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一种对氧化损伤高敏感性的面包酵母及其制备方法.pdf

  • 上传人:小**
  • 文档编号:8775944
  • 上传时间:2021-01-02
  • 格式:PDF
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  • 摘要
    申请专利号:

    CN201010594171.3

    申请日:

    20101218

    公开号:

    CN102120968A

    公开日:

    20110713

    当前法律状态:

    有效性:

    失效

    法律详情:

    IPC分类号:

    C12N1/19,C12N15/09,C12R1/85

    主分类号:

    C12N1/19,C12N15/09,C12R1/85

    申请人:

    中国科学院水生生物研究所

    发明人:

    戴和平,肖伟,张超,张敏,张晓华

    地址:

    430072 湖北省武汉市武昌区东湖南路7号

    优先权:

    CN201010594171A

    专利代理机构:

    武汉荆楚联合知识产权代理有限公司

    代理人:

    王健

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    内容摘要

    本发明公开了一种对氧化损伤高敏感性的面包酵母及其制备方法,涉及经过遗传基因改造的微生物对环境化学污染物的监测。该酵母通过基因技术改造,提高了对氧化损伤试剂的敏感性,使其对环境污染物的检测范围更广、灵敏度更高。其特点是在原有的高通透性面包酵母基础上,对氧化损伤响应与修复基因的上游调控基因YAP1进行了敲除,获得了一株不仅可以对大分子量化学物有超高通透性,且对氧化损伤高度敏感的yap1cwp1cwp2snq2pdr5五基因敲除酵母突变株。将DNA损伤检测元件RNR3-lacZ转入该面包酵母,大大提高了检测系统对氧化型遗传毒性致癌物的灵敏度,更适用于环境中低剂量存在的化学致癌物的检测。

    权利要求书

    1.一种对氧化损伤高敏感性的面包酵母,其特征在于,该高敏感性面包酵母为缺失五个基因的面包酵母。 2.实现权利要求1所述的一种对氧化损伤高敏感性的面包酵母的制备方法,其特征在于,该方法包含下列步骤:(1)、从野生面包酵母中提取基因组DNA:1a、取面包酵母,接种于YPD培养液中,在30℃,200转/分钟条件下,振荡培养16小时,得到面包酵母菌液;其中:YPD培养液配方的重量百分比为:酵母膏1%,蛋白胨2%,葡萄糖2%,余者为水;1b、取面包酵母菌液1.5毫升,用4000转/分钟离心2分钟,沉淀物悬于200微升提取缓冲液中; 其中:提取缓冲液的配方为: 曲拉通X-100 2%,十二烷基磺酸钠1%, 氯化钠0.1摩尔,乙二胺四乙酸1毫摩尔, 三羟甲基氨基甲烷盐酸盐10毫摩尔, 余者为水,pH 8.0;1c、再加入0.3克酸洗玻璃珠、100微升酚、100微升氯仿,震荡3分钟后,以12000转/分钟离心10分钟,吸取上层液体;1d、加入所取液体体积2倍的无水乙醇,在-20℃静置30分钟,以12000转/分钟离心15分钟,去上清,取沉淀物;1e、将沉淀物溶解于20微升无菌水,即为酵母基因组DNA溶液;(2)、构建yap1Δ:: hisG-URA3-hisG基因敲除组件:2a、首先利用PCR技术,通过上游引物YAP1-1: GGA TGC GTA AGG TCT TAA GAG和下游引物YAP1-2: CAG TGG TTC TGC AGG TAC GG,将一段2.5Kb的酵母基因组DNA片段扩增出来,其中包含有YAP1的开放阅读框和0.2Kb的上游同源片段和0.35Kb的下游同源片段;其中:PCR 的条件为:94℃ 5分钟;94℃ 45秒,52℃ 1分钟,72℃ 1分钟,30个循环;72℃ 10分钟;2b、将上述含有YAP1基因的PCR扩增片段克隆到pGEM-T载体上,用内切酶和内切酶切下一段1.8kb的片断,替换上含BamHI内切酶位点的接头;2c、用内切酶和从pNKY51载体上切下一段含有hisG-URA3-hisG的 3.8kb片断,将该片断插入到步骤2b接头中的BamHI位点;2d、用内切酶酶切,得到YAP1基因敲除组件:yap1Δ:: hisG-URA3-hisG;(3)、将基因敲除组件yap1Δ:: hisG-URA3-hisG转入超高通透性面包酵母,筛选得到yap1cwp1cwp2pdr5snq2五基因敲除面包酵母:3a、将超高通透性面包酵母接种到2毫升YPD培养液,30℃,200转/分钟条件下,振荡培养16小时;3b、再加入YPD培养液3毫升, 30℃,200转/分钟,培养4小时,得到超高通透性面包酵母菌液;3c、取1.5毫升超高通透性面包酵母菌液,以2500转/分钟离心2分钟,取沉淀物;3d、将沉淀物悬于100毫摩/升的400微升醋酸锂中,以2500转/分钟离心2分钟,取沉淀物; 3e、将沉淀物悬于100毫摩/升的100微升醋酸锂中;3f、将2.0毫克/毫升的鲑鱼精单链DNA 2微升煮沸5分钟,冰浴后与yap1Δ:: hisG-URA3-hisG基因敲除组件0.1~1微克一起加入到步骤3e的醋酸锂中,室温放置5分钟;3g、再加入280微升浓度为50%的聚乙二醇4000;3h、振荡至混匀,30℃静置30分钟;3i、加入39微升二甲基亚砜,42℃热激5分钟;3j、4000转/分钟离心2分钟,取沉淀物,并将沉淀物悬于200微升无菌水中;3k、4000转/分钟离心2分钟,取沉淀物,悬于100微升无菌水中,再悬于非选择性培养基中,生长过夜,然后再涂于5-氟乳清酸选择性培养基平板,30℃培养箱中培养3天,生长出单菌落,即为五基因敲除面包酵母,也就是本发明的一种对氧化损伤高敏感性的面包酵母;其中5-氟乳清酸选择性培养基平板的制备:将酵母膏1%,蛋白胨2%,葡萄糖2%,琼脂粉2%,余者为水置于121℃高压下灭菌20分钟,待温度降到50℃时,加入5-氟乳清酸 0.1%;其中非选择性培养基的制备:将酵母膏1%,蛋白胨2%,葡萄糖2%,琼脂粉2%,余者为水置于121℃高压下灭菌20分钟。

    说明书

    

    技术领域

    本发明涉及生物技术,尤其涉及经过遗传基因改造的微生物对环境化学污染物的监测。

    背景技术

    面包酵母是一种简单真核生物,单细胞,遗传改造操作简单,培养简便快速且环境友好,适合作为一种模式生物应用于生命科学研究中。目前在环境污染检测技术领域中,面包酵母作为一种简单真核生物越来越被受到重视,一些以面包酵母为模式生物的检测系统得到了发展。

    我们在一种超高通透性的面包酵母(申请号为200910272505.2)的基础上,对酵母氧化损伤响应与修复基因的上游调控基因YAP1进行了敲除,获得了一株不仅可以对大分子量化学物有超高通透性、而且也对氧化损伤化学物高度敏感的酵母突变株。YAP1是一类在氧化应激反应中起重要作用的转录调控因子,是一种b-zip (Basic leucine zipper)蛋白,为转录活化因子AP-1家族中的一员,调控着许多关键抗氧化基因的表达。在氧自由基胁迫下,YAP1蛋白会在细胞核中聚集,调控将近70多种基因的转录,其中包括与维持细胞中氧化还原环境的一系列蛋白,如硫氧还蛋白还原酶 (TRR), 过氧化氢酶 (CTT1),硫氧还蛋白 (TRX2), 超氧化物歧化酶 (SOD1), 细胞色素c氧化酶 (CCP1) 和一系列与谷胱苷肽合成及循环有关基因 (GSH1, GTT1 and GPX2)的表达。因此在YAP1基因缺失后,可有效提高酵母细胞对氧化性损伤的敏感度,同时YAP1作为重要的转录调控因子,在DNA损伤应答中起着关键作用,YAP1基因缺失的面包酵母也表现出了对许多非氧化性DNA损伤的敏感性。因此我们决定在超高通透性酵母的基础上,利用基因敲除技术敲除YAP1基因,建立一种对氧化损伤高敏感性的面包酵母突变株,应用于环境污染中氧化型遗传毒性致癌物的检测。

    基因敲除是自80年代末发展起来的一种成熟的分子生物学技术,是通过一定的途径使机体特定的基因失活或缺失的技术。通常意义上的基因敲除主要是应用DNA同源重组原理,用设计的同源片段替代靶基因片段,从而达到基因敲除的目的。由于面包酵母的全基因测序已经完成,所以可以根据目的基因的序列,设计同源基因序列,对目的基因进行敲除。本发明分析了酵母中重要的转录调控因子YAP1的作用,应用基因敲除技术在超高通透性面包酵母(专利申请号为200910272505.2)的基础上,对YAP1基因进行敲除,大大提高了酵母对氧化损伤试剂的敏感性。

    发明内容

    本发明的目的是,提供一种对氧化损伤高敏感性的面包酵母,该面包酵母是在超高通透性酵母(专利申请号为200910272505.2)的基础上,具有对氧化损伤高敏感性的新菌株,主要用于检测环境中的氧化型遗传毒性致癌物。这种酵母突变株不仅对大分子量化学物有高度通透性、也对化学物的氧化损伤效应有高敏感性,用以提高环境化学污染物的DNA氧化损伤效应的检测灵敏度。本发明的另一个目的是,提供一种对氧化损伤高敏感性面包酵母的制备方法。

    为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:

    在超高通透性面包酵母(专利申请号为200910272505.2)的基础上,敲除YAP1基因,获得缺失yap1cwp1cwp2pdr5snq2五基因的面包酵母。

    一种对氧化损伤高敏感性面包酵母的制备方法为:提取面包酵母基因组DNA,通过特异性引物,以面包酵母基因组DNA为模板,PCR扩增得到YAP1基因,构建得到yap1Δ:: hisG-URA3-hisG敲除组件,并将该组件转入超高通透性面包酵母,发生同源重组,通过筛选得到五基因缺失高敏感性的菌株。由于hisG序列之间的同源重组,URA3基因可被切除,URA3基因可继续做为选择性标记。再将携带URA3基因(尿嘧啶合成酶基因)作为选择性标记的RNR3-LacZ基因融合质粒转入到yap1cwp1cwp2pdr5snq2五基因敲除面包酵母突变株中,得到可用于检测氧化型遗传毒性致癌物的高敏感性面包酵母。

    本发明所使用的遗传毒性检测元件为RNR3-lacZ。该检测系统以面包酵母为模式生物,以面包酵母RNR3基因的启动子与报告基因lacZ(β-半乳糖苷酶)的融合体作为检测元件,使RNR3基因表达水平可以通过测定酶学颜色反应来监控和定量。RNR3是面包酵母核苷酸还原酶的大亚基,而核苷酸还原酶则是催化DNA合成所需的脱氧核苷酸产生的限速酶。RNR3 的mRNA转录水平在通常条件下较低,却有较高的诱导表达水平。它的诱导表达只与DNA损伤有关,而与通常的细胞生长周期无关。许多环境遗传毒性致癌物是通过致DNA损伤而诱发癌症的,因此该检测系统被发展为一种环境化学致癌物的新型检测系统。本发明通过测定RNR3-lacZ的诱导表达水平来判断酵母细胞对氧化型遗传毒性致癌物灵敏度的提高。

    本发明的优点与效果:

    本发明的酵母与野生型酵母及超高通透性面包酵母相比,对氧化型遗传毒性致癌物的敏感度明显提高。野生型酵母和高通透性酵母都不能检测到的叔丁基过氧化氢(t-BHP)损伤,而yap1cwp1cwp2pdr5snq2五基因敲除面包酵母可以检测到叔丁基过氧化氢(t-BHP)损伤;yap1cwp1cwp2pdr5snq2五基因敲除面包酵母对于腐草霉素(Phleomycin)的检测灵敏度比野生型酵母提高了3倍,比高通透性酵母提高了2倍。因此yap1cwp1cwp2pdr5snq2五基因敲除面包酵母提高了RNR3-lacZ系统的检测灵敏度,使其更有利于对环境中以低浓度存在的遗传毒性致癌物的监测。

    附图说明

    图1、不同面包酵母基因突变株的RNR3-lacZ检测系统对DNA氧化损伤试剂叔丁基过氧化氢(t-BHP)检测灵敏度的比较。

    △   :yap1cwp1cwp2pdr5snq2五基因敲除酵母;▼:超高通透性面包酵母;○:yap1单基因敲除酵母;●:野生型酵母。

    图2、不同面包酵母基因突变株的RNR3-lacZ检测系统对大分子量DNA氧化损伤试剂腐草霉素(Phleomycin)检测灵敏度的比较。

    △   :yap1cwp1cwp2pdr5snq2五基因敲除酵母;▼:超高通透性面包酵母;○:yap1单基因敲除酵母;●:野生型酵母。

    具体实施方式

    制备一种对氧化损伤高敏感性面包酵母的方法包含下列步骤:

    (1)、从野生面包酵母中提取基因组DNA:

    1a、取面包酵母,接种于YPD培养液中,在30℃,200转/分钟条件下,振荡培养16小时,得到面包酵母菌液;

    其中:YPD培养液的配方重量百分比为:酵母膏1%,蛋白胨2%,葡萄糖2%,余者为水;

    1b、取面包酵母菌液1.5毫升,用4000转/分钟离心2分钟,沉淀物悬于200微升提取缓冲液中;

    其中:提取缓冲液的配方为: 曲拉通X-100 2%,十二烷基磺酸钠1%, 氯化钠0.1摩尔,乙二胺四乙酸1毫摩尔, 三羟甲基氨基甲烷盐酸盐10毫摩尔, 余者为水,pH 8.0;

    1c、加入0.3克酸洗玻璃珠、100微升酚、100微升氯仿,震荡3分钟后,以12000转/分钟离心10分钟,吸取上层液体;

    1d、加入所取液体体积2倍的无水乙醇,在-20℃静置30分钟,以12000转/分钟离心15分钟,去上清,取沉淀物;

    1e、将沉淀物溶解于20微升无菌水,即为酵母基因组DNA溶液;

    (2)、构建yap1Δ:: hisG-URA3-hisG基因敲除组件:

    2a、首先利用PCR技术,通过上游引物YAP1-1: GGA TGC GTA AGG TCT TAA GAG和下游引物YAP1-2: CAG TGG TTC TGC AGG TAC GG,将一段2.5Kb的酵母基因组DNA片段扩增出来,其中包含有YAP1的开放阅读框和0.2Kb的上游同源片段和0.35Kb的下游同源片段。

    其中:PCR 的条件为:94℃ 5分钟;94℃ 45秒,52℃ 1分钟,72℃ 1分钟,30个循环;72℃ 10分钟;

    2b、将上述含有YAP1基因的PCR扩增片段克隆到pGEM-T载体(日本Takara公司)上,用BamHI内切酶和BstEII内切酶切下一段1.8kb的片断,替换上含BamHI内切酶位点的接头;

    2c、用BamHI内切酶和BglII内切酶从pNKY51载体 (参考文献:Selectable cassettes for simplified construction of yeast gene disruption vectors. Earley, Marie C.and Crouse, Gray F.Gene. 1996,196(1):111-113.)上切下一段含有hisG-URA3-hisG的 3.8-kb片断,插入2b接头中的BamHI位点;

    2d、用AflII以及EcoRI 内切酶酶切,得到yap1Δ:: hisG-URA3-hisG基因敲除组件;

    (3)、将yap1Δ:: hisG-URA3-hisG基因敲除组件转入超高通透性面包酵母,筛选得到yap1cwp1cwp2pdr5snq2五基因敲除面包酵母:

    3a、将超高通透性面包酵母接种到2毫升YPD培养液,30℃,200转/分钟振荡条件下,培养16小时;

    3b、再加入YPD培养液3毫升, 30℃,200转/分钟,培养4小时,得到超高通透性面包酵母菌液;

    3c、取1.5毫升超高通透性面包酵母菌液,以2500转/分钟离心2分钟,取沉淀物;

    3d、将沉淀物悬于100毫摩/升的400微升醋酸锂中,以2500转/分钟离心2分钟,取沉淀物;

    3e、将沉淀物悬于100毫摩/升的100微升醋酸锂中;

    3f、将2.0毫克/毫升的鲑鱼精单链DNA 2微升煮沸5分钟,冰浴后与yap1Δ:: hisG-URA3-hisG基因敲除组件0.1~1微克一起加入到步骤3e的醋酸锂中,室温放置5分钟;

    3g、再加入280微升浓度为50%的聚乙二醇4000;

    3h、振荡至混匀,30℃静置30分钟;

    3i、加入39微升二甲基亚砜,42℃热激5分钟;

    3j、4000转/分钟离心2分钟,取沉淀物,并将沉淀物悬于200微升无菌水中;

    3k、4000转/分钟离心2分钟,取沉淀物,悬于100微升无菌水中,再悬于非选择性培养基中,生长过夜,然后再涂于5-氟乳清酸选择性培养基平板,30℃培养箱中培养3天,生长出单菌落,即为yap1cwp1cwp2pdr5snq2五基因敲除面包酵母,也就是本发明的一种对氧化损伤高敏感性面包酵母;

    其中5-氟乳清酸选择性培养基平板的制备方法为:酵母膏1%,蛋白胨2%,葡萄糖2%,琼脂粉2%,余者为水置于121℃下高压灭菌20分钟,待温度降到50℃时,加入 5-氟乳清酸 0.1%。

    其中非选择性培养基的制备方法为:酵母膏1%,蛋白胨2%,葡萄糖2%,琼脂粉2%,余者为水置于121℃下高压灭菌20分钟。

    用本发明的一种对氧化损伤高敏感性面包酵母构建RNR3-lacZ检测系统,用于检测氧化型遗传毒性致癌物,其方法按下列步骤进行:

    1、由于hisG序列之间的同源重组,yap1cwp1cwp2pdr5snq2五基因敲除面包酵母中作为选择标记的URA3基因(尿嘧啶合成酶基因)会被切除掉,URA3可用于下一步骤的选择性标记,将携带URA3基因(尿嘧啶合成酶基因)作为选择性标记的RNR3-LacZ基因融合质粒pZZ2(参考文献:Isolation of crt mutants constitutive for transcription of the DNA damage inducible gene RNR3 in Saccharomyces cerevisiae. Zhou Z, Genetics. 1992 Aug;131(4):851-66.)通过醋酸锂转化方法转入yap1cwp1cwp2pdr5snq2五基因敲除面包酵母菌中,并通过SD-Ura选择性平板筛选阳性菌株,即得到对氧化型遗传毒性致癌物的高敏感性酵母检测菌株。

    其中:SD-Ura选择性平板的配方为:酵母氮源无氨基酸无硫酸铵0.17 %,硫酸铵0.5%,葡萄糖2%,腺嘌呤0.2%,色氨酸1%,组氨酸1%,亮氨酸1%,赖氨酸1%,琼脂粉2%,余者为水;

    2、将本发明的一种对氧化损伤高敏感性酵母检测菌株接种于SD-Ura选择性培养液中,30℃,200转/分钟下振荡培养16小时,得到一种对氧化损伤高敏感性面包酵母液;

    3、将酵母菌液0.5毫升接种到2.5毫升SD-Ura选择性培养液中,30℃,200转/分钟下振荡培养至OD600的值在0.15~0.20之间;

    其中:SD-Ura选择性培养液的配方为:酵母氮源无氨基酸无硫酸铵0.17 %,硫酸铵0.5%,葡萄糖2%,腺嘌呤0.2%,色氨酸1%,组氨酸1%,亮氨酸1%,赖氨酸1%,余者为水;

    4、在SD-Ura选择性培养液中加入氧化性DNA损伤试剂叔丁基过氧化氢,培养4小时;

    5、用分光光度计测定密度OD600值;

    6、取2毫升酵母菌液,2500转/分钟 离心2分钟,取沉淀物;

    7、将沉淀物悬于1毫升Z缓冲液中,加入0.1% 十二烷基磺酸钠50微升, 50微升氯仿, 高速涡旋10秒,使酵母菌细胞破裂;

    其中:Z缓冲液的配方为: Na2HPO4  60毫摩尔, NaH2PO4 40毫摩尔, KCl 10毫摩尔, MgSO4 1毫摩尔, 2-巯基乙醇 40毫摩尔,余者为水;pH 7.0;

    8、加入4毫克/毫升的邻硝基苯-β-D-硫代半乳糖苷200微升,在30℃下保温20分钟;

    9、再加入1摩尔 Na2CO3 500微升终止反应;

    10、 3500转/分钟离心10分钟,取上清,测定OD420 吸收值;

    11、根据步骤5测得的OD600值和步骤10测得的OD420 吸收值,用下面的公式计算β-半乳糖苷酶活力:SA?-gal=(1000×OD420)/(反应时间×菌液体积×OD600),其中:SA?-gal表示β-半乳糖苷酶活力;

    12、按照以上方法平行测定未经DNA损伤试剂处理的面包酵母菌液β-半乳糖苷酶活力,作为对照,当经DNA损伤试剂处理的面包酵母菌液β-半乳糖苷酶活力值与对照的面包酵母菌液β-半乳糖苷酶活力值之比大于2时为阳性,表明检测物中含有遗传毒性致癌物,在检测物中含有遗传毒性致癌物比例相同的情况下,比值越大,表明面包酵母RNR3-lacZ系统的检测灵敏度越高。

    关 键  词:
    一种 氧化 损伤 敏感性 面包 酵母 及其 制备 方法
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