[发明专利]一种新的植酸酶及其编码基因以及包含该酶的细胞和饲料添加剂

说明书

技术领域

本发明属于微生物工程领域，具体涉及一种具有高稳定性和高水解功效的植酸酶及其编码基因以及包含该酶的宿主细胞和饲料添加剂。

背景技术

全世界的动物生产都是以植物性日粮为基础，而植物性日粮中都存在大量的植酸，其中植酸磷占总磷量的50-70％，甚至更高。由于在消化道中植酸酶的活性过低，因此单胃动物如鸡和猪、以及人类都不能利用植酸磷。这些未消化的植酸螯合各种离子，如Ca²⁺、Fe²⁺、Zn²⁺和Mg²⁺，降低了这些重要矿物元素的吸收利用。同时消化道中的植酸还与摄取的蛋白质、淀粉等营养物质形成复合物，阻碍相关消化酶的作用，影响这些营养物质的消化吸收。此外，在畜牧业生产集中的领域，大多数未被消化的植酸磷排泄到周围环境中会污染水源和其他生态系统，带来了严重的环境问题。

植酸酶(肌醇六磷酸酶；EC 3.1.3.8和3.1.3.26)是一类能够从植酸中水解释放无机磷的酶的总称。为了充分利用植酸磷和被植酸螯合的养分，微生物来源植酸酶首次被添加到以玉米、豆粕为基础的鸡的日粮中，用于水解植酸，解除植酸的抗营养作用，并且取得了明显的效果。然后，大量的实验表明，向单胃动物日粮中添加微生物来源的植酸酶，可提高磷的利用率，提高动物的生长速率。同时，补充植酸酶也提高矿物元素的活性，减少磷的排泄量高达50％，这将有助于对环境的保护。

动物实验已阐明了动物的胃是真菌和细菌植酸酶从植酸中释放无机磷的主要功能部位。为了提高植酸磷的利用，饲料中的植酸酶必须具有强的催化活性，然而，在胃内，pH值从摄入食物后，先是急剧上升至5.5，其后慢慢减低到2.0。胃蛋白酶的前体在酸性条件下会被分泌的盐酸激活，具有强的蛋白水解能力。因此，植酸酶必须抵制酸性条件下的变性，蛋白质的水解，并且在生理温度和酸性条件需要具有高的活性。

目前，黑曲霉植酸酶和大肠杆菌植酸酶已被广泛地应用于饲料工业，以改善磷的利用率，减少磷对环境的污染。然而在消化道中的水解能力，它们与“理想植酸酶”还有一段差距。为了接近“理想植酸酶”，商业酶的性能，如在酸性pH值下的催化功效和稳定性，以及胰蛋白酶抗性等，都需要通过蛋白质工程的方法加以改进优化，或者找一些性质更优良的植酸酶取而代之。在过去十年中，已有多种微生物的植酸酶被分离定性。此外，在植酸酶的研究中的一个重要趋势是筛选分离性质更优良的植酸酶。

由于目前使用的植酸酶存在的一些缺陷，不能真正在胃肠道中充分发挥功能，因此，人们希望能够找到这样一种新的植酸酶：其具有非常好的稳定性，在动物胃肠道中有非常高的活性，并且该植酸酶还能够通过发酵技术大量生产，这样可以使其成本大幅度的降低，从而能够进一步推广该植酸酶的使用。

发明内容

本发明的发明人为了解决上述问题提出并完成了本发明。

本发明的目的是提供一种具有高稳定性和高水解功效的植酸酶。

本发明的再一目的是提供编码上述植酸酶的基因。

本发明的再一目的是提供含有上述基因的DNA重组载体。

本发明的再一目的是提供含有上述基因的宿主细胞。

本发明的再一目的是提供含有上述酶的饲料添加剂。

根据本发明的植酸酶，其具有如SEQ ID NO.1所示的氨基酸序列，其理论分子量46.1kDa，最适pH在4-5之间，最适温度在50-60℃之间，比活在2400U/mg以上，在pH 1.5～5.5之间都具有高的活性，且在pH 1～10之间都具有良好的pH稳定性。在人工胃液中具有良好的稳定性和强的植酸水解能力。所述植酸酶可分离自耶尔森菌属微生物(Yersinia)，优选为罗氏耶尔森菌(Yersinia rohdei)。

本发明还提供了编码上述植酸酶的基因，优选地，其具有如SEQ IDNO.2所示的核苷酸序列。

因此，本发明提供的植酸酶可以是：

a)具有SEQ ID NO.1所示氨基酸序列的多肽；或

b)由SEQ ID NO.1所示的多肽序列经过1～10氨基酸的取代、缺失和/或插入衍生且具有植酸酶活性的多肽；或

c)由SEQ ID NO.2所示的核酸分子或其简并序列所编码的多肽；或

d)由在严谨条件下与SEQ ID NO.2所示核酸分子的互补链杂交的核酸编码且具有植酸酶活性的多肽；或

e)与SEQ ID NO.1所示的多肽序列具有至少70％同源性且具有植酸酶活性的多肽。