一种冬虫夏草十八烷酰辅酶A脱氢酶、基因及其应用

摘要

本发明涉及一种来自“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢参与十八烷酰辅酶A出发合成代谢油酰辅酶A的十八烷酰辅酶A脱氢酶，编码这个酶的基因及其应用。所述十八烷酰辅酶A脱氢酶氨基酸序列与SEQ ID No.1所示序列具有90%以上同源性。本发明从原理上对十八烷酰辅酶A合成油酰辅酶A的代谢途径进行了详细研究，包含本发明所提供的核苷酸序列的克隆DNA可以用来通过转导、转化、结合转移的方法转入工程菌中，通过调节油酰辅酶A生物合成基因的表达，赋予宿主十八烷酰辅酶A脱氢酶的高表达性，为扩大油酸的产量提供了有效途径，具有重大应用前景。

说明书

（一）技术领域

本发明涉及一种来自“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢的参与十八 烷酰辅酶A出发合成代谢油酰辅酶A的十八烷酰辅酶A脱氢酶（stearoy l-CoA desaturase），编码这个酶的基因及其应用。油酰辅酶A再经 过水解生成油酸。

（二）背景技术

冬虫夏草（Cordyceps sinensis (Berk.) Sacc.）是冬虫夏草菌寄 生在鳞翅目（Lepidoptera）蝙蝠蛾科昆虫（Hepialus armoricanus  Oberthur）幼虫上的子座及幼虫尸体上的复合体（包括子座和虫体 ）。冬虫夏草是一类珍惜的传统真菌药材资源，具有代谢产物和生物 活性多样的特点，在生物医药领域展现出巨大的应用和发展前景。冬 虫夏草以其多种药用功效广泛、明显而备受关注，在世界范围内备受 推崇。中医认为，冬虫夏草入肺肾二经，既能补肺阴，又能补肾阳， 主治肾虚，阳痿遗精，腰膝酸痛，病后虚弱，久咳虚弱，劳咳痰血， 自汗盗汗等，是唯一的一种能同时平衡、调节阴阳的中药。现代药理 学已证实，冬虫夏草具有免疫调节、抗菌、抗肿瘤、抗氧化、抗衰老 、降血糖血脂、性激素样作用等广泛的生物活性。

冬虫夏草菌是一种子囊菌，在其生活史中具有分生孢子阶段（无性型 ）和子囊孢子阶段（有性型）。而在人工培养、液体发酵等实际生产 中使用的是无性阶段的冬虫夏草菌，因而冬虫夏草无性型的鉴定非常 重要。国内外学者在冬虫夏草资源调查、无性型确证、活性成分分离 分析和作用机理、开发应用方面做了大量工作。冬虫夏草中国被毛孢 已被证明是冬虫夏草的无性型存在形式，具有与天然冬虫夏草相同的 活性成分和药效。

天然虫草具有严格的寄生性以及特殊的生态环境，故其产量很低，价 格高昂。野生冬虫夏草由于受生长环境等因素制约，资源匮乏。由于 近几年在人工栽培上进展不大，野生冬虫夏草代用品研究多集中在液 体发酵上。利用液体深层发酵培养冬虫夏草菌丝体、提取物或发酵液 ,是解决冬虫夏草药源的一种有效途径。虫草发酵生产虫草替代品，既 可有效保护虫草这一珍贵资源，又不受气候、地理环境和虫草寄生条 件严格的限制，适合于工业化大规模生产。生产出的替代品如菌丝体 其成分和药效也与天然虫草相似，因而国内外一直致力于虫草菌丝体 的发酵培养。人工发酵培养冬虫夏草中国被毛孢得到的菌丝，经毒理 、药理、植化研究，证明与天然虫草化学组成、药理作用基本一致， 可代替天然虫草生产虫草制品，以弥补自然资源的短缺，通过对发酵 条件的优化，菌丝体生物量和代谢产物的量均有明显提高。

近年来，随着天然产物化学和现代色谱技术的飞速发展，在对虫草产 品研发中已逐步由虫草原料或粗提物的直接利用转向更深层次的功能 性代谢产物研究。国内外已 对虫草代谢产物做了大量的研究，代谢产物主要包括核苷、多糖、多 肽、甾醇等几大类化合物，其中嘌呤类核苷、虫草多糖、甘露醇等具 有代表性的功能性代谢产物在生物合成、药理作用等方面的研究初见 成效。

不饱和脂肪酸是指分子中含有一个或多个双键的脂肪酸，其熔点较饱 和脂肪酸低。不饱和脂肪酸是构成体内脂肪的一种脂肪酸，人体必需 的脂肪酸，不饱和脂肪酸根据双键个数的不同，分为单不饱和脂肪酸 和多不饱和脂肪酸二种。多不饱和脂肪酸（Polyunsaturated Fatty  Acids，PUFAs）相对饱和脂肪酸来说具有更多的功效，它可以降低 血中胆固醇和甘油三酯，调节心脏功能，降低血液黏稠度，改善血液 微循环，提高脑细胞的活性，增强记忆力和思维能力，增强人体防御 系统的功能等，此外它还可以排除人体内多余的“垃圾”，也就是由 于摄人了过量的饱和脂肪酸形成的多余脂肪，从而达到减肥的目的。 因此，其潜在的医用药用价值受到了世界的广泛关注，引起了食品、 医药甚至化妆品等行业的高度重视。

1999年Yung-Sheng引克隆了高山被孢霉（Mortiere Uaalpina）的△ 6和△12脂肪酸脱氢酶基因并在酿酒酵母中进行了表达。2004年，Dye r等人将桐树中的△3去饱和酶转入酵母，成功地获得了产亚麻酸的酵 母菌。2007年Maali-Amiri等人将藻青菌（Cyanobacterium）的△12去 饱和酶转入马铃薯，成功检测到马铃薯脂肪酸成分发生了明显变化。 2008年，Hao等人将卷枝毛霉的△6去饱和酶转人转基因烟草中，成功 获得了高产γ-亚麻酸的菌株。此外，还有许多脂肪酸去饱和酶相关的 基因被克隆并转化应用。由于大部分去饱和酶为膜结合蛋白，其分离 纯化十分困难，已经分离纯化并鉴定的去饱和酶屈指可数，而绝大多 数的研究是围绕去饱和酶基因及其表达调控来进行的。

目前，所应用的不饱和脂肪酸生产菌以枯草芽孢杆菌为主，而作为重 要合成代谢不饱和脂肪酸的冬虫夏草菌，还只停留在代谢产物成分分 析和功效的研究上，对冬虫夏草菌不饱和脂肪酸合成代谢途径中相关 基因和蛋白的研究还很少见。

（三）发明内容

本发明目的在于针对以上存在的不足和需要解决的技术问题，对“百 令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢合成代谢油酸的酶及其编码基因进行 深入研究，提供了“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢参与十八烷酰 辅酶A出发合成代谢油酰辅酶A的酶、编码基因及其应用。

本发明采用的技术方案是：

一种参与十八烷酰辅酶A合成代谢油酰辅酶A的十八烷酰辅酶A脱氢酶， 与SEQ ID No.1所示序列具有90%以上同源性。该酶可催化十八烷酰 辅酶A制备相应的油酰辅酶A，油酰辅酶A再经过水解酶的作用生成油酸 。由于氨基酸序列的特殊性，任何 含有SEQ ID NO.1所示氨基酸序列的肽蛋白的片段或其变体，如其保 守性变体、生物活性片段或衍生物，只要该肽蛋白的片段或肽蛋白变 体与前述氨基酸序列同源性在90%以上，均属于本发明保护范围之列。 具体的所述改变可包括氨基酸序列中氨基酸的缺失、插入或替换；其 中，对于变体的保守性改变，所替换的氨基酸具有与原氨基酸相似的 结构或化学性质，如用亮氨酸替换异亮氨酸，变体也可具有非保守性 改变，如用色氨酸替换甘氨酸。

由十八烷酰辅酶A合成代谢获得对应油酰辅酶A、油酰辅酶A水解生成油 酸的路径如下所示：

优选的，所述十八烷酰辅酶A脱氢酶的氨基酸序列如SEQ ID No.1所 示（记为unsD蛋白）。

本发明所述十八烷酰辅酶A脱氢酶来自“百令”生产菌冬虫夏草中国被 毛孢。

本发明还涉及所述的十八烷酰辅酶A脱氢酶在生物催化十八烷酰辅酶A 制备油酰辅酶A中的应用。

本发明还涉及上述十八烷酰辅酶A脱氢酶的编码基因，即十八烷酰辅酶 A脱氢酶基因。具体的，该编码基因可为与SEQ ID NO.2所示多核苷 酸具有90%以上同源性的基因序列。由于核苷酸序列的特殊性，任何S EQ ID NO.2所示多核苷酸的变体，只要其与该多核苷酸具有90%以上 同源性，均属于本发明保护范围之列。所述多核苷酸的变体是指一种 具有一个或多个核苷酸改变的多核苷酸序列。此多核苷酸的变体可以 使生的变位变异体或非生的变异体，包括取代变异体、缺失变异体和 插入变异体。如本领域所知的，等位变异体是一个多核苷酸的替换形 式，它可能是一个多核苷酸的取代、缺失或插入，但不会从实质上改 变其编码的肽蛋白的功能。

优选的，所述基因核苷酸序列如SEQ ID No.2所示（记为unsD基因） 。 

所述的基因可用于构建能够生物催化十八烷酰辅酶A制备油酰辅酶A的 基因工程菌，以扩大油酸或其衍生物的产量。

本发明的要点在于提供了SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列和SEQ ID  NO.2所示的核苷酸序列，在已知该氨基酸序列和核苷酸序列的情况 下，该氨基酸序列和核苷酸序列的获得，以及相关载体、宿主细胞的 获得，对于本领域技术人员来说均是显而易 见的。

本发明的有益效果主要体现在：本发明从原理上对十八烷酰辅酶A合成 油酰辅酶A代谢途径进行了详细研究，包含本发明所提供的核苷酸序列 的克隆DNA可以用来通过转导、转化、结合转移的方法转入工程菌中， 通过调节油酰辅酶A生物合成基因的表达，赋予宿主十八烷酰辅酶A脱 氢酶的高表达性，为扩大油酸或其衍生物的产量提供了有效途径，具 有重大应用前景。

（四）附图说明

图1为“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢总RNA的甲醛变性凝胶电泳 图；

图2为脂肪酸合成代谢途径注释图；

图3为脂肪酸代谢途径注释图；

图4为不饱和脂肪酸合成代谢途径注释图；

图5为十八烷酰辅酶A脱氢酶基因PCR扩增产物凝胶电泳图；

图6为克隆载体pMD18-T Vector与表达载体pET-28a物理图谱；

图7为重组克隆质粒pMD18-T / uns D物理图谱；

图8为重组表达质粒pET-28a / uns D构建过程示意图；

图9为重组表达质粒pET-28a /uns D物理图谱；

图10为十八烷酰辅酶A脱氢酶蛋白的SDS-PAGE图。

（五）具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围 并不仅限于此： 

实施例1： “百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢的培养

菌株来源：首先从青海采集天然冬虫夏草，并将其带回杭州进行分离 筛选，得到了L0106菌株，并经菌种鉴定该菌株为中国被毛孢（Hirsu tella Sinensis），该菌种保藏在中国典型培养物保藏中心，保藏编 号为CCTCC No：M 2011278，已在先前申请的专利CN102373190A中披 露。

将该菌种接种于斜面，培养基配方（此为固化之前的液体配方，按下 述比例配制好之后再制成斜面）为葡萄糖2.0%（w/v，1%表示100mL培 养基中含有1g，下同）、玉米粉1.0%、土豆汁0.5%、糊精0.5%、酵母 粉0.5%、麸皮1.0%、蚕蛹粉2.0%、蛋白胨1.0%、硫酸镁0.05%、磷酸二 氢钾0.05%、琼脂粉1.0%，余量为水，在12~16℃培养25天；然后将菌 种接种于发酵培养基，培养基配方为葡萄糖1.0%、糖蜜1.0%、蚕蛹粉 0.5%、黄豆饼粉1.0%、酵母膏0.5%、硫酸镁0.01%、磷酸二氢钾0.02% ，余量为水，置于摇床上，温度12~16℃培养25天，培养结束后在无菌 条件下，进行固液分离，并将固体置于无菌器具，备用。

实施例2：“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢总RNA的提取

用TRIzol试剂提取总RNA，步骤具体为：1）液氮研磨：取1g新鲜菌体 放入研钵中，反复加入液氮充分研磨至粉末状，分装到预冷的1.5mL离 心管中，加入1mL TRIzol试剂，混匀，冰上静置5min，使核酸蛋白复 合物完全分离。2）RNA分离：加入0.2mL氯仿，用力震荡混匀15s，冰 上静置2~3min，4℃、12000rpm离心15min，分层，取上层水相，约60 0μL。3）RNA沉淀：加入500μL异丙醇，在冰上静置10min，4℃、12 000rpm离心10min，弃上清。4）RNA洗涤：加入1mL 75%（v/v）乙醇 ，将沉淀悬起，冰上静置10min，4℃、7500rpm离心15min；重复上面 洗涤步骤，再洗一遍。5）溶解RNA：将离心管置于冰上敞开干燥5~10 min，加适量DEPC水溶解。

实施例3：“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢RNA样品测序

提取样品总RNA后，用带有Oligo（dT）的磁珠富集mRNA。加入fragme ntation buffer将mRNA打断成短片段（200~700bp），以mRNA为模板 ，用六碱基随机引物（random hexamers）合成第一条cDNA链，然后 合成第二条cDNA链，再经过QiaQuick PCR试剂盒纯化并加EB缓冲液洗 脱之后做末端修复、加polyA并连接测序接头，然后用琼脂糖凝胶电泳 进行片段大小选择，最后进行PCR扩增，建好的测序文库用Illumina  GA IIx进行测序。测序得到的原始图像数据经base calling转化为 序列数据，即raw data或raw reads。除去原始测序reads中只含ad aptor序列的reads，备以后续分析。

实施例4：“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢RNA短读序列组装

使用短reads组装软件SOAPdenovo（Li, Zhu et al. De novo  assembly of human genomes with massively parallel sho rt read sequencing [J]. Genome Res, 2010, 20: 265-27 2.）做转录组从头组装。SOAPdenovo首先将具有一定长度overlap的r eads连成更长的不含N的Contig片段。然后将reads比对回Contig，通 过paired-end reads确定来自同一转录本的不同Contig以及这些Con tig之间的距离，SOAPdenovo将这些Contig连在一起，中间未知序列用 N表示，这样就得到Scaffold。进一步利用paired-end reads对Scaf fold做补洞处理，最后得到含N最少，两端不能再延长的Unigene序列 。最后，将Unigene序列与蛋白数据库nr、Swiss-Prot、KEGG和COG做 blastx比对（evalue<0.00001），取比对结果最好的蛋白确定Unigen e的序列方向。如果不同库之间的比对结果有矛盾，则按nr、Swiss-P rot、KEGG和COG的优先级确定Unigene的序列方向，跟以上四个库皆对 比不上的Unigene用软件ESTScan（Iseli, Jongeneel et al. ES TScan: a program for detecting, evaluating, and recon structing potential coding regions in EST sequences[J] . In Proceedings of 9th InternationalConference on In telligent Systems  for Molecular Biology. AAAIPress, Menlo Park, CA, pp.  1999, 138-148.）预测其编码区并确定序列的方向。对于能确定序 列方向的Unigene给出其从5'到3'方向的序列，对于无法确定序列方向 的Unigene给出组装软件得到的序列。

实施例5：“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢Unigene功能注释

功能注释信息给出Unigene的蛋白功能注释、Pathway注释、COG功能注 释和Gene Ontology（GO）功能注释。首先，通过blastx将Unigene序 列比对到蛋白数据库nr、Swiss-Prot、KEGG和COG（evalue<0.00001） ，得到跟给定Unigene具有最高序列相似性的蛋白，从而得到该Unige ne的蛋白功能注释信息。根据KEGG注释信息能进一步得到Unigene的P athway注释。将Unigene和COG数据库进行比对，预测Unigene可能的功 能并对其做功能分类统计。根据nr注释信息，使用Blast2GO软件（Co nesa, Gotz et al. Blast2GO: a universal tool for an notation, visualization and analysis in functional gen omics research[J]. Bioinformatics, 2005, 21(18): 3674-3 676.）得到Unigene的GO注释信息。得到每个Unigene的GO注释后，用 WEGO软件（Ye, Fang et al. WEGO: a web tool for plot ting GO annotations[J]. Nucleic Acids Research, 2006,  34: 293-297.）对所有Unigene做GO功能分类统计，从宏观上认识该 物种的基因功能分布特征。

实施例6：“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢油酸代谢途径分析

图2是KEGG代谢途径注释中的脂肪酸合成代谢（map00061），图3是KE GG代谢途径注释中的脂肪酸代谢（map00071），图4是KEGG代谢途径注 释中的不饱和脂肪酸合成代谢（map01040），已注释的酶是已检测到 的“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢油酸代谢途径相关酶类，从图 中可以看出，检测到了从十八烷酰辅酶A出发合成对应油酰辅酶A的十 八烷酰辅酶A脱氢酶1个Unigene。通过NCBI中的ORF Finder软件在线 检测，找出了这个基因的开放阅读框（SEQ ID No.2）并得到了相应 的蛋白质序列（SEQ ID No.1）。

实施例7：“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢十八烷酰辅酶A脱氢酶 基因引物设计

运用GENE RUNNER引物设计软件根据预测得到的各基因开放阅读框DN A序列设计引物，用于克隆“百令”生产菌中国被毛孢合成代谢油酸的 十八烷酰辅酶A脱氢酶基因，引物由上海生工生物工程有限公司合成， 引物序列如下所列：

unsD基因：正向引物5’ATAGAATTCATGGCCTTCGTCGGCCTCGC3’

反向引物5’ATAAAGCTTTCAATGGGTCGGCGTCTCAACC3’

unsD基因长度为405bp。

实施例8：“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢cDNA第一链的制备

先按照实施例1提供的方法培养出中国被毛孢发酵菌丝体后，再按照实 施例2所提供的方法对中国被毛孢进行总RNA的提取，得到总RNA后按下 述进行“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢cDNA第一链的合成，用于 后续各基因克隆实验。

采用PrimeScript 1st Strand cDNA Synthesis Kit试剂盒（Ta KaRa）从Total RNA中反转录合成cDNA第一链，实验步骤如下：

1）在Microtube管中配制下列混合液。

2）变性、退火操作有利于模板RNA的变性以及反转录引物和模板的特 异性退火，可提高反转录反应效率，所以在PCR仪上进行变性、退火反 应，条件设置如下：

65℃，5 min

3）退火结束后离心数秒钟使模板RNA/引物等的混合液聚集于Microtu be管底部。

4）在上述Microtube管中配制下列反转录反应液。

5）在PCR仪上按下列条件进行反转录反应。

42℃    15～30 min

70℃    15 min

一般情况，在真核生物mRNA 3’末端都有一个PolyA结构，A碱基的数 量在十至几百个不等，利用这一结构可以利用Oligo(dT)引物，在反转 录酶的作用下，以mRNA为模板合成cDNA第一链，本发明采用由TaKaRa 独自开发的dT区域的序列（PrimeScript 1st Strand cDNA Synt hesis Kit中提供）为引物，如果获得的mRNA完整性较好，那么通过 逆转录过程可以得到物种中所有酶蛋白编码基因的cDNA第一链。

实施例9：“百令”生产菌冬虫夏草中国被毛孢合成代谢油酸功能基因 十八烷酰辅酶A脱氢酶unsD基因的克隆、表达以及蛋白活力的检测

1、十八烷酰辅酶A脱氢酶unsD基因的PCR扩增

以实施例8中得到的cDNA第一链为模板，用实施例7中合成的unsD基因 引物：5’ATA GAA TTC ATG GCC TTC GTC GGC CTC GC3’和 5’ATA AAG CTT TCA ATG GGT CGG CGT CTC AAC C3’进行 Pfu DNA聚合酶PCR扩增反应，条件设置如下：

Pfu PCR扩增反应体系：

Pfu DNA Ploymerase PCR扩增条件：

2、十八烷酰辅酶A脱氢酶unsD基因PCR产物凝胶电泳检测

具体检测方法为：1）将配制好的0.9%的琼脂糖凝胶用微波炉加热使其 溶解均匀；2）取15mL凝胶，待凝胶冷却至50℃左右时，加入1μL染色 液Gold view，混合均匀后倒入电泳凝胶板上，除去气泡后插入点样 梳；3）凝胶凝固后，小心取出点样梳，将胶板放入电泳槽中(点样孔 一端靠近电泳槽的负极)，在电泳槽中加入TAE电泳缓冲液；4）取5μ L样品然后加入6×Loading Buffer 1.5μL和ddH₂O 4μL混合后用 移液枪上样，上样量为10 μL；5）连接电泳槽与电泳仪之间的电源 线，正极为红色，负极为黑色；6）开启电源，开始电泳，最高电压不 超过5 V/cm；7）当样品跑过胶板的2/3时可终止电泳；8）切断电源 后，将凝胶取出放入凝胶成像仪中观察、拍照。

转录组测序预测十八烷酰辅酶A脱氢酶unsD基因的大小为405bp，琼脂 糖凝胶电泳结果表明已成功扩增出了十八烷酰辅酶A脱氢酶unsD基因， 大小约为400bp。图5为“百令”生产菌中国被毛孢合成代谢油酰辅酶 A功能基因PCR产物凝胶电泳图。

3、十八烷酰辅酶A脱氢酶unsD基因PCR产物的加碱基A处理以及纯化

由于Pfu DNA聚合酶PCR产物末端为平端，所以在胶回收后还需进行加 碱基A处理、纯化后才可用于T载体连接。胶回收产物加碱基A体系如下 ：

PCR仪中72℃加A碱基20 min，最后用AxyPrep PCR 清洁试剂盒纯化 。

4、十八烷酰辅酶A脱氢酶unsD基因与克隆载体的连接

克隆载体pMD18-T Vector购自TaKaRa公司（TaKaRa code D101A） ，其物理图谱见图6，将十八烷酰辅酶A脱氢酶unsD基因与克隆载体连 接构建重组质粒pMD18-T/unsD，物理图谱见图7，连接体系和连接条件 如下。

连接体系：

连接条件：16℃，16h；灭活：65℃，15min。

5、十八烷酰辅酶A脱氢酶重组质粒pMD18-T/unsD的转化

将重组质粒pMD18-T/unsD转入大肠杆菌E. coli JM109中构建携带十 八烷酰辅酶A脱氢酶unsD基因的重组菌E. coli JM109/pMD18-T/uns D，具体步骤为：1）将10μL反应体系转至感受态细胞E. coli JM1 09中，冰浴30min；2）热击：42℃，90s；3）冰浴：2-3min；4）加入 800μL液体LB，37℃，250rpm，1h；5）涂布平板（含Amp抗性）；6） 37℃培养箱培养过夜。

6、十八烷酰辅酶A脱氢酶E. coli JM109/pMD18-T/unsD阳性重组菌 的筛选

菌落PCR可不必提取基因组DNA，而直接以菌体热解后暴露的DNA为模板 进行PCR扩增，该方法操作简便、快捷、可以快速鉴定菌落是否为含有 目的质粒的阳性菌落，在转化鉴定中较为常见。实验中，将接种到液 体培养基中对应的单菌落进行菌落PCR，以验证是否转入目的基因。首 先，用牙签挑取单菌落加入含50μL无菌水的1.5mL离心管中，沸水浴 30min，然后离心以上清作为模板，进行PCR扩增，PCR程序设定为Taq 酶扩增一般程序。最后采用0.9%的琼脂糖凝胶电泳检测菌落PCR产 物。

7、十八烷酰辅酶A脱氢酶重组质粒pMD18-T/unsD的测序

对菌落PCR检测出的阳性重组菌液体LB培养基培养过夜后，取4mL菌液 提取质粒，方法按AxyPrep质粒DNA小量试剂盒提供的操作说明。测序 由上海桑尼生物科技有限公司完成。

8、十八烷酰辅酶A脱氢酶重组表达质粒pET-28a/unsD的构建

实验根据外源基因在大肠杆菌中表达的原则，以及表达载体pET-28a和 十八烷酰辅酶A脱氢酶unsD基因酶切位点比对情况，确定了EcoRⅠ和H indⅢ双酶切位点，并对重组大肠杆菌E. coli JM109/pMD18-T/uns D进行液体LB试管摇床培养、重组质粒提取。经测序验证，序列SEQ  ID No.2已重组至重组质粒pET-28a/unsD中。

十八烷酰辅酶A脱氢酶unsD基因的重组质粒pMD18-T/unsD及表达载体p ET-28a分别用EcoRⅠ/HindⅢ限制性内切酶在37℃分别酶切处理6h，酶 切体系如下所示：

EcoRⅠ/HindⅢ双酶切体系：

酶切结束后65℃灭活15min，然后分别用Axygen DNA凝胶回收试剂盒 进行回收、纯化。

十八烷酰辅酶A脱氢酶unsD基因及表达载体pET-28a经双酶切、纯化后 再用T4连接酶16℃连接过夜，构建重组表达质粒pET-28a/unsD，其构 建过程见图8，构建得到的重组表达质粒pET-28a/unsD图谱见图9。连 接体系组成如下：

连接体系：

9、十八烷酰辅酶A脱氢酶重组表达质粒pET-28a/unsD的转化以及阳性 单克隆的筛选

将构建好的表达质粒热激转化至E. coli BL21宿主菌中，然后涂布 到含有卡那霉素(Kan)抗性的LB琼脂平板上，37℃培养过夜。从平板上 随机挑选单菌落，以各功能基因的引物进行PCR扩增，挑选阳性克隆。

10、十八烷酰辅酶A脱氢酶重组菌E. coli BL21/pET-28a/unsD的诱 导表达

将鉴定为阳性的单克隆接种于5mL含有Kan抗性的LB液体培养基中，37 ℃、250r/min培养过夜。取1mL培养物，将其转接于50mL含有Kan抗性 的LB液体培养基中37℃、250r/min培养至菌体浓度OD600约为0.6～0. 8左右。向培养物中分别加入一定浓度的IPTG诱导培养8h。收集菌体供 电泳分析以及酶活检测。

11、十八烷酰辅酶A脱氢酶重组菌E. coli BL21/pET-28a/unsD表达 产物SDS-PAGE分析

以转入空载体的E. coli BL21菌及未加入诱导剂IPTG的重组菌作为 对照。鉴定为阳性的重组菌经IPTG诱导培养一定时间后，取0.5mL诱导 培养物，离心收集菌体，重悬于50μL蒸馏水中，加入50μL上样缓冲 液，混匀后煮沸10min，进行SDS-PAGE电泳分析，图10中的“A”泳道 即为重组菌E. coli BL21/pET-28a/unsD表达的十八烷酰辅酶A脱氢 酶unsD（经测序验证其氨基酸序列如SEQ ID No.1所示）的SDS-PAG E图。

12、十八烷酰辅酶A脱氢酶重组菌E. coli BL21/pET-28a/unsD的蛋 白活性检测

酶液制备：称取收集的重组菌E. coli BL21/pET-28a/unsD 0.5g用 磷酸盐缓冲液（50mM、pH8.0）15mL悬浮，超声破碎（功率350W、破碎 2s、间隔2s、共超声破碎5min）。

十八烷酰辅酶A脱氢酶unsD转化体系：在50mL转化瓶中加入E. coli  BL21/pET-28a/unsD超声破碎菌体10mL、0.1g十八烷酰辅酶A，30℃、 150r/min转化，转化结束后，离心取上清备以后续检测。

检测方法：气相色谱条件：30m×0.32mm×0.25mm弹性石英毛细管柱； 柱初温柱初温190℃，保温1min，以6℃/min升温至230 ℃，然后恒温 ；气化室温度250℃；载气为高纯He(99.999％)；柱前压62.6KPa；载 气流速1.4mL/min；进样量1μL；分流比60:1。质谱条件：离子源为E I源；离子源温度230℃；四极杆温度150℃；电子能量70eV；接口温度 260℃；溶剂延迟2min；质量范围10-550u。

经过上述的色谱条件检测和计算，得出以下结论：十八烷酰辅酶A脱氢 酶重组菌E. coli BL21/pET-28a/unsD所表达的十八烷酰辅酶A脱氢 酶的最大比酶活（Specific Activity）为0.8 mol/min/mg，底物转 化率为81.24%。