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琼胶酶在分子生物学、琼胶寡糖生产及海藻遗传工程等方面具有重要作用,因此琼胶酶的研究成为海洋微生物酶资源研究的一个热点。本课题组前期分离得到一株高效降解琼胶的海洋菌株Aquimarina agarilytica ZC1,并对其完成了全基因组测序发现:菌株基因组中存在40个推测是编码琼胶酶的开放阅读框,这40个基因编码的氨基酸序列在GenBank中的相似性从29%到70%,其中78%的序列小于50%,为目前所报道的具有推测琼胶酶基因数量最多的菌株。 本文主要围绕其中20个属于GH16家族推测为琼胶酶的基因进行详细分析,获得以下主要结果:琼胶酶2001、022、173及075与已知的琼胶酶基因序列相似性较低,四个琼胶酶基因(2001、022、173、075),长度分别为2043、1356、1974和1989bp,氨基酸序列相似性从29%到65%,序列间的相似性小于40%。利用载体pET-32a(+)构建目的基因表达载体,然后将重组质粒转入表达宿主大肠杆菌 Rosetta(DE3)中,成功构建重组表达工程菌,并通过SDS-PAGE及Western-blotting证实了重组酶在宿主中大量表达;并利用正交实验对重组菌2001、022、173及075进行产酶条件优化,琼胶酶2001和075的酶活性分别提高3倍和6倍。 进一步分析重组酶的酶学性质发现:重组酶2001在温度30℃~50℃以及pH为4.0~9.0范围内均具有较高的酶活力,其中在温度为40℃、pH为6.0时酶活力最高;当金属离子或者化学试剂浓度为0.01mol/L时,Zn2+对2001酶活力有明显抑制作用,当浓度为0.1mol/L时,Co2+和Mn2+对酶活性有促进作用,而Fe3+、Zn2+及Cu2+对酶活有抑制作用。重组酶075在温度35℃~50℃以及在pH5.0~9.0之间具有较高的酶活力,其中在温度为45℃、pH为7.0时酶活力最高,在离子浓度为0.01mol/L时,Fe3+和Ba2+对重组酶075酶活力有促进作用,Zn2+、Cu2+、Ni+及EDTA-Na2对酶活力有抑制作用;当浓度为0.1mol/L时,Co2+对酶活性有促进作用,而Zn2+、Cu2+、Al3+、Na+、SDS及EDTA-Na2对酶活有抑制作用。 用薄层层析分析琼胶酶对琼脂糖和琼胶寡糖的降解,琼胶酶2001降解琼脂糖和高聚合度寡糖(聚合度≥8)产物为新琼四糖、六糖及八糖;琼胶酶173降解琼脂糖和高聚合度寡糖(聚合度≥8)产物为新琼四糖、六糖及八糖;琼胶酶075降解琼脂糖和高聚合度寡糖(聚合度≥6)产物为新琼四糖和六糖。 本文制备了琼胶酶2001、022及173的多克隆抗体,以研究在不同条件下三个琼胶酶的细胞定位。在高聚合度寡糖(聚合度为8~12)或不添加琼脂糖诱导时,胞内外均未检测到三种琼胶酶的表达;然而在琼脂糖诱导时,在菌体总蛋白中可检测到琼胶酶022的表达。