沼气池未培养微生物宏基因组文库的构建及β—葡萄糖苷酶基因的克隆、鉴定和表达

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本研究采用间接提取法从沼气池中提取了未培养微生物的宏基因组DNA,经Sephadex G200(2%PVPP)凝胶柱和电沈脱两步纯化后回收30-50kb的DNA片段并补平,以柯斯质粒pWEB:TNC为载体构建了一个约含三万个克隆的沼气池宏基因组文库。随机抽取其中14个克隆用BamH I进行酶切分析,结果显示所有的质粒酶切带型各不相同,说明文库克隆的DNA片段随机性比较强。文库中外源片段的最大长度为60 kb,最小长度为20 kb,平均长度为40kb,文库的总容量为1.2×106kb.利用活性筛选的方法得到3个表达β-葡萄糖苷酶活性的克隆和2个表达内切葡聚糖酶活性的克隆。   本工作对于其中一个在七叶苷平板上显黑色的阳性克隆pGXN100进行了亚克隆、序列测定和测序分析,结果表明:该克隆的外源片段包括一个全长为1863bp的ORF,编码620个氨基酸组成的蛋白质,其分子量(Mw)和等电点(PI)分别为65kD和5.69。与来源于产气克雷伯菌属的一个β-葡萄糖苷酶基因AN292在DNA和氨基酸水平上分别有76%和85%的同源性,并将该重组蛋白命名为Unglu100。利用Protscale、TMHMM、SMART等生物信息学软件分析表明,该重组蛋白没有明显的亲疏水性,但存在大量的跨膜结构区域,可能是磷酸转移酶系统PTS中β-葡萄糖苷酶特异性的转运蛋白组件。   PCR扩增该基因的ORF并将其连接到表达载体pETblue-2上转化大肠杆菌E.coli.Rosetta(DE3) plysS中进行表达。其表达产物由于在C端加上了六组氨酸标签(6×His Tag),因此使用镍离子亲和层析树脂(Ni-NTA)对重组蛋白Unglu100进行纯化和SDS-PAGE电泳分析。并对其酶学性质进行了初步研究,结果发现,该酶的最适PH为5,在PH4-6.5间仍保持较高的酶活力,到达80%以上;最适温度为45℃,但在37-50℃间仍保持了80%以上的较高酶活。由此可见,该酶作用的PH值和温度范围比较宽,耐受性比较高。最后,以pNPG为底物,在最适条件下测得该酶的比活力为25.4U/mL。
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