壳青霉纤维素酶基因的克隆与表达

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地球上存储的可再生性生物质资源含量最丰富的就是纤维素。由于其来源广泛、成本低廉,对于人类的可持续发展具有非常重要的意义。通过纤维素酶的降解作用实现从纤维素到生物能源的转化,是一种具有广阔前景的转化方式。而随着迅速发展的生物技术,通过基因工程的手段获得高活性的纤维素酶重组菌株是主要的发展趋势之一在自然界中,能够降解纤维素类物质的菌种中,真菌是主要的降解者。尽管能够降解纤维素的微生物在自然界中是广泛存在的,但目前只有少数有代表性的产纤维素酶的微生物及其纤维素酶的基本特征被深入的研究。青霉是主要的产纤维素酶的微生物资源,但目前对其基因资源的挖掘和利用仍然有限,特别是壳青霉的纤维素酶基因还未被克隆。本研究利用基因工程手段克隆了壳青霉内切纤维素酶基因(Ce1I),实现了其在Escherichia Coli和Pichia pastoris两种宿主中的表达;检测了表达产物的酶学特性,并对其结构域的功能进行了初步的研究。本文主要工作如下:1)通过ITS rDNA序列鉴定出本室所筛选的一株菌株为壳青霉(Penicillum crustosum601)2)通过RT-PCR和3’-RACE技术成功扩增得到该菌株内切纤维素酶基因(Cel I)的全长序列。3)分别将内切纤维素酶全长基因Cel I(含CBD区段)和仅含催化结构域的片段CelI-PG克隆到pPICZα载体,并导入毕赤酵母X-33,并实现了诱导表达。表达产物各项酶活指标为:Cel I的最适温度是40℃,最适pH=7.0,此条件下最高酶活为6.95U/mL.:Cel I-PG的最适温度同为40℃,最适pH=7.0,最高酶活是7.65U/mL;4)以pET-28a为载体,分别将Ce1I和Cel-PG导入大肠杆菌DE3中并成功地实现了高效表达。表达产物目的条带大小分别在50.3kDa和36.1kDa。表达产物Cel I的最适温度是40℃,最适pH=7,最高酶活为29.43U/mg; Cel I-PG的最适温度同为40℃,最适pH=7,最高酶活为30.97U/mg。5)成功地将内切纤维素酶CBD区段与荧光蛋白GFP融合,以pET-28a为载体,导入大肠杆菌DE3中,并成功地实现了高效表达。表达产物经过Ni-柱纯化后获得纯化蛋白GFP目的条带大小为28.4kDa,纯化蛋白GFP-CBD目的条带大小46.8kDa。6)用纯化蛋白GFP-CBD和GFP进行纤维素的绑定实验,通过荧光激发显微镜成功捕捉到CBD-GFPD蛋白吸附到滤纸纤维上的照片,证明纤维素酶的CBD区域具有吸附纤维素的生物活性。
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