免费文献传递   相关文献

Isolation and molecular identification of Mucor sp. EIM-10 accumulating GLA

γ-亚麻酸产生菌Mucor sp. EIM-10的筛选及分子鉴定



全 文 :第7卷第2期
2009年3月
生 物 加 工 过 程
ChineseJournalofBioprocessEngineering
Vol.7No.2
Mar.2009
收稿日期:2008-09-22
基金项目:国家自然科学基金项目资助(30370028);福建省科技厅重大项目资助(2003F005,2005Q007);福建省发改委重大项目([2004]477)
作者简介:于爱群(1983—),男,山东烟台人,硕士研究生,研究方向:分子生物学;黄建忠(联系人),教授,Email:hjz@fjnu.edu.cn
γ 亚麻酸产生菌 MucorspEIM 10的
筛选及分子鉴定
于爱群,江贤章,夏晓峰,吴松刚,黄建忠
(福建师范大学 工业微生物教育部工程研究中心,生命科学学院,福建省现代发酵技术工程研究中心,福州 350108)
摘 要:为了获得高产γ 亚麻酸(γ linolenicacid,GLA)的菌株,利用苏丹黑染色法筛选获得1株 GLA产生菌
EIM 10,通过摇瓶培养,其生物量可达11882g/L,菌丝体油脂含量可达1886%。气相色谱 质谱(GC MS)分析
表明其γ 亚麻酸质量分数(占总脂肪酸)高达2768%。为进一步鉴定该菌株,克隆测定了该菌18SrRNA基因序
列,并对其进行系统进化树分析,结果表明该菌属于毛霉属,与 Mucorracemosus、Mucorplumbeus、Mucorramosisimus
与Mucorcircineloides同属一个分支。
关键词:分析;γ 亚麻酸;Mucorsp;进化树;18SrRNA
中图分类号:Q522    文献标志码:A    文章编号:1672-3678(2009)02-0074-05
IsolationandmolecularidentificationofMucorspEIM10accumulatingGLA
YUAiqun,JIANGXianzhang,XIAXiaofeng,WUSonggang,HUANGJianzhong
(EngineeringResearchCenterofIndustrialMicrobiology,MinistryofEducation,ColegeofLifeScience,
FujianNormalUniversity,EngineeringResearchCenterofFujianModernFermentationTechnology,Fuzhou350108,China)
Abstract:Inordertoobtainhighyieldstrainofγlinolenicacid(GLA)EIM10accumulatingGLAwas
isolatedbyusingSudanblackstaining.Aftershakingflaskculture,thebiomassreached11882g/L,the
oilcontentofthemyceliawas18.86%.ThecontentofGLAwasup2768% ofthetotalfatyacidsby
gaschromatographymassspectrometry(GCMS).Thestrainwasfurtheridentifiedatthemolecularlevel.
The18SrRNAgeneofEIM10wasclonedandsequenced.Thephylogenetictreeofthe18SrRNAgene
ofEIM10isanalyzed.Theresultshowedthatthe18SrRNAbelongedtoMucorsp.,andhasthesame
branchwithMucorracemosus,Mucorplumbeus,Mucorramosisimus,andMucorcircineloides.
Keywords:analysis;γlinolenicacid;Mucorsp.;phylogenetictree;18SrRNA
  γ 亚麻酸(γ linolenicacid,GLA)是一种人体
必需的多不饱和脂肪酸,具有抗肿瘤、抗动脉粥样
硬化、抗 HIV感染以及降血脂和治疗高血压等疗
效[1-7],被评价为“二十一世纪功能性食品主
角”[8]。月见草是GLA的传统来源[9],但月见草中
的GLA满足不了日益扩大的市场需求[10]。寻找新
的GLA的资源是近年来GLA研究热点之一[11]。微
生物具有适应性强、生长迅速、生产周期短、菌体容
易收集,而且产量不受原料、产地和季节限制以及
连续大规模生产等优点,所以微生物发酵法生产
GLA已成为发展趋势[12]。被孢霉(Mortierela)、毛
霉(Mucor)和藻类是已知的 GLA优良产生菌,它们
的GLA质量分数一般在7% ~12%之间,寻找更优
良的GLA产生菌,仍是当前的研究热点之一。
本文利用苏丹黑染色法筛选极具开发前景的
GLA高产菌。同时利用基因工程方法,在分子水平
进行菌株鉴定。
1 材料与方法
1.1 材料
1.1.1 菌株和质粒
MucorspEIM 10为本课题组利用苏丹黑染色
法筛选获得,并保存于福建师范大学工业微生物教
育部工程研究中心;克隆宿主菌(EcoliDH5α)由本
实验室保存菌种;载体 pMD18 TVector试剂盒购
自TAKARA公司。
1.1.2 主要试剂
DNALadderMarker、rTaqDNA聚合酶、ExTaq
DNA聚合酶和 PCR试剂均购自 TAKARA公司;琼
脂糖凝胶DNA回收试剂盒购自天根生化科技有限
公司;其余试剂均为进口生化纯或国产分析纯产品。
1.1.3 培养基
PDA培养基[13]用于 StrainEIM 10菌种保藏
及活化;
液体发酵培养基见文献[13];
LB培养基[13]用于EcoliDH5α的培养,加氨苄
青霉素(Amp)筛选转化子。
1.2 菌株的初筛
对PDA培养基上培养的霉菌进行苏丹黑染色
并在显微镜下观察,选出颜色较深的菌株,说明该
菌株为潜在的GLA高产菌株。
1.3 菌种培养
1.3.1 菌种活化
将菌种接到PDA斜面培养基上,30℃培养2~3d。
1.3.2 种子液的制备
活化菌种用少量无菌水洗入装有50mL种子液培
养基的250mL三角瓶中,30℃,160r/min培养2~3d。
1.3.3 摇床培养
250mL的三角瓶内装50mL的液体发酵培养基,
接入种子液1~2mL,30℃,160r/min培养3~5d。
1.4 干菌体收集
用的确良布过滤收集湿菌体,适量的蒸馏水洗
涤,60℃真空干燥。每升发酵液所获菌体的干质量
即为菌体收率(mg/L)。
1.5 油脂提取
准确称取干菌体05g,加入蒸馏水4mL,混匀
后加入浓盐酸5mL,于70℃水浴中加热40min,至
菌体完全消化。冷却后加入15mL乙醇,再加入4
mL乙醚,充分摇匀后,静置分层,取上清,重复2~3
次,洗至上层有机相基本无色,将有机相合并,再用
旋转蒸发仪除去乙醚,称质量,计算油脂产率。每
100g干菌体所含油脂的质量即为菌体油脂质量分
数(%);油脂产率(mg/L)=菌体油脂含量(%)×
菌体收率(mg/L)。
1.6 产物的GC MS测定
161 脂肪酸的甲酯化
取粗油脂01g,2mL正己烷溶解,加入 2mL
1mol/LHCl/CH3OH于具塞试管中,剧烈振荡 2
min,62℃酯化3h。冷却后,加入2mL正己烷,充
分振荡后,静置分层,取正己烷相做GC MS分析。
162 气相色谱条件
安捷伦HP6890气相色谱仪,HP INNOWaxpo
lyethyleneglycol极性柱(300mm×032mm×
050μm),柱温升温程序:150℃保持 1min,
150℃升温至 200℃(10℃/min),200℃保持 6
min,200℃升温至250℃(2℃/min),250℃保持5
min。进样口温度:250℃;检测器温度:280℃;进样
量:1μL;分流比:10∶1;溶剂延迟时间:3min。
163 质谱条件
检测器离子源温度230℃,四极杆温度150℃;
电离能量70eV;电离方式EI;测定方式:全扫描;扫
描范围:m/z30~500;扫描速率:161scans/s;溶剂
切除时间:3min。
164 脂肪酸含量计算
面积归一化法。
1.7 菌株基因组DNA的提取
采用SDS裂解法提取EIM 10基因组DNA,具
体步骤见参考文献[14-15]。
1.8 18SrRNA基因的克隆
根据真菌的18SrRNA基因的保守序列,设计
一对引物(引物由 TAKARA合成),其中正向引物
18F:5’CCAACCTGGTTGATCCTGCCAGTA3’,
反向引物 18R:5’CCTTGTTACGACTTCACCTT
CCTCT3’。PCR反应体系:10×PCR缓冲液(5
μL)、dNTP(4μL)、正向引物(1μL)、反向引物(1
μL)、TaKaRaTaq(025μL,125U)、模板 DNA
(2~5μL,06~15μg),蒸馏水补足至50μL;PCR
57 第2期 于爱群等:γ 亚麻酸产生菌MucorspEIM 10的筛选及分子鉴定
条件为:95℃,5min(95℃:30s,55℃:30s,72℃:
1min,共30个循环)、72℃:10min。
1.9 18SrRNA基因的连接与转化
取PCR扩增、纯化后的18SrRNA基因,连接到
pMD18 TVector上,转化感受态细胞EcoliDH5α,
涂布于含氨苄青霉素(Amp)的LB重组子平板。
1.10 重组子的菌落PCR
重组子在LB平板上37℃培养16~20h后,挑
取白色单菌落于2mL含Amp的LB液体培养基中,
37℃培养过夜。用 pMD18 T载体上的 M13引物
进行菌落PCR验证。PCR反应体系组成及反应条
件同18SrRNA基因 PCR,筛选阳性克隆子送上海
生工公司测序。
1.11 18SrRNA进化树分析
用ClustalX18软件将获得的 EIM 1018S
rRNA基因序列与已知的部分18SrRNA基因序列
进行多重比对,建立比对模型。用 Mega4(Molecu
larEvolutionaryGeneticsAnalysis,Version30)程序
包生成1000个自展数据集,采用邻位相连(Neigh
borJoining)的距离算法[16],经 Consensus计算多数
一致树,构建进化树。
2 结果与分析
2.1 EIM 10产生的脂肪酸组成
利用苏丹黑染色法,分离纯化到100多株脂肪
酸产生菌,培养后提取油脂、GC MS测定其脂肪酸
组成,其中1株菌(EIM 10)产脂肪酸(GC MS检
测结果)见图1,GLA质谱鉴定见图2。结果表明:
EIM 10油脂产率可达224050mg/L,十六烷酸
(Hexadecanoicacid,C16:0)占总脂肪酸094%,棕
榈油酸(palmitoleicacid,C16:1n 9)占总脂肪酸
446%,硬脂酸(stearicacid,C18:0)占总脂肪酸
1840%,油酸(oleicacid,C18:1n 9)占总脂肪酸
3778%,亚油酸(linoleicacid,C18:2n 6)占总脂
肪酸 1073%,GLA(C18:3n 6)占总脂肪酸
2768%。其中 GLA占高度不饱和脂肪酸总量的
7208%,GLA产量为62003mg/L。表明所筛选的
EIM 10是GLA优良生产菌株。
2.2 18SrRNA基因的获得
用18F、18R引物,以StrainEIM 10基因组DNA
为模板进行PCR,PCR产物经琼脂糖凝胶电泳检测的
条带约1800bp,与预计条带大小相符(图3)。
图1 StrainEIM 10脂肪酸甲酯的总离子流图
Fig.1 TICoffatyacidmethylesterofStrainEIM10
图2 EIM 10GLA的质谱图
Fig.2 MSidentificationofGLAofStrainEIM10
2.3 阳性克隆子的筛选与验证
用pMD18 T载体上的M13±引物进行菌落
PCR验证筛选阳性克隆子,琼脂糖凝胶电泳检测
PCR产物(图4)。由图4可知,阳性克隆子出现大
67 生 物 加 工 过 程   第7卷 
M—200bpDNA标准;1、2、3、4— 18SrRNAPCR产物
图3 18SrRNA基因的PCR电泳图
Fig.3 PCRamplificationof18SrRNAgene
小约1900bp的条带,其大小为18SrRNA基因加用
pMD18 T载体上的M13引物(约100bp)的长度。
注:图中数值代表在1000次取样中,各分类单元在该位置出现的概率
图5 MucorspEIM 10的18SrRNA基因进化树
Fig.5 Phylogeneticanalysisof18SrRNA
2.4 18SrRNA基因系统进化树分析
阳性克隆子经测序得到 EIM 10的18SrRNA
基因序列,并登陆 GenBank(登录号:EU793999),
利用NJ距离法构建的18SrRNA基因系统进化树
见图5。整个进化树分为三大类型:Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ
M—200bpDNA标准;1—PCRproductsamplifiedM13±
图4 阳性克隆子的菌落PCR电泳图
Fig.4 ColonyPCRofpositiveclones
型。Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型同属Mucorales目,其中Ⅰ型中
大多属于Pilobolaceae科和Thamnidiacease科;Ⅱ型、
Ⅲ型均属于 Mucoraceae科;Ⅲ型存在 Actinomucor、
Hyphomucor和 Mucor属;EIM 10与 Mucorracemo
sus、Mucorplumbeus、Mucorramosisimus、Mucorcir
cineloides同属Ⅱ型的一个分支,属于 Mucor属,故
将其命名为MucorspEIM 10。
77 第2期 于爱群等:γ 亚麻酸产生菌MucorspEIM 10的筛选及分子鉴定
3 结 论
1)利用苏丹黑染色法筛选获得的高产 GLA的
EIM 10进行了液体发酵培养,其菌体细胞收率为
1188g/L,油脂质量分数为 1886%,油脂产率为
224050mg/L,GLA量占菌体总脂肪酸量的
2768%,占高度不饱和脂肪酸总量的7208%,GLA
产率为62003mg/L。
2)对 EIM 10进一步克隆、测定其18SrRNA
基因序列,并构建其系统进化树。EIM 10菌株与
Mucorracemosus、Mucorplumbeus、Mucorramosisimus、
Mucorcircineloides同属一个分支,属于 Mucor属,将
其命名为MucorspEIM 10。MucorspEIM 10所
产油脂中,主要含有十六烷酸(hexadecanoicacid,
C16:0)、棕榈油酸(palmitoleicacid,C16:1n9)、硬
脂酸(stearicacid,C18:0)、油酸(oleicacid,C18:
1n9)、亚油酸(linoleicacid,C18:2n6)、GLA(γ
linolenicacid,C18:3n6),可以推测 GLA是经过延
长酶和脱饱和酶的共同作用形成的。以上结果为
进一步获得GLA产生相关酶的基因奠定了基础。
参考文献:
[1] FukushimaM,OhhashiT,OhnoS,etal.Efectsofdietsenriched
inn6orn3fatyacidsoncholesterolmetabolisminolderrats
chronicalyfedacholesterolenricheddiet[J].Lipids,2001,36
(3):261266.
[2] StevinsonC,ErnstE.Complementary/alternativetherapiesforpre
menstrualsyndrome:asystematicreviewofrandomizedcontroled
trials[J].AmericanJournalofObstetrics&Gynecology,2001,
185(1):227235.
[3] LaitinenK,SalinenJ,LinderborgK,etal.Serum,cheekceland
breastmilkfatyacidcompositionsininfantswithatopicandnon
atopiceczema[J].Clinical&ExperimentalAlergy,2006,36
(2):166173.
[4] CaiJ,JiangWG,ManselRE.Inhibitionofangiogenicfactorand
tumourinducedangiogenesisbygammalinolenicacid[J].Prosta
glandinsLeukotEssentFatyAcids,1999,60(1):2129.
[5] ZibohVA,MilerCC,ChoY.Significanceoflipoxygenasede
rivedmonohydroxyfatyacidsincutaneousbiology[J].Prosta
glandins,2000,63(1):313.
[6] BarhamJB,EdensMB,FontehAN,etal.Additionofeicosapen
taenoicacidtoγlinolenicacidsupplementeddietspreventsserum
arachidonicacidaccumulationinhumans1[J].AmSocNutri
tion,2000,130(8):19251931.
[7] WanasundaraUN,JanithaPO.γLinolenicacid:purificationand
functionality[M]//HandbookofFunctionalLipids.BocaRaton:
CRCPress,2006:6065.
[8] BareDE.Potentialofeveningprimrose,borage,blackcurant,
andfungaloilsinhumanhealth[J].AnnalsofNutrition&Metab
olism,2001,45:4757.
[9] ChenTC,JuYH.Polyunsaturatedfatyacidconcentratesfrom
borageandlinseedoilfatyacids[J].JournaloftheAmericanOil
ChemistsSociety,2001,78(5):485488.
[10]SayanovaO,SmithMA,LapinskasP,etal.Expressionofaborage
desaturasecDNAcontaininganNterminalcytochromeb5domain
resultsintheaccumulationofhighlevelsofdelta6desaturatedfat
tyacidsintransgenictobacco[J].ProcNatlAcadSciUSA,1997,
94(8):42114216.
[11]CertikM,SakuradaniE,ShimizuS.Desaturasedefectivefungal
mutants:usefultoolsfortheregulationandoverproductionofpoly
unsaturatedfatyacids[J].TrendsinBiotechnology,1998,16
(12):500505.
[12]RatledgeC,WynnJP.Thebiochemistryandmolecularbiologyof
lipidaccumulationinoleaginousmicroorganisms[J].Advancesin
AppliedMicrobiology,2002,51(1):152.
[13]RouxMP,KockJLF,BothaA,etal.Mucorasourceofcocoa
buterandgammalinolenicacid[J].JournalofMicrobiology&
Biotechnology,1994,10(4):417422.
[14]MolerEM,BahnwegG,SandermannH,etal.Asimpleandefi
cientprotocolforisolationofhighmolecularweightDNAfromfila
mentousfungi,fruitbodies,andinfectedplanttissues[J].Nucl
AcidRes,1992,20(22):61156116.
[15]WendlandJA,LengelerKB,KotheE.Aninstantpreparation
methodfornucleicacidsoffilamentousfungi[J].FungalGenetics
Newsleter,1996,43(1):5455.
[16]SaitouN,NeiM.Anewmethodforreconstructingphylogenetic
trees[J].MolBiolEvol,1987,4(4):406425.
87 生 物 加 工 过 程   第7卷