[发明专利]一种菊芋果聚糖外切水解酶基因及其应用

说明书

技术领域

本发明属于基因工程领域，涉及一种菊芋果聚糖外切水解酶基因及其应用。

背景技术

植物果聚糖主要是由多个果糖基通过糖苷键连接而成的碳水化合物。虽然15%的被子植物中均能发现果聚糖，但植物体中果聚糖的含量一般较低，只有在菊芋（Helianthus tuberosus）的块茎；菊苣（Cichorium intybus）、牛蒡（Arctium lappal）和鸡脚草（Dactylis glomeratus）的根；百合（Lilium brownii）和洋葱（Allium cepa）的球茎；黑麦草（Lolium perenne）、大麦（Hordeum vulgare）和小麦（Triticum aestivum）茎叶等少数几种植物的组织中含量相对较高(Ritsema and Smeekens 2003a;Van Laere and Van Den Ende 2002)。

蔗糖是果聚糖合成的前体(Van Laere and Van Den Ende 2002)。植物体内主要存在两种酶类合成果聚糖：（1）蔗糖：蔗糖1-果糖基转移酶（Sucrose:Sucrose1-Fructosyltransferase，简写为1-SST）(Van den Ende et al.2006;Van Der Meer et al.1998;殷桂香et al.2009)和果聚糖：果聚糖1-果糖基转移酶（Fructan:Fructan1-Fructosyltransferase，简写为1-FFT）(Kawakami and Yoshida 2005;王志敏2000)。两个蔗糖分子通过1-SST作用产生一个三糖（1-kestose）和一个单糖。随后1-FFT聚合三糖或者寡聚糖产生更长聚合度的多糖，在一些植物中聚合度能够达到70之多。其它一些酶，例如果聚糖：果聚糖6G-果糖基转移酶（Fructan:Fructan 6G-Fructosyltransferase，简写为6G-FFT）(Lasseur et al.2006)和蔗糖：果聚糖6-果糖基转移酶（Sucrose:Fructan6-fructosyltransferase，简写为6-SFT）也可参与果聚糖的合成(Gao et al.2010a;Tamuraet al.2009)。

果聚糖合成途径中的1-FFT同时也在果聚糖的降解中发挥功能，因为该酶可以把高聚合度的果聚糖中的果糖基转移到低聚合度的果聚糖上。除了1-FFT，植物中负责果聚糖降解的酶主要有果聚糖1-外切水解酶（Fructan 1-exohydrolases，简写为1-FEH）和果聚糖6-外切水解酶（Fructan 6-exohydrolases，简写为6-FEH）。另外果聚糖6&1-外切水解酶（Fructan6&1-exohydrolases，简写为6&1-FEH）和6-蔗果三糖外切酶（6-kestose exohydrolases，简写为6-KEH）也能水解果聚糖(Kawakami et al.2005;Van den Ende et al.2005)。1-FEH酶能够水解果聚糖的β（2-1）糖苷键，6-FEH负责水解β（2-6）糖苷键，而6&1-FEH能水解上述两种糖苷键，6-KEH仅仅水解最简单的蔗果三糖（6-kestose），但并不是所有这些酶都能在同一个植物中被发现。

目前FEH已经在菊苣、谷类（小麦，大麦等）、甜菜、牛蒡和大蒜等被发现(De Roover et al.1999;Kawakami et al.2005;Ueno et al.2011;Van den Ende et al.2000;Van den Ende et al.2003;Van den Ende et al.2003a;Van Laere and Van Den Ende 2002)，并且所有这些FEH都是外切水解酶，通过水解末端的果糖基生成一个果糖来实现果聚糖的降解。果聚糖的完全降解还需要转化酶（Invertase，简写为INV）的参与，因为FEH酶水解的最终产物部分是蔗糖，而FEH酶活力受蔗糖抑制(Lothier et al.2010;Verhaest et al.2007)，蔗糖需通过转化酶的作用水解生成果糖和葡萄糖(Sturm 1999)。