[发明专利]一种编码碱性β-葡萄糖苷酶基因及其应用

说明书

技术领域

本发明属于基因工程和酶工程技术领域，涉及一种编码碱性β-葡萄糖苷酶基因及其应用。

背景技术

β-葡萄糖苷酶(beta-glucosidase，EC3.2.1.21)又称β-D-葡萄糖苷葡萄糖水解酶，广泛存在于微生物到脊椎动物的各种生物中。它能够水解结合于末端非还原性的β-D-葡萄糖苷键，如水杨苷(salicin)、纤维二糖(cellobiose)、纤维三糖(cellotriose)、纤维四糖(cellotetrose)和对硝基苯-β-D-葡萄糖苷(pNPG)等，在食品风味物质的释放和纤维素降解中具有重要作用(SesteloA.B.F，Poza M.，Villa T.C.β-Glucosidase activity in a Lactobacillusplantarum wine strain.World Journal of Microbiology&Biotechnology，2004，20：633～637)。

能源短缺是本世纪面临的重大问题之一。纤维素作为植物光合作用的主要多糖类产物，是地球上含量最丰富的碳水化合物，也是数量最大的一种可再生资源。对于纤维素的利用，是解决能源危机、粮食短缺和环境污染的重要途径。β-葡萄糖苷酶是纤维素酶复合酶系发挥协同作的关键酶，对纤维素酶系的整体水解活性有很强的促进作用，可以通过提高纤维素酶系中β-葡萄糖苷酶的活性来改善整个纤维素酶系的功用(Bhat K.M.，Bhat S.Cellulose degrading enzymes and their potential industrial applications.Biotechnol Adv，1997，15：583～620)。因此，对β-葡萄糖苷酶进行深入研究是十分必要的，也越来越引起人们的关注。

目前，已有上百个微生物β-葡萄糖苷酶基因得到克隆，许多微生物来源的β-葡萄糖苷酶基因已获得异源表达(韩笑、陈介南、王义强、何钢、刘海波、谭力，β-葡萄糖苷酶基因的克隆与表达研究进展。生物技术通报，2008，3：8～13)。目前，研究得较多的是酵母(yeast)和木霉属(Trichoderma)、曲霉属(Aspergillus)等霉菌(Dan S.，Marton I.，Dekel M.，Bravdo BA.，He S.，Withers S.G.，Shoseyov O.Cloning，expression，characterization，and nucleophile identification of family 3，Aspergillus niger beta-glucosidase.J.Biol.Chem.，2000，275：4973～4980)。但是，由于木霉菌发酵产物中存在多种真菌毒素，另是纤维素酶活力较低，尤其是β-葡萄糖苷酶活力很低，致使纤维二糖在反应体系中积累而影响酶解效率，因而其应用范围受到限制。大部分β-葡萄糖苷酶的最适pH都在3.5～5.5酸性范围，也有少数的β-葡萄糖苷酶其pH在碱性范围。

β-葡萄糖苷酶除了在降解纤维素方面有着重要作用外，在其他领域应用也越来越广泛，尤其是在医药、食品、生物转化中具有重要的应用价值[Michael E.H.，Mark F.R.，Charles E.，Cellulase for commodity products from cellulosic biomass.Curr.Opin.Biotechnol.，1999，10(4)：358～364]。在水果、蔬菜、茶叶等食料和中草药中，许多风味前体物质和药理活性成分主要以糖苷形式存在，需要β-葡萄糖苷酶这种风味酶将其转化为苷元或其他形式的高生理活性物质发挥作用(金凤燮，庄子瑜，鱼红闪，等.特异的中草药配糖体苷酶微生物及其发酵与酶学特性.生物工程学报，2009，25(12)：1863～1870)。同时，β-葡萄糖苷酶还具有葡萄糖基转移活性(孟宪文、宋小红、陈历俊等，β-葡萄糖苷酶的研究进展。中国乳业，2009，10：42～44)，可用于低聚龙胆糖的生产(刘玲玲、朱松、朱婷等，重组β-葡萄糖苷酶生产龙胆低聚糖的工艺条件优化。微生物学报，2009，49(5)：597～602)和红景天苷等糖苷类活性物质的酶法合成(刘磷、梅乐和、柳行等，酶催化制备p-羟基苯乙基β-D-葡萄糖苷过程强化。高校化学工程学报，2009，23(1)：87～91；王梦亮、李万丽，固定化β-葡萄糖苷酶催化合成红景天甙的研究。生物技术，2009，19(1)：68～70)。