微紫青霉酸性木聚糖酶xynA基因的克隆与序列分析

侯 洁1,2,李 琴2,3,熊 科2,3,徐友强2,3,李秀婷1,3,*

(1.北京食品营养与人类健康高精尖创新中心,北京工商大学,北京 100048;2.北京市食品添加剂工程技术研究中心,北京工商大学,北京 100048;3.北京工商大学食品学院,北京 100048)

摘 要:基于酸性木聚糖酶在饲料及酿酒行业良好的应用前景,通过基因组步移的方法克隆得到微紫青霉酸性木聚糖酶的全长基因xynA,然后采取重叠延伸PCR技术进行内含子的切除获得xynA的cDNA序列,并对其进行了生物信息学分析。序列分析结果显示xynA基因全长720 bp,内含子63 bp,cDNA全长657 bp。推测该木聚糖酶编码信号肽28 个氨基酸,成熟肽190 个氨基酸;预测该蛋白为分子质量20.61 kD、等电点7.0的亲水性蛋白,且分子内不含二硫键。与其他真菌来源的GH11族耐酸性木聚糖酶进行序列比对,结果显示该酶的相应位置具有特征天冬氨酸残基Asp,且具有糖苷水解酶11 族的保守区域特征以及典型的“右手半握”状结构,重组木聚糖酶基因xynA能够在大肠杆菌中成功表达,比酶活力达220.5 U/mg。

关键词:微紫青霉;酸性木聚糖酶;基因克隆;生物信息学分析

半纤维素是自然界中生物量仅次于纤维素的可再生生物质资源,是一类存在于大多数植物细胞壁的杂聚多糖[1]。木聚糖酶是将半纤维素的主要组成成分——木聚糖降解为低聚木糖和木糖的一组复合酶系,是木聚糖降解酶系中最关键的酶[2],主要包括β-1,4-D-外切木聚糖酶、β-1,4-D-内切木聚糖酶和β-木糖苷酶。其中β-1,4-D-内切木聚糖酶作用于木聚糖主链,起主要降解作用[3-4]。不同领域对于木聚糖酶的需求不同,所对应酶的酶学性质也具有较大差异[5],目前关于木聚糖酶的研究多集中于其耐热及耐碱性方面,而对于在饲料、果汁、酿酒等行业具有极大应用潜力的酸性木聚糖酶的研究相对较少[6-8]。酸性木聚糖酶的研究,不但可以丰富木聚糖酶资源,而且有助于促进其在相关领域的应用。产酸性木聚糖酶的菌株主要来源有两种,一是天然筛选得到的菌株,二是通过基因工程技术构造的菌株[9-10]。由于天然菌株具有产酶能力有限、稳定性差等缺点,越来越多的研究人员从分子层面对酸性木聚糖酶结构中影响其性质的因素进行研究。Ohta等[11]采用实时-聚合酶链式反应(polymerase chain reaction,PCR)的方法从Aureobasidium pullulans var. melanigenum中克隆得到编码酸性木聚糖酶xynI的cDNA并进行测序分析,推测其耐酸性与Glu和Asp残基密切相关。Michaux等[12]通过比对酸性木聚糖酶XYL1与其他同源的中、碱性木聚糖酶的结构,得知XYL1的耐酸特征是由活性位点附近的保守氨基酸序列、表面负电势以及盐键数量等因素共同决定。迄今为止,研究发现的酸性木聚糖酶大多来源于真菌[10],与细菌来源的木聚糖酶相比,虽然表达量较高,但热稳定性差。可以通过基因工程手段对酶蛋白进行耐热性改造,从而提高酸性木聚糖酶的工业价值。

以实验室前期从全国各地300余份土壤样品中筛选得到的产酸性木聚糖酶的微紫青霉(Penicillium janthinellum)MA21601为对象进行研究。该菌株在pH 3.0的培养基中生长良好,所产酸性木聚糖酶最适反应pH值为4.0,然而该酶在60 ℃保温30 min后残留酶活力几乎为零[13],一定程度上限制了其工业应用。通过巢式PCR[14]获得木聚糖酶基因xynA的全长,采用重叠延伸PCR[15]的方法进行内含子的切除获得该木聚糖酶的cDNA,省去了提取RNA和反转录的复杂步骤,并对该木聚糖酶基因进行了序列分析。通过与GH11族其他耐酸木聚糖酶进行比对,分析其耐酸性相关的氨基酸残基,根据蛋白的亲/疏水性分析,推测木聚糖酶XynA热稳定性差的原因,为进一步阐明酸性木聚糖酶XynA结构与性质的关系、提高酶蛋白的耐热性等提供基础数据。对获得的木聚糖酶基因xynA进行原核表达验证其酶活力,显示酸性木聚糖酶XynA能够在E. coli BL21(DE3)中成功表达,确定可以对该基因进行更深层次的研究。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

微紫青霉MA21601为北京食品营养与人类健康高精尖创新中心保藏;克隆载体pMD18-T及表达载体pET28-a TaKaRa公司;大肠杆菌(Escherichia coli)DH5α、E.coli BL21(DE3) 天根生化科技有限公司。引物合成由北京奥科鼎盛生物科技有限公司完成;序列测定由华大基因完成。

T4 DNA连接酶、Q5超保真酶、LA Taq聚合酶美国NEB公司;真菌DNA提取试剂盒、胶回收试剂盒美国Omega公司;BCA蛋白质浓度测定试剂盒 北京索莱宝科技有限公司;其他常规试剂为进口或国产分析纯。1.2 培养基

PDA液体培养基:马铃薯200 g/L、葡萄糖20 g/L,pH值自然。

LB培养基:酵母粉5 g/L、NaCl 10 g/L、胰蛋白胨10 g/L,pH 7.0;LB固体培养基需加入琼脂粉20 g/L。1.3 仪器与设备

T100-Thermal cycler PCR仪 美国Bio-Rad公司;EPS301琼脂糖凝胶电泳仪 北京六一仪器厂;1-14小型台式离心机 美国Sigma公司;ImageQuant 300凝胶成像仪、Multitemp Ⅲ恒温循环水浴器 美国GE公司;HR60-IIA2生物安全柜 青岛海尔特种电器有限公司;恒温培养箱 上海STIK公司;DHZ-DA大容量全温振荡器 江苏太仓市实验设备厂;立式压力蒸汽灭菌器上海博迅实业有限公司医疗设备厂。

1.4 方法

1.4.1 微紫青霉基因组DNA的提取及木聚糖酶编码基因保守序列的扩增

将P. janthinellumMA21601在PDA液体培养基中培养48 h后收集菌体,培养条件为:25 ℃,125 r/min。利用真菌DNA提取试剂盒提取微紫青霉MA21601的总DNA。

根据GenBank中已经发表的青霉及曲霉所产GH11族木聚糖酶基因序列,在Block Maker网站设计简并引物,以所提取的DNA为模板,进行PCR扩增获得木聚糖酶基因的保守序列;通过基因组步移巢式PCR的方法获得木聚糖酶基因的侧翼,巢式PCR程序参考文献[16]。采用了2 轮PCR,第2轮扩增以第1轮扩增的PCR产物稀释40 倍为模板,将所得保守序列以及侧翼序列运用DNAMAN软件进行拼接得到木聚糖酶基因的全长。引物设计采用Primer Premier 5.0,引物设计如表1所示。

表1 扩增木聚糖酶基因xynA 保守序列以及侧翼序列引物设计
Table 1 Primers for PCR amplification ofxynA conserved sequence and flanking sequence

注:F.正向引物;R.反向引物。

1.4.2 木聚糖酶基因cDNA的扩增

将所得全长序列在BLAST(http://blast.ncbi.nlm.nih. gov/Blast.cgi)进行比对,与P. canescens(FJ860893.1)序列相似性较高,由此预测该木聚糖酶基因含有一个内含子,通过重叠延伸PCR切除木聚糖酶Xyn-M的内含子,引物设计如表2所示。

表2 切除内含子的引物设计
Table 2 Primers for excising intron

注:f、F.正向引物;r、R.反向引物;下划线部分为酶切位点。

第1轮PCR扩增选用Q5超保真DNA聚合酶进行PCR扩增(98 ℃ 30 s;98 ℃ 8 s,59 ℃ 25 s,72 ℃ 20 s,循环30 次;72 ℃ 2 min);第2轮将第1轮的PCR产物胶回收作为模板,选用LA Taq酶进行PCR扩增(95 ℃ 3 min; 95 ℃ 30 s,59 ℃ 30 s,72 ℃ 45 s,循环30 次;72 ℃ 10 min)。

1.4.3 目的片段的电泳检测及测序

将PCR产物经过1%的琼脂糖凝胶电泳检测。胶回收产物与pMD18-T克隆载体在16 ℃保温3 h进行连接,42 ℃、60 s热激导入E. coli DH5α感受态细胞,涂布于含有异丙基-β-D-硫代半乳糖苷(isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside,IPTG)、X-gal、Amp的LB平板,37 ℃培养过夜,通过蓝白斑筛选,挑取阳性克隆子,送至北京华大基因研究中心测序确认。

1.4.4 木聚糖酶xynA基因序列分析

序列拼接及比对选用DNAMAN6.0软件完成、信号肽的预测选用将序列提交到SignalP 4.1在线预测(Serverhttp://www.cbs.dtu.dk/services/SignalP/)、理化性质分析采用ExPASy-ProtParam tool完成(http://web. expasy.org/protparam/)、采用ExPASy-PROTSITE(http:// prosite.expasy.org/)进行催化活性位点分析、结构域分析选择SMART网站(http://smart.embl-heidelberg.de/)、N-糖基化分析:NetNGlyc1.0(http://www.cbs.dtu.dk/ services/NetNGlyc/)、二硫键预测由DbD2完成(http:// cptweb.cpt.wayne.edu/DbD2/)。

1.4.5 蛋白质亲水/疏水性以及跨膜蛋白分析

蛋白亲水/疏水性分析由ExPASy-ProtScale(http://web. expasy.org/protscale/)完成,利用TMHMM(http://www. cbs.dtu.dk/services/TMHMM/)进行跨膜蛋白的分析。

1.4.6 木聚糖酶XynA序列比对

通过DNAMAN6.0软件以及NCBI(https://www.ncbi. nlm.nih.gov/)对木聚糖酶XynA以及GH11族真菌来源的酸性木聚糖酶进行序列比对,分析决定木聚糖酶嗜酸特点的关键氨基酸。

1.4.7 木聚糖酶XynA二级结构预测及三维同源建模

二级结构的预测由SOPMA完成、三级结构的预测以及同源建模采用SWISS-MODEL(http://swissmodel. expasy.org/)。

1.4.8 重组木聚糖酶XynA的原核表达与纯化

将测序正确的克隆子发酵后提取质粒,将带有目的片段的pMD18-T载体与表达载体pET28-a分别用NcoI-HF和Not-HF进行双酶切,双酶切条件为37 ℃、3 h,将酶切后产物纯化并用T4连接酶于25 ℃连接1 h,构建重组表达质粒pET28-a-xynA,42 ℃、60 s热激导入E. coli BL21(DE3)感受态细胞,涂布于含有Kan的LB平板,37 ℃培养过夜,挑取部分克隆子进行测序同时保存甘油管,选取测序成功的克隆子挑入5 mL LB液体培养基中并于37 ℃、200 r/min培养14 h作为种子液,接1 mL种子液于含有Kan的100 mL LB液体培养基中,继续培养至OD600nm达到0.6~0.8,加入IPTG至终浓度为0.5 mmol/L,20 ℃、200 r/min培养16 h对重组木聚糖酶进行诱导表达后,离心并收集沉淀,用10 mL 0.05 mol/L pH 5.5的醋酸缓冲液重悬菌体,超声破壁后离心,留取上清液即粗酶液,过镍柱纯化后测定酶活力。

1.4.9 重组木聚糖酶的酶活力测定及十二烷基硫酸钠-聚丙烯酰胺凝胶电泳(sodium dodecyl sulfatepolyacrylamide gel electropheresis,SDS-PAGE)分析

酶活力测定参考Miller[17]的3,5-二硝基水杨酸法(3,5-dinitrosalicylic acid,DNS),采用BCA蛋白浓度测定试剂盒测定纯化后酶液的蛋白质浓度,SDS-PAGE按照Laemmli[18]的方法进行,浓缩胶浓度为4.5%,分离胶浓度为12.5%,用考马斯亮蓝染色15 min后脱色。

2 结果与分析

2.1 木聚糖酶基因xynA保守序列以及侧翼序列的PCR结果

图1 木聚糖酶xynA保守序列以及侧翼序列电泳结果
Fig. 1 Electrophoresis analysis of conserved and flanking sequences of xynA

以微紫青霉基因组DNA为模板,用简并引物进行PCR扩增获得木聚糖酶基因xynA保守序列,长度为185 bp(图1a)。采用巢式PCR的方法,通过基因组步移获得木聚糖酶基因xynA侧翼序列。图1 b中第2、3、7道扩增得到基因片段,表明简并引物LAD2和3的扩增效果较好,图1c为巢式PCR第2轮的扩增结果,特异性较明显,将对应位置的目的片段分别进行测序以获得完整的侧翼序列。

2.2 木聚糖酶基因序列全长及cDNA序列的获得

图2 木聚糖酶基因xynA全长及cDNA电泳结果
Fig. 2 Electrophoresis analysis of PCR amplified products of fulllength xynA gene sequence and cDNA

用DNAMAN软件将保守序列与侧翼序列进行拼接,获得木聚糖酶基因全长,测序所得结果在NCBI上进行比对,具有完整的开放阅读框。与来源P. canescens的木聚糖酶基因xylB序列相似性较高为85%[19],由此预测木聚糖酶基因xynA仅含有一个内含子,并设计引物通过重叠延伸PCR的方法进行内含子的切除。省去了提取RNA以及反转录的复杂步骤,直接得到了木聚糖酶基因xynA的cDNA序列。木聚糖酶基因全长为720 bp(图2a),内含子为63 bp,cDNA为657 bp(图2b)

2.3 木聚糖酶xynA基因的序列分析

DNA全长为720 bp,具有完整的开放阅读框。木聚糖酶xynA基因序列中含有一个内含子为63 bp,cDNA全长657 bp,编码218 个氨基酸。碱基组成及百分比:A 144 个(占比21.9%)、C 217 个(占比33.0%)、G 155 个(占比23.6%)、T 141 个(占比21.5%)。木聚糖酶xynA全基因序列及对应氨基酸序列如图3所示。

图3 xynA全基因序列及推导的氨基酸序列
Fig. 3 Nucleotide and deduced amino acid sequences of xynA

信号肽预测结果显示,该酶含有19 个氨基酸的信号肽序列,通过同源比对发现,不同于序列相似度较高的Penicillium sp. 40信号肽序列为31 个氨基酸。该基因采用了N端序列分析判断信号肽,可信度较高[20]。相关研究表明,信号肽软件预测存在一定不确定性,Liu Liangwei等[21]研究发现,木聚糖酶XynB真正的信号肽序列为1~25而非软件预测的1~19,N端多余的残基对其热稳定性以及底物亲和性都有不良影响。由此推测XynA正确的信号肽序列为N端1~28 个氨基酸,编码成熟肽190 个氨基酸。

理化性质分析表明,木聚糖酶XynA推测分子质量20.61 kD,符合酸性木聚糖酶的分子质量一般都小于30 kD的特点[22]。等电点为7.0,分子式为C911H1321N243O302S3,脂肪系数为45.68,不稳定系数为18.96(<40),说明这种蛋白质的结构稳定。木聚糖酶分子为单一催化结构域,与大多数GH11族木聚糖酶相一致[23]。二硫键预测结果显示该序列不存在二硫键,许多研究表明G/11家族木聚糖酶的耐热性与分子内的二硫键密切相关[24]。Jeong等[25]在脂肪嗜热芽孢杆菌Bacillus stearothermophilus No. 236木聚糖酶内部构建一个二硫键,使木聚糖酶XynA的热稳性提高5 ℃。Miyazaki等[26]在里氏木霉Trichoderma reesei XYNⅡ的N-末端构建一个二硫键,并延长C-末端使酶的最适反应温度提高10 ℃。由此推测可以通过在XynA分子内构建二硫键的方法提高其热稳定性。N-糖基化分析显示,该序列包含1 个N-糖基化位点Asn89。

2.4 蛋白亲水/疏水性以及跨膜蛋白分析

图4 木聚糖酶XynA的疏水性分析
Fig. 4 Analysis of hydrophobic region of XynA

XynA蛋白疏水性分析预测结果如图4所示:XynA蛋白疏水指数最小值为-2.221(145位),XynA蛋白疏水指数最大值0.867(86位)。网站分析结果以及ProtParam软件计算的亲水性指数(GRAVY)为-0.564,均表明XynA为亲水性蛋白。氨基酸的疏水作用对于其在三维结构上的稳定性具有重要影响[26],青霉来源的木聚糖酶大多不耐热,田谷等[27]在橘青霉中克隆木聚糖酶基因并在毕赤酵母中表达后,得到的木聚糖酶在50~55 ℃保存10 min以上,酶活力急剧下降至失活。微紫青霉来源的酸性木聚糖酶XynA也具有热稳定性差的缺点,在后续的研究中可以在相应位点引入疏水氨基酸,有望改善酶蛋白的耐热性。

图5 XynA跨膜蛋白结合位点预测结果
Fig. 5 Prediction of transmembrane binding sites of XynA protein

TMHMM软件跨膜蛋白分析结果如图5所示,XynA全肽中不存在明显的跨膜结构域,定位于胞外,表明该蛋白不是跨膜蛋白。

2.5 木聚糖酶XynA序列比对

图6 真菌来源的11家族木聚糖酶氨基酸序列的多重比对
Fig. 6 Multiple BLAST of amino acid sequences of fungal family GH11 xylanases

*.保守氨基酸序列;#.酸性木聚糖酶的特征氨基酸;阴影部分为催化活性位点;方框部分为GH11族木聚糖酶保守区域。

将微紫青霉木聚糖酶XynA完整的氨基酸序列与GenBank中真菌来源的木聚糖酶氨基酸序列进行比对,结果表明XynA与Penicillium sp. 40[20]、Aspergillus kawachii[28]、Aureobasidium melanigenum[11]以及Bispora sp. MEY-1[29]来源的木聚糖酶序列相似性分别为81%、44%、45%和44%,与来源于Aspergillus nidulans[30]和Aspergillus niger[31]的木聚糖酶序列相似性分别为64%和61%。XynA中含有2 个保守的谷氨酸催化活性中心,序列相应位置存在GH11家族木糖酶保守区域VYGWT、PLVEYYI、SDGATYDIYE、HFNAWAKLGMNLG[32],表明XynA具有11家族木聚糖酶的共同特征。上述木聚糖酶的主要区别在于最适反应pH值不同,Penicillium sp. 40、Aspergillus kawachii、Aureobasidium melanigenum和Bispora sp. MEY-1来源的木聚糖酶最适反应pH值为2.0~4.0,Aspergillus nidulans以及Aspergillus niger所产木聚糖酶的最适反应pH值分别为5.5和5.0。研究表明GH11族木聚糖酶分子中2 个谷氨酸催化活性中心附近的氨基酸残基对其耐酸性有显著影响[33]。如图6所示,最适pH值较低的木聚糖酶相应位置为Asp残基,木聚糖酶XynA中Asp73也符合这一规律,而最适反应pH值相对较高的该位置则为Asn。Fushinobu等[34]通过分析酸性木聚糖酶的结构发现与催化中心相邻的Asp在碱性条件下与Glu形成氢键,pH值较低时Asp能够提供质子,有利于木聚糖酶水解反应的进行。

2.6 XynA二级结构的预测及三维同源建模

图7 XynA木聚糖酶二级结构的预测
Fig. 7 Prediction of secondary structure of XynA

小写字母代表不同的二级结构,大写字母代表氨基酸。

XynA二级结构如图7所示,h代表α-螺旋,占蛋白质的16.97%;e代表伸展链,占蛋白质的32.57%;t代表β-转角,占蛋白质13.76%;c代表无规则卷曲,占蛋白质的36.70%。可见伸展链和无规则卷曲是XynA蛋白二级结构的主要结构元件,α-螺旋和β-转角分散在其中。

图8 XynA木聚糖酶的空间结构
Fig. 8 Spatial structure of XynA

黄色为β-折叠片;粉色为α-螺旋;灰色为无规则卷曲。图中的氨基酸残基编号为去除信号肽后的位置。

将木聚糖酶XynA的氨基酸序列提交到Swiss-model蛋白质模建服务器上[35],基于Talaromyces cellulolyticus来源的木聚糖酶Xyn11C(PDB:3wp3.1A)为模板构建三维模型如图8所示,二者序列相似性为73.16%。木聚糖酶XynA由1 个α-螺旋和2 个反向平行的β-折叠片组成,2 个谷氨酸催化活性中心(Glu86和Glu177)位于酶分子的凹槽处,Asp45在空间上与活性中心相邻,符合GH11族酸性木聚糖酶的结构特点。酶分子呈右手半握状,具有典型的11家族木聚糖酶结构[36]

2.7 重组木聚糖酶XynA的原核表达与SDS-PAGE分析

图9 XynA SDS-PAGE分析
Fig. 9 SDS-PAGE analysis of XynA

M.蛋白标准分子质量;1.粗酶液;2.镍柱纯化后酶液。

将目的片段与pET28-a连接后导入E. coli BL21(DE3)中表达,经过菌落PCR验证,确认木聚糖酶基因xynA与pET28-a重组成功。测序正确的重组子经IPTG诱导表达后,过镍柱纯化,比酶活力为220.5 U/mg,SDS-PAGE结果如图9所示,经镍柱纯化后获得单一条带,分子质量约为20.61 kD,与预测蛋白分子质量相符合,结果表明重组木聚糖酶XynA能够在大肠杆菌中成功表达,并具有一定的酶活力,为后续分子层面改造的研究提供了参考依据。

3 结 论

本研究根据GenBank上已发表的来源于青霉属、曲霉属的木聚糖酶基因序列,设计简并引物扩增得到GH11家族木聚糖酶的保守区域,再通过基因组步移的方法获得侧翼,从而克隆出P. janthinellum MA21601 xynA的编码区DNA序列,具有完整的开放阅读框。在BLAST上进行比对,与来源于P. canescens的木聚糖酶基因xylB序列相似性达85%,由此推测xynA仅含有一个内含子,采取重叠延伸PCR的方式进行内含子的切除,避免了提取RNA以及反转录的复杂操作,直接获得xynA的cDNA序列。生物信息学分析显示XynA属于GH11家族糖苷水解酶,具有11家族木聚糖酶高度保守的氨基酸区域以及催化活性位点。通过与其他GH11家族真菌来源的酸性木聚糖酶序列比对显示Asp73位于催化位点附近,符合酸性木聚糖酶的特征。XynA三维结构呈11家族典型的“右手半握”状。重组木聚糖酶基因能够成功在E. coli BL21(DE3)中诱导表达,比酶活力达220.5 U/mg,经镍柱纯化后成功获得单一条带,且分子质量与预测相符合。

随着工业应用领域的不断拓展,木聚糖酶的工业实用性逐渐成为人们关注的焦点[37]。天然木聚糖酶存在降解效率低,生产成本高等问题,越来越多的研究人员致力于开发活性高、稳定性强的木聚糖酶[38]。青霉来产木聚糖酶的热稳定性一般较差,酸性木聚糖酶也大多为中温木聚糖酶,Liao Hanpeng等[39]研究表明,菌株Penicillium oxalicum GZ-2能够利用麦秸秆作为碳源发酵产酶,酶最适反应pH 4.0,在50~55 ℃温度稳定性较好,当温度升高到60 ℃,15 min内木聚糖酶相对酶活力从78%下降到27%,当温度大于65 ℃时,酶基本失活。Deng Ping等[31]将来源于Aspergillus niger的酸性木聚糖酶基因xynB在毕赤酵母中成功表达,重组木聚糖酶在50℃保温30 min剩余酶活力可达80%,当温度上升到60 ℃,剩余酶活力迅速下降至不足40%,在饲料造粒等需要较高温度的工业应用中存在着潜在问题。本研究通过基因工程的手段克隆得到微紫青霉酸性木聚糖酶xynA基因并成功在大肠杆菌中表达。在后续的研究中,可以通过增加分子内二硫键、引入疏水氨基酸等操作提高木聚糖酶XynA的热稳定性,有望实现其在饲料及酿酒等领域的应用。

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Cloning and Bioinformatics Analysis of Acidophilic xynA Gene from Penicillium janthinellum

HOU Jie1,2, LI Qin2,3, XIONG Ke2,3, XU Youqiang2,3, LI Xiuting1,3,*
(1. Beijing Advanced Innovation Center for Food Nutrition and Human Health, Beijing Technology & Business University, Beijing 100048, China; 2. Beijing Engineering and Technology Research Center of Food Additives, Beijing Technology & Business University, Beijing 100048, China; 3. School of Food and Chemical Engineering, Beijing Technology & Business University, Beijing 100048, China)

Abstract:Acidic xylanases have extensive application in feed and wine industries. The whole sequence of the gene xynA encoding acidic xylanase was amplified from Penicillium janthinellum MA21601 by genome walking. A cDNA sequence was obtained through the elimination of introns by overlapping PCR and analyzed by bioinformatics. The whole sequence was about 720 bp in length with only one intron of 63 bp. The cDNA sequence was 657 bp long and putatively encoded a protein which contained a 28-amino acid (aa) signal peptide and a 190-aa mature peptide. The molecular weight of the protein was estimated to be about 20.61 kD, which had an isoelectric point of 7.0. Bioinformatics analysis showed that XynA was a hydrophilic protein without disulfide bond. The amino acid sequence comparison of XynA with other fungal GH11 acidophilic xylanases indicated that the XynA had an identified specific recognition site of Asp, which displayed a β-jellyroll architecture as a conserved region which was the characteristic of the GH11 family xylanases. The recombinant xylanase was successfully expressed in Escherichia coli with a specific activity of up to 220.5 U/mg.

Key words:Penicillium janthinellum; acidophilic xylanase; gene cloning; bioinformatics analysis

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201714002

中图分类号:Q71

文献标志码:A

文章编号:1002-6630(2017)14-0009-08

引文格式:侯洁, 李琴, 熊科, 等. 微紫青霉酸性木聚糖酶xynA基因的克隆与序列分析[J]. 食品科学, 2017, 38(14): 9-16.

DOI:10.7506/spkx1002-6630-201714002. http://www.spkx.net.cn

HOU Jie, LI Qin, XIONG Ke, et al. Cloning and bioinformatics analysis of acidophilic xynA gene from Penicillium janthinellum[J]. Food Science, 2017, 38(14): 9-16. (in Chinese with English abstract) DOI:10.7506/spkx1002-6630-201714002. http://www.spkx.net.cn

收稿日期:2016-12-04

基金项目:国家自然科学基金面上项目(31371723)

作者简介:侯洁(1993—),女,硕士研究生,研究方向为食品科学。E-mail:3156827570@qq.com

*通信作者:李秀婷(1970—),女,教授,博士,研究方向为食品酶工程。E-mail:lixt@th.btbu.edu.cn