粗毛纤孔菌糖苷水解酶5基因克隆及蛋白质结构分析

【目的】克隆得到粗毛纤孔菌糖苷水解酶5基因,并对该基因进行生物信息学分析、蛋白质原核表达和酶活研究,为糖苷水解酶的利用提供依据。【方法】分离纯化粗毛纤孔菌,并于PDA斜面长期保存。应用TRIzol提取粗毛纤孔菌总RNA,通过AMV反转录系统将RNA反转录成c DNA,构建c DNA文库;应用NCBI BLAST分析并检测糖苷水解酶基因家族5阳性序列,RACE法克隆基因全长命名为Ih GH5-1并提交NCBI注册;ORF-Finder分析Ih GH5-1基因开放阅读框,推导出氨基酸序列;筛选NCBI登录的糖苷水解酶家族5同源序列,Clustal W进行保守结构域区段多序列比对;应用Mega 5.05选用WAG+G模型构建最大似然树;应用PSIPRED server对Ih GH5-1进行α螺旋和β折叠的蛋白质二级结构分析,应用SWISS-MODEL对Ih GH5-1进行三维建模,应用VMD1.8.6分析Ih GH5-1三维结构;设计原核表达引物并进行PCR扩增,将扩增得到的基因片段连接至p QE-30 UA载体并转入大肠埃希菌JM109感受态细胞,诱导表达后通过SDS-PAGE电泳检测表达量;测定糖苷水解酶活性并计算酶活。【结果】TRIzol提取的粗毛纤孔菌总RNA经分光光度计检验符合标准(OD260/OD280=2.0,OD260/OD230>1.8),c DNA文库成功构建并测序;RACE法克隆得到5’序列长度为770 bp,3’序列长度为1 562 bp且含有Poly A的序列,5’和3’序列拼接得到基因全长序列长1 727 bp,NCBI注册号为KM368321;ORF分析得到Ih GH5-1氨基酸序列含有300个氨基酸,分子质量为31.226 55 k D,等电点(p I)为9.24;结构域分析表明Ih GH5-1具有保守的催化结构域;最大似然树分析表明多数子囊菌糖苷水解酶家族5聚在一起,多数担子菌糖苷水解酶家族5聚在一起,粗毛纤孔菌Ih GH5-1蛋白质与太瑞斯梭孢壳霉和球毛壳菌等子囊菌的糖苷水解酶亲缘关系更近;蛋白质三维结构分析表明粗毛纤孔菌Ih GH5-1含有7个α螺旋、4个β折叠,三维比对表明粗毛纤孔菌Ih GH5-1三维结构与其他真菌糖苷水解酶家族5蛋白空间结构相近,进化关系与最大似然树分析相符;原核表达及酶活测定表明该基因成功表达,表达产物在65℃时相对酶活性最高。【结论】本研究可为白腐菌纤维素酶大规模的工业化应用提供前期研究基础和理论依据。