微生物,一些工业菌株能够产生抗生素、有机酸、降胆固醇物质、抗病毒物质、抗癌物质和免疫抑制剂等对人类有益的物质,也会产生一些对人类有害的次级代谢产物,如柄曲霉素、黄曲霉毒素等真菌毒素。在人类生产和生活上起着十分重要的作用。。真菌次级代谢生物合成途径主要包括PKS和NRPS两个途径,次级代谢生物合成基因总是成簇存在的,其调控体系是一个复杂的网络。调控真菌次级代谢产物的调控因子主要包括:位于生物合成基因簇上的途径特异性调控因子、与生物合成基因簇没有直接关联的信号途径调控性因子、近些年来发现并被提出的全局性调控因子VeA和LaeA。全局性的调控因子VeA,是E.Kfer等人于1965年第一次在构巢曲霉中发现的一个能够影响构巢曲霉有性繁殖和无性繁殖比例的调控因子,进一步研究发现,它不仅对形态发育有着一定程度的影响,同时也调控着丝状真菌有益物质以及真菌毒素等次级代谢产物的产生,是一个十分重要的丝状真菌的全局性调控因子。它对次级代谢产物生物合成基因簇的调控作用,为真菌理性遗传改造提供了一条重要的全新途径;它对未知次级代谢产物基因簇的调控作用和对沉默基因的转录激活,使基于全局性调控因子的遗传操作成为寻找新型天然产物的新思路。迄今为止,veA的同源基因已经分别在烟曲霉(Aspergillus fumigatus)、寄生曲霉(Aspergillus parasiticus)、产黄青霉(Penicillium chrysogenum)和粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)被克隆得到。他汀类药物由于其它药物所无法比拟的降胆固醇效果,是降血脂药物中的首要选择。自从1987年洛伐他汀获得FDA批准用于临床,成为第一个投入市场的他汀类药物以来,相继开发了许多半合成和全合成的他汀类药物,并且其中许多获得批准上市的药物在市场上都长期占有极大的份额。除常用的最重要的降脂功能外,他汀类药物还开拓了许多新的治疗领域。美伐他汀是最早被发现的他汀类化合物,目前主要作为转化前体受到广泛关注。因此,对其生物来源的寻求和通过菌种改良的方式来进一步提高其产量在工业上有着十分重要的意义。目的:本实验选取一株美伐他汀产生菌M2,从M2中克隆得到veA的同源基因Pci-veA,并对其进行生物信息学分析。比较它在不同阶段的表达情况、菌体生物量的变化情况和美伐他汀的比生长率变化情况,同时观察光照及黑暗条件对其生长形态上的影响,进而推断它们之间可能存在的调控关系。方法:本实验中根据同源基因序列设计简并引物,RT-PCR克Pci-veA隆核心序列,分别设计随机引物和嵌套引物,采用TAIL-PCR和RACE技术,克隆3’端和5’端序列,根据拼接得到的全长设计上下游引物克隆得到DNA和cDNA序列,利用生物信息学和生理指标对其特性进行初步分析。结果:从美伐他汀产生菌橘青霉中克隆得到veA的同源基因Pci-veA,它的cDNA序列为1704个bp,DNA序列为1774bp,编码567个氨基酸,该基因与产黄青霉中发现的veA同源性为91%,和棒状曲霉中的veA相似性为61%。它编码的蛋白质分子量为62762.5道尔顿,等电点为9.10。序列比对在Pci-VeA的N-末端查找到了该基因的保守功能序列NLS区域(bipartite nuclear localization signal motif),和另外一个在构巢曲霉中也存在的pat7区域。表达情况的研究表明该基因的表达伴随橘青霉生长的整个阶段中,是一个组成型表达,而黑暗条件抑制其分生孢子的产生,光照条件上调并且提前分生孢子的产生。结论:本文成功从美伐他汀产生菌橘青霉中克隆得到veA的同源基因Pci-veA,推断橘青霉Pci-VeA可能正调控美伐他汀的生物合成,并参与光照条件下分生孢子的形成。该基因的成功克隆以及在美伐他汀产生过程中的表达情况的初步研究,为下一步的功能研究和菌种改良提供了依据和平台。
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