高通量质谱检测番茄秸秆好氧堆肥中关键微生物的功能

为深入研究堆肥过程中主要微生物的功能,以番茄秸秆为原料,对其反应器堆肥过程进行研究。通过反应器自动温度传感器记录堆肥温度,利用分光光度法测定堆肥过程中植物生物质降解相关酶活力,并对酶活力最高时期的典型代表性样品进行高通量Orbitrap质谱鉴定。结果表明,反应器堆肥共持续35天,其中50℃以上的高温期10天以上,发酵至第7天时,内切纤维素酶和木聚糖酶活力最高。对该时期样品进行质谱鉴定发现,Thermobifida是主要的功能细菌,且是唯一的纤维素降解者,产生糖苷水解酶(GH) 5家族和GH9家族的5种内切纤维素酶和3种GH48家族的外切纤维素酶。Planifilum产生GH3家族的β-葡萄糖苷酶,与Thermobifida一起将纤维素降解成葡萄糖。Thermobifida、Planifilum、Saccharomonospora、Aspergillus和Thermomyces共同参与木聚糖的降解,前三者为功能细菌,主要分泌GH10家族的木聚糖酶,后二者为功能真菌,主要分泌GH11家族的木聚糖酶。     

不同日粮类型对绵羊瘤胃微生物木聚糖酶基因多样性的影响

选取安装有永久性瘤胃瘘管的中国美利奴绵羊4只,先后饲喂全粗料日粮和精料型日粮(精粗比3∶2),提取微生物宏基因组DNA。通过PCR产物克隆文库构建、DNA测序和序列分析以研究在不同日粮条件下,绵羊瘤胃微生物糖苷水解酶第10家族(GH10)和第11家族(GH11)木聚糖酶基因的多样性。结果表明,全粗料日粮时分别获得108和137条GH10和GH11家族木聚糖酶基因片段,精料型时分别获得145和235条GH10和GH11家族木聚糖酶基因片段,这些序列分别归属于19、20、53和26个操作分类单元(OUT)。DNA序列分析表明,GH10家族木聚糖酶基因片段与梭菌和拟杆菌来源的木聚糖酶基因有较高的相似性,GH11家族木聚糖酶基因片段与放线菌、麦角真菌来源的木聚糖酶基因有较高的相似性。饲喂全粗料日粮时,有57.9%的GH10家族序列与已知木聚糖酶基因的相似性小于90%;饲喂精料型日粮时,有65.4%的GH11家族序列与已知木聚糖酶基因的相似性小于90%。由此可见,绵羊瘤胃微生物GH10和GH11家族木聚糖酶基因序列具有丰富的多样性,并且大部分为新发现的序列。饲喂全粗料日粮时,更有利于发现瘤胃微生物GH10家族木聚糖酶新序列;饲喂精料型日粮时,更有利于发现GH11家族木聚糖酶新序列。     

一种新的镰刀菌Q7-31木聚糖酶Xyn9的分离纯化鉴定及酶学特性

为对植物病原菌镰刀菌(Fusarium sp.)Q7-31所产木聚糖酶进行鉴定及酶学特性分析,在发酵产酶培养基上对Q7-31进行发酵培养,获得能够高效降解植物细胞壁的粗酶液。然后,采用Sephacry S-100凝胶柱层析和DEAE弱阴离子交换柱层析对粗酶液进行分离纯化后得到木聚糖酶Xyn9,并对其开展蛋白质组学研究和酶学特性分析。结果表明:粗酶液中木聚糖酶比活为16.58 U/mg,纤维素酶比活为0.428 U/mg,细胞壁降解酶比活为0.019 8 U/mg,蛋白含量为2.17 mg/m L。Xyn9的蛋白质组学研究结果显示,其分子量为21 ku、等电点为6.86,接近GH10家族。纯化后Xyn9的酶学特性表明,最适反应温度为47℃,最适p H值为5.6,该酶在33℃以下和在p H值5~6的范围内较稳定;金属离子K+对该酶有激活作用,Na+、Ca2+、Mg2+、Zn2+抑制该酶活性,Cu2+、Hg+使该酶完全失活。综合Xyn9的分子量、蛋白质组学结果以及酶学特性,最终将其鉴定为一种新的介于GH10家族与GH11家族之间的内切木聚糖酶。     

碱性木聚糖酶热稳定性及半衰期研究

目的:通过碱性木聚糖酶热稳定性的研究探究其半衰期和保质期。方法:首先对碱性木聚糖酶溶液的热稳定性进行研究,然后再进行碱性木聚糖没固体制剂的热稳定性研究,最后应用一级动力学模型得出各自的半衰期和保质期。结果:碱性木聚糖酶溶液的温度范围60~70℃,热处理时间1~6 min,6 min后残留酶活最高为35.87%~0,25℃的半衰期和保质期分别为13.73 d和2.08 d;碱性木聚糖酶固体制剂的温度范围100~120℃,热处理时间1~6 h,6 h后残留酶活为81.96%~25.99%,25℃的半衰期和保质期分别为4 920.37 d和748.25 d。结论:碱性木聚糖酶固体制剂具有良好的热稳定性,保质期优于酶制剂国家标准。     

热稳定性木聚糖酶结构模拟及分析

通过对海栖热袍菌热稳定性木聚糖酶B的结构模拟,发现它有F/10木聚糖酶家族典型的(β/α)8折叠桶结构.分析其二级结构含量,发现α-螺旋中氨基酸含量最多,占总氨基酸量的43%,是酶稳定性的一个重要原因;折叠片结构含量占总氨基酸量的16.8%,这些成分构成了酶的活性中心位点和底物结合部位,为研究热稳定性木聚糖酶奠定了基础.同时将模拟结构同后来用X-射线测定结构进行了比较,对于结构模拟有重要参考价值.     

小麦木聚糖酶抑制蛋白的分离纯化及其性质研究

【目的】从成熟的小麦籽粒中纯化小麦木聚糖酶抑制蛋白,并研究其对木聚糖酶的抑制作用,从而探明小麦中木聚糖酶抑制蛋白对外加木聚糖酶的影响。【方法】采用硫酸铵盐析、Macro-prep CM阳离子交换层析、Macro-prep DEAE阴离子交换层析以及Macro-prep 25S阳离子交换层析等方法,从小偃22小麦中分离纯化木聚糖酶抑制蛋白,通过SDS-PAGE电泳检测木聚糖酶抑制蛋白的纯度和分子质量,并进一步研究了不同温度和反应时间对木聚糖酶抑制蛋白抑制活力的影响。【结果】小麦木聚糖酶抑制蛋白分子质量约为29ku,N端氨基酸序列为SVSSVVS,经NCBI BLAST比对,该抑制蛋白N端序列与其他木聚糖酶抑制蛋白无同源性,但与大麦几丁质酶的N端序列高度同源,却无几丁质酶活性;该蛋白对来自黑曲霉的GH11家族木聚糖酶有强烈的抑制活性,但对GH10家族的木聚糖酶不敏感;该蛋白与木聚糖酶结合的最适温度为30℃,最佳时间为30min;该抑制蛋白的半失活温度为74℃,具有较好的热稳定性。【结论】所获得的小麦木聚糖酶抑制蛋白可能是一种新型的XIP型木聚糖酶抑制蛋白。     

枯草芽孢杆菌分泌表达极耐热木聚糖酶及其酶学性质

为将海栖热袍菌极耐热木聚糖酶基因xyn B(Gen Bank登录号AY340789)在枯草芽孢杆菌Bs916中进行异源分泌表达,并阐明工程菌分泌重组木聚糖酶的酶学性质。克隆极耐热木聚糖酶基因xynB,将其与罗克霉素启动子融合,构建融合质粒载体pXYNB2,将其转化到枯草芽孢杆菌Bs916中,获得重组枯草芽孢杆菌(Bs916/p XYNB2),并对重组芽孢杆菌分泌表达的极耐热木聚糖酶的酶学性质进行了研究。SDS-PAGE法测定重组枯草芽孢杆菌分泌的蛋白在相对分子质量43 000处有明显的蛋白表达条带。重组木聚糖酶的最适反应p H值为5.0~5.8,重组木聚糖酶的最适反应温度大于或等于100℃,重组极耐热木聚糖酶在pH值4.6~7.8比较稳定,重组木聚糖酶的温度稳定性在90℃下保温2 h后残存酶活83%。可见,生防枯草芽孢杆菌Bs916能有效分泌表达极耐热木聚糖酶,为以后构建多种纤维素和半纤维素在其中的协同表达,拓宽其碳源利用范围奠定基础。     

利用pHsh载体克隆与表达多功能半纤维素酶

将来源于嗜热厌氧乙醇菌(Thermoanaerobacter ethanolicus JW200)的双活性阿拉伯/木糖苷酶(XarB)基因构建到新型热激质粒pHsh上,得到质粒pHsh-xarB。将来源于疏棉状嗜热丝孢菌(Thermomyces lanuginosus DSM5826)的木聚糖酶A(XynA)基因构建到pHsh-xarB上,得到表达质粒pHsh-xarB-xynA。将重组质粒pHsh-xarB-xynA转入大肠杆菌Escherichia coli JM109进行表达。SDS-PAGE结果显示,该重组酶的分子量为108 000,与理论值相符。Xyn-SDS-PAGE显示该融合酶具备木聚糖酶的活性。基于热激载体pHsh的重组表达系统具有诱导表达简便、诱导方式廉价的优点,且重组酶热稳定性好,这对该酶的大规模发酵应用具有重要意义。     

木聚糖酶XynB-E18的重组表达纯化及酶学性质测定

为了测定木聚糖酶Xyn B-E18的活性以及酶学特征,采用大肠杆菌原核表达系统对来源于青贮饲料菌群的木聚糖酶Xyn B-E18进行重组表达纯化。在16℃180 r·min-1条件下表达,并通过Ni亲和层析和分子排阻层析的方法进行纯化,用DNS显色法测定其酶学性质。得到的重组蛋白能在大肠杆菌中获得高效表达,纯化后的蛋白溶液纯度达90%以上,蛋白分子量约为38k Da,酶活力可达1782 U,最适反应p H为6.5,在中性偏碱性条件下酶的稳定性较好,最适反应温度为50℃,在50℃以下酶的热稳定性保持较好。实验结果表明Xyn B-E18具有良好的稳定性,可具有更大应用潜力。     

两种半纤维素酶在毕赤酵母中的共表达

基于定向改造的木聚糖酶(DSB)和甘露聚糖酶(ManA),通过不同的整合位点和抗性标记实现这两种酶在同一宿主GS115中的整合与筛选,获得了共表达菌株GS115/DSB-ManA。其热稳定性检测结果表明,该共表达菌株产出的DSB与ManA均有较高的热稳定性。重组菌株两种酶的成功表达为复合酶制剂的研究和生产奠定了基础。     

来源于瓶霉Phialophora sp. G5的酸性木聚糖酶基因的克隆及性质的研究

通过简并PCR和TAIL-PCR技术从瓶霉Phialophora sp. G5菌株基因组DNA中克隆得到一个新的编码b-1,4-木聚糖酶的基因,命名为xyn11G5。该基因ORF全长879 bp,共编码292个氨基酸和一个终止密码子,前19个氨基酸为信号肽序列。将xyn11G5在毕赤酵母中进行分泌表达,重组蛋白经纯化达到电泳纯。酶学性质分析表明,该重组木聚糖酶最适温度为50℃,最适pH为5.0,在中性条件下具有良好的稳定性,并且具有一定的热稳定性,在饲料行业和生物能源行业领域具有潜在的应用前景。     

来源于盐惰菌属Halopiger xanaduensis的木聚糖酶基因在毕赤酵母中诱导表达及其酶学性质的研究

根据毕赤酵母的密码子偏爱性和木聚糖酶的蛋白序列设计并合成了木聚糖酶基因片段,与表达载体pYPX88连接,构建成分泌表达载体;构建的分泌表达载体经BglⅡ酶切后电击转化到毕赤酵母GS115中,筛选得到阳性克隆。研究了重组木聚糖酶的最适pH、pH稳定性、最适温度、温度稳定性以及部分金属离子、十二烷基硫酸钠(SDS)和二硫苏糖醇(DTT)对该酶性质的影响。结果表明:重组木聚糖酶最适pH为6.0,在pH 4.5—8.0时酶学性质稳定;最适温度为60℃在20-65℃时酶学性质稳定;金属离子Mn~(2+)与Cu~(2+)对该酶有抑制作用,化合物DTT对该酶有明显促进作用。     

嗜热木聚糖酶酶学性质研究

[目的]研究嗜热木聚糖酶的酶学性质.[方法]考察了基因工程菌Rosetta(DE3)/pET28a-xynB64所产嗜热木聚糖酶反应的最适温度、最适pH,嗜热木聚糖酶的热稳定性、pH稳定性,以及不同金属离子对酶活力的影响.[结果]嗜热木聚糖酶的最适反应温度为110℃左右,最适pH为6.6,具有较广的pH稳定范围和非常好的热稳定性,高浓度的Mn2+、Mg2+、Ca2+对该酶有激活作用,Cu2+、Zn2+以及低浓度的Mn2+对该酶有抑制作用.[结论]研究可为嗜热木聚糖酶的广泛应用提供参考依据.     

粗糙脉孢菌GH45家族内切纤维素酶基因ncGH45在毕赤酵母中表达及重组酶的性质表征

纤维素酶作为一种重要的糖苷水解酶,在生物质能源生产、饲料、造纸、洗涤和纺织领域都有着非常广泛的应用。粗糙脉孢菌来源的GH45家族内切纤维素酶基因(nc GH45)全长935 bp,包含一个53 bp的内含子(339-391),编码272个氨基酸,包括一个N-端的GH45家族催化结构域和C-端的1家族碳水化合物结合结构域。该基因在毕赤酵母中得到了分泌表达,且表达蛋白条带单一,酶活性达到20 U/m L。重组酶r Nc GH45的最适p H为4.5~5.0,最适温度为60~65℃,并且在较宽的p H范围(p H 4.0~8.0)和温度范围(30~70℃)都能维持75%以上的酶活。在37℃和50℃,p H 3.0~11.0都有着非常好的稳定性;该酶的热稳定性非常好,在70℃和80℃处理2 h还能剩余89.6%和77.7%的酶活,即使在沸水中煮10 min还能剩余10%的酶活。r Nc GH45的最适底物是地衣多糖(1 116.0 U/mg),其次是大麦葡聚糖(754.2 U/mg)和CMC-Na(254.6 U/mg),对大麦葡聚糖和CMC-Na的动力学常数Km和Vmax分别为6.26 mg/m L和997.4μmol/mg·min,19.96 mg/m L和722.1μmol/mg·min。水解产物分析结果表明,r Nc GH45对多糖的水解产物主要是纤维五糖,对寡糖的最小作用底物是纤维三糖,而对纤维二糖没有作用。对纺织品脱毛实验的结果表明,酶的添加量为10 U时,减量率为1.55%。上述结果表明成功构建了r Nc GH45高效表达工程菌株,表达的重组蛋白性质优越,有着良好的工业应用前景。     

乳糖诱导酸性木聚糖酶基因在大肠杆菌中的表达

[目的]以融合酸性木聚糖酶基因的大肠杆菌（E．coli）B121（DE3）为研究对象,研究以乳糖作为诱导剂时重组目的产物的表达规律。[方法]以重组木聚糖酶比酶活为评价指标,利用单因素试验和k（3。）正交试验考察摇瓶发酵条件下诱导剂浓度、诱导时机、诱导培养时间和诱导培养温度对木聚糖酶表达的影响。[结果]各因素影响程度依次为：诱导时机〉诱导温度〉诱导时间〉诱导剂浓度;最优表达条件为：诱导剂浓度5∥L、诱导时机0．5h、诱导培养时间4．5h、诱导培养温度32℃;在此工艺条件下,重组木聚糖酶比酶活可达49．69U／mg。[结论]乳糖作为诱导剂能够成功诱导酸性木聚糖酶在大肠杆菌中的表达。     

一种酸性木聚糖酶在毕赤酵母中的分泌表达及体外活性评价研究

通过构建硫色曲霉酸性木聚糖酶基因xynA串联双拷贝工程菌,提高酶的发酵活力。10 L发酵罐中,双拷贝菌株发酵活力达3 574 U/mL。重组木聚糖酶的最适催化温度为50℃,最适反应pH为2.2~3.4,在pH 1.7的酸性缓冲液下保持100 min,酶活残留70%以上。重组木聚糖酶对胃蛋白酶和胰蛋白酶也具有较好的耐受性。该木聚糖酶在低pH条件下的高催化活性、耐酸性及蛋白酶耐受性,使之具有较好的应用前景。通过体外模拟猪胃肠道环境以快速评价重组酶的作用效果。试验以小麦型日粮作为基础日粮,设计4个处理组,重组酶的添加量分别为0 U/kg、2 000 U/kg、4 000 U/kg和6 000 U/kg,每个处理5个重复,使用SDS\|Ⅱ单胃动物仿生消化系统模拟猪的胃肠道环境消化试验日粮,消化后的残渣烘干后测定其总能、粗蛋白质、中性洗涤纤维含量以计算其消化率。结果表明,添加重组酸性木聚糖酶显著提高了总能、粗蛋白质（线性和二次;P<0.01）和中性洗涤纤维的消化率（线性和二次;P<0.05）。重组酶的最适宜添加量为4 000 U/kg。     

木聚糖酶基因xynA在大肠杆菌中的高效表达

参照Genebank中疏棉状嗜热丝孢菌木聚糖酶A基因序列,以引物拼接方式,人工合成采用大肠杆菌优势密码子的基因xynA,插入pET-20b载体,获得重组表达载体pET-20b-xynA。重组菌在16℃下诱导效果最好,10 h酶活达到42.05 U/mL,重组酶占全细胞蛋白的47%,粗酶在65℃和pH 5～8条件下很稳定。     

海栖热袍菌极端耐热木聚糖酶B的提纯

克隆并在大肠杆菌中表达的海栖热袍菌的 xyn B基因 ,其表达产物木聚糖酶 B的 C 末端带有 6×His标签 ,研究了这种基因重组酶的提纯方法。通过对粗酶提取液的热变性处理 ,Ni NTA亲和柱层析和离子柱层析 ,最终得到了电泳纯的木聚糖酶 B,提纯倍数 4 4.4 ,得率 11。SDS PAGE法测定木聚糖酶 B的相对分子质量为 4 2 ku,与理论推算值 4 2 333u相吻合     

Arg引入“Ser/Thr”平面对木聚糖酶XynⅡ热稳定性的影响

【目的】为了提高来源于宇佐美曲霉(Aspergillus usamii)的高比活木聚糖酶XynⅡ的热稳定性,对其热稳定性影响因素进行改造。【方法】对木聚糖酶XynⅡ进行同源建模和序列比较,在XynⅡ的"Ser/Thr"平面引入精氨酸的四点诱变和五点诱变,对酶的热稳定性进行改造。【结果】获得的2个突变酶在热稳定性上较野生型酶均有不同程度提高,突变酶ST4、ST5的最适温度分别由原酶的50℃提高为52和55℃。55℃保温15 min,ST4、ST5的残留酶活性由原酶的20%提高为65%和75%;保温1 h,ST4、ST5的残留酶活性由原酶的15%提高为50%和65%。【结论】突变酶ST4、ST5在保持了XynⅡ优良性质的基础上,进一步提高了其热稳定性,具有更好的应用价值。     

3种菌株产木聚糖酶同工酶及其酶解产物的比较

探讨3种菌株所产木聚糖酶组分及其酶解产物的差异,为酶制剂和功能低聚木糖的研发和应用提供理论依据。采用SDS-PAGE电泳,研究黑曲霉C71、康宁木霉M46及XYNB重组工程菌G81所产的木聚糖酶同工酶。结果表明,C71、M46及G81分别产3种、4种和2种木聚糖酶同工酶;以桦木木聚糖为底物,在酶添加量为70U/g、底物20g/L、反应时间10h条件下进行酶解,采用TLC及HPLC分析酶解产物。TLC结果表明,C71和M46酶解液中含有木糖、木二糖和木三糖;G81酶解液中含有木二糖、木三糖和木四糖。HPLC结果表明,C71酶解液中木糖、木二糖和木三糖的质量浓度分别为2.4、1.3和1.7g/L;M46酶解液中木糖、木二糖和木三糖的质量浓度分别为1.5、1.8和2.1g/L;G81酶解液中木二糖、木三糖和木四糖的质量浓度分别为2.6、2.7和1.4g/L。不同菌株所产木聚糖酶组分及其酶解产物存在差异,低聚木糖的研发应根据酶学特性,选择不同的单一或复合酶制剂。