一種編碼木糖異構酶的基因及其應用制造技術

一種編碼木糖異構酶的基因Pgi，屬于基因工程技術領域。該基因含有SEQ?ID?NO.1的核苷酸序列，該基因編碼的蛋白質含有SEQ?ID?NO.2的氨基酸序列，該蛋白質用于以木糖為原料生產木酮糖或以葡萄糖為原料生產果糖。本發明專利技術能夠拓寬木糖異構酶基因的來源及其應用，更好地服務于木酮糖或果糖的工業生產。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及基因工程
，具體是一種編碼木糖異構酶的基因以及由該編碼木糖異構酶的基因編碼的蛋白質在以木糖為原料直接生產木酮糖的應用或以葡萄糖為原料直接生產果糖的應用。
技術介紹
木糖異構酶(xyloseisomerase,XI) (EC5. 3. I. 5)又稱為葡萄糖異構酶(glucoseisomerase, GI),是一種具有重要應用價值的工業用酶。它能將木糖異構化為木酮糖,在利用木質纖維素微生物發酵生產乙醇的過程中起著關鍵作用；也能轉化葡萄糖形成果糖，是工業上用于生產高果糖衆(high fructose corn syrup, HFCS)或果葡糖衆或異構糖楽■的重要的酶制劑(Jensen, V. J. and Rugh, S. 1987. Industrial scale application ofimmobilized glucose isomerase. Methods Enzymol. 136，356-370.)。 木糖異構酶，是戊糖磷酸途徑的關鍵酶。半纖維素在木質組織中占總量的50%，而木糖異構酶能夠將木糖轉化為木酮糖，是將木聚糖轉化為乙醇途徑中不可缺少的酶。根據有關數據，利用木質纖維素生產乙醇將會降低現有技術生產乙醇所花成本的將近20%(Dawid Brat, Eckhard Boles, and Beate Wiedemann, 2009,Functional Expressionof a Bacterial Xylose Isomerase in Saccharomyces cerevisiae, Appl. Environ.Microbiol. 75⑶2304-2311.)。因此，研發木糖異構酶用于工業生產酒精是開發生物能源又一研究途徑(Barbel Hahn- HilgerdaI, Kaisa Karhumaaj Marie Jeppssonjetal. 2007.Metabolic Engineering for Pentose Utilization in Saccharomycescerevisiae, Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, 108，147-177·)。木糖異構酶也可應用于葡萄糖異構化為果糖的食品產業中。世界上食糖(包括甘蔗糖、甜菜糖、高果糖漿)供不應求，消耗量大于生產量，并且國際市場上糖價上漲。另外，高果糖漿被廣泛用作飲料、果凍、糖果、冰激凌和調味食品的甜味劑，亦可代替蜂蜜用于制藥工業，或用于化工上生產甘露醇等，與蔗糖相比，價格稍低，甜度相當，因此高果糖漿的市場需求在不斷增加，自然的，研究葡萄糖異構酶是具有重要意義的。最早在1957年嗜水假單孢菌中發現GI活性，后來發現有近百種細菌和放線菌產GI，且多是產胞內酶，極少數菌株產胞外酶(朱國萍，程陽，宮春紅等，2000.葡萄糖異構酶的生物工程研究進展，生物化學與生物物理進展，27 (2) :127-130. )。70年代我國開始研究葡萄糖異構酶，出現了大腸桿菌的葡萄糖異構酶基因在鏈霉菌中克隆和表達，還出現了酵母工程菌(易國輝，尹慧祥，張愛聯，2011，用P. pastoris的pAOXl表達系統表達木糖異構酶，生物技術，21 (1):17-19.)和大腸桿菌工程菌(丁莉，許偉，嚴明等，2006，Thermus thermophilus HB8葡萄糖異構酶在大腸桿菌中表達，生物加工過程，4 (2) :42-45.)，但目前研究較多的是將大腸桿菌中含有的葡萄糖異構酶基因在異源的酵母或鏈霉菌中表達，少數研究還致力于從海洋藻類中提取木糖異構酶基因產乙醇(Yoshiaki Umemoto, Toshiyuki Shibata, Toshiyoshi Araki.2012, D-Xylose Isomerasefrom a Marine Bacterium,Vibrio sp. Strain XY-214, and D-Xylulose Productionfromβ -I, 3-Xylan. Mar Biotechnol. 14:10 - 20)，還有的研究是在大腸桿菌中構建重組菌并表達有活性酶，并研究其酶學性質，并進行適當的基因突變，以構建適合高果糖漿生產的突變體。研究葡萄糖異構酶或木糖異構酶的生物學性質發現，該酶熱穩定性高，一般都在60°C以上甚至達到90°C，這個特性與其緊密的空間結構和特異的活性保守序列有關；其底物除了葡萄糖和木糖外，還有D-核糖、L-阿拉伯糖、L-鼠李糖、D-阿洛糖和脫氧葡萄糖；各種二價金屬離子還對其酶活有促進或抑制作用。很多研究都致力于基因突變達到改良其生物學特性，以期獲得有學術和商業價值的結果。以木糖異構酶為關鍵詞查找國家知識產權局專利檢索數據庫，共出現33項專利技術專利，涉及木糖異構酶基因及其應用的有10項，其中有3項分別是關于鳥苷二磷酸木糖異構酶、粳稻的木糖異構酶和大麥的木糖異構酶的基因及其應用，2項是關于木糖異構酶突變體及其應用，有5項是關于不同來源的木糖異構酶基因及其應用一一分別來自擬南芥、牛瘤胃液宏基因組文庫、人胎腦總RNA、纖維堆囊菌(Sorangium cellulosum) 157-2、梭菌 (Clostridium)和梭桿菌(Fusobacterium)屬細菌或者玻璃海鞘(Ciona)屬的被囊動物(tunicate);其它的專利是關于含有木糖異構酶的各種菌株及木糖異構酶在不用領域中的應用。以葡萄糖異構酶為關鍵詞查找國家知識產權局專利檢索數據庫，共出現42項專利技術專利，只有I項是關于溫葡萄糖異構酶基因及其應用；12項專利技術專利是描述利用基因工程的方法構建葡萄糖異構酶突變體，并描述了它們的特性和應用；其它專利技術專利是描述固定化的葡萄糖異構酶的應用和葡萄糖異構酶的在生產酒精、高果糖漿、甘露醇等方面中的應用。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種編碼木糖異構酶的基因，并將由該編碼木糖異構酶的基因所編碼的蛋白質用于以木糖為原料生產木酮糖或以葡萄糖為原料生產果糖，從而實現拓寬木糖異構酶基因的來源及其應用。本專利技術實現上述目的所采取的技術方案是一種編碼木糖異構酶的基因Pgi，其核苷酸序列如序列表SEQ ID NO. I中所示。本專利技術所述的編碼木糖異構酶的基因Pgi，是從實驗室篩選的克氏類芽孢桿菌中分離得到。木糖異構酶基因序列的保守區、堿基序列的外源DNA是由768個堿基組成，含有完整的木糖異構酶基因Pgi的開放閱讀框(Open Reading Frame，ORF)，Pgi基因的起始密碼為ATG，終止密碼子為TAA。一種由所述的編碼木糖異構酶的基因Pgi所編碼的蛋白質，其氨基酸序列如SEQID NO. 2 所示。本專利技術所述的由基因Pgi所編碼的蛋白質，是基因Pgi編碼的木糖異構酶產物Pgi，由255個氨基酸組成，和Pgi催化功能域同源性最高的為多粘類芽孢桿菌Paenibacillus polymyxa E681 的 sugar phosphate isomerase/epimerase 的催化功倉泛域Ce-值為 9e-lll)，兩者的相似性=159/255 (62%)，相同性=203/255 (80%)。本專利技術還涉及含有本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種編碼木糖異構酶的基因Pgi，其特征在于，其核苷酸序列如序列表SEQ？ID？NO.1中所示。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：杜麗琴，黃日波，黃金群，韋宇拓，閉海，王子龍，
申請(專利權)人：廣西大學，
類型：發明
國別省市：