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木质纤维素是一个可再生的资源,在资源日益短缺的今天,用木质纤维素来替代化石资源来生产燃料、化学品和其他材料有重要意义。木质纤维素生物质是在自然界分布最广泛、含碳量最多的一种多糖,占植物界碳含量的50%以上,是碳源唯一的可再生形,也是地球上十分重要可再生能源。通过发酵糖来高效糖化水解生物质在未来的生物制剂上将会成为一个关键的技术。利用纤维素的有效手段是通过酶法降解纤维。然而,酶法糖化水解纤维素生物质需要高昂的成本,这成为酶法降解纤维素来生产二代生物燃料的一个主要障碍。 嗜热疏绵菌(Thermomyces lanuginosus)是一种生长上限温度高的嗜热真菌,能够在45℃~50℃的温度下良好的生长繁殖。嗜热疏绵菌是一个完成了基因组测序的丝状真菌,近年来作为新型纤维素酶类发现的材料被研究报道,其中包括外切纤维素酶(EC3.2.1.91;EC3.2.1.74)、内切纤维素酶(EC3.1.1.4)、及β-葡聚糖酶(EC3.2.1.21)。 本研究以微晶纤维素来作为唯一碳源的培养基上培养嗜热疏绵菌并提取RNA,利用高通量测序技术测的转录组数据,并提交GEO DateSets进行注册,NCBI登陆号是:GSE69763。经过筛选后发现了四个PMO基因PMO000810、PMO003424、PMO002033、PMO000154,并对其利用RT-PCR技术克隆得到这四个基因的全长序列,四个基因开放阅读框分别编码四个不同PMO蛋白,其氨基酸序列长度分别为272、274、369和327个氨基酸,并且均包含一条预测的信号肽序列,推测为细胞外分泌蛋白。Blast结果显示四个PMOs都属于AA9家族蛋白。成熟蛋白的预测分子量分别为28.9kDa、29.2kDa、40.8kDa和34.9 kDa,通过NetNGlyc1.0 Server和NetOGlyc4.0Server分析氨基酸序列,结果显示四个PMO蛋白均有糖基化位点。 利用基因重组的方法,将四个基因分别与酵母分泌型表达载体pPICZαA相连接,构建真核表达质粒pPICZαA/PMO,并分别通过电击转化法将质粒转化到巴斯德毕赤酵母GS115中。转化完毕后,于博来霉素平板上筛选Zeocin+表型的酵母转化子。筛选出的阳性转化子经过PCR检测及高浓度博来霉素筛选出多拷贝整合子后,分别进行甲醇诱导培养。通过检测各转化子目的蛋白表达量情况,分别筛选到表达量最高的菌株作为工程菌株进行保存。菌株在甲醇的诱导下,重组蛋白得到了高效表达,在第7d表达量达到最高。对表达的重组蛋白利用HisTrapTM FF镍柱进行分离纯化,SDS-PAGE电泳检测纯化后的蛋白分子量分别为40kDa、45kDa、50kDa、39kDa。对四个PMO蛋白进行性质研究,酶谱检测发现其均可以氧化裂解纤维素底物,利用薄层层析TLC和基质辅助激光解析电离飞行时间质谱,分别研究PMOs对磷酸膨胀纤维素的氧化裂解产物,发现其产物大多为寡糖,四种多糖单加氧酶均没有水解微晶纤维素的活力,但是有较高的氧化裂解能力,在传统纤维素酶中分别加入这四种酶,在金属离子和抗坏血酸的作用下,酶活力均有不同程度的提高。 在没有底物存在的情况下,PMO在铜离子和还原剂抗坏血酸做电子供体时,能够产生过氧化氢,我们可以也用这种方法来检测他的酶活。在大多数真菌报道的多糖单加氧酶的特征是形成醛糖酸,即产物氧化位置在糖的C1位置。在其他位置的C4氧化也已经被发现,但是这些自然氧化位置(C4/C6)存在着一些争议。通过飞行质谱分析,嗜热疏绵菌AA9家族的多糖单加氧酶即具有C1氧化,也具有C4氧化。新型木质纤维素氧化酶的发现,不仅增加了人们对氧化酶家族的认识,同时对生物质转化生物燃料提供了有利的资源,为进一步的工业生产奠定基础。