纤维素酶基因枯草芽孢杆菌工程菌的构建及其酶学性质的初步研究

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纤维素酶是一类能够将纤维素降解为葡萄糖的多组分酶系的总称,通过协同作用,将纤维素降解为寡糖和纤维二糖,最终水解为葡萄糖。纤维素酶在畜禽饲料和环境处理上发挥着重要的作用。在饲料中加入适量的纤维素酶可将纤维素最终分解为单糖葡萄糖,有利于被畜禽吸收和转化。纤维素酶还可将农作物秸秆和粪污中的纤维素分解成葡萄糖,在缓解环境压力的同时又可以产生大量的有机肥料。   本研究拟选取黑曲霉素(An)葡糖苷酶基因BglI、扣囊复膜孢酵母(Sf)葡糖苷酶基因BglI、绿色木霉(Tv)内切葡聚糖酶基因EgVII和带有信号肽的绿色木霉(Tv)内切葡聚糖酶基因EgVII-S作为目的基因转入枯草芽孢杆菌,以期获得具有高效纤维素酶基因的枯草芽孢杆菌工程菌。   主要研究如下:   1.以An-BglI-20T、Sf-BglI-18T、Tv-EgVII-18T、Tv-EgVII-S-18T和大肠-枯草芽孢杆菌穿梭质粒pMA5载体为基础,构建了重组质粒Sf-BglI-pMA5、An-BglI-pMA5、Tv-EgVII-pMA5、Tv-EgVII-S-pMA5。   2.将An-BglI-pMA5、Tv-EgVII-pMA5、Tv-EgVII-S-pMA5三个质粒通过电转化转入枯草芽孢杆菌(Bs)168,得到的三株工程菌分别为:Bs168-An-BglI-pMA5、Bs168-Tv-EgVII-pMA5、Bs168-Tv-EgVII-S-pMA5。   3.通过刚果红染色和SDS-PAGE分析,结果显示:Bs168-An-BglI-pMA5和Bs168-Tv-EgVII-pMA5在枯草芽孢杆菌中均得到了很好的表达;蛋白大小分别为90.3kDa和26.8kDa,结合网站预测与相关文献报道是正确;但Bs168-Tv-EgVII-S-pMA5,没有得到表达或者表达量很低。   4.采用whatman No.1滤纸对纤维素酶工程菌进行滤纸酶活力(FPA)的测定,结果显示Bs168-Tv-EgVII-pMA5的胞外上清液中的酶活力为0.273U/mL,Bs168-An-BglI-pMA5的胞外上清液中酶的活力为0.049U/mL。对Bs168-Tv-EgVII-pMA5进行CMC-Na的酶活测定得出的酶活力是0.131U/mL。而Bs168在滤纸试验中,酶活测定是0.002U/mL,用CMC-Na和pNPG几乎检测不到任何酶活力。   5.工程菌培养条件优化结果表明,Bs168-Tv-EgVII-pMA5分泌纤维素酶作用的适宜pH范围为5-7,最适pH为5.6,适宜温度范围为35-70℃,最适温度为60℃,在适宜的温度和适宜pH范围内,此内切酶酶活保持最高酶活的65%以上。Bs168-An-BglI-pMA5分泌纤维素酶作用的适宜pH范围为5-7,最适为pH为5,适宜温度范围为50-80℃,最适温度为70℃,在适宜的温度和适宜pH范围内,此葡萄糖苷酶酶活可以保持在最高酶活的70%以上。   因此,对构建的葡聚糖酶基因工程菌Bs168-An-BglI-pMA5和Bs168-Tv-EgVII-pMA5的酶学特性研究表明,二者均能够表达出具有较高酶活的纤维素酶活力,为构建多功能的枯草芽孢杆菌工程菌提供了一定的理论依据。
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