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半纤维素是仅次于纤维素含量第二丰富的可利用自然资源,其主要成分是木聚糖(Xylan)。木聚糖的来源不同,分枝程度不同,其主链和支链带有多种不同类型的取代基团。由于木聚糖结构的复杂性,它的完全降解需要多种水解酶的参与共同作用完成。β-1,4-内切木聚糖酶(EC.3.2.1.8)能够以内切方式作用于木聚糖主链产生不同长度的木寡糖和少量的木糖,因此它是木聚糖降解酶中最关键的酶。
木聚糖酶是一种诱导型酶,为了提高RT-PCR的扩增效率,本试验首先通过初步筛选,确定米曲霉(Aspergillus oryzae Cohn,AS3.4382)为最适宜产酶菌株,并对其产酶条件及酶学性质进行了研究。通过分析比较酶的产生和细胞生长的关系,确定了该菌株的产酶模式。在确定了最佳产酶诱导物和产酶模式的基础上,本文首次利用RT-PCR技术从米曲霉(Aspergillusoryzae Cohn,AS3.4382)中扩增得到编码木聚糖酶基因的cDNA片段。同时,应用分子生物学软件和国际互联网对基因序列及其推测氨基酸序列进行了分析。为分子生物学方面的融合表达和定点突变奠定了基础,为木聚糖酶的蛋白质工程提供了理论依据。本试验分两部分进行,试验结果如下:
1.为了确定.Aspergillus oryzae Cohn,AS3.4382木聚糖酶的最佳产酶诱导物,本试验对培养基中的碳源及碳源浓度进行了研究,结果表明:用浓度为2%的麸皮木聚糖液作为碳源,能够使菌株很好地生长,并表现良好的产酶能力。
在此基础上,对其产酶条件进行了优化,优化后的工艺条件为:麸皮木聚糖液2%、酵母膏1%、吐温-800.5%、磷酸二氢钾2.6%、氯化钙0.5%、硫酸镁1%、硫酸亚铁0.016%、硫酸锌0.006%,pH值5.0,接种量5%,在28℃,摇瓶转速150 rpm的条件下培养3天,木聚糖酶活力达2170.25U/mL。
通过分析比较Aspergillus oryzae Cohn,AS3.4382的生长曲线和产酶曲线,确定该菌株的产酶模式为同步合成型。属于该类型的酶其所对应的mRNA是很不稳定的,所以本试验选择酶活提高最快时的菌体作为试验材料提取总RNA。
2.根据已发表的米曲霉木聚糖酶XynG1基因序列设计一对特异性引物,以米曲霉(Aspergillus oryzae Cohn,AS3.4382)总:RNA为模板利用RT-PCR技术扩增出木聚糖酶XynG3基因的cDNA片段,将该片段连接到pMD18-T载体中,经过菌液PCR鉴定得到10个阳性克隆,将阳性克隆进行序列测定。经在线比对分析该基因与己报道的G/11族木聚糖酶基因在核苷酸和氨基酸水平上都有较高的相似性。借助软件分析表明:该cDNA片段全长1054bp,含有一个完整的开放阅读框,起始密码子为ATG,终止密码子为TAA,连续编码221个氨基酸;计算的理论分子量为:23745.8Da,等电点为:4.72;疏水性分析、信号肽分析及跨膜结构分析结果表明:该木聚糖酶为含有信号肽的分泌型酶。对该序列进行同源建模和系统发育树分析,表明该酶属于水解酶类的G/11家族。将该序列提交NCBIGenBank,获得的登陆号为EU586113。