酵母質粒載體
酵母質粒載體是基因表達載體的一種,既可以在大腸桿菌中、又可以在酵母系統中進行複製與擴增,所以也稱為穿梭載體。它分為整合載體和自我複製載體兩類。①整合載體:它帶有一個酵母URA3標誌基因和大腸桿菌的複製和報告基因。由於質粒DNA與酵母基因組DNA之間發生了同源重組,在轉化的細胞中可以檢測到質粒的整合複製。整合載體中的YIp載體(yeast integrating plasmid)的轉化效率低,而且不穩定;②自我複製載體:該類載體在酵母中可以自我複製,主要有YRp(yeast replication plasmid)、YEp(yeast extrachromosomal plasmid)和YCp(yeast centromere plasmid)。YRp在遺傳學方面極不穩定;YEp可以很快與酵母內源質粒重組,重組後YEp載體很快複製並擴增。YCp質粒的遺傳特性是拷貝數少且遺傳性穩定;③釀酒酵母載體系統:釀酒酵母在基因工程技術操作中,作為克隆宿主或作為調節表達序列(如RNA聚合酶識別位點及核糖體識別位點)的克隆載體,其套用廣泛。在酵母細胞核中某些自我複製型質粒(如大腸桿菌質粒)也能獲得高拷貝。如在酵母中最大限度的表達基因,需要特異的啟動子,如乙醇脫氫酶、同工酶一1、磷酸甘油激酶、酸性磷酸酶和α因子等基因的啟動子等。通過DNA重組技術,還可以利用釀酒酵母生產外源蛋白。B型肝炎疫苗就是利用酵母為宿主得到的第一種醫用蛋白,另外組織型血纖維蛋白溶源激活因子、胰島素和水蛭素等蛋白質產品也是利用酵母為宿主細胞生產的。
在實驗方案設計中由於釀酒酵母不能對真核內含子進行識別和處理,因而外源基因須使用cDNA,產物蛋白是在胞內表達還是向外分泌也是十分重要的,因為這關係到基因工程下游工程的工藝設計。採用釀酒酵母表達系統還要注意選擇適當的啟動子和終止子;考查表達盒的穩定性;針對外源蛋白質積累部位的不同,採取相應的處理步驟;還要注意提高產量 。
酵母複製型質粒(YRps)與著絲粒質粒(Ycps)
與其他真核細胞一樣,每一酵母基因組中約含300~400個DNA自主複製序列ARS(autonomously replicating sequence)。如果將ARS安裝到YIp上,就成為YRp(yeastrepecating plasmid)。也就是說,YRp系列載體是酵母DNA片段插入大腸桿菌質粒構成,它同時含有大腸桿菌和酵母的自主複製基因,所以能在兩種細胞中存在和複製,是穿梭載體。YRp系列含有一個ARS基因片段,由於轉化後缺乏有效的分離,故在有絲分裂後質粒在母體細胞分布極多而子代分布較少,在遺傳方面不穩定。它屬於自我複製型酵母載體,在每次細胞周期中只複製一次,YRp也可整合到染色體中成為穩定的轉化體,否則也不十分穩定。
如果在YRp上加入染色體的著絲點序列(CEN),就能使YRp穩定。酵母菌著絲點的長度約220~250bp,其中核心順序只130bp。具有著絲點的酵母著絲粒質粒YRp稱為YCp(yeastcentromere—containing plasmid或yeast centromere plasmid)。YCp的行為像染色體一樣,可通過有絲分裂與減數分裂正確傳遞 。
含有ARS的YRp和YEp質粒及其構建
釀酒酵母基因組上每隔30~40 kb便有一個 ARS,因此用不含複製子結構的整合型質粒構建酵母染色體DNA基因文庫,很容易克隆到 ARS片段。 ARS能使重組質粒的轉化效率大幅度提高,但提高程度差別很大。來自同一酵母菌種的絕大多數 ARS不能交叉雜交,但ARS序列中AT鹼基對的含量都很高(70%~85%),並存在著一個拷貝的核心保守序列:(A/T)TTTAT(A/G)TTT(A/T)。這個核心序列改變一對鹼基,均可導致複製功能喪失。
但核心序列並不是進行複製功能的最小單位,其上游和下游鄰近區域的存在也是必需的。在一般情況下,具有完整自主複製功能的 ARS大小在0.8~1.5 kb內。酵母自主複製型載體質粒的構建主要包括引入複製子結構、選擇標記基因、克隆位點三部分DNA序列。複製子結構的來源有兩種,即直接克隆宿主染色體DNA上的 ARS或選用2μ質粒的複製子。由染色體 ARS構成的質粒稱為YRp,而由2μ質粒構建的雜合質粒為YEp(圖1)。YRp和YEp質粒在轉化釀酒酵母后,都能進行自主複製,拷貝數最高時可達200/個細胞。但轉化子經過幾代培養後,質粒的丟失率高達50%~70%,其主要原因是質粒的複製拷貝不能在母細胞和子細胞中均勻分配,而且這種不均勻分配現象發生的強度與質粒的拷貝數呈高度正相關。在麥芽糖假絲酵母(Candida maltosa)和脂解雅氏酵母(Yarrowia lipolytica)中.YRp型的質粒在每個細胞中只有2~5個拷貝,但卻顯示出較高的穩定性。有些YRp質粒在二倍體細胞中比在單倍體細胞中更為穩定,但其拷貝數比在單倍體細胞中減少5~10倍 。