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木聚糖是构成植物细胞壁的半纤维素的最主要的成分之一，它的彻底降解需要多种酶的参与。而内切-β-1，4-木聚糖酶是其中起主要作用的酶，它可以裂解木聚糖的β-1，4糖苷键进而生成低聚寡糖和木糖。木聚糖酶在工业领域中的应用非常广泛。本研究从嗜热脂肪地芽孢杆菌中，克隆了一个木聚糖酶基因，并将其成功的表达在大肠杆菌中，且对它的酶学性质进行了分析。同时本研究还利用随机突变技术对木聚糖酶分子进行了改良。所取得的具体的研究结果如下:
1.利用PCR技术从嗜热脂肪地芽孢杆菌1A05583克隆出了内切-β-1，4-木聚糖酶基因xynA。xynA是由996 bp组成，其中GC的含量为49.5％，编码331个氨基酸，分子量为38.63 kDa。通过BLAST比对发现XynA属于第10家族的糖苷水解酶。而后将xynA基因克隆到pGEX-6p-1载体上，并转入大肠杆菌DE3中进行诱导表达和纯化。对XynA的酶学性质进行分析，发现XynA的最适pH是6.5。在pH4.5-8.0缓冲液处理过夜后，仍有60％以上的活性，说明XynA是偏中性的木聚糖酶。其次，XynA的最适温度是65℃，具有较好的热稳定性，当它在60℃保温处理1h后，XynA仍具有80％的活性。Cu2+，Mg2+，Ba2+，Zn2+和Mn2+对酶的活性具有促进作用，而Hg2+、Pb2+、SDS和β-巯基乙醇对酶的活性具有强烈的抑制作用。XynA对山毛榉木聚糖的的Km是1.655 mg/mL，Vmax是765.0μmol/mg·min， kcat是492.5 s-1,kcat/Km是297.6 mL·mg-1s-1。
2.利用易错PCR技术和96深孔板高通量筛选体系，以获得催化效率提高的酶。从9000株突变株中筛选到了两个突变株1-B8和2-H6。1-B8和2-H6的最适pH分别是7.0和7.5，在pH5.0-10.5的范围内，它们均具有60％以上的酶活，碱耐受性跟野生型相比范围变广了。1-B8和2-H6的最适温度分别是60℃和65℃。跟野生型相比，这两者的热稳定性均发生下降。当将1-B8在50℃保温处理1h后，它保持有80％的活性，但在60℃保温处理1h后，它基本失去活性。当将2-H6在60℃保温处理1h后，2-H6仅具有60％的活性。1-B8对山毛榉木聚糖的Km是2.0 mg/mL，Vmax是1158.0μmol/mg·min，kcat是745.5 s-1，kcat/Km是372.8mL·mg-1s-1，跟野生型相比催化效率（kcat/Km）提高了25％，2-H6对山毛榉木聚糖的Km是1.302 mg/mL，Vmax是1137.6μmol/mg-min，kcat是732.3 s-1，kcat/Km是562.4 mL·mg-1s-1，跟野生型相比kcat/Km提高了89％。
3.对1-B8和2-H6进行测序分析，发现他们含有一个相同的突变位点179位的组氨酸。而后利用定点饱和突变技术将剩余的19种氨基酸引入到这个位点，发现当组氨酸被替换为苯丙氨酸时，它对山毛榉木聚糖的Km是1.084 mg/mL，Vmax是1734.5μmol/mg·min，kcat是1116.6 s-1，kcat/Km是1030.1 mL·mg-1s-1，跟野生型相比kcat/Km提高了2.46倍。当组氨酸被色氨酸、精氨酸、甲硫氨酸和脯氨酸取代时，酶丧失了活性。而当组氨酸被其他的氨基酸取代时，酶的催化效率变化较微。这说明XynA的179位点在调节催化中心与底物的亲和活力和产物的释放方面起着非常重要的作用，为将来研究蛋白质结构与功能之间的关系提供了一定的基础。