黑曲霉WP1植酸酶基因的克隆及在毕赤酵母中的表达

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植酸及其盐类是植物性食品和饲料中磷的主要贮存形式,植酸酶是催化植酸及其盐类水解成低磷酸化的肌醇和磷酸(或磷酸盐)的一类酶的总称。在饲料中添加植酸酶不但可以提高动物对磷的吸收,降低环境中磷的污染,而且能解除植酸对金属离子、氨基酸的鳌合作用,大大提高饲料的利用效率,在国内外饲料工业中有着广泛的应用前景。多种微生物如细菌、丝状真菌、酵母等都能产生植酸酶,但由于天然菌株产酶量较低,而且植酸酶的热稳定性问题一直不能得到很好的解决,所以目前植酸酶在饲料中并没有得到广泛的推广和应用。利用基因工程技术生产植酸酶,不仅可以大幅度提高其产量,还能按照人们的需要改变蛋白的特性,获得具有优良特性的高活性植酸酶蛋白。本研究根据已发表的植酸酶基因全序列设计2对引物,用PCR方法从黑曲霉WP1总DNA中扩增到约1.4kb和1.5kb的phyA和phyB基因片段,对2个基因片段进行了克隆及序列测定。测序结果表明:phyA1基因长1347bp,共编码448个氨基酸,有11个潜在的N-糖基化位点,含有植酸酶活性位点“RHGXRYP”和“HD”,该基因已在GenBank注册,注册号为:DQ815852。phyA1基因与产植酸酶酶活最高的天然黑曲霉标准菌株NRRL3135(Accession:M94550)氨基酸序列比较,同源性达97.77%,因此命名为phyA1。phyB1基因长1560bp,含有3段内含子,共编码460个氨基酸,含有植酸酶保守序列“RHGXRXP”和“HD”,与已报导的ALKO243的植酸酶aph基因(GenBank Accession:L02420)相比较,编码的氨基酸序列同源性为99.13%,因此将其命名为phyB1。该基因黑曲霉WP1植酸酶phyB1基因序列已在GenBank中注册,注册号为:DQ836360。将植酸酶phyA1基因与穿梭质粒pPIC9K连接,构建重组质粒pPIC9K/phyA1,将该质粒用电转法转化至毕赤酵母GS115,并用MM、MD、G418、植酸钙平板筛选转化子,结果得到一株转化子GA-22,在甲醇的诱导下,该植酸酶phyA1基因在毕赤酵母中得到了表达,甲醇诱导144h后,培养上清中植酸酶活性达64510U/mL,比出发菌株酶活(42U/mL)提高了1535倍。经SDS-PAGE凝胶电泳分析,该重组蛋白的分子量为66kD。酶学性质检测发现,重组植酸酶的最适作用温度为50℃,最适作用pH值为5.5,Km值为0.072 mmol/L,重组植酸酶在50℃,60℃条件下处理20min后,该酶的相对酶活力分别为67.8%,57.2%;50℃处理40 min后,酶活力仍在50%以上;而将植酸酶于70℃处理5min后,残余酶活力已下降至40%左右,处理80min,酶活几乎丧失。金属离子对植酸酶活性存在不同程度的影响。在我国关于植酸酶phyB的研究较少,从同一菌株上克隆出2种植酸酶基因,在国内未见报道。phyB1基因的克隆成功,为植酸酶的深入研究提供了实验材料。植酸酶GS115-pPIC9K-phyA1基因工程菌的构建,为实现生物反应器大量、高效生产植酸酶提供了优良的菌种。同时开展Pichia pastoris-phyA表达的研究,将为今后研究和开发多功能微生态制剂,实现畜牧业综合化、环保化发展等应用研究奠定坚实的基础。
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