表达蜘蛛丝的转基因蚕制造技术

技术编号:23164417 阅读:46 留言:0更新日期:2020-01-21 22:31
公开了稳定表达合成蜘蛛丝基因或复合蚕/蜘蛛丝基因的转基因蚕。外源蜘蛛丝基因被稳定地整合到蚕的丝心蛋白重链内含子或丝心蛋白轻链内含子的限定位点。提供了合成蜘蛛丝蛋白和复合蜘蛛丝‑蚕丝基因和蛋白。外源蜘蛛丝基因的表达由内源丝心蛋白重链启动子驱动,改善了转基因蚕的遗传稳定性。与普通蚕丝纤维和其他转基因蚕纤维相比,复合蚕/蜘蛛丝纤维呈现出优异的机械性能。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】表达蜘蛛丝的转基因蚕背景1.专利
本公开内容涉及转基因蚕。更具体地,本公开内容涉及表达合成蜘蛛丝蛋白和复合蜘蛛丝-蚕丝蛋白的转基因蚕。还公开了合成蜘蛛丝蛋白、复合蜘蛛丝-蚕丝蛋白以及用于表达它们的核酸序列。还公开了用于产生这样的蚕的方法,包括利用优化的CRISPR/Cas9系统的方法。2.相关技术的描述蜘蛛丝具有强度和延展性的独特组合,这使得它们成为已知的最坚韧的材料之一。不幸的是,蜘蛛因其占领行为和同类相残行为而不能大规模养殖以满足商业应用的需求。对几种蜘蛛丝蛋白的cDNA和基因序列的克隆已经促进了合成蜘蛛丝基因的设计。牵丝由两种蛋白质组成,大壶状丝蛋白1和大壶状丝蛋白2(MaSp1和MaSp2)。蜘蛛丝蛋白的一级结构包括重复模块单元的大中心核心——占丝蛋白的约90%,其侧翼为非重复N末端结构域和C末端结构域。重复模块单元具有序列基序聚丙氨酸(AAAA)n和甘氨酸-甘氨酸-X的子单元,其中X表示大壶状蜘蛛丝蛋白MaSp1和小壶状蜘蛛丝蛋白MiSp1中的可变氨基酸(Eisolt等人.2010)。不同蜘蛛丝蛋白中基序的顺序和数目是不同的。这些特征为蜘蛛丝的二级结构和机械性质负责。合成蜘蛛丝基因已经被引入到各种生物体中以产生重组蜘蛛丝蛋白(rSSp)。已经研究了多种多样的异源宿主系统作为用于产生rSSp的平台,包括细菌、酵母、哺乳动物细胞系、转基因植物、哺乳动物和昆虫(Lazaris等人.2002;Menassa等人.2004;Xu等人.2007;Miao等人.2006)。尽管在这些宿主系统中产生的rSSp已经被人工地纺成纤维,但由于蛋白质尺寸和纺丝技术的限制,该纤维不如天然蜘蛛丝那样强韧(Teulé等人.2009)。迄今为止,在一系列宿主中产生的大多数rSSp为约30kDa-110kDa,比蜘蛛丝纤维的最常见地表征的拖丝蛋白(250kDa-350kDa)小得多(Eisoldt等人.2011)。已在大肠杆菌(Escherichiacoli)中表达出接近天然大小的rSSp,但是表达水平的限制使得不可能满足大规模的需求(Xia等人.2010)。此外,对于rSSp的人工纺丝的技术与蜘蛛的天然纺丝过程显著不同。实验室中用于使蜘蛛丝纤维纺丝的最常见方法之一采用有毒且昂贵的1,1,1,3,3,3-六氟-2-丙醇(HFIP)。纤维通过将原液挤出到凝结剂中并且然后在各种醇中拉伸来产生。另一方面,蜘蛛和蚕使丝蛋白在水中形成溶剂化物,并且然后从吐丝器中拉出纤维,而不需要凝结剂,纤维在纳秒内形成。近年来,家蚕(Bombyxmori)被用作用于产生重组蜘蛛丝和复合蚕/蜘蛛丝纤维的平台(Wen2010)。家蚕(B.mori)具有与蜘蛛的纤维纺丝过程相似的天然纤维纺丝过程,是多产的丝生产者,并且可以商业化养殖。在丝腺中,由于丝蛋白在非常高浓度下聚集而形成胶束状结构,并且然后由于蛋白液沿导管流动时施加的剪切力而形成β-片层晶体。纤维中的蛋白质结构在纤维从蜘蛛的纺管或蚕的口中拉出时(进一步增加了剪切应力)形成。此外,富含聚GX且构成蚕纤维的70%的蚕丝心蛋白重链具有与蜘蛛牵丝相似的β-片层结构。这些生物相似性使蚕成为产生“合成”蜘蛛丝状纤维的潜在宿主。工程化转基因蚕最常见的方式使用基于转座子的piggyBac系统,其中感兴趣的外来基因在外源启动子下表达。先前的研究已经示出,基于piggyBac载体的转基因蚕可以通过在丝胶蛋白启动子(Ser1)或丝心蛋白重链(FibH)启动子的控制下编码蜘蛛络新妇蛛(Nephilaclavipes)牵丝蛋白MaSp1来产生重组蜘蛛丝蛋白(Teulé等人.2009;Wen2010)。然而,Ser1启动子仅可以驱动重组蜘蛛丝蛋白在丝胶蛋白层中表达。在养蚕业中,丝胶蛋白层是可溶的并且通常被脱胶;因此,蜘蛛丝蛋白在丝胶蛋白层中的掺入不可能改善转基因纤维的机械性质。也已经使用基于转座子的piggyBac系统将外源FibH增强子和启动子掺入基因表达盒中,该外源FibH增强子和启动子驱动蜘蛛丝纤维的丝心蛋白部分的rSSp表达,但是对于稳定表达piggyBac系统仍具有几个缺点(Teulé等人.2009)。例如,在基于转座子的piggyBac系统中,转座子通常在TTAA染色体位点处通过剪切粘贴机制从一个基因组位置转移到另一个基因组位置。具有低转座率的元件可能经常通过遗传漂变而丢失,而具有高转座率的元件可能不受控制地扩增,导致宿主不育或其他并发症(Xu等人.2015)。此外,由基于转座子的异质性引起的复合蚕/蜘蛛丝蛋白比率和/或这些蛋白沿纤维的定位的差异可能导致复合丝纤维的机械性质的广泛变化(Wen等人.2010)。丝的机械性质的同质性充当评估丝纤维的重要指数。此外,基于转座子的基因载体由于与随机整合相关的问题已经不能在宿主中产生高水平的合成蜘蛛丝蛋白(Teulé等人.2009)。因此,尚难以获得稳定表达具有与天然蜘蛛丝相当或比它更好的机械性质的转基因蜘蛛丝的转基因蚕。概述在一个方面中,公开了转基因蚕。在一些实施方案中,转基因蚕稳定地表达合成蜘蛛丝基因。在一些实施方案中,转基因蚕稳定地表达复合蜘蛛丝-蚕丝基因。在一个方面中,公开了合成蜘蛛丝蛋白和复合蜘蛛丝-蚕丝蛋白。在一个方面中,公开了用于表达合成蜘蛛丝蛋白和复合蜘蛛丝-蚕丝蛋白的核酸序列。在实施方案中,转基因蜘蛛丝基因是络新妇蛛(N.Clavipes)的大壶状蜘蛛丝基因MaSp1或小壶状蜘蛛丝基因MiSp1。在实施方案中,合成蜘蛛丝蛋白、复合蜘蛛丝-蚕丝蛋白、合成蜘蛛丝和/或复合蜘蛛丝-蚕丝具有与天然蜘蛛丝蛋白和/或天然蜘蛛丝相当或优于天然蜘蛛丝蛋白和/或天然蜘蛛丝的机械性质。在一个方面中,公开了产生转基因蚕的方法。在一些实施方案中,该方法利用优化的CRISPR/Cas9系统。在某些实施方案中,CRISPR/Cas9系统采用非同源重组。在一些实施方案中,外源蜘蛛丝遗传物质被引入到蚕丝心蛋白重链的内含子或丝心蛋白轻链基因的内含子中。在一些实施方案中,外源蜘蛛丝基因或复合基因可操作地连接至内源蚕启动子。前面广泛地概述了本公开内容的特征和技术优点,以便可以更好地理解下面的详细描述。下文将描述形成本申请的权利要求的主题的本公开内容的另外的特征和优点。本领域技术人员将理解,本文公开的概念和具体方面可以容易地用作用于修改或设计用于实现本公开内容的相同目的的其他方面的基础,这些其他方面在本公开内容和所附权利要求中提供的精神和范围内。附图的几个视图的概述下文具体参考附图提供对本专利技术的详细描述,在附图中:图1图示出了BmN细胞中CRISPR/Cas9系统HC3介导的靶向整合,其中wt.:野生型基因序列[SEQIDNO:1];Ref:参考序列,与wt.相同;测试样品:XZ2-M13F-T2[SEQIDNO:2]、XZ3-M13F-T3[SEQIDNO:3]、XZ6-M13-T6[SEQIDNO:4]、XZ15-M13F-T3[SEQIDNO:5]、XZ16-M13F-T4[S本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种转基因蚕,包含稳定整合的外源合成蜘蛛丝基因,所述外源合成蜘蛛丝基因可操作地连接至内源蚕启动子,其中所述外源蜘蛛丝基因的长度大于约3千碱基(3kb)。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170330 US 62/479,1561.一种转基因蚕,包含稳定整合的外源合成蜘蛛丝基因,所述外源合成蜘蛛丝基因可操作地连接至内源蚕启动子,其中所述外源蜘蛛丝基因的长度大于约3千碱基(3kb)。


2.如权利要求1所述的转基因蚕,其中所述外源合成蜘蛛丝基因可操作地连接至蚕腺体中的内源蚕启动子。


3.如权利要求1所述的转基因蚕,其中所述外源蜘蛛丝基因的长度大于约4千碱基(4kb)。


4.如权利要求1所述的转基因蚕,其中所述外源蜘蛛丝基因的长度大于约5千碱基(5kb)。


5.如权利要求1所述的转基因蚕,其中所述外源蜘蛛丝基因的长度为约1万碱基(10kb)。


6.如权利要求1所述的转基因蚕,其中所述外源蜘蛛丝基因包含SEQIDNO.25或SEQIDNO:26或其任一个的片段。


7.如权利要求1所述的转基因蚕,其中所述转基因蚕稳定表达所述蜘蛛丝基因。


8.如权利要求1所述的转基因蚕,其中所述外源合成蜘蛛丝基因被稳定地整合在丝心蛋白重链基因FibH的内含子中。


9.如权利要求1所述的转基因蚕,其中所述外源合成蜘蛛丝基因被稳定地整合在丝心蛋白轻链基因FibL的内含子中。


10.如权利要求9所述的转基因蚕,其中所述外源合成蜘蛛丝基因被稳定地整合在所述丝心蛋白轻链基因FibL的第六内含子中。


11.如权利要求1所述的转基因蚕,其中所述内源蚕启动子是蚕特异性U6启动子。


12.如权利要求1所述的转基因蚕,其中所述外源蜘蛛丝基因包括络新妇蛛(Nephilaclavipes)的MaSp1基因、MaSp2基因、Ac1基因、Flag基因、Piri基因或MiSp1基因。


13.如权利要求1所述的转基因蚕,其中所述蚕是蚕属物种(Bombyxsp.)。


14.如权利要求13所述的转基因蚕,其中所述蚕是家蚕(Bombyxmori)。


15.如权利要求1所述的转基因蚕的后代蚕,其中所述外源合成蜘蛛丝基因被稳定地整合。


16.一种转基因蚕属蚕,所述蚕包含:
在丝心蛋白重链基因FibH的内含子中且可操作地连接至蚕特异性U6启动子的稳定整合的络新妇蛛合成蜘蛛丝基因的MaSp1基因或MiSp1基因,
其中所述外源蜘蛛丝基因的长度大于约3千碱基(3kb),
其中所述转基因蚕稳定表达所述蜘蛛丝基因。


17.如权利要求16所述的转基因蚕,其中所述外源蜘蛛丝基因包含SEQIDNO.25或SEQIDNO:26或其任一个的片段。


18.一种分离的核酸,所述分离的核酸包含合成蜘蛛丝基因,所述分离的核酸具有可操作地连接至内源蚕启动子的SEQIDNO:25或SEQIDNO:26或...

【专利技术属性】
技术研发人员:伦道夫·V·路易斯夏礼尽张晓丽贾斯汀·A·琼斯
申请(专利权)人:犹他州立大学
类型:发明
国别省市:美国;US

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