降解植物半纤维素的β-甘露聚糖酶基因克隆、突变及功能分析

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β-甘露聚糖酶(β-mannanase,EC.3.2.l.78)能够攻击甘露聚糖骨架的内部β-1,4糖苷键,释放甘露寡糖。β-甘露聚糖酶应用于多种工业领域。其中微生物生产的β-甘露聚糖酶最为丰富,且性质大多能够满足生产需求。本研究从河北科技大学校园土壤成功分离筛选一株产β-甘露聚糖酶的菌株,主要研究结果如下:1.以魔芋胶为唯一碳源,通过透明圈法,分离一株产β-甘露聚糖酶的菌株,以16Sr DNA构建进化树,鉴定其为地衣芽孢杆菌(B.licheniformis)KD-1。该菌所产β-甘露聚糖酶的最适p H 6.0,最适温度60℃,酶的稳定性良好。2.通过PCR扩增出B.licheniformisβ-甘露聚糖酶基因(manBL),该基因1083bp,编码361个氨基酸,蛋白质分子量为41k Da。对manBL基因通过PCR进行了定向改造,实现了manBL及其7种突变基因在枯草芽胞杆菌DB104中的表达。3.8种重组酶的最适温度均为60℃,最适p H均为6.0,manBL(WT)发酵液1326.9±54.8U/m L,3750U/mg;除manBL(L211I/K291E)酶活性低于野生型,其余突变株酶活性均高于野生型,其中manBL(T112R/K291E)酶活性达4108±149U/m L;比酶活最高的为Ym102菌株,11188U/mg;但在高温及不同p H各重组酶的性质有差异,突变株manBL(L211I/T112R)和manBL(L211I/K291E)较野生型更耐70℃以上高温;manBL(L211I/K291E)在p H4.0-10.0范围内稳定性高于其它酶;金属离子对各酶的影响稍有差异。4.为便于纯化,将manBL(WT)和manBL(T112R/K291E)C端添加6个组氨酸标签,纯化后测得野生型比酶活1319.78U/mg,Km为3.48mg/m L,T112R/K291E突变菌株比酶活为793.03U/mg,Km为3.63mg/m L。
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