[发明专利]一种纤维素和木聚糖双功能酶及其编码基因和应用

说明书

[技术领域]

本发明涉及基因工程领域，尤其涉及一种纤维素和木聚糖双功能酶及其编码基因和应用。

[背景技术]

纤维素、半纤维素和木质素等是植物细胞壁的主要组成成分，纤维素大约占细胞干重的40-45％。纤维素类物质是地球上分布最广、含量最丰富的碳源物质，占植物界碳含量的50％以上。纤维素酶(cellulase)是能将纤维素水解成葡萄糖的一组酶的总称，分为内切-β-1，4-葡聚糖酶(endo-β-1，4-glucanase，EC3.2.1.4)、外切葡聚糖酶(exoglucanase，又称纤维二糖水解酶cellobiohydrolase，EC3.2. 1.91)和β-葡萄糖苷酶(β-glucosidase，EC3.2.1.21)(TOMME P，WARRENRAJ，GIL KESN R.Cellulose hydrolysis bybacteria and fungi.Adv Microbiol Physiol，1995，37：1-811)。木质素约占细胞干重的15-25％，是一种复杂酚类聚合物。半纤维素概念由Schulze(1891)首先提出，指可用碱溶液从植物材料中萃取得到的多糖类物质，约占细胞干重的30-35％。半纤维素由杂聚多糖组成，其中木聚糖是最具代表性的半纤维素，木聚糖酶是可将木聚糖降解成低聚糖和木糖的一类酶的总称。β-1，4-内切木聚糖酶(EC 3.2.1.8)作用于木聚糖主链，随机切开木聚糖内部的木糖苷键，将其分解为低聚糖。

这两种酶在饲料、造纸、食品、洗涤及生物能源中应用广泛(Sipos B，BenkoZ，Dienes D，Réczey K，Viikari L，Siika-aho M(2010).Characterisation of specific activities and hydrolytic properties of cell-wall-degrading enzymes produced by Trichoderma reesei Rut C30 on different carbon sources.Appl.Biochem.Biotechnol.161(1-8)：161：347-64.；Beg QK，Kapoor M，Mahajan L，Hoondal GS.Microbial xylanases and their industrial applications：a review.Appl Microbiol Biotechnol.2001，56：326-338.)，这使得对纤维素酶及木聚糖酶的研究越来越受到人们的关注。纤维素酶是一种很好的饲料添加剂，将其加入到饲料中，可以促进饲料的降解，提高动物的消化利用率，进而提高畜牧业生产效益。木聚糖的抗营养性限制了许多谷物类饲料在畜牧业中的应用，作为饲料添加剂，木聚糖酶能够帮助动物降低肠道中的食糜粘度，消除木聚糖造成的抗营养作用，增加饲料的吸收利用率。

反刍动物能高效利用纤维性食物，与其瘤胃中的微生物能分泌产生高效降解纤维素的纤维素酶是分不开的。山羊瘤胃是纤维素被剧烈降解的环境，研究表明，山羊瘤胃中的微生物数量大、种类多，形成一个十分复杂的微生物生态系统，其中以85％上是未培养微生物(Krause DO，Denman SE，Mackie RI，Morrison M，Rae AL，Attwood GT，McSweeney CS.Opportunities to improve fiber degradation in the rumen：microbiology，ecology，ecology and genomics.FEMS Microbiology Review，2003，27(5)：663-693)。在这些未培养微生物中，含有着丰富的基因资源，这对于新型酶基因的发现提供有力的保障。