甲醇酵母表达载体及其元件

P.Pastoris表达载体及其元件

由于甲醇营养型酵母菌体内无天然质粒，所以携带外源基因的重组体必须整合于染色体中才能实现外源基因的表达。整合表达的优点在于保持外源基因稳定性并可产生多拷贝基因。

典型的毕赤氏酵母表达载体含有醇氧化酶基因的调控序列，主要的结构包括：5’AOX1启动子片段、多克隆位点(MCS)、转录终止和polyA形成基因序列(TT)、筛选标记(His4或 Zeocin)、3’AOX1基因片段，作为一个能在大肠杆菌中繁殖扩增的穿梭质粒，它还有部分pBR322质粒或COLE1序列。如果是分泌型表达载体，在多克隆位点的前面，外源基因的5’端和启动子的3’端之间插人了分泌作用的信号肽序列。

在这个分泌信号的引导下，外源蛋白在内质网和高尔基体中经修饰和加工后能够由胞内转移至胞外，将成熟的蛋白质分泌到细胞外。为方便于操作，通常表达载体都是穿梭质粒。

表达载体与酵母染色体有单交换和双交换整合2种方式，单交换整合时，或插入A0X1位点，或插入his位点。有文献报道，以his4作为整合位点时，染色体突变株与表达盒间存在基因转换，偶而可使Laz表达盒丢失，故AOX1位点更好。一般认为，单交换转化效率比双交换效率高，且易得到多拷贝整合，其发生机制可能是重复单交换引起的。

携带外源基因的表达载体可通过电穿孔、原生质体生成法或全细胞法转化酵母细胞。甲醇酵母转化和大肠埃希氏菌转化不同之处是前者较为复杂。对于大肠埃希氏菌而言，只要把重组表达载体导入细胞体内即可。

因其载体上携带有自身复制原点，可随染色体复制而复制，重组表达载体能够稳定存在。在甲醇酵母系统中，所有的表达载体均不含酵母复制原点。这就是说，导入酵母体内的重组表达载体只有和酵母染色体上的同源区发生重组，整合到染色体上，外源基因才能够稳定存在，外源蛋白才能得到稳定表达，这种整合的转化子一旦形成就非常稳定。

如果转化后的重组表达载体未能整合到染色体上，而是以游离的附加体形式存在，这种转化子就不稳定，重组表达载体极易丢失。所以，载体必须整合入酵母基因组中才能实现异源蛋白的稳定表达。

多数情况下，外源基因多拷贝整合可提高表达水平。

一般可采用如下3种方法建立多拷贝表达株：

①在表达载体中插入首尾相连的多拷贝表达盒；

②在表达载体中插入细菌Tn903Kan基因，因G418抗性水平与载体拷贝数呈正相关；

③应用含细菌Shble基因的表达载体，如pPICZ系列，该载体较小，易扩增，具有真光霉素抗性。

1、启动子

最常用的启动子是AOX1启动子(AOXl，promoter，PA0X)，它的甲醇诱导性很强，因而它控制下的外源基因能得到较高的表达。A0X1基因是从用RNA构建的cDNA文库中分离的，RNA来自克隆筛选能在甲醇培养基上生长的P．Pasotris细胞。

P．Pasotris基因组包含2个基因：AOX1和AOX2，编码乙醇氧化酶。在序列上这2种AOX蛋白同源性≥97％，并有相似特殊活性，但A0X1表达水平明显高于AOX2，即启动能力AOX1大大强于AOX2。细胞中绝大多数乙醇氧化酶的活力是由A0X1提供的。

当以甲醇为唯一的生长碳源时，AOX1基因的表达被甲醇严格调控，并被诱导到相当高的水平，可占整个细胞可溶蛋白的30％以上。AOX1和 AOX2同源性虽然高达97％，但AOX2只承担很少一部分活力。当A0X1基因缺乏而只存在AOX2时，大部分乙醇氧化酶的活力丧失，细胞利用甲醇能力降低。因此细胞在甲醇介质上生长很慢，这种菌株被称为Muts；A0X1基因存在时，细胞利用甲醇能力正常，在甲醇介质上生长较快，这种菌株表型被称为Mut+。