[發明專利]一種alpha-葡萄糖苷酶及其編碼基因與應用

有效

• 申請號: 201811456929.X
• 申請日: 2018-11-30
• 公開（公告）號: CN109234254B
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 李宜奎;汪仁;李潔;李曉丹;徐晟
• 申請（專利權）人: 江蘇省中國科學院植物研究所
• 主分類號: C12N9/24
• 分類號: C12N9/24;C12N15/56;C12P19/14;C12P19/44
• 代理公司: 北京慕達星云知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11465
• 代理人: 崔自京

本發明涉及alpha?葡萄糖苷酶及其編碼基因與應用。本發明首次揭示了石蒜屬植物忽地笑的alpha?葡萄糖苷酶，其具有良好的轉葡萄糖基活性，可以產生alpha?葡萄糖苷物質。本發明還揭示了編碼所述alpha?葡萄糖苷酶的多核苷酸，表達所述alpha?葡萄糖苷酶的載體與宿主細胞，以及生產α?熊果苷的方法。

技術領域

本發明涉及生物技術和植物生物學領域；更具體地，本發明涉及一種來源于石蒜科植物的alpha-葡萄糖苷酶及其編碼基因與應用。

背景技術

alpha-葡萄糖苷酶(alpha-glucosidase,α-glucosidase,EC 3.2.1.20)在植物體中具有重要的生理作用。淀粉的水解是植物種子萌發過程中最重要的事件之一，產生為胚芽生長提供能量的碳源物質—D-葡萄糖。在植物種子萌發過程中，alpha-葡萄糖苷酶作用于α-淀粉酶、β-淀粉酶和脫支酶水解淀粉產生的麥芽糖及麥芽寡糖，生成游離的D-葡萄糖。目前，研究者已對多種植物的alpha-葡萄糖苷酶編碼基因進行了克隆和表達分析，發現不同來源的alpha-葡萄糖苷酶的底物特異性差異很大。蕎麥和甜菜來源的alpha-葡萄糖苷酶具有長鏈麥芽寡糖的底物特異性，例如，二者對麥芽七糖的Kcat/Km值分別是其對麥芽糖的8倍和50倍；而大麥alpha-葡萄糖苷酶更傾向于催化短鏈底物。

alpha-葡萄糖苷酶不僅能夠催化水解末端非還原性的α-1,4連接的葡萄糖苷鍵釋放D-葡萄糖，還能夠將從低聚糖類底物非還原末端釋放的D-葡萄糖殘基轉移到另一糖類或苯酚類或蛋白質類底物的羥基形成α-1,6葡萄糖苷鍵，產生非發酵性的低聚異麥芽糖或糖苷、糖酯、糖肽等，在低聚異麥芽糖及一些非天然的alpha-葡萄糖苷等生產領域具有重要的應用。

忽地笑(Lycoris aurea)是多年生草本球根藥用植物，屬于石蒜科石蒜屬，富含加蘭他敏、石蒜堿、文殊蘭堿等石蒜科植物所特有的生物堿(石蒜科生物堿)與其它生物堿、以及其它類型的植物天然產物(如alpha-葡萄糖苷等)。這些天然產物具有重要的生物活性和應用價值。例如，加蘭他敏作為一種特定的、競爭性的、可逆的乙酰膽堿酯酶抑制劑，在臨床上用于治療阿爾茨海默病(老年癡呆癥)。又例如，作為一種苯酚衍生物，α-熊果苷(對-羥基苯-alpha-D-吡喃葡萄糖苷)通過其糖苷鍵的水解緩慢釋放活性組分氫醌(對-羥基苯酚，對苯二酚)，能夠抑制參與黑色素合成的關鍵酶酪氨酸酶的活性。相較于氫醌，α-熊果苷是一種安全、溫和的用于治療色素沉著過度失調癥的試劑。此外，α-熊果苷還能保護肌膚免受自由基的侵害，親水性佳，在化妝品工業具有巨大的市場潛力。這些天然產物具有廣泛的應用和需求。在這些天然產物的生物合成過程中，alpha-葡萄糖苷酶其中。但是，石蒜屬植物alpha-葡萄糖苷酶及其編碼基因尚未被分離與克隆。因此，本領域有必要開發石蒜屬植物忽地笑的alpha-葡萄糖苷酶。該蛋白及其編碼基因可通過植物轉基因和異源表達的方式進行天然產物的生物轉化與生物合成。

發明內容

本發明的目的在于提供一種石蒜科植物的alpha-葡萄糖苷酶，所述的alpha-葡萄糖苷酶選自：

(a)氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示的蛋白質；或

(b)將SEQ ID NO:1氨基酸序列經過一個或多個(如1─51個)氨基酸殘基的取代、缺失或添加而形成的，且具有alpha-葡萄糖苷酶活性的由(a)衍生的蛋白質；或

(c)與SEQ ID NO:1氨基酸序列有至少82％序列相同性，且具有alpha-葡萄糖苷酶活性的由(a)衍生的蛋白質。

本發明SEQ ID NO:1所示的蛋白質是從忽地笑(Lycoris aurea)中分離得到的一種新的alpha-葡萄糖苷酶。為便于表述，將SEQ ID NO:1所示的蛋白質命名為alpha-葡萄糖苷酶LaAgl2。

在一個優選例中，所述的alpha-葡萄糖苷酶活性是指利用麥芽糖為底物，產生D-葡萄糖。