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嗜热菌木聚糖酶基因的克隆、表达及酶学性质研究

王建设  
【摘要】: 木聚糖酶能够随机切割木聚糖主链骨架的β-1,4-糖苷键,产生木糖和低聚木糖或带有侧链的寡聚木糖,是木聚糖降解酶系中最关键的酶。由于木聚糖酶在造纸、食品、纺织、饲料等行业上都具有广泛的应用,科学家对不同来源的木聚糖酶进行了深入的研究。特别是来源于嗜热微生物的木聚糖酶具有许多独特的性质。所以,本研究的目的是筛选一些嗜热微生物,从这些菌株克隆木聚糖酶基因,并进行重组酶的高效表达。 本研究从云南省保山市的一眼温泉的流淌物中分离到3株嗜热菌A4,A15和E2。通过16S rDNA序列比对鉴定,A4和A15菌株属于脂环酸芽孢杆菌Alicyclobacillus属,并命名为Alicyclobacillus sp. A4和Alicyclobacillus sp. A15;E2菌株属于厌氧芽孢杆菌Anoxybacillus属,并命名为Anoxybacillus sp. E2。研究发现,A4和A15菌株的最适生长温度为60℃,pH值为3.0;E2菌株的最适生长温度为60℃,pH范围在7.0-10.0,而且在pH 12.0也能生长。 以筛选到的3株菌为材料,分别克隆到3个木聚糖酶基因。将三个基因分别构建了原核表达载体,在大肠杆菌中进行表达并研究了这些木聚糖酶的性质。来源于A4菌株的木聚糖酶XynA4-2最适温度为55℃、pH值为6.2。其不仅在50℃具有较好的稳定性,而且和商业葡聚糖酶共同作用下,能有效地降低麦芽浆的黏度和过滤速率。因此,在啤酒酿造中具有潜在的应用价值。 来源于A15菌株的木聚糖酶XynA15最适温度为50℃,最适pH值为7.0,不仅在较广的温度范围(35-60℃)内具有较高的酶活,而且在50℃具有较好的热稳定性。XynA15在造纸、生物能源、饲料等领域具有潜在的应用价值。 来源于E2菌株的木聚糖酶XynE2的最适温度为65℃,最适pH值为7.8,并且在60℃具有很好的热稳定性,处理1 h酶活基本没有变化。XynE2不仅在pH 6.6- 8.6具有90%以上的相对酶活,而且还有较广的pH稳定性(37℃, pH 4.6-12.0处理1 h保存80%以上的酶活)。这些性质使XynE2在造纸及纸浆上具有应用的潜能。 本研究从高温环境中筛选到3株嗜热菌,分别克隆了3个木聚糖酶基因。对这些木聚糖酶基因进行异源表达,并进行酶学性质研究。研究表明,这些木聚糖酶具有潜在的应用价值。


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