[發(fā)明專利]高溫木聚糖酶基因和高溫α-葡萄糖醛酸苷酶基因及其蛋白表達與應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310700350.4
• 申請日: 2013-12-18
• 公開（公告）號: CN104726480A
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設計）人: 韓業(yè)君;賈曉靜;彭小偉;米朔甫;喬瑋博
• 申請（專利權）人: 中國科學院過程工程研究所
• 主分類號: C12N15/56
• 分類號: C12N15/56;C12N9/42;C12N9/24;C12N15/10;C12N15/70;C12N1/21;C12P19/14;C12P19/12;C12P19/02;C12R1/19;C12R1/01
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發(fā)明屬于基因工程和生物質利用領域，具體涉及高溫木聚糖酶基因和高溫α-葡萄糖醛酸苷酶基因及其蛋白表達與應用。

背景技術：

植物細胞壁是自然界中存在的最主要的可再生資源，在世界能源日益緊缺的情況下，這些資源越來越受到重視。植物細胞壁主要包括纖維素、半纖維素和木質素。木聚糖是植物細胞壁中含量僅次于纖維素的多糖，是半纖維素的主要組成成分，并以數(shù)量多、組分易提取等特征成為最具潛力的可再生資源。木聚糖是由吡喃木糖以β-1，4-糖苷鍵連接而成雜合高聚物，聚合度為150-200（Scheller,H.V.,P.Ulvskov.2010）。來源不同的木聚糖具有不同的側鏈取代基，如葡萄糖醛酸殘基、乙酰基、阿拉伯糖等，這些長短不同的取代基所組成的側鏈往往是木聚糖降解的限速因素（Dodd,D.,I.K.Cann.2009）。

事實上，自然界存在的木聚糖結構復雜，含有大量的側鏈取代基，其完全水解需要多種酶組成的木聚糖降解酶系統(tǒng)協(xié)同作用才能完成。木聚糖酶（β-1，4-endo-xylanase，EC3.2.1.8）存在于第5、7、8、10、11和43糖苷水解酶家族，是降解木聚糖主鏈的關鍵酶。它能以內切方式隨機切割木聚糖主鏈骨架的β-1，4-糖苷鍵，從而產生不同長度的低聚木糖和少量的木糖或帶有不同分支側鏈的木寡糖，使木聚糖聚合度降低（Dodd,D.,I.K.Cann.2009）。目前許多研究致力于開發(fā)更適合工業(yè)應用的木聚糖酶，如工程菌的構建、高產菌株的選育、耐高溫、耐酸堿木聚糖酶的發(fā)掘等（Juturu,V.,J.C.Wu.2012）。高溫木聚糖酶因其在高溫下的高水解活性以及較好的熱穩(wěn)定性在造紙、飼料、食品、醫(yī)藥和能源等領域均有廣泛的應用（Collins,T.,C.Gerday,et?al.2005）。

α-葡萄糖醛酸苷酶（α-glucuronidase，EC3.2.1.139）來源于糖苷水解酶家族4和67，能水解4-O-甲基葡萄糖醛酸（4-O-MelGlcA）與木聚糖主鏈上木糖殘基之間的α-1，2-糖苷鍵（Yeoman,C.J.,Y.Han,et?al.2010）。當木聚糖酶與木聚糖底物結合時，側枝的4-O-甲基葡萄糖醛酸會對木聚糖酶的作用產生空間位阻，使得木聚糖酶不能結合和分解臨近側枝的木聚糖從而降低木聚糖酶的水解效率。有研究證實，α-葡萄糖醛酸苷酶和木聚糖酶同時存在時會協(xié)同作用提高木聚糖的水溶性，加速低聚木糖的產生（Yeoman,C.J.,Y.Han,et?al.2010）。同時α-葡萄糖醛酸苷酶能進一步釋放被木聚糖酶水解產生的木寡糖上的4-O-甲基葡萄糖醛酸，使其能進一步被β-木糖苷酶（β-xylosidase，EC3.2.1.37）徹底水解（Yeoman,C.J.,Y.Han,et?al.2010）。因此α-葡萄糖醛酸苷酶是木聚糖降解酶系中非常重要的一員，它的生物技術潛力越來越受到人們的關注。

木聚糖的水解產物--低聚木糖是由2-7個木糖以β-1，4-糖苷鍵連接而成的功能性低聚糖。低聚木糖具有優(yōu)良的生理功能，能顯著增殖腸道雙歧桿菌，抑制腸道有害細菌，改善腸道菌群（Menezes,C.R.d.,L.R.Durrant.2008）。低聚木糖能促進人體對鈣的吸收，改善糖尿病癥狀，抗齲齒，是理想的甜味劑，因此在食品、飼料、醫(yī)藥和農業(yè)領域具有廣闊的應用前景（Vazquez,M.,J.Alonso,et?al.2000）。目前低聚木糖的大規(guī)模生產主要以富含木聚糖的天然木質纖維素類生物質（如秸稈、玉米芯等）為原料，采用化學法或酶解法制備而成。我國是一個農業(yè)大國，秸稈、玉米芯、甘蔗渣和紅薯渣等農業(yè)廢棄物富含木聚糖，雖數(shù)量龐大，但生物轉化率低。借助基因工程技術生產高效木聚糖酶制劑，降低環(huán)境污染，提高天然木聚糖的生物轉化和農業(yè)產品品質成為解決問題的關鍵。