关键词:
AFB1
基因挖掘
脱毒酶
基因表达
毕赤酵母
降解产物
毒性分析
摘要:
黄曲霉毒素(AFT)是由曲霉属真菌在高温高湿条件下产生的一类致癌性真菌毒素,广泛分布于自然界。其中黄曲霉毒素B(AFB)被认为是最常见和最有害的AFT,对哺乳动物和家禽有致癌性、DNA突变、免疫毒性和肝毒性等毒性作用。花生、玉米、棉花和辣椒等不同农作物在生长、存储和加工时极易受到AFB的污染,并通过食品和农副产品对人类和动物的健康带来严重威胁,并且给世界经济造成了数十亿美元的损失。目前已经报道了多种去除AFB的策略,大致可以分为物理法、化学法和生物法。生物法因其温和的降解条件,对农作物营养价值的影响最小,被认为是最具有潜力的解毒方法。本研究基于Pac Bio测序平台,对实验室早期筛选的AFB高效降解菌土曲霉(Aspergillus terrus)HNGD-TM15进行全基因组测序和组装,系统分析挖掘其降解AFB的基因,并在大肠杆菌和毕赤酵母中实现异源表达,扩展黄曲霉毒素微生物降解资源库。并且探究重组菌对AFB的降解机理,以及降解产物的肝毒性和致突变作用。具体研究总结如下:1.首先,对实验室前期筛选得到的AFB降解菌土曲霉HNGD-TM15进行了三代全基因组测序,得到了该菌株的编码基因及蛋白序列,并对其基因与常用数据库进行BLAST比对和注释。全基因测序结果显示:该菌株总基因大小34.39 Mbp,总长度为24,983,996 bp,序列GC含量为52.23%。此外,利用BLASTp方法与报道过的AFB降解酶基因进行比对,以及基因功能注释筛选,共得到5个AFB降解酶基因。2.对挖掘得到的所有基因进行扩增、载体构建以及在大肠杆菌中表达和纯化,对纯化的酶液进行AFB降解功能验证。通过提取土曲霉RNA,反转录得到的c DNA为模板,PCR扩增得到了所有候选基因,并对基因进行回收和纯化。纯化后的基因浓度分别为87.0、84.2、98.2、107.3和93.1 ng/μL,提取p ET-28a载体的质粒浓度为179.3 ng/μL。以p ET-28a为表达载体,通过同源重组的方式将5个候选基因与p ET-28a连接,经过质粒PCR、双酶切、测序等方式验证,成功构建表达载体。将构建好的带有候选基因的质粒分别转入大肠杆菌BL21中进行蛋白表达,经过IPTG诱导,成功表达四个候选基因。其中重组FET3、DDP3、和Cpo P酶为包涵体表达,分子量大小分别为65、36和36 k Da。重组Frs A酶为可溶性表达,分子量大小为32 k Da。重组Frs A酶为可溶性表达,分子量大小为32 k Da。将纯化的重组蛋白与AFB混合,FET3、DDP3、Frs A和Cpo P对AFB的降解率分别为8.6%、55.18%、20.58%和11.6%,在介质存在的情况下,FET3的降解率也只有21.45%。3.将验证得到的降解酶基因DDP3在毕赤酵母中异源表达,并命名为ATADE。首先将ATADE基因序列进行密码子优化,优化后序列GC含量由53.93%降至41%,密码子适应指数(CAI)由0.68升至0.94。采取同源重组技术,选择p PIC9K-6His作为异源表达ATADE的真核表达载体,将优化的ATADE基因与所选载体相连,得到了重组表达载体p PIC9K-His-ATADE,将构建好的重组质粒电转化入毕赤酵母GS115,构建成重组菌GS115(p PIC9K-His-ATADE)。由于p PIC9K-His是分泌表达载体,对发酵上清液进行分离纯化,得到了目的蛋白,经SDS-PAGE电泳条带显示,分子量大小为36 k Da,并且酶活检测结果表明重组蛋白具有AFB降解酶的活性。此外,对重组菌GS115的小型摇瓶发酵条件经优化,小型摇瓶发酵条件经优化得到的最佳诱导条件为:接种量为2.5%,保持甲醇浓度为4%,在30℃的诱导温度下诱导72 h。通过不同p H以及温度下重组ATADE对AFB的降解发现,该酶对p H敏感,且在碱性条件下降解率更高。此外,在温度30℃~40℃时更适合AFB降解。4.对降解酶的降解产物进行检测,得到降解产物的结构以及推测降解路径,并通过斑马鱼实验和Ames实验证明降解产物的毒性和致突变性作用。通过UPLC-MS检测,根据测定的母体离子和碎片质量,以及AFB的标准分子量,我们确定了AFB和四个可能的降解产物,这些组分的m/z分别为299.0914(CHO)、343.0812(CHO)、287.0914(CHO)、375.1074(CHO)。根据产物的二级质谱碎片图谱及相关文献,得到了降解产物的分子结构,通过对产物的结构推测降解产物的生成途径,主要是内酯环断裂以及呋喃环的取代反应。此外,通过斑马鱼实验和Ames实验对降解产物的肝毒性和致突变性进行评估。结果表明,当降解产物处理斑马鱼幼鱼96 hpf时,斑马鱼存活率为100%,没有出现肝脏