[发明专利]优化的葡聚糖酶基因及其重组植物表达载体和应用

说明书

技术领域

本发明涉及优化的葡聚糖酶基因以及含有该优化基因的重组植物表达载体，本发明进一步涉及它们在制备表达葡聚糖酶转基因植物中的应用，属于转葡聚糖酶基因植物领域。

背景技术

β-葡聚糖(β-glucans)又称β-(l,3)-(l,4)葡聚糖，是大麦胚乳细胞壁的主要成分，也是糊粉层等其它组织的主要成分，在整粒大麦等谷物中含量很高。β-葡聚糖分子中存在一些β-(1,3)键，导致β-葡聚糖的主链呈不规则形，阻止了β-葡聚糖分子紧密联结在一起，致使水分子易于渗入β-葡聚糖分子束中，故β-葡聚糖较纤维素易溶于水。

β-葡聚糖属于非淀粉多糖（NSP），是动物饲料中重要的抗营养因子，其具有一定的粘性、持水性和表面活性。反刍动物能够借助瘤胃微生物产生的葡聚糖酶消化利用β-葡聚糖，而单胃动物不具备合成葡聚糖酶的微生物和分解葡聚糖的酶系，使食糜进入肠道后具有较高的粘度，从而阻止了肠道消化液，内源酶等与食糜的充分混合，限制了营养物质的消化和吸收，最终使饲料的转化率降低(Morgan A J,etal.Proc Aust Poult Sym,1995,7:109-115)。针对这类物质对养分吸收的不利作用，近年来推出了一些消除饲料中NSP类物质抗营养作用、改善饲料营养价值的方法，包括水处理、添加抗生素、添加酶制剂等。这其中最直接也最有效的手段就是在动物饲料中添加外源酶制剂，其意义在于降解NSP类抗营养因子，消除其所导致的内源酶、微生物区系等的不利变化，而且能够提高细胞壁碳水化合物的营养利用率。

葡聚糖酶（Glucanase）是能够降解β-糖苷键链成葡萄糖聚合物的一类水解酶，可以水解β-葡聚糖，使其分解为低分子量片段，失去亲水性和粘性，消除β-葡聚糖的抗营养作用。有研究结果表明，以β-葡聚糖酶为主要酶系的复合酶制剂添加在饲料中,就可以消除β-葡聚糖的抗营养作用,提高动物采食量、增重和饲料转化率（Mathlouthi N,et al.Anim res,2002,51:395-406）。为扩大谷物等β-葡聚糖含量丰富的饲料的应用开辟了一条具有重要经济价值的新途径。常用于饲料工业的几种商业酶中，β-葡聚糖酶是最常用而且最重要的品种之一，列入中国农业部制定的《允许使用的饲料和饲料添加剂品种目录》上的酶制剂。β-葡聚糖酶应用于饲料中可提高饲料营养价值，突破饲料资源开发利用的局限，增强动物的生产与抗病能力，减少动物排泄物造成的污染，作为环保型添加剂，在发展环保型畜牧业中具有十分重要的意义与价值。

植物和微生物都能产生葡聚糖酶，生产中应用较多的是微生物所产的葡聚糖酶，包括细菌，真菌和瘤胃微生物，已经有多种不同来源的葡聚糖酶基因被克隆并表达。目前饲料用途的葡聚糖酶主要通过微生物发酵的方法生产，但其具有发酵过程耗能高，生产门槛高和成本高等缺点。而利用转基因植物生产葡聚糖酶能够很好的解决如上问题，因而是进一步的发展方向，基因工程研究领域的进展使利用植物表达葡聚糖酶用于饲料工业成为可能。

利用转基因植物生产饲用葡聚糖酶,其优势在于：1)转基因植物尤其是转基因玉米用作饲料原料，可以直接饲喂，而省去目前酶制剂的发酵生产和添加过程；2)生产规模不受限制，成本比较低。农作物的生产、运输、加工和贮藏等各种基础设施及技术早已具备，转基因植物高水平表达生产重组蛋白可以通过大规模种植来完成；3)目前初步的研究发现，在植物，尤其是种子中表达的非淀粉多糖酶具有更好的贮存稳定性和抗逆性；4)安全性好，用微生物发酵生产酶制剂，细胞培养过程中污染极其普遍，但在植物表达系统中没有这种污染。另外，玉米为“饲料之王”，其用量占配合饲料的60-70%，是动物饲料中最主要的成分，也是畜禽生产肉、蛋、奶的主要能量来源。在作为生物反应器这一层面上，与其它饲料作物相比，转基因玉米有更好的经济效益和应用前景。