[发明专利]编码糖基水解酶家族3的β-葡萄糖苷酶基因及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一个编码糖基水解酶家族3的β-葡萄糖苷酶的基因，该基因编码的蛋白质可用于降解纤维二糖。

背景技术

β-葡萄糖苷酶（beta-glucosidase，EC3.2.1.21）属于水解酶，广泛存在于自然界许多植物体中，还存在于一些酵母、曲霉菌、木霉菌和细菌等微生物中。它能够水解结合于末端、非还原性的β-D-葡萄糖苷键，同时释放出β-D-葡萄糖和相应配基（潘利华，罗建平.2006，β-葡萄糖苷酶的研究及应用进展.食品科学.27(12):803-807.）。其作用底物如纤维二糖(cellobiose)、纤维三糖(cellotriose)、纤维四糖(cellotetrose)、水杨苷(salicin)和对硝基苯-β-D-葡萄糖苷(pNPG)等。β-葡萄糖苷酶可作为风味酶，对改良果汁风味，果酒增香和茶叶增香均有显著作用（李远华.2002，β-葡萄糖苷酶的研究进展.安徽农业大学学报.29(4):421-425.）。除了食品风味物质的释放作用，β-葡萄糖苷酶在纤维素降解中具有重要作用（Sestelo A.B.F.,Poza M.,Villa T.C.2004,β-Glucosidase activity in a Lactobacillusplantarum wine strain.World Journal of Microbiology&Biotechnology，20:633～637.）。

纤维素作为植物光合作用的主要多糖类产物，是地球上含量最丰富的碳水化合物,也是数量最大的一种可再生资源。据报道，全球每年通过光合作用产生的纤维素高达1.55×10⁹t，其中85%尚未被人类利用（DUNLAP C,CHIANG G C.Utilization and recycle of agriculture wastes and residues.Shuler M L.Boca Raton,Florida.USA:CRC Press Inc,1980.19）。当今，能源短缺是人类面临的重大问题之一。而对于纤维素的利用是解决能源危机、粮食短缺、环境污染的重要途径。β-葡萄糖苷酶水解纤维二糖生成两分子葡萄糖，是纤维素酶复合酶系发挥协同作的关键酶，对纤维素酶系的整体水解活性有很强的促进作用，可以通过提高纤维素酶系中β-葡萄糖苷酶的活性来改善整个纤维素酶系的功用（Bhat K.M.,BhatS.1997,Cellulose degrading enzymes and their potential industrial applications.Biotechnol.Adv.，15:583~620.），因此对β-葡萄糖苷酶的深入研究受到人们越来越多的关注。

目前已有上百个微生物、植物及动物来源的β-葡萄糖苷酶基因得到克隆并被测序，其中许多微生物来源的β-葡萄糖苷酶基因已获得异源表达（韩笑，陈介南，王义强，等，2008，β-葡萄糖苷酶基因的克隆与表达研究进展。生物技术通报，3:8~13.）。相比之下，植物来源的β-葡萄糖苷酶活性远比微生物来源的β-葡萄糖苷酶要低，因此，目前研究主要集中在微生物来源上（李远华.2002，β-葡萄糖苷酶的研究进展.安徽农业大学学报.29(4):421-425.）。而微生物中研究得较多的是酵母和丝状真菌如木霉属(Trichoderma)、曲霉属(Aspergillus)等霉菌以及细菌中的芽孢杆菌属等（孟宪文,宋小红，陈历俊,等，2009，β-葡萄糖苷酶的研究进展.乳品加工，10:42-44.）。但木霉菌发酵产物中存在多种真菌毒素以及得到的纤维素酶活力较低，尤其是β-葡萄糖苷酶活力很低，致使纤维二糖在反应体系中积累而影响酶解效率，因而其应用范围受到限制。在产β-葡萄糖苷酶的微生物中有很多种都不止编码一种β-葡萄糖苷酶,该酶分子量变化较大，微生物中从18kD~480kD均有报道，酶学性质也可相差很远（韩笑，陈介南，王义强，2008，β-葡萄糖苷酶基因的克隆与表达研究进展。生物技术通报，3:8~13.）。