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【6h】

铜绿假单胞菌GF31氯氰菊酯降解酶的基因克隆及原核表达

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摘要

符号说明

1.1 引言

1.2 拟除虫菊酯类农药及其微生物降解研究

1.2.1 拟除虫菊酯的特性及其应用现状

1.2.2 拟除虫菊酯类农药的微生物降解

1.2.3 拟除虫菊酯类农药的微生物降解途径研究

1.3 拟除虫菊酯降解酶的研究

1.3.1 拟除虫菊酯降解酶的来源及性质

1.3.2 拟除虫菊酯降解酶的克隆和异源表达研究现状

1.3.3 蛋白质异源表达

1.4 荧光定量PCR技术研究现状

1.4.1 实时荧光定量PCR的原理及分类

1.4.2 实时荧光定量PCR在多领域的应用

1.5 本研究的目的及意义

1.5.1 研究的目的和意义

1.5.2 本文的主要工作

第二章 氯氰菊酯降解酶的基因克隆

2.1 材料和仪器

2.1.1 实验设备与型号

2.1.2 菌株与质粒

2.1.3 培养基

2.1.4 试剂盒、克隆用酶及其他试剂

2.2 实验方法

2.2.1 菌株GF31基因组的提取和纯化回收

2.2.2 PCR扩增菊酯降解酶基因APs

2.2.3 重组质粒APs-pET28a/pET30a/pET32a的构建及鉴定

2.2.4 APs基因工程表达菌的构建及鉴定

2.3 结果与讨论

2.3.2 氯氰菊酯降解酶基因APs的TA克隆及鉴定

2.3.3 构建重组质粒APs-pET28a/pET30a/pET32a

2.3.4 APs氨基酸序列比对

2.3.5 APs基因工程表达菌的构建及鉴定

2.4 本章小结

第三章 氯氰菊酯降解酶的表达、纯化及酶活测定

3.1 材料和仪器

3.1.1 实验仪器及生产厂家

3.1.2 菌株与质粒

3.1.3 培养基

3.1.4 蛋白电泳试剂及其他试剂

3.2 实验方法

3.2.1 相关溶液的配制

3.2.2 工程菌的培养和诱导蛋白的产生

3.2.3 SDS-PAGE蛋白电泳步骤

3.2.4 NI-NTA纯化

3.2.5 APs降解酶活力的检测

3.2.6 APs降解酶的氯氰菊酯降解活力检测

3.3 结果与讨论

3.3.1 BL21(DE3)中蛋白表达情况

3.3.2 Rosseta(DE3)中蛋白表达情况

3.3.3 Rosseta-gami中蛋白表达情况

3.4 本章小结

第四章 qRT-PCR相对定量方法的构建

4.1 实验材料与仪器设备

4.1.1 实验仪器及型号

4.1.2 实验试剂

4.1.3 菌株和培养基

4.2 实验方法

4.2.1 引物的设计与合成

4.2.2 16S rRNA-pET28a/pET30a/pET32a的构建

4.2.3 菌体培养

4.2.5 第一链cDNA的合成

4.2.7 检测工程菌中目的基因APs相对于GF31中APs的表达水平变化

4.3 实验结果与讨论

4.3.3 APs和16S rRNA引物退火温度的选择

4.3.4 引物特异性分析

4.3.5 扩增曲线分析

4.3.6 绘制标准曲线

4.3.7 工程菌中目的基因APs相对于GF31中ARs的表达水平变化

4.4 小结

第五章 结论与展望

5.2 展望

参考文献

致谢

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摘要

拟除虫菊酯是从天然除虫菊素经历两代发展而成的一类高效、广谱性杀虫剂;由于其大量使用给生态环境和人类健康带来危害而亟待治理;微生物降解是目前比较有效降解拟除虫菊酯的途径。
  近些年来国内外关于拟除虫菊酯降解的研究大多集中在降解微生物的筛选、降解特性和降解途径的研究等方面;关于降解酶基因的克隆、表达、分子改造和降解机理的研究还不够深入。
  本研究以实验室保存的一株具有拟除虫菊酯降解能力的铜绿假单胞菌Pseudomonas aeruginosa GF31为研究对象,根据前期纯化获得的氯氰菊酯降解酶的氨基酸序列,通过NCBI数据库搜索同源序列,确定以同源性最高的PAO1假定的氨肽酶序列为模板设计引物,从GF31中克隆氯氰菊酯降解酶基因,命名为APs。通过SMART数据库分析APs基因编码的氨基酸序列,按照该蛋白的不同结构片段进行克隆,分别是ORF(全长基因)、SgI(去信号肽和前导肽的成熟蛋白)、PA(保留Pfam及Peptidase结构域)、Pep(Peptidase),基因片段大小分别为:1611bp、1503bp、1014bp和645bp。通过与载体pET28a/pET30a/pET32a构建表达质粒,转化大肠杆菌BL21(DE3)、Rosseta(DE3)、Rosseta-gami成功构建了基因工程菌。
  对构建的工程菌表达氯氰菊酯降解酶的情况进行了探索,发现该酶在BL21(DE3)、Rosseta(DE3)中以包涵体形式表达,在Rosseta-gami中以可溶形式融合表达;通过镍柱亲和层析对氯氰菊酯降解酶进行了纯化和酶活测定,结果显示SgI片段编码的蛋白24h对氯氰菊酯的降解率为12.7%。该酶为蛋白酶其中的氨肽酶,经过测定,对底物L-亮氨酸-对硝基苯胺(Leu-pNA)的比活力为1255.2U/mg。
  为了研究目的基因的表达水平,制备了目的基因APs和内参基因16S rRNA的质粒标准品,按10倍梯度稀释测定并绘制标准曲线,得到的标准曲线R2>0.99,扩增效率=90~110%,成功建立了相对实时荧光定量PCR方法,可用来检测铜绿假单胞菌氯氰菊酯降解酶基因的表达水平。初步以此方法测定了工程菌相比于野生菌GF31中氯氰菊酯降解酶基因的表达水平变化。

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