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高产生育三烯酚的重组解脂亚罗酵母、其构建方法及应用与流程

2021-12-04 01:42:00 来源:中国专利 TAG:


1.本发明属于基因工程技术领域,特别涉及一种高产生育三烯酚的重组解脂亚罗酵母,还涉及所述菌株的构建方法及应用。
技术背景
2.维生素e是两亲性分子,也是一种异戊二烯醌醇类的强氧化剂。维生素e包含生育酚和生育三烯酚两种不同类型,它们都具有苯并二氢吠喃衍生物的结构,由一个细胞膜上的极性芳香环头部和膜脂相关的疏水性尾巴组成。它们的主要差别在于它们碳水化合物类异戊二烯基侧链尾部结构的饱和程度上,生育酚三烯(tocotrienol)在碳3,7和11的位置上各有一个反式双键,而生育酚(tocopherol)是饱和的。而根据芳香环上甲基的数量和位置的区别,每种类型又有4种不同的组分,即α、β、γ、δ四种。
3.最近研究表明,生育三烯酚可能具有更好的降低胆固醇、预防糖尿病、促进骨吸收(生育三烯酚独有)、抗氧化、抗癌、抗炎症、心脏保护和神经保护等功能。尽管生育三烯酚占ve家族成员的半数,但对其研究尚少。生育三烯酚产品主要从油棕(elaeis guineensis)果实里的粗棕桐油中提取,由于其来源比较稀少,目前市场价格高昂,相关产品也比较少,随着人们对生育三烯酚强大功能认知度的增加,生育三烯酚的市场需求也会越来越大。开展生育三烯酚的研究,改良植物生育三烯酚含量和组成成分将有利于功效的进一步发挥。其中利用基因工程改良是有效合成生育三烯酚的方法之一。德国斯图加特大学的研究人员通过引入光合生物来源的生育三烯酚合成途径基因,对大肠杆菌进行了代谢改造,获得了产15μg/g(细胞干重)δ

生育三烯酚的工程菌株[albermann c,ghanegaonkar s,lemuth k,et al.biosynthesis of the vitamin e compound delta

tocotrienol in recombinant escherichia coli cells[j].chembiochem,2008,9(15):2524

33.]。该课题组在2013年又通过基因组整合和增强mep途径,构建了产1425μg/g(细胞干重)生育三烯酚共同前体mggbq的工程菌株[ghanegaonkar s,conrad j,beifuss u,et al.towards the in vivo production of tocotrienol compounds:engineering of a plasmid

free escherichia coli strain for the heterologous synthesis of 2

methyl
‑6‑
geranylgeranyl

benzoquinol[j].j biotechnol,2012,164(2):238

47.]。另外国内于洪魏团队沈斌的研究中[沈斌.酿酒酵母中异源合成维生素e(生育三烯酚)的研究[d].浙江大学,2019.],结合酿酒酵母中内源的莽草酸途径和mva途径,构建出异源合成维生素e(生育三烯酚)的代谢途径,以酿酒酵母为研究平台,克隆来源于拟南芥的关键基因并结合密码子优化,获得了244.2μg/g干重的产量,其中γ

生育三烯酚的产量为172.9μg/g干重,α

生育三烯酚为71.3μg/g干重。
[0004]
针对上述现有生育三烯酚合成方法不明确、产量低的问题,本发明根据目前已清晰的生育三烯酚的合成途径,以解脂亚罗酵母菌为研究平台,对生育三烯酚合成关键基因2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶、生育酚环化酶和γ

生育酚甲基转移酶进行基因挖掘并结合密码子优化,在此基础上过表达生育三烯酚合成途径中的关键基因brhppd,
gahpt,smmpbqmt,dctc和boγ_tmt,以及生育三烯酚合成底物香叶基香叶基二磷酸(ggpp)积累的关键基因hmg1和crte,以期进一步提高生育三烯酚的产量。


技术实现要素:

[0005]
本发明的目的是进一步提高生育三烯酚的产量,通过选择更优的生育三烯酚合成关键基因2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶、生育酚环化酶和γ

生育酚甲基转移酶,同时过表达生育三烯酚合成途径中的关键基因brhppd,gahpt,smmpbqmt,dctc和boγ_tmt,以及生育三烯酚合成底物香叶基香叶基二磷酸(ggpp)积累的关键基因hmg1和crte。提供高产生育三烯酚的重组解脂亚罗酵母。
[0006]
为了实现上述目的,本发明提供高产生育三烯酚的重组解脂亚罗酵母,所述重组解脂亚罗酵母含有重组质粒,所述重组质粒含有生育三烯酚合成底物香叶基香叶基二磷酸(ggpp)积累的关键基因和经密码子优化的生育三烯酚合成基因,所述生育三烯酚合成底物香叶基香叶基二磷酸(ggpp)积累的关键基因为hmg1和crte,所述经密码子优化的生育三烯酚合成基因编码的蛋白质为2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶、生育酚环化酶和γ

生育酚甲基转移酶。
[0007]
在本发明中,所述2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶来自核桃、花生、山嵛菜、木豆或卷柏;所述生育酚环化酶来自荠菜、山嵛菜、甘蓝、油菜、柑橘或石斛;所述γ

生育酚甲基转移酶来自荠菜、山嵛菜、甘蓝和油菜。
[0008]
根据一种特别优选的实施方式,所述2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶来自卷柏,其密码子优化序列如seq id no.1所示;所述生育酚环化酶来自石斛,序列如seq id no.2所示;所述γ

生育酚甲基转移酶来自甘蓝,序列如seq id no.3所示。
[0009]
基于此,本发明还提供上述重组解脂亚罗酵母的构建方法,所述方法包括以下步骤:
[0010]
(1)构建含有hppd基因和hpt基因的解脂亚罗酵母工程菌
[0011]
获取并合成来源于油菜的hppd基因(brhppd)和来源于蓝藻的hpt基因(gahpt)序列,与载体ploxpura3loxp经酶切连接获得重组质粒ploxpura3loxp

brhppd

gahpt,将重组质粒酶切线性化后,采用酵母转化试剂盒方法转入解脂亚罗酵母工程菌polf中,获得重组菌株polf

bhgh,所得重组菌株经通过菌落pcr验证正确;
[0012]
(2)构建含有2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶基因的重组质粒
[0013]
获取并合成来源于核桃(jrmpbqmt)、花生(ahmpbqmt)、山嵛菜(esmpbqmt)、木豆(ccmpbqmt)和卷柏(smmpbqmt)的2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶基因序列,分别以ndeⅰ/speⅰ为酶切位点双酶切载体ploxpura3loxp和所述2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶基因,分别连接获得重组质粒ploxpura3loxp

jrmpbqmt、ploxpura3loxp

ahmpbqmt、ploxpura3loxp

esmpbqmt、ploxpura3loxp

ccmpbqmt和ploxpura3loxp

smmpbqmt,将所得重组质粒用限制性酶smai酶切线性化,采用酵母转化试剂盒方法转入解脂亚罗酵母工程菌polf

bhgh中,分别获得重组菌株1、2、3、4、5,所得重组菌株经通过菌落pcr验证正确;
[0014]
(3)构建含有生育酚环化酶基因的重组质粒
[0015]
获取并合成来源于荠菜(crtc)、山嵛菜(estc)、甘蓝(botc)、油菜(bntc)、柑橘
(cctc)和石斛(dctc)的生育酚环化酶基因序列,分别以ndeⅰ/speⅰ为酶切位点双酶切载体ploxpura3loxp和所述生育酚环化酶基因,分别连接获得重组质粒ploxpura3loxp

crtc、ploxpura3loxp

estc、ploxpura3loxp

botc、ploxpura3loxp

bntc、ploxpura3loxp

cctc和ploxpura3loxp

dctc,所得重组质粒分别用限制性酶smai酶切线性化,通过酵母转化试剂盒方法分别转入步骤(1)得到的重组菌株1

5中,获得重组菌株6、7、8、

、34、35,所得重组菌株经通过菌落pcr验证正确;
[0016]
(4)构建含有γ

生育酚甲基转移酶基因的重组质粒
[0017]
获取并合成来源于荠菜(crγ

tmt)、山嵛菜(esγ

tmt)、甘蓝(boγ

tmt)和油菜(bnγ

tmt)的γ

生育酚甲基转移酶基因序列,分别以ndeⅰ/speⅰ为酶切位点双酶切载体ploxpura3loxp和γ

生育酚甲基转移酶基因,分别连接获得重组质粒ploxpura3loxp

crγ

tmt、ploxpura3loxp

esγ

tmt、ploxpura3loxp

boγ

tmt和ploxpura3loxp

bnγ

tmt,所得重组质粒分别用限制性酶smai酶切线性化,采用酵母转化试剂盒方法转入步骤(3)的重组菌株6

35中,获得高产生育三烯酚的重组解脂亚罗酵母。
[0018]
作为一种特别优选的实施方式,构建重组解脂亚罗酵母时,包括以下步骤:
[0019]
(1)构建含有hppd基因和hpt基因的解脂亚罗酵母工程菌
[0020]
获取并合成来源于油菜的hppd基因(brhppd)和来源于蓝藻的hpt基因(gahpt)序列,与载体ploxpura3loxp经酶切连接获得重组质粒ploxpura3loxp

brhppd

gahpt,将重组质粒酶切线性化后,采用酵母转化试剂盒方法转入解脂亚罗酵母工程菌polf中,获得重组菌株polf

bhgh,所得重组菌株经通过菌落pcr验证正确;
[0021]
(2)构建含有2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶基因的重组质粒
[0022]
获取并合成来源于卷柏(smmpbqmt)的2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶基因序列,以ndeⅰ/speⅰ为酶切位点双酶切载体ploxpura3loxp和所述2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶基因,分别连接获得重组质粒ploxpura3loxp

smmpbqmt,将所得重组质粒用限制性酶smai酶切线性化,采用酵母转化试剂盒方法转入解脂亚罗酵母工程菌polf

bhgh中,获得重组菌株5,所得重组菌株经菌落pcr验证正确;
[0023]
(3)构建含有生育酚环化酶基因的重组菌株
[0024]
获取并合成来源于石斛(dctc)的生育酚环化酶基因序列,以ndeⅰ/speⅰ为酶切位点双酶切载体ploxpura3loxp和所述生育酚环化酶基因,连接获得重组质粒ploxpura3loxp

dctc,所得重组质粒用限制性酶smai酶切线性化,通过酵母转化试剂盒方法分别转入步骤(2)得到的重组菌株5中,获得重组菌株35,所得重组菌株经菌落pcr验证正确;
[0025]
(4)构建含有γ

生育酚甲基转移酶基因的重组菌株
[0026]
获取并合成来源于甘蓝(boγ

tmt)的γ

生育酚甲基转移酶基因序列,分别以ndeⅰ/speⅰ为酶切位点双酶切载体ploxpura3loxp和γ

生育酚甲基转移酶基因,连接获得重组质粒ploxpura3loxp

boγ

tmt,所得重组质粒分别用限制性酶smai酶切线性化,采用酵母转化试剂盒方法转入步骤(2)的重组菌株35中,获得重组菌株38,所得重组菌株经菌落pcr验证正确;
[0027]
(5)构建含有hmg1和crte基因的重组菌株
[0028]
获取并合成hmg1和crte基因序列,设计引物从解脂亚罗酵母工程菌po1f的基因组
dna扩增目的片段,所得目的片段连接到载体pjn44的多酶切位点上,分别得到质粒pjn44

hmg1和pjn44

crte;所得质粒分别转入菌株38中,获得重组菌株40,所得重组菌株经菌落pcr验证正确;
[0029]
(6)目的基因的过表达
[0030]
将前述获得的目的基因brhppd,gahpt,smmpbqmt,dctc和boγ_tmt分别连接到载体pjn44的多酶切位点上,分别得到质粒pjn44

brhppd,pjn44

gahpt,pjn44

smmpbqmt,pjn44

dctc,和pjn44

boγ_tmt;将获得的质粒通过酶切验证后转入步骤(5)的重组菌株40中,得到高产生育三烯酚的重组解脂亚罗酵母,所得重组菌株经菌落pcr验证正确。
[0031]
在本发明中,作为一种优选的实施方式,所述方法还包括步骤(7)去除ura3标记:
[0032]
所得重组解脂亚罗酵母在sd

leu培养基上培养,所述sd

leu培养基上生长的单菌落即为高产生育三烯酚的重组解脂亚罗酵母。
[0033]
在本发明中,ploxpura3loxp载体可参见《重组解脂亚罗酵母合成菜油甾醇的研究》(谭思远)中的记载,pjn44载体可参见《重组解脂亚罗酵母合成微生物油脂的研究(董桂茹)中的记载。
[0034]
在本发明中,菌落pcr验证的反应体系如下:
[0035]
反应体系:
[0036][0037]
pcr程序:
[0038][0039][0040]
本发明的重组解脂亚罗酵母用于生产生育三烯酚中,在α

生育三烯酚与γ

生育三烯酚的生产中都具备显著优势。
[0041]
本发明通过分别构建经密码子优化的不同来源的生育三烯酚合成基因2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶、生育酚环化酶和γ

生育酚甲基转移酶重组质粒;将重组质粒整合至工程菌基因组中,筛选在sd

leu培养基上长出的单菌落,去除ura3标记即得到提高生育三烯酚产量的重组菌。在此基础上过表达生育三烯酚合成途径中的关键基因brhppd,gahpt,smmpbqmt,dctc和boγ_tmt,以及生育三烯酚合成底物香叶基香叶基二磷酸(ggpp)积累的关键基因thmg1和crte。通过比较发现,重组菌株41进行发酵培养生产生育三烯酚,总生育三烯酚的产量最高可达到2423.7μg/g dcw,其中其中γ

生育三烯酚含量为1675.2μg/g dcw,α

生育三烯酚的含量为748.5μg/g dcw,显著高于现有研究的最高产量2085.3μg/g dcw。
【附图说明】
[0042]
图1生育三烯酚生物合成途径;
[0043]
图2各重组菌株γ

生育三烯酚含量比较;
[0044]
图3各重组菌株各类生育三烯酚含量比较。
【具体实施方式】
[0045]
以下实施例用于非限制性地解释本发明的技术方案。
[0046]
在本发明中,如无特殊说明,用于说明浓度的“%”均为质量百分比,用于说明用量比例的“:”均为质量比。
[0047]
本发明涉及以下培养基:
[0048]
sd

leu培养基:葡萄糖2%,(nh4)2so
4 0.5%,ynb 0.17%,drop

out mix synthetic minus leucil w/o yeast nitrogen base 0.2%,固体培养基另加入2.5%的琼脂粉,于121℃高压蒸汽灭菌20min。
[0049]
ypd液体培养基:葡萄糖2%,酵母粉1%,蛋白胨2%,酪氨酸0.1%,于121℃高压蒸汽灭菌20min。
[0050]
本发明涉及以下基因:
[0051]
表1 2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶基因及其来源
[0052][0053]
表2生育酚环化酶基因及其来源
[0054][0055]
表3γ

生育酚甲基转移酶及其来源
[0056][0057]
本发明涉及以下引物:
[0058]
[0059][0060]
本发明涉及的菌落pcr验证的反应体系如下:
[0061]
反应体系:
[0062][0063]
pcr程序:
[0064][0065]
实施例1构建含有2

甲基
‑6‑
香叶基香叶基苯醌甲基转移酶(mpbqmt)基因的重组质粒
[0066]
从ncbi上获取来源于油菜的hppd基因(brhppd)(gene id:103843547)和来源于蓝藻的hpt基因(gahpt)序列(genbank:mbr8827918.1),送生工优化合成后与载体ploxpura3loxp经酶切连接获得重组质粒ploxpura3loxp

brhppd

gahpt,将重组质粒酶切线性化后,采用酵母转化试剂盒方法转入解脂亚罗酵母工程菌polf中,获得重组菌株polf

bhgh,验证方法采用菌落pcr的方式。
[0067]
根据表1的记载,从ncbi上获取来源于核桃(jrmpbqmt)、花生(ahmpbqmt)、山嵛菜(esmpbqmt)、木豆(ccmpbqmt)和卷柏(smmpbqmt)的mpbqmt基因序列,送生工优化合成。
[0068]
分别以ndeⅰ/speⅰ为酶切位点双酶切载体ploxpura3loxp和基因mpbqmt并连接获得重组质粒ploxpura3loxp

jrmpbqmt、ploxpura3loxp

ahmpbqmt、ploxpura3loxp

esmpbqmt和ploxpura3loxp

ccmpbqmt和ploxpura3loxp

smmpbqmt。将以上重组质粒用限制性酶smai酶切线性化,采用酵母转化试剂盒方法转入解脂亚罗酵母工程菌polf

bhgh中,获得重组菌株1、2、3、4、5,通过菌落pcr的方式验证正确。
[0069]
重组菌株1

5基因型为:
[0070][0071][0072]
实施例2构建含有生育酚环化酶(tc)基因的重组质粒
[0073]
根据表2的记载,从ncbi上获取来源于荠菜(crtc)、山嵛菜(estc)、甘蓝(botc)、油菜(bntc)、柑橘(cctc)和石斛(dctc)的tc基因序列,送生工优化合成。分别以ndeⅰ/speⅰ为酶切位点双酶切载体ploxpura3loxp和基因tc并连接获得重组质粒ploxpura3loxp

crtc、ploxpura3loxp

estc、ploxpura3loxp

botc、ploxpura3loxp

bntc、ploxpura3loxp

cctc和ploxpura3loxp

dctc,将以上重组质粒用限制性酶smai酶切线性化,采用酵母转化试剂盒方法分别转入上述重组菌株中,获得重组菌株6、7、8

34、35,通过菌落pcr的方式验证正确。
[0074]
重组菌株6

35基因型为:
[0075][0076][0077]
通过检测发酵液中γ

生育三烯酚的含量,筛选出高产γ

生育三烯酚的重组菌株。检测方法如下:
[0078]
检测样品的制备:取1mlsd发酵液于1.5ml离心管中,12000rpm离心5min,取上清于新的离心管,并加入40ml冰醋酸,再用0.22um水系针孔式滤头过滤。
[0079]
hplc检测条件:流动相:0.01m kh2po4溶液(a)和甲醇(b);比例:90%a/10%b;流速:0.8ml/min;检测波长:290nm;色谱柱:ymc

pack ods

aq(4.6
×
250mm)。
[0080]
标准曲线制备方法如下:
[0081]
γ

生育三烯酚标准曲线的制作:用万分之一天平称取10mgγ

生育三烯酚,溶于10ml纯甲醇溶液中,浓度定为1g/l的母液,依次用纯甲醇溶液梯度稀释,稀释得到浓度分别
为250mg/l,100mg/l,50mg/l,20mg/l,5mg/l的γ

生育三烯酚溶液,并用相同的方法再稀释出两批同浓度的γ

生育三烯酚溶液,对所有样品经0.22um有机系针孔式滤头过滤,再进行hplc分析。
[0082]
结果如图2所示,比较各重组菌株的生育三烯酚含量,发现重组菌株35的γ

生育三烯酚含量最高,为2014.5μg/g dcw,因此选择来源于卷柏的mpbqmt基因和石斛的tc基因构建的重组菌株35(polf

bhgh

smmpbqmt

dctc)进行后续研究。
[0083]
实施例3构建表达含有γ

生育酚甲基转移酶的重组菌株
[0084]
根据表3的记载从ncbi上获取来源于荠菜(crγ

tmt)、山嵛菜(esγ

tmt)、甘蓝(boγ

tmt)和油菜(bnγ

tmt)的γ

tmt基因序列,送生工优化合成。分别以ndeⅰ/speⅰ为酶切位点双酶切载体ploxpura3loxp和基因tc并连接获得重组质粒ploxpura3loxp

crγ

tmt、ploxpura3loxp

esγ

tmt、ploxpura3loxp

boγ

tmt和ploxpura3loxp

bnγ

tmt,将以上重组质粒用限制性酶smai酶切线性化,采用酵母转化试剂盒方法分别转入重组菌株35(polf

bhgh

smmpbqmt

dctc)中,获得重组菌株36、37、38、39,所得菌株经pcr验证正确。
[0085]
重组菌株36

39的基因型为:
[0086][0087]
通过检测发酵液中α

生育三烯酚的含量,来筛选生育三烯酚含量最高的重组菌株,hplc检测方法同γ

生育三烯酚方法,标准曲线制备方法同γ

生育三烯酚标准曲线的制作。
[0088]
α

生育三烯酚的含量检测方法如下:
[0089]
将各重组菌株在添加0.1%(w/v)酪氨酸的50ml ypd液体培养基中,220rpm 30℃恒温摇床里培养96h,然后取5ml发酵液离心并收集菌体,研磨破胞后,用2ml丙酮分两次萃取,离心取上清,过滤后,进hplc分析。以丙酮为提取溶剂,从发酵液中萃取生育三烯酚。
[0090]
表4各重组菌株发酵液中各种生育三烯酚含量
[0091][0092]
结果如图3、表4所示,重组菌株38(polf

bhgh

smmpbqmt

dctc

boγ_tmt)的α

生育三烯酚含量最高,达到453.6μg/g dcw,γ

生育三烯酚含量为1260.9μg/g dcw。由此可见,来源于卷柏的mpbqmt基因(序列如seq id no.1所示)、石斛的tc基因(序列如seq id no.2所示)和来源于甘蓝的γ

tmt基因(序列如seq id no.3所示)构建的重组菌株所得生育三烯酚产量最高,总量达到1714.5μg/g dcw,显著优于现有技术的记载。
[0093]
实施例4过表达关键基因
[0094]
根据ncbi数据库中hmg1和crte基因序列(geneid:854900,geneid:37543877)设计引物从y.lipolytica po1f菌株的基因组dna扩增目的片段。将目的片段连接到载体pjn44的多酶切位点上,分别得到质粒pjn44

hmg1和pjn44

crte。验证好的表达质粒pjn44

hmg1和pjn44

crte分别转入菌株38中,获得重组菌株40,通过菌落pcr的方式验证正确。
[0095]
将前述获得的目的基因brhppd,gahpt,smmpbqmt,dctc和boγ_tmt连接到载体pjn44的多酶切位点上,分别得到质粒pjn44

brhppd,pjn44

gahpt,pjn44

smmpbqmt,pjn44

dctc,和pjn44

boγ_tmt。将获得的重组表达质粒通过酶切验证后转入菌株40中,得到高产生育三烯酚的重组菌株41,命名为重组解脂亚罗酵母polf

(mtt)

hc

ura3,通过菌落pcr的方式验证正确。
[0096]
高产生育三烯酚的重组菌株40、41的基因型为:
[0097][0098]
将重组菌株41在sd

leu培养基上培养以去除ura3标记,sd

leu培养基上生长的单菌落即为高产生育三烯酚的重组解脂亚罗酵母,命名为polf

(mtt)

hc。
[0099]
对所得高产生育三烯酚的重组菌株polf

(mtt)

hc进行了4次发酵,对4次发酵结果进行检测α

生育三烯酚和γ

生育酚的含量,结果如表5显示重组菌株polf

(mtt)

hc的α

生育三烯酚含量最高达到748.5ug/g dcw,γ

生育三烯酚含量为1675.2μg/g dcw,总生育三烯酚含量为2423.7μg/g dcw。其平均总生育三烯酚产量达到2286.8μg/g dcw,相对于现有技术有显著提高。由此可见,在基因挖掘的基础上过表达生育三烯酚合成途径中的关键基因对生育三烯酚产量的提高有明显作用。
[0100]
表5重组菌株polf

(mtt)

hc发酵液中各种生育三烯酚含量
[0101]
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

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