假单胞菌中推测的海藻糖降解相关基因的克隆表达及功能验证开题报告

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1. 研究目的与意义

海藻糖是由两个葡萄糖残基通过半缩醛羟基相结合的一种非还原性二糖。因为海藻糖没有游离的醛基，所以其化学性质很稳定，具有独特的不同于其它双糖的生物学特性。海藻糖广泛分布于细菌、真菌和动植物体内，研究证明海藻糖可以保护生物组织和维持细胞的活力，它可以作为高效的保护剂有效地稳定细胞膜和蛋白质的结构，使得生物体能够在诸如高温、脱水、辐射、有毒试剂等恶劣环境条件下仍然保持细胞内湿润，防止细胞受到损伤。此外，海藻糖也可以保护生物体和生物大分子。有研究发现海藻糖还可以保护细胞中的DNA，这些发现使得海藻糖的价值倍增，成为人们研究的热点并被广泛应用于食品加工业、医药业、农业、化妆品业和生化制品业等行业。

假单胞菌全基因组测序发现该属的菌株具有多种与海藻糖合成和降解相关的基因，但这些基因仅限于基因组注释，都没有实验验证。本实验室目前还没有开展假单胞菌中海藻糖降解相关基因的研究工作。根据已发表文献和NCBI上注释的假单胞菌基因组分析，推测其上的可能和海藻糖降解相关的基因。本实验将推测的两个最有可能用于海藻糖降解的基因克隆表达并验证它们的功能，从而进一步完善假单胞菌的海藻糖代谢机制。

2. 国内外研究现状分析

2.1海藻糖的基本介绍

海藻糖是由两个葡萄糖分子以α,α-1,1-糖苷键构成的非还原性糖，是一种安全的稳定的天然糖类，在自然界中许多动植物及微生物体内都广泛存在，其最重要的生物学功能就是对生物体具有优良的抗逆保护作用[1]。它无毒无害，对人体无副作用，具有优质甜味，非着色性、耐酸、耐热、低吸湿性等特性，当生物细胞处于饥饿，干燥，高温，高渗透压等恶劣环境中时，细胞内的海藻糖含量迅速上升，对多种大分子产生保护作用，从而维持生命体生命特征，外源性的海藻糖还对生物和生物大分子有良好的非特异性保护功能[2]。海藻糖是一种生物体对抗逆境的代谢激物，虽然来源广泛，但很少有物种能大量积累海藻糖。只要外界环境适宜，海藻糖就会迅速降解,因此在双酶法及海藻糖合成酶法发明以前，其制备比较困难，商品价格居高不下，也成为其推广应用的最大障碍。自1995年商业化生产以来，2006年全球销量达到3万t（中国约1万多），2010年达到10万t（中国近3万），要使其低成本制造方法成为研究的热点[3]。

2.2海藻糖生产

3. 研究的基本内容与计划

通过探讨实验目的和方向，我们对实验做了初步设计：

1.前期实验准备

从基因组角度出发，推测假单胞菌中与海藻糖降解相关的基因，挑选合适的克隆载体以及表达载体。海藻糖分析方法的建立。

4. 研究创新点

由于海藻糖的良好功效能够给食品、医疗以及化妆品[16]等领域带来新的机会，欧美、亚太包括中国在内的广大地区对海藻糖的需求不断增加，而生产能力则比较有限，所以对海藻糖生产的研究一直在不断的持续。一批又一批的科研工作者以及公司都在对海藻糖规大模化生产做研究。而完善生物体对海藻糖的代谢机制，包括合成与分解的了解，是从事这门研究的一个重要的基础。假单胞菌作为一个已发现的可以合成海藻糖的菌种，对于其相关基因的检测，克隆以及表达也是一个重点的研究方面。以后也许会发现更多的更便于利用的菌株用于海藻酸生产的研究，这需要我们不断的去发现去认识。

总之，随着科研的不断深入以及人们消费理念的逐渐转变，海藻糖的应用将会越来越受到重视，其应用领域也将不断的被拓展开发。