一种编码木糖异构酶的基因及其应用制造技术

一种编码木糖异构酶的基因Pgi，属于基因工程技术领域。该基因含有SEQ?ID?NO.1的核苷酸序列，该基因编码的蛋白质含有SEQ?ID?NO.2的氨基酸序列，该蛋白质用于以木糖为原料生产木酮糖或以葡萄糖为原料生产果糖。本发明专利技术能够拓宽木糖异构酶基因的来源及其应用，更好地服务于木酮糖或果糖的工业生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及基因工程
，具体是一种编码木糖异构酶的基因以及由该编码木糖异构酶的基因编码的蛋白质在以木糖为原料直接生产木酮糖的应用或以葡萄糖为原料直接生产果糖的应用。
技术介绍
木糖异构酶(xyloseisomerase,XI) (EC5. 3. I. 5)又称为葡萄糖异构酶(glucoseisomerase, GI),是一种具有重要应用价值的工业用酶。它能将木糖异构化为木酮糖,在利用木质纤维素微生物发酵生产乙醇的过程中起着关键作用；也能转化葡萄糖形成果糖，是工业上用于生产高果糖衆(high fructose corn syrup, HFCS)或果葡糖衆或异构糖楽■的重要的酶制剂(Jensen, V. J. and Rugh, S. 1987. Industrial scale application ofimmobilized glucose isomerase. Methods Enzymol. 136，356-370.)。 木糖异构酶，是戊糖磷酸途径的关键酶。半纤维素在木质组织中占总量的50%，而木糖异构酶能够将木糖转化为木酮糖，是将木聚糖转化为乙醇途径中不可缺少的酶。根据有关数据，利用木质纤维素生产乙醇将会降低现有技术生产乙醇所花成本的将近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，研发木糖异构酶用于工业生产酒精是开发生物能源又一研究途径(Barbel Hahn- HilgerdaI, Kaisa Karhumaaj Marie Jeppssonjetal. 2007.Metabolic Engineering for Pentose Utilization in Saccharomycescerevisiae, Advances in Biochemical Engineering/Biotechnology, 108，147-177·)。木糖异构酶也可应用于葡萄糖异构化为果糖的食品产业中。世界上食糖(包括甘蔗糖、甜菜糖、高果糖浆)供不应求，消耗量大于生产量，并且国际市场上糖价上涨。另外，高果糖浆被广泛用作饮料、果冻、糖果、冰激凌和调味食品的甜味剂，亦可代替蜂蜜用于制药工业，或用于化工上生产甘露醇等，与蔗糖相比，价格稍低，甜度相当，因此高果糖浆的市场需求在不断增加，自然的，研究葡萄糖异构酶是具有重要意义的。最早在1957年嗜水假单孢菌中发现GI活性，后来发现有近百种细菌和放线菌产GI，且多是产胞内酶，极少数菌株产胞外酶(朱国萍，程阳，宫春红等，2000.葡萄糖异构酶的生物工程研究进展，生物化学与生物物理进展，27 (2) :127-130. )。70年代我国开始研究葡萄糖异构酶，出现了大肠杆菌的葡萄糖异构酶基因在链霉菌中克隆和表达，还出现了酵母工程菌(易国辉，尹慧祥，张爱联，2011，用P. pastoris的pAOXl表达系统表达木糖异构酶，生物技术，21 (1):17-19.)和大肠杆菌工程菌(丁莉，许伟，严明等，2006，Thermus thermophilus HB8葡萄糖异构酶在大肠杆菌中表达，生物加工过程，4 (2) :42-45.)，但目前研究较多的是将大肠杆菌中含有的葡萄糖异构酶基因在异源的酵母或链霉菌中表达，少数研究还致力于从海洋藻类中提取木糖异构酶基因产乙醇(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)，还有的研究是在大肠杆菌中构建重组菌并表达有活性酶，并研究其酶学性质，并进行适当的基因突变，以构建适合高果糖浆生产的突变体。研究葡萄糖异构酶或木糖异构酶的生物学性质发现，该酶热稳定性高，一般都在60°C以上甚至达到90°C，这个特性与其紧密的空间结构和特异的活性保守序列有关；其底物除了葡萄糖和木糖外，还有D-核糖、L-阿拉伯糖、L-鼠李糖、D-阿洛糖和脱氧葡萄糖；各种二价金属离子还对其酶活有促进或抑制作用。很多研究都致力于基因突变达到改良其生物学特性，以期获得有学术和商业价值的结果。以木糖异构酶为关键词查找国家知识产权局专利检索数据库，共出现33项专利技术专利，涉及木糖异构酶基因及其应用的有10项，其中有3项分别是关于鸟苷二磷酸木糖异构酶、粳稻的木糖异构酶和大麦的木糖异构酶的基因及其应用，2项是关于木糖异构酶突变体及其应用，有5项是关于不同来源的木糖异构酶基因及其应用一一分别来自拟南芥、牛瘤胃液宏基因组文库、人胎脑总RNA、纤维堆囊菌(Sorangium cellulosum) 157-2、梭菌 (Clostridium)和梭杆菌(Fusobacterium)属细菌或者玻璃海鞘(Ciona)属的被囊动物(tunicate);其它的专利是关于含有木糖异构酶的各种菌株及木糖异构酶在不用领域中的应用。以葡萄糖异构酶为关键词查找国家知识产权局专利检索数据库，共出现42项专利技术专利，只有I项是关于温葡萄糖异构酶基因及其应用；12项专利技术专利是描述利用基因工程的方法构建葡萄糖异构酶突变体，并描述了它们的特性和应用；其它专利技术专利是描述固定化的葡萄糖异构酶的应用和葡萄糖异构酶的在生产酒精、高果糖浆、甘露醇等方面中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种编码木糖异构酶的基因，并将由该编码木糖异构酶的基因所编码的蛋白质用于以木糖为原料生产木酮糖或以葡萄糖为原料生产果糖，从而实现拓宽木糖异构酶基因的来源及其应用。本专利技术实现上述目的所采取的技术方案是一种编码木糖异构酶的基因Pgi，其核苷酸序列如序列表SEQ ID NO. I中所示。本专利技术所述的编码木糖异构酶的基因Pgi，是从实验室筛选的克氏类芽孢杆菌中分离得到。木糖异构酶基因序列的保守区、碱基序列的外源DNA是由768个碱基组成，含有完整的木糖异构酶基因Pgi的开放阅读框(Open Reading Frame，ORF)，Pgi基因的起始密码为ATG，终止密码子为TAA。一种由所述的编码木糖异构酶的基因Pgi所编码的蛋白质，其氨基酸序列如SEQID NO. 2 所示。本专利技术所述的由基因Pgi所编码的蛋白质，是基因Pgi编码的木糖异构酶产物Pgi，由255个氨基酸组成，和Pgi催化功能域同源性最高的为多粘类芽孢杆菌Paenibacillus polymyxa E681 的 sugar phosphate isomerase/epimerase 的催化功倉泛域Ce-值为 9e-lll)，两者的相似性=159/255 (62%)，相同性=203/255 (80%)。本专利技术还涉及含有本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种编码木糖异构酶的基因Pgi，其特征在于，其核苷酸序列如序列表SEQ？ID？NO.1中所示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杜丽琴，黄日波，黄金群，韦宇拓，闭海，王子龙，
申请(专利权)人：广西大学，
类型：发明
国别省市：