[发明专利]一种真菌来源的木聚糖酶、其编码基因及其高效异源表达

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域；更具体地，本发明涉及一种真菌来源的木聚糖酶、其编码基因及其高效异源表达。

背景技术

木聚糖简介。木聚糖，由木糖分子(D-Xylose)以β-1,4-木糖苷键连结成主链；阿拉伯呋喃糖苷基、葡糖醛酸基或乙酰基等连结成支链。木聚糖是植物细胞壁中半纤维素的主要成份，半纤维素是植物多糖中仅次于纤维素的重要成份，是自然界中除纤维素为含量最为丰富的可再生植物多糖。

木聚糖的来源。富含木聚糖的原料来源广泛，包括硬木、软木、秸秆、稻草、麸皮等农、林、工业废弃物及城市固体垃圾等。且不同植物所含木聚糖的多少也有所差别，硬材中所含木聚糖比软材中多，硬材中能占到干重的15～30％，软材中一般占干重的7～12％。而在一些一年生植物如小麦、甘煎、棉子壳中，木聚糖含量则高达30％以上。

木聚糖酶简介。木聚糖酶(xylanase)是指可将木聚糖降解成低聚糖和木糖的一组酶的总称。木聚糖酶可以应用在酿造、饲料、生物能源等工业中。木聚糖酶可以分解酿造或饲料工业中的原料细胞壁以及β-葡聚糖，降低酿造中物料的粘度，促进有效物质的释放，以及降低饲料用粮中的非淀粉多糖，促进营养物质的吸收利用，并因而更易取可溶性脂类成分。由于组成木聚糖单糖单元的差异、键的类型不同、以及木聚糖中存在许多不同取代基的支链，木聚糖的彻底降解需要多种酶参与，包括：内切-1，4-β-木聚糖酶(endo-β-1,4-xylanase，EC3.2.1.8)，β-木糖苷酶(β-xylosidase，EC3.2.1.37)，α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶(α-L-arabinofuranosidase，E.C.3.2.1.39)、β-D-葡萄糖醛酸苷酶(β-D-glucuronidase，EC3.2.1.39)、乙酰木聚糖酯酶(acetylxylanesterases，E.C.3.1.1.72)以及降解阿拉伯糖侧链残基与酚酸(如阿魏酸或香豆酸)形成的酯键酚酸酯酶(ferulicorp-coumaricacidesterase，E.C.3.2.1.73)等。其中，内切-1，4-β-木聚糖酶是降解木聚糖最主要的酶。该酶以内切方式作用于木聚糖主链内部的β-1，4-木糖苷键，将大分子多聚木糖水解为低聚木糖和少量木糖，从而起始多聚糖的逐步降解(BernierR，DriguezH，DesrochersMGene26:59–65，1983)

木聚糖酶在传统产业中的应用。木聚糖酶被广泛应用于包括食品、饲料、造纸、纺织等各种工业部门中，并在其中扮演重要的角色。第一，在食品工业中，木聚糖酶被用于水果、蔬菜和植物加工，以促进浸渍过程，使汁液澄清，提高产量和过滤效率；被用于葡萄酒制造和酿造以促进葡萄皮浸渍和降低成品的混浊度；被用于培烤、磨粉、糕点、糖果的加工中以提高面团的弹性和强度，改善面包质地；被用于咖啡加工中，以降低咖啡提取物的粘度并改善了干燥/冻干过程。第二，在造纸工业中，木聚糖酶被用于促进制浆处理和代替机械制浆，在纸浆蒸煮过程中，木聚糖部分溶解、变性并重新沉积在纤维表面上，木聚糖酶可以清除部分再沉积下来的木聚糖，增大纸浆基质孔隙，使被困的可溶性木质素释放出来，同时也使得化学漂白剂能更有效地渗透进入到纸浆中，它可提高纸浆的漂白率，并因此减少化学漂白剂的用量。第三，在纺织工业中，木聚糖酶被用于纺织品(亚麻，黄麻，兰麻，大麻等)的酶解中，以减少或替代化学混麻方法。第四，在农牧业中，木聚糖酶被广泛应用于单胃动物(如猪和家禽)以及反刍动物的饲料中。辅助动物有效降解木聚糖，降低饲料中非淀粉多糖的含量，以提高饲料的可消化性和营养价值同时减少环境污染。

木聚糖酶在生物能源领域的作用。尤为重要的是，在全球化石资源日益枯竭，开发新型生物能源迫在眉睫的背景下，木聚糖酶可与其他纤维素酶、半纤维素酶共同应用于将木质纤维素转化为燃料乙醇的工业生产中。一方面，木聚糖酶通过降解木质纤维素中与木质素及纤维素骨架链紧密交联的半纤维素链，大大提高纤维素酶接触并作用于纤维素链的频率和效率，从而间接提高纤维素的降解效率；另一方面，随着近年来五碳糖发酵途径及菌株的研究、开发，利用细菌、酵母及丝状真菌发酵木聚糖水解产物木糖生产燃料乙醇的工艺日趋成熟。两方面共同作用使木质纤维素的转化效率大大提高，从而有效降低燃料乙醇的生产成本。