莱茵衣藻“细菌型”pepc2基因叶绿体表达及其对油脂蛋白质含量的影响

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶（Phosphoenolpyruvate carboxylase,PEPC,EC 4.1.1.31）在植物碳代谢中有重要作用,高等植物中PEPC可以调控蛋白质和脂肪酸含量,但是对绿藻PEPC的研究还较少。莱茵衣藻是绿藻中的模式生物,其基因工程中外源基因的转化以叶绿体转化效率最高,为了提高外源蛋白表达和获得高产油莱茵衣藻,利用叶绿体转化法能进一步提高表达效率。因此,本研究首先克隆了莱茵衣藻“细菌型”PEPCCSⅠ（conserved sequenceⅠ）的639 bp,构建了pASapI-reve-Crpepc2和pASapI-forw-Crpepc2正反向叶绿体表达载体,并用基因枪法转化莱茵衣藻cc-400获得了空质粒型,正向型和反向型转基因藻株。其次,应用RT-qPCR方法检测Crpepc2的相对表达量,结果表明反向型Crpepc2的表达量减少了89.97%,而正向型增加了201.16%。最后,检测了总蛋白和脂质含量的变化,正向型突变株的总蛋白增加了37.03%;而反向型突变株的脂质含量增加了70.32%,且不饱和脂肪酸含量明显增加。以上结果证明莱茵衣藻“细菌型”PEPC的叶绿体表达不仅可以进一步提高蛋白质与脂肪酸含量,也可为今后外源蛋白的表达和高产油工程藻的应用做贡献。     

“ 细菌型”pepc2基因反向表达载体构建及在莱茵衣藻中表达

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(Phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC, EC 4.1.1.31)在植物碳代谢中处于代谢纽的关键位置,是调节细胞蛋白质和脂肪酸含量的关键酶,通过抑制pepc基因的表达,可以提高细胞的含油率。通过克隆莱茵衣藻“细菌型”pepc2基因的部分序列（简称Crpepc2）和莱茵衣藻融合启动子Hsp70A-RBCS2（简称HR）,将HR和Crpepc2片段插入pSP124s中,获得Crpepc2反向表达的莱茵衣藻高效表达载体pSP124s-HR-reve- Crpepc2。利用基因枪将pSP24s和pSP124s-HR-reve-Crpepc2分别转入莱茵衣藻cc-503藻株,得到空质粒型和反向型突变藻株。利用qPCR检测莱茵衣藻野生型、空质粒型和反向型藻株“细菌型”pepc2基因的相对表达量,结果表明空质粒的导入对莱茵衣藻pepc2基因的相对表达量影响很小,为野生型的92.95%;而反向型pepc2基因的导入明显降低了莱茵衣藻pepc2基因的相对表达量,仅为野生型的2.94%。该结果一方面说明我们建立了利用qPCR快速检测莱茵衣藻pepc2基因相对表达量的方法,另一方面也证明利用Crpepc2反向表达的方法（即“反向载体技术”）可以有效的抑制莱茵衣藻pepc2基因的表达,为进一步筛选稳定的含油量高的藻株奠定了良好的基础。     

“细菌型”pepc2基因反向表达载体构建及在莱茵衣藻中的表达

磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶(phosphoenolpyruvate carboxylase, PEPC, EC 4.1.1.31)在植物碳代谢中处于代谢纽的关键位置,是调节细胞蛋白质和脂肪酸含量的关键酶,通过抑制pepc基因的表达,可以提高细胞的含油率。通过克隆莱茵衣藻“细菌型”pepc2/基因的部分序列（简称Crpepc2）和莱茵衣藻融合启动子Hsp70A RBCS2（简称HR）,将HR和Crpepc2片段插入pSP124s中,获得Crpepc2反向表达的莱茵衣藻高效表达载体pSP124s-HR-reve-Crpepc2-。利用基因枪将pSP24s和pSP124s-HR-reve-Crpepc2分别转入莱茵衣藻cc 503藻株,得到空质粒型和反向型突变藻株。利用qPCR检测莱茵衣藻野生型、空质粒型和反向型藻株“细菌型”pepc2/基因的相对表达量,结果表明空质粒的导入对莱茵衣藻pepc2/基因的相对表达量影响很小,为野生型的92.95%;而反向型pepc2/基因的导入明显降低了莱茵衣藻pepc2/基因的相对表达量,仅为野生型的2.94%。该结果一方面说明我们建立了利用qPCR快速检测莱茵衣藻pepc2/基因相对表达量的方法,另一方面也证明利用Crpepc2反向表达的方法（即“反向载体技术”）可以有效的抑制莱茵衣藻pepc2/基因的表达,为进一步筛选稳定的含油量高的藻株奠定了良好的基础。     

一步法构建莱茵衣藻叶绿体表达载体

为简化莱茵衣藻叶绿体表达载体构建步骤,将莱茵衣藻叶绿体中表达所需的DNA 元件组合,构建入可一步 TA 克隆插入靶基因的载体pTBNK,可直接用于在莱茵衣藻叶绿体表达靶基因。将EGFP 克隆至表达载体pTBNK,经 蓝白班筛选获得阳性转化子pTBNK-EGFP,通过基因枪转化衣藻叶绿体并获得阳性克隆。通过PCR 鉴定,EGFP 成 功整合至衣藻叶绿体基因组中。     

集胞藻酰基载体蛋白基因过量表达对脂肪酸合成的影响

酰基载体蛋白(ACP)是微生物脂肪酸生物合成途径中的一个关键蛋白。为了促进集胞藻脂肪酸的积累,以集胞藻PCC6803为研究对象,成功构建了用于过量表达ACP(ssl2084)基因的同源重组质粒ssl2084⁽⁺⁾并在集胞藻PCC6803中进行转化。将ssl2084⁽⁺⁾突变株进行DNA水平和蛋白质水平鉴定,结果表明,ssl2084基因已经得到过量表达。利用气相色谱—质谱联用技术(GC-MS)对突变藻株在不同温度下脂肪酸的含量及组分进行检测,发现在30 ℃培养条件下ssl2084⁽⁺⁾突变株中C12:0、C16:0和C18:0的含量显著增加,分别为1.50、8.74和0.60 mg·g^-1,与野生型相比分别增加了54.71%、50.82%和155.86%;在20 ℃低温胁迫培养条件下,C12:0、C16:0和C18:0的含量分别达到1.70、11.85和2.31 mg·g^-1,与野生型相比分别增加了31.94%、47.35%和39.90%。以上结果表明,在集胞藻PCC6803中过表达ssl2084基因能提高集胞藻中的中长链脂肪酸的含量,低温条件使得集胞藻中的中长链脂肪酸的含量进一步提高。     

人白细胞介素4在衣藻叶绿体中的高效转化及表达

人白细胞介素4(hIL4)是一种重要的免疫活性调节分子,与一些自身免疫性疾病有重要关系。将hIL4基因融合到衣藻叶绿体rbcL 5-’UTR和3’-UTR之间,组成5’UTR-hIL4-3’UTR片段,将其插入到来源于衣藻叶绿体基因组5.7 kb同源片段中,构建成pXhIL4同源重组质粒。利用电脉冲法将该质粒与含有aadA基因的壮观霉素抗性质粒p228共同转化衣藻叶绿体,从含100μg/mL的壮观霉素抗性平皿上筛选到阳性藻落,并通过PCR方法检测到hIL4基因,其共转化频率高达90%。经过western blotting印迹转移分析,证实了人白细胞介素4基因在衣藻叶绿体中获得成功表达,为进一步研究在衣藻叶绿体中高效表达外源蛋白奠定了基础。     

莱茵衣藻细胞核转化系统研究进展

莱茵衣藻(Chlamydomonas reinhardti)是一种3套基因组都能进行遗传转化的真核生物.随着转基因技术的不断完善,利用衣藻作为受体生物进行外源基因表达的研究已经成为新的研究热点.特别是利用衣藻核基因组转化系统表达外源基因的研究也取得了一系列的进展.在受体衣藻品系的选择、遗传转化效率、表达调控等方面进行的系列研究,为建立一套稳定高效的外源基因表达系统打下了坚实的基础.文章对近几年在衣藻细胞核遗传转化系统等方面的研究进展进行了综述.     

含铁蛋白FAO1融合基因的衣藻核转化表达和分析

【目的】fao1编码Candida cloacae中一种含铁辅基的长链脂肪醇氧化酶。通过构建该基因的衣藻核转化表达载体进行转化,根据表达蛋白的生物活性判断fao1能否充分利用衣藻叶绿体中的铁元素行使功能;同时也为需铁固氮酶基因的研究提供方向。【方法】通过PCR把PsaD信号肽、fao1、His-tag标签融合,连接到pDBle载体上;采用玻璃珠转化法,将重组子导入莱茵衣藻（CW15）中;经博来霉素筛选后,获得转基因植株。运用PCR和RT-PCR法检测了转化衣藻,并且用亲和层析柱纯化蛋白,同时进行FAO1活性检测。【结果】重组质粒测序完全正确;PCR和RT-PCR检测转化衣藻基因组DNA和RNA,扩增片段与预期相符;转化衣藻FAO1蛋白纯化洗脱液使ABTS（2,2′-联氨-双（3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸）二胺盐）底物反应变色。【结论】成功构建了信号肽、FAO1和His-tag融合基因的衣藻核转化表达载体,重组质粒已整合到莱茵衣藻基因组中,并成功转录,纯化的蛋白检测有活性。     

一种高效的莱茵衣藻电转化方法

【目的】为了探明莱茵衣藻Chlamydomonas reinhardtii最佳的转化条件。【方法】将融合基因4CL-3aSTS与绿色荧光蛋白(GFP)分别作为目的基因,以aphVIII为抗性基因,采用电转化法将两种目的基因分别转入野生型(WT)莱茵衣藻和细胞壁缺失型莱茵衣藻(CC425)中。【结果】用巴龙霉素抗性筛选以及通过PCR验证与荧光共聚焦显微镜检测,证实目的基因在两种莱茵衣藻中成功表达。【结论】获得了一种高效的莱茵衣藻电转化方法,野生型衣藻转化率为11.07%,细胞壁缺失型衣藻转化率为49.67%。     

莱茵衣藻磷酸果糖激酶RNAi载体构建 及其对莱茵衣藻油脂积累的影响

为研究磷酸果糖激酶（PFK2）对微藻油脂积累的影响、克隆了莱茵衣藻磷酸果糖激酶同源基因CrPFK2、 构建CrPFK2 RNAi 干涉载体并转化莱茵衣藻。通过测定转基因藻在HSM 培养下的生物量和油脂含量的结果发现、 CrPFK2 RNAi 转基因藻株在HSM 培养基中生长加快、油脂含量下降了17.03%耀21.48%、说明CrPFK2 基因表达的降 低与藻细胞油脂含量减少成正相关。CrPFK2 通过改变光合碳流的多少间接调控藻细胞油脂的合成。该结果为 CrPFK2 基因应用于微藻油脂的遗传改良将起到重要作用。     

Channelrhodopsin-1: a light-gated proton channel in green algae

Phototaxis and photophobic responses of green algae are mediated by rhodopsins with microbial-type chromophores. We report a complementary DNA sequence in the green alga Chlamydomonas reinhardtii that encodes a microbial opsin-related protein, which we term Channelopsin-1. The hydrophobic core region of the protein shows homology to the light-activated proton pump bacteriorhodopsin. Expression of Channelopsin-1, or only the hydrophobic core, in Xenopus laevis oocytes in the presence of all-trans retinal produces a light-gated conductance that shows characteristics of a channel selectively permeable for protons. We suggest that Channelrhodopsins are involved in phototaxis of green algae.     

莱茵衣藻MAPK4基因RNAi载体的构建及鉴定

[目的]构建莱茵衣藻2A38的MAPK4基因的RNAi载体。[方法]提取莱茵衣藻细胞总RNA,利用PCR扩增出编码MAPK4的基因片段,用基因工程技术将MAPK4基因片段连接载体p MD18-T上,经过2次不同的双酶切后,与RNAi中间载体p T282连接,最后连接到干涉载体p Maa7IR/XIR上,用酶切及测序鉴定MAPK4基因RNAi载体并转化莱茵衣藻。[结果]经限制性内切酶酶切及测序鉴定,证实为重组质粒,并且该重组载体可在莱茵衣藻中表达。[结论]构建的MAPK4基因RNAi载体结构正确,为进一步利用RNAi技术使MAPK4基因沉默表达,研究MAPK4在莱茵衣藻中的生物学功能奠定了试验基础。     

The Chlamydomonas genome reveals the evolution of key animal and plant functions

Chlamydomonas reinhardtii is a unicellular green alga whose lineage diverged from land plants over 1 billion years ago. It is a model system for studying chloroplast-based photosynthesis, as well as the structure, assembly, and function of eukaryotic flagella (cilia), which were inherited from the common ancestor of plants and animals, but lost in land plants. We sequenced the approximately 120-megabase nuclear genome of Chlamydomonas and performed comparative phylogenomic analyses, identifying genes encoding uncharacterized proteins that are likely associated with the function and biogenesis of chloroplasts or eukaryotic flagella. Analyses of the Chlamydomonas genome advance our understanding of the ancestral eukaryotic cell, reveal previously unknown genes associated with photosynthetic and flagellar functions, and establish links between ciliopathy and the composition and function of flagella.     

YGL9, encoding the putative chloroplast signal recognition particle 43 kDa protein in rice,is involved in chloroplast development

The nuclear-encoded light-harvesting chlorophyll a/b-binding proteins(LHCPs) are specifically translocated from the stroma into the thylakoid membrane through the chloroplast signal recognition particle(cp SRP) pathway. The cp SRP is composed of a cp SRP43 protein and a cp SRP54 protein, and it forms a soluble transit complex with LHCP in the chloroplast stroma. Here, we identified the YGL9 gene that is predicted to encode the probable rice cp SRP43 protein from a rice yellow-green leaf mutant. A phylogenetic tree showed that an important conserved protein family, cp SRP43, is present in almost all green photosynthetic organisms such as higher plants and green algae. Sequence analysis showed that YGL9 comprises a chloroplast transit peptide, three chromodomains and four ankyrin repeats, and the chromodomains and ankyrin repeats are probably involved in protein-protein interactions. Subcellular localization showed that YGL9 is localized in the chloroplast. Expression pattern analysis indicated that YGL9 is mainly expressed in green leaf sheaths and leaves. Quantitative real-time PCR analysis showed that the expression levels of genes associated with pigment metabolism, chloroplast development and photosynthesis were distinctly affected in the ygl9 mutant. These results indicated that YGL9 is possibly involved in pigment metabolism, chloroplast development and photosynthesis in rice.     

Chlamydomonas reinhardi: heterozygous diploid strains

Zygotes of the unicellular green alga Chlamydomonas reinhardi occasionally divide mitotically to give rise to stable diploid vegetative strains. As well as by their mode of origin, these strains are distinguished from haploids by cell and nuclear size, DNA content per nucleus, and chromosome number. Diploid strains heterozygous for a variety of mutant genes are phenotypically wild type and mating-type minus. Thus these mutant genes are recessive to their wild-type alleles, and the mating-type-minus is dominant over the mating-type-plus allele.     

衣藻肌动蛋白基因的克隆及核苷酸序列分析

提取衣藻总 DNA,以此为模板并参照肌动蛋白基因编码区端的序列合成寡聚核苷酸引物,进行聚合酶链式反应,扩增到一个1.2 kb 的 DNA 片段.将此片段进行克隆并经分子探针杂交,证明此片段为衣藻肌动蛋白基因.经限制性核酸内切酶处理,构建了衣藻肌动蛋白基因的物理图谱.根据物理图谱进行亚克隆以后,测得了编码区5′端的618个核苷酸的顺序.衣藻肌动蛋白基因的编码序列与高等植物之间的同源性大于90%,高于与高等动物、原生动物及真菌的同源性.但在基因的结构上,衣藻肌动蛋白基因又明显地不同于高等植物,在已经测定的基因片段上,没有发现内含子的存在.经限制性内切酶片段多态性分析,衣藻中含有一个肌动蛋白基因拷贝.