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纤维素是地球上分布最广、含量最丰富的可再生性碳源化合物,但它的利用率较低。随着基因工程技术的发展,利用基因工程技术将纤维素酶的基因克隆到细菌、酵母、真菌和植物中以期得到高比活力的重组型纤维素酶。
桑细菌性疫病是危害桑树幼枝、叶的一种主要病害,在我国蚕区普遍发生且危害较严重。通过对病原细菌的分离和测定其细菌学性状后,明确了桑疫病病原细菌是一种丁香假单胞菌,属于荧光假单胞菌属(Pseudomonas syringae),主要引起桑树幼枝的腐烂和断裂等症。丁香假单孢菌对植物的侵染主要通过细胞壁降解酶系统,在该复合酶中含有一种或多种纤维素酶,对增强病菌的致病力,降解细胞壁起到重要作用。
本试验克隆了桑疫病菌中的纤维素酶基因,并在大肠杆菌中进行表达,以期得到生产高比活力的重组型纤维素酶的工程菌。
根据NCBI中丁香假单孢菌的纤维素酶序列设计特异引物(引入BamH I及EcoR I酶切位点),采用PCR方法扩增纤维素酶基因,将酶切后的纤维素酶基因片段连接到用相同酶切的pET28a载体上,进行测序分析。结果表明该全长肽基因读码框大小为1173 bp,编码390个氨基酸。通过在NCBI中对氨基酸的比对结果表明,克隆的纤维素酶基因核心序列同源于内切-β-1,4-D-葡聚糖酶。对氨基酸序列的在线分析表明,在N端具有信号肽。
根据该纤维素酶基因的结构特征,构建了全长和成熟肽的pET28a重组载体,分别转化到受体菌大肠杆菌BL21,在IPTG诱导下进行表达。表达产物经SDS-PAGE电泳后,用Western Blotting和肽指纹图谱方法检测,分别得到分子量为42kD和35kD左右的两条特异表达条带,与全长肽基因和成熟肽基因的表达产物的理论值相符。收集诱导表达的菌体用NaAc-HAc缓冲液洗涤后,经超声波破碎,离心收集上清液,采用DNS法检测不同反应条件下表达产物的酶活力。全长肽(P1/P2)在30-40℃范围内所测的酶活力随着温度的升高而增加,在40℃时达到最高,其后,则逐渐降低。而成熟肽(P3/P4)在30℃所测酶活力为最高。在pH值为7时,成熟肽(P3/P4)纤维素酶的酶活最高。纤维素酶降解纤维素生成的还原糖随着时间的增加而逐渐增加,反应时间在12-15 h时,全长肽的酶活性明显增加,而成熟肽的酶活性则呈下降趋势。同时,其滤纸酶活检测为2.3×10<3>U/L。结果初步表明,重组的大肠杆菌产生的纤维素酶为中性纤维素酶,具有较高的比活力,可以进一步研究成为工程菌。