[发明专利]一种α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶，编码基因及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属生物工程技术领域，具体涉及一种糖基水解酶（Glycosyl Hydrolase，GH）43家族α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶，编码基因及其制备方法和应用。

背景技术

半纤维素是植物细胞壁的主要成分之一，较集中于初级和次级细胞中，起着粘合剂的作用，把木质素和纤维素紧密结合在一起，来增强细胞壁的强度（孙逊等，微生物学，1997）。它在双子叶植物中的含量为20%-30%，在单子叶植物某些组织中的含量高达50% , 而且在特定的生物能源作物（如芒草、废秸秆、高粱）的含量约为25%（D Jordan等，Biochem J.，2012）。近年来，随着能源问题的日益突出，半纤维素逐渐被认为是地球上最丰富、最廉价的可再生资源之一。

与纤维素（β-1, 4-葡聚糖主链）相比，半纤维素的结构与组成十分复杂，含有大量的侧链。木聚糖是其中的主要成分，其主链是D-吡喃木糖通过β-1,4 糖苷键连接形成，侧链上连接有阿拉伯糖、葡萄糖醛酸、阿魏酸酯基、乙酰基等不同的取代基（Harivony Rakotoarivonina等，Microbial Cell Factories，2012）。而且，不同来源的木聚糖组成成分也不同，如桦木木聚糖中含有木糖（89.3%），阿拉伯糖（1%），葡萄糖（1.4%），糖醛酸8.3%（F Kormelink等，Appl Microbiol Biotechnol，1993）；水稻米糠木聚糖中含有木聚（46%），阿拉伯糖（44.9%），半乳糖（6.1%），葡萄糖（1.9%），和糖醛酸（1.1%）（Naoto Shibuya等，Phytochemistry， 1985）；小麦阿拉伯木聚糖中含有木糖（65.8%），阿拉伯糖（33.5%），甘露糖（0.1%），半乳糖（0.1%），和葡萄糖（0.3%）（Gruppen等，Carbohydrate Research，1992）。

木聚糖的完全水解需要多种酶的共同作用，它包括β-1,4-内切木聚糖酶（Endo β-1,4-xylanase，EC 3.2.1.8）、β-木糖苷酶（β-1,4-xylosidase，EC 3.2.1.37），α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶（α-L-arabinofuranosidase，EC 3.2.1.55），α-D-葡萄糖醛酸酶（α-D-glucuronidase，EC 3.2.1.139）等。α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶（E.C. 3.2.1.55）是其中最重要的辅助酶（Dumbrepatil等，J. Microbiol. Biotechnol.，2012）。它可以催化水解以α-1,3、α-1,2或α-1,5键连在木糖主链上的阿拉伯糖单体或低聚体侧枝。研究表明，α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶与木聚糖酶和木糖苷酶等存在协同作用能促进木聚糖的降解。有些木聚糖主链在侧链没有降解前，其糖苷键无法被木聚糖酶完全水解。另一方面，一些只能降解侧链的辅助酶，需要在木聚糖主链部分水解后才能发挥作用(badal C.saha等，Biotechnol Adv，2000)。

α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶是很有潜力的工具酶，广泛应用于工业农业的生产过程中，包括协同木质纤维素的生物转化，生产L-阿拉伯糖，改善葡萄酒和酒精饮料风味，延长面包老化时间，提高饲料利用率，促进纸浆的漂白、啤酒和果汁的澄清等（Mondher Th. Numan等，J Ind Microbiol Biotechnol，2006；A.K.M. Shofiqur Rahman等，Can. J. Microbiol，2003）。因此，α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶受到越来越多的关注。

 瘤胃是迄今为止世界上对木质纤维素降解效率最高的天然体系之一，瘤胃微生物主要包括细菌、古细菌、真菌、原生动物，对木质纤维素降解起主要作用的是细菌（An等，Ecology environmental microbiology，2005）。瘤胃微生物数量巨大且种类繁多，且80%以上都是未培养的（Jaime A. Rosero等，Folia Microbiol，2012）。如何挖掘和利用瘤胃未培养微生物基因资源特别是木质纤维素酶基因资源已成为了研究的热点。

发明内容

本发明的第一个目的是提供一种新型α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶RuAra1及其编码基因。

本发明的第二个目的是提供一种制备新型α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶RuAra1的方法。

本发明的第三个目的是提供新型α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶RuAra1在半纤维素降解中的应用。