[发明专利]一种高比活木聚糖酶突变体及其应用

说明书

一种高比活木聚糖酶突变体及其应用，是以木聚糖酶GtXyn10为母本对Gly29、His32和Gln99三个氨基酸位点突变后得到的三种突变体G29L、H32K和Q99A；所述突变体G29L的氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示；所述突变体H32K的氨基酸序列如SEQ ID NO：3所示；所述突变体Q99A的氨基酸序列如SEQ ID NO：4所示。三个突变体的催化活力明显提升，比活分别为1520U/mg、1830U/mg和1720U/mg，比野生型分别提高43%、73%和62%，且热稳定性无明显降低。

技术领域

本发明涉及基因工程和遗传工程技术领域，涉及一种高比活木聚糖酶突变体及其应用。

背景技术

纤维素、半纤维素和木质素是构成植物细胞壁的主要成分，其中纤维素占比最高，约为30％–50％，其次为半纤维素(20％–35％)和木质素(5％–10％)。半纤维素是指植物细胞壁中除果胶和纤维素类之外的多糖类物质，主要包括木聚糖、甘露聚糖和部分葡聚糖。木聚糖在半纤维素中占比最高，广泛存在于玉米芯、麦麸、米糠、秸秆和甘蔗渣等植物组织中。木聚糖的结构比较复杂，主链是由吡喃木糖以β-D-1,4-木糖苷键连接，并带有多种形式的取代基，如α-L-阿拉伯呋喃糖残基、阿魏酸、香豆酸、O–乙酰基和葡萄糖醛酸残基等，因此木聚糖的降解需要多种酶的共同参与。

木聚糖酶能够降解木聚糖主链的β-1,4-糖苷键，是木聚糖降解过程中最关键的一类酶。木聚糖酶在自然界中分布极广，其中微生物来源的木聚糖酶是目前工业应用中最常用的材料。木聚糖酶主要分布在糖苷水解酶(GH)第5、7、8、10、11、30和43家族，其中GH10和GH11家族木聚糖酶报道最多，研究也相对透彻。GH10家族木聚糖酶热稳定性较好，但催化效率较低，限制了其工业应用。木聚糖的应用十分广泛，主要包括动物造纸、饲料、食品、啤酒酿造以及绿色能源等领域，因此获得热催化活力高的木聚糖酶对工业生产至关重要。

目前，蛋白质工程在酶分子改良方面应用广泛，即通过对基因或者蛋白本身进行修改或修饰以改变蛋白结构从而实现酶功能的改造。蛋白质工程主要用于酶的热稳定性、催化效率、底物特异性和极端环境耐受性等酶学性质的设计和改造。主要涉及的方法有定向进化、理性设计和半理性设计。其中理性设计是一种快速且有效的改造手段，其常用的方法主要有模块替换和定点突变。如通过该方法，显著提高了Thermoascus aurantiacus来源的木聚糖酶XynA的热稳定性。王晓宇等通过理性设计优化Talaromyces leycettanus木聚糖酶TlXyn10A的催化通道，使得比活提高了40％，且pH稳定性也有明显改善。

发明内容

解决的第一个技术问题：本发明一种高比活木聚糖酶突变体及其应用，以Gloeophyllum trabeum来源的第10家族木聚糖酶GtXyn10为基础对氨基酸位点Gly29、His32和Gln99进行定点突变，具体将第29位的Gly突变为Leu，将32位的His突变为Lys，将99位的Gln突变为Ala。

技术方案：一种高比活木聚糖酶突变体，是以木聚糖酶GtXyn10为母本对Gly29、His32和Gln99三个氨基酸位点突变后得到的三种突变体G29L、H32K和Q99A；所述突变体G29L的氨基酸序列如SEQ ID NO：2所示；所述突变体H32K的氨基酸序列如SEQ ID NO：3所示；所述突变体Q99A的氨基酸序列如SEQ ID NO：4所示。

翻译上述突变体的基因。

所述突变体G29L的核酸序列如SEQ ID NO：6所示；所述突变体H32K的核酸序列如SEQ ID NO：7所示；所述突变体Q99A的核酸序列如SEQ ID NO：8所示。

携带上述基因的重组表达载体。

含有上述重组表达载体的表达菌株。

上述菌株在生产动物饲料添加剂中的应用。

上述菌株在生物质降解产糖中的应用。