不動(dòng)桿菌谷氨酰胺合成酶基因、其編碼蛋白及克隆方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種不動(dòng)桿菌谷氨酰胺合成酶基因、其編碼蛋白及其克隆方法。本發(fā)明的基因來源于不動(dòng)桿菌屬細(xì)菌，為SEQIDNO1所示的堿基序列。該基因編碼谷氨酰胺合成酶，能夠在大腸桿菌中發(fā)揮谷氨酰胺合成酶的功能，能恢復(fù)大腸桿菌突變體合成谷氨酰胺的能力，同時(shí)也預(yù)示了它在其他生物氮高效利用方面的應(yīng)用價(jià)值。
【專利說明】不動(dòng)桿菌谷氨酰胺合成酶基因、其編碼蛋白及克隆方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種不動(dòng)桿菌谷氨酰胺合成酶基因、其編碼蛋白及克隆方法。
【背景技術(shù)】
[0002]氮元素是生物體必須也是需求量最大的礦物質(zhì)元素，用于合成生物體所需的氨基酸和核苷酸及多種不同的含氮化合物。氮的利用在農(nóng)作物生產(chǎn)中占非常重要的地位，植物氮代謝及其調(diào)控一直備受全世界關(guān)注，氮肥利用率低及過量施用氮肥造成水環(huán)境污染的問題也是世界性難題。正因?yàn)槿绱?，如今需要降低氮肥的使用量，并尋找氮利用率更高的植物基因型。更高的氮利用率可以保證在產(chǎn)量不下降的前提下，減少氮肥的使用量。
[0003]對(duì)于生物體的生長和發(fā)育而言，氮素的同化是個(gè)十分重要的生理過程，無機(jī)氮必須同化為谷氨酰胺形式的有機(jī)氮才能被生物體所吸收和利用。谷氨酰胺合成酶(glutaminesynthetase, GS)是GS-GOGAT氮同化路徑上的關(guān)鍵酶，它和谷氨酸合成酶聯(lián)合作用，催化NH4+同化成谷氨酰胺，而谷氨酰胺又在谷氨酸合酶的催化下，將其酰胺轉(zhuǎn)移到α -酮戊二酸上，從而生成兩分子的谷氨酸。谷氨酰胺在生物體內(nèi)含氮有機(jī)物的生物合成中作為氮供體，而外界的無機(jī)氮元素也通過這個(gè)途徑進(jìn)入生物體內(nèi)的整個(gè)氮素循環(huán)。因此谷氨酰胺合成酶在生物體氮同化過程中起到了十分重要的作用。
[0004]土壤是微生物的大本營，含有種類豐富的細(xì)菌類群。來自細(xì)菌的谷氨酰胺合成酶涵蓋了目前所發(fā)現(xiàn)的三大 類谷氨酰胺合成酶GS1、GSII和GSIII，相比高等植物的谷氨酰胺合成酶基因而言，有種類多和容易克隆的優(yōu)越性。不動(dòng)桿菌sp.)是一種常見的土壤細(xì)菌，其谷氨酰胺合成酶基因的克隆及功能鑒定對(duì)于新型氮高效基因的分離并應(yīng)用于逆境下農(nóng)作物的生理性狀改善有著潛在的重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的之一在于提供了一種不動(dòng)桿菌谷氨酰胺合成酶基因。
[0006]本發(fā)明的目的之二在于提供了該基因的編碼蛋白。
[0007]本發(fā)明的目的之三在于提供該基因的克隆方法。
[0008]本發(fā)明的目的之三在于提供該基因在恢復(fù)大腸桿菌突變體合成谷氨酰胺的能力中的應(yīng)用。
[0009]一種不動(dòng)桿菌谷氨酰胺合成酶基因，其特征在于該基因的序列為SEQ ID N0.1所不的喊基序列。
[0010]一種上述的基因編碼的蛋白，其特征在于該蛋白的序列為SEQ ID N0.2所示的氨
基酸序列。
[0011]一種重組表達(dá)載體，該重組載體含有上述的基因。
[0012]一種宿主細(xì)胞，該宿主細(xì)胞含有上述的重組載體。
[0013]一種克隆上述的不動(dòng)桿菌谷氨酰胺合成酶基因的方法，其特征在于該方法的具體步驟為:參考NCBI數(shù)據(jù)庫中的不動(dòng)桿菌屬細(xì)菌的谷氨酰胺合成酶基因序列，設(shè)計(jì)了兼并引物，從河岸土壤微生物宏基因組DNA中PCR擴(kuò)增得到谷氨酰胺合成酶基因；所述的兼并引物為:AcnebIF: 5，-ATGAGCATGGCGAACAAGGT-3，和 AcnebIR: 5，-TTACARGCTRTARTACATAT-3，。
[0014]上述的不動(dòng)桿菌谷氨酰胺合成酶基因的方法，其特征在于所述的PCR擴(kuò)增的條件為:94°C 5 分鐘；94°C 50 秒，48°C 50 秒，72°C I 分 30 秒，25 個(gè)循環(huán)；72°C 8 分鐘。
[0015]本發(fā)明的互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了不動(dòng)桿菌谷氨酰胺合成酶基因所編碼的谷氨酰胺合成酶能夠在大腸桿菌中發(fā)揮谷氨酰胺合成酶的功能，能恢復(fù)大腸桿菌突變體合成谷氨酰胺的能力，同時(shí)也預(yù)示了它在其他生物氮高效利用方面的應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1和圖2為本發(fā)明的谷氨酰胺合成酶基因編碼的蛋白亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè)圖，表明該編碼蛋白定位在細(xì)胞質(zhì)的可能性很大；
圖3為本發(fā)明的谷氨酰胺合成酶基因編碼的蛋白的進(jìn)化分析圖，表明該編碼蛋白屬于谷氨酰胺合成酶家族；
圖4為本發(fā)明的不動(dòng)桿菌谷氨酰胺合成酶基因在大腸桿菌突變體ET6017 (Genotype:F-, [araD139]B/r, Δ (argF-lac)169, flhD5301, Δ (fruK-yeiR)725(fruA25), relAl, rpsLl50 (strR)，Δ (glnG-glnA) 229，ha-10, deoCl)中的功能互補(bǔ)分析圖。培養(yǎng)基中添加谷氨酰H鑄X Acinebl和未轉(zhuǎn)入的菌株均可以正常生長； 圖5為本發(fā)明的谷氨酰胺合成酶基因在大腸桿菌突變體ET6017 (Genotype:F-, [araD139]B/r, Δ (argF-lac)169, flhD5301, Δ (fruK-yeiR)725(fruA25), relAl, rpsLl50 (strR), Δ (glnG-glnA) 229，ha-10, deoCl)中的功能互補(bǔ)分析圖。培養(yǎng)基中未添加谷氨酰胺，只有轉(zhuǎn)入h.沉的菌株可以正常生長。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體實(shí)驗(yàn)條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，如《分子克隆(Molecular Cloning: A Laboratory Manual, 3rd ed.)》，或按照制造廠商所建議的條件。
[0018]實(shí)施例一 -.Acinebl基因全長編碼區(qū)的克隆與分析:
不動(dòng)桿菌iAcinetobacter spp.)主要分布于水體和土壤中，易在潮濕環(huán)境中生存。采集河岸土壤樣本少量，取I克土壤，抽提其宏基因組DNA。通過分析NCBI數(shù)據(jù)庫中的不動(dòng)桿菌屬細(xì)菌的谷氨酰胺合成酶基因序列，設(shè)計(jì)了兼并引物，該引物為=AcneblF:5’ -ATGAGCATGGCGAACAAGGT-3’ 和 AcneblR: 5’ -TTACARGCTRTARTACATAT-3’。用這對(duì)引物從所抽提的土壤微生物宏基因組DNA中PCR擴(kuò)增出了一個(gè)谷氨酰胺合成酶基因，命名為Acinebl。將該基因插入克隆載體pMD18_T，挑選相應(yīng)的陽性克隆，對(duì)該基因進(jìn)行了全長DNA測(cè)序，獲得了含有該基因完整ORF的DNA序列。測(cè)序結(jié)果表明.Acinebl的ORF全長1416bp。DNAstar軟件的分析結(jié)果顯示:該基因編碼一個(gè)含471個(gè)氨基酸的蛋白，蛋白分子量大小約為53kDa，等電點(diǎn)為5.05。利用Cell-PLoc網(wǎng)站的Gneg-PLoc 2.0以及Softberry網(wǎng)站的ProtComp Version 9.0軟件對(duì)基因編碼的蛋白進(jìn)行亞細(xì)胞定位預(yù)測(cè),預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)顯示該蛋白定位在細(xì)胞質(zhì)的可能性很大，參見圖1和2，這與其它物種中的谷氨酰胺合成酶的定位信息相符。進(jìn)化分析表明基因編碼的蛋白屬于谷氨酰胺合成酶家族，參見圖30
[0019] 實(shí)施例二 -.Acinebl在大腸桿菌突變體中的功能分析
通過DNA測(cè)序分析，挑選如i/?d7基因ORF轉(zhuǎn)錄方向與載體pMD18-T上乳糖啟動(dòng)子轉(zhuǎn)錄方向一致的克隆,抽提該克隆的質(zhì)粒,并轉(zhuǎn)入大腸桿菌突變體ET6017 (Genotype:F-, [araD139]B/r, Δ (argF-lac)169,flhD5301, Δ (fruK-yeiR)725 (fruA25),relAl,rpsL150 (strR)，Δ (glnG-glnA) 229，ha_10, deoCl)中。請(qǐng)參見文獻(xiàn):Merida, A., Flores E.,Florencio F.J., Regulation of Anabaena sp.strain PCC7120 glutamine synthetaseactivity in a Synechocystis sp.strain PCC6803 derivative strain bearing theAnabaena glnA gene and a mutated host glnA gene.J Bacteriol, 1992, 174(2):650-654.。該突變體由于缺失編碼谷氨酰胺合成酶的基因，所以在不添加谷氨酰胺的培養(yǎng)基中無法正常生長。該菌株購買于E.coli Genetic Stock Center, Yale University。由圖4和圖5說明Acinebl能夠互補(bǔ)大腸桿菌突變體ET6017的谷氨酰胺合成酶缺失表型。Acinebl的表達(dá)，使得大腸桿菌突變體ET6017在不添加谷氨酰胺的培養(yǎng)條件下生長。該互補(bǔ)實(shí)驗(yàn)在大腸桿菌中驗(yàn)證了基因所編碼的谷氨酰胺合成酶能夠在大腸桿菌中發(fā)揮谷氨酰胺合成酶的功能，證明該基因能夠恢復(fù)大腸桿菌突變體合成谷氨酰胺的能力，同時(shí)也預(yù)示了它在其他生物氮高效利用方面的應(yīng)用價(jià)值。
[0020]盡管本發(fā)明描述了具體的例子，但是有一點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是明顯的，即在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的前提下可對(duì)本發(fā)明作各種變化和改動(dòng)。因此，所附權(quán)利要求覆蓋了所有這些在本發(fā)明范圍內(nèi)的變動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種不動(dòng)桿菌谷氨酰胺合成酶基因，其特征在于該基因的序列為SEQ ID N0.1所示的堿基序列。
2.一種根據(jù)權(quán)利要求1所述的基因編碼的蛋白，其特征在于該蛋白的序列為SEQ IDN0.2所示的氨基酸序列。
3.—種重組表達(dá)載體，該重組載體含有根據(jù)權(quán)利要求1所述的基因。
4.一種宿主細(xì)胞,該宿主細(xì)胞含有根據(jù)權(quán)利要求3所述的重組載體。
5.一種克隆根據(jù)權(quán)利要求1所述的不動(dòng)桿菌谷氨酰胺合成酶基因的方法，其特征在于該方法的具體步驟為:參考NCBI數(shù)據(jù)庫中的不動(dòng)桿菌屬細(xì)菌的谷氨酰胺合成酶基因序列，設(shè)計(jì)了兼并引物，從河岸土壤微生物宏基因組DNA中PCR擴(kuò)增得到谷氨酰胺合成酶基因；所述的兼并引物為:Acneb IF: 5 ’ -ATGAGCATGGCGAACAAGGT-3 ’ 和 Acneb IR:5’ -TTACARGCTRTARTACAT AT - 3’。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于所述的PCR擴(kuò)增的條件為:94°C5分鐘；94°C 50 秒，48°C 50 秒，72 °C I 分 30 秒，25 個(gè)循環(huán)；72°C 8 分鐘。
【文檔編號(hào)】C12N15/52GK103966240SQ201410130424
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年4月2日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月15日
【發(fā)明者】朱晨光, 王欣珍, 陸定, 王偉, 唐遠(yuǎn)平, 梅冰, 宋任濤 申請(qǐng)人:上海大學(xué)