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木质纤维素资源是目前储存量最大的可再生资源,目前世界范围内,陆生植物每年产生13亿t,其蕴涵的能量相当于7亿t煤或全世界能源需求总量的2/3,而光合作用的产物中,80％为木质纤维素类物质.因此,对木质纤维素有效合理的开发利用成为人们研究的重点.但是,由于木质纤维素自身结构的复杂性,降解成为有效利用过程中的第一个瓶颈.崔宗均等突破传统的微生物纯培养技术,利用自然界微生物之间巧妙的协同作用,通过"外淘汰"法筛选到一组能够高效降解木质纤维素的复合菌系MC1,能够在4天内分解水稻秸秆重量的60％,18天分解木薯渣47.3％,15天分解玉米秸秆70％.另外,Kato等人通过分离复合菌系MC1的组成菌株并研究不同组合对滤纸的降解情况,发现菌系间功能菌及非功能菌之间存在着既促进又抑制的关系.虽然复合菌系MC1能够如此高效降解天然木质纤维素材料,但是测得的胞外木质纤维素酶酶活并不高,我们仍然不清楚MC1真正能够高效降解木质纤维素的机理宏基因组学主要研究从环境样品获得的基因组中所包含的微生物的遗传组成及其群落功能,避免了传统微生物学基于纯培养研究的限制,为充分认识和开发利用未培养微生物并从完整的群落水平上认识微生物的活动提供了可能.本研究对高效降解木质纤维素复合菌系MC1构建了Fosmid宏基因组克隆文库,并通过功能宏基因组学技术对文库中的不同纤维素酶基因进行了筛选,通过研究和了解MC1中的纤维素酶来深入理解复合菌系高效降解木质纤维素的机理.利用功能宏基因组学技术,成功构建了一个约含30,000个克隆子的宏基因组克隆文库,其平均插入片段大小为33.9 kb,基因组文库的总容量为1.047x109 bp.以七叶苷及柠檬酸铁铵为底物成功筛选到一个编码β-葡萄糖苷酶的新型基因bglM1,该基因的序列经使用megablast (highly similar sequences)软件检索GenBank核苷酸数据库,结果没有发现任何的同源基因,而经用Blastx软件检索GenBank氨基酸数据库发现该基因编码的产物与来自Bacillus sp.m3-13的glycoside hydrolase family 3 domain protein同源性最高(Identities 51％).该基因ORF长度为2169 bp,可编码722个氨基酸,等电点为4.92.以pET28b为载体,BL21(DE3)为宿主细胞构建表达系统,经0.1mM的IPTG 28℃诱导10 h后纯化蛋白并通过SDS-PAGE检测得分子量约为79.5 KDa.以不同浓度的p-nitrophenyl-β-D-glucoside为底物,测得Km为3.3mM,Vmax为31mM/min.在不同温度(30-70℃)及pH (3-10)条件下,bglM1编码的β-葡萄糖苷酶对底物反应的最佳温度为50℃,最佳pH为7.0.在反应体系中加入5mM的不同金属离子,结果表明Zn2+,Mn2+及Co2+能够明显促进bglM1的酶活,Cu2+,Ni2+或Hg2+能够明显抑制bglM1的酶活.结果表明,MC1不仅能够高效降解多种天然木质纤维素,在功能上解决其难降解的困难,同时可以作为挖掘新型高效木质纤维素降解酶基因的资源.