[发明专利]一种高温α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶基因和一种高温乙酰木聚糖酯酶基因及其蛋白表达与应用

说明书

技术领域

本发明属于基因工程和生物质利用领域，具体涉及一种高温α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶基因和一种高温乙酰木聚糖酯酶基因及其蛋白表达与应用。

背景技术：

半纤维素作为植物细胞壁的主要成分之一，是地球上最丰富的可再生资源之一。随着能源问题的日益突出，半纤维素资源利用价值逐渐受到人们的重视，对其生物降解机理研究愈来愈显得意义重大。在半纤维素类中最丰富的一种为木聚糖，由吡喃木糖以β-1,4-苷键连接而成链，并且通常都不同程度的连接乙酰基、阿拉伯糖基、葡萄糖醛酸以及阿魏酸酯基等基团(Scheller,H.V.,P.Ulvskov.2010)。这种结构的复杂性导致木聚糖的完全降解需要多种水解酶的参与而共同完成，它包括主链水解酶—内切木聚糖酶(EC3.2.1.8，endo-β-1,4-xylanase)、β-木糖苷酶(EC3.2.1.37，β-xylosidase)和侧链水解酶阿拉伯呋喃糖苷酶(EC3.2.1.55，α-L-arabinofuranosidase，AFase)、葡萄糖醛酸酶(EC3.2.1.131，α-glucuronidase)和乙酰木聚糖酯酶(EC3.1.1.72，acetylxylanesterase，Axe)等。木聚糖链上的侧链基团是影响其被水解的因素之一，这些分子量较小的成分对半纤维素的生物降解性具有重要的影响(Dodd,D.,I.K.Cann.2009)。侧链基团的存在限制了主链降解酶—木聚糖酶和主链的接触，增加了空间位阻。因此，主链水解酶木聚糖内切酶与木糖苷酶无法将木聚糖完全降解。在这些侧链水解酶中，α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶可从阿拉伯呋喃糖苷木聚糖的非还原端水解α-L-阿拉伯糖；乙酰木聚糖酯酶可除去木糖残基上C-2和C-3的O-乙酰取代基。二者均为木聚糖类半纤维素彻底降解的关键侧链水解酶(Juturu,V.,J.C.Wu.2012)。

阿拉伯呋喃糖苷酶可以催化水解以α-1,3、α-1,2或α-1,5键连在木糖主链上的阿拉伯糖或低聚阿拉伯聚糖侧支。在降解半纤维素的过程中，α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶能够协同其他半纤维素酶，提髙半纤维素的降解效率。根据氨基酸序列的相似性以及蛋白催化活性中心的结构特征，α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶被归类于糖苷水解酶家族(GlycosideHydrolaseFamilies，GHs)的第3、43、51、54、62和127家族(Dodd,D.,I.K.Cann.2009)。而GH51家族的α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶主要采用保留机制的酸碱催化反应来催化糖苷键的水解。酯酶因为作用底物的不同，分为乙酰酯酶和阿魏酸酯酶。乙酰木聚糖酯酶作为木质纤维素降解中的一种可及性酶，在天然微生物中的作用是移除木聚糖链D-木糖残基的C-2或C-3上的O-乙酰基。根据氨基酸序列的相似性，酯酶被分为16个碳水化合物酯酶家族(CarbohydrateEsteraseFamily,CE)。其中乙酰木聚糖酯酶通常位于第1，2，3，4，5，6，7和12碳水化合物酯酶家族。

作为半纤维素降解酶系的重要组成成分，α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶以及乙酰木聚糖酯酶与内切木聚糖酶一起协同作用可参与农产品废弃物工废弃物如稻草、小麦麸皮、甘蔗蔗渣的再利用，产生可用于发酵生成燃料乙醇的单糖及其他副产品，因此它们在农业、工业产业中具有很好的应用前景(Collins,T.,C.Gerday,etal.2005)。