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木聚糖是谷物饲料中一种主要的抗营养因子,限制了谷物饲料的充分利用。β-1,4-木聚糖酶(EC3.2.1.8)是降解木聚糖过程中最关键的水解酶。目前,关于木聚糖酶的研究主要集中在微生物木聚糖酶,而谷物内源木聚糖酶研究较少。研究发现,谷物饲料中普遍存在蛋白类木聚糖酶抑制剂,使木聚糖酶活性不能充分发挥,且同一种抑制剂对不同来源木聚糖酶作用强度不同。本研究首次从水稻中克隆并改造了木聚糖酶基因osx,使其在大肠杆菌中实现活性表达,同时选择细菌、真菌来源木聚糖酶,从体外及基因水平初步研究一种谷物木聚糖酶抑制剂RIXI对不同来源木聚糖酶抑制效应。主要试验结果如下:
将水稻(oryza sativa)基因组中预测得到的木聚糖酶基因相关序列与其他谷物内源木聚糖酶基因序列进行比对,采用PCR技术扩增得到保守区片段。通过进一步分析该保守区序列与众多水稻内源木聚糖酶预测序列的同源性,从中“钓取”潜在的木聚糖酶基因,采用RT-PCR技术扩增得到一条开放阅读框(ORF)为1443 bp的基因osx,该基因序列与水稻木聚糖酶基因预测序列NM_001061680相似性达99%,该序列编码480个氨基酸,不存在信号肽;将osx与表达载体pET-28a(+)相连接构建pET-28a(+)-osx,导入E.coli BL21(DE3),经1mM IPTG诱导8-10h,超声破碎上清液经SDS-PAGE分析检测到约53.5kDa的特异性条带,但未检测到木聚糖酶活性;通过蛋白同源建模分析,去除OSX蛋白N端120个氨基酸,C端40个氨基酸,剩余序列仅含“Glyco-hydro-10”结构域(126-418aa),经1mM IPTG诱导8-10h,超声破碎上清液经western-blot分析S-OSX蛋白约36.2kDa,木聚糖酶活性为11.5IU/ml。
抑制剂RIXI对不同来源木聚糖酶抑制水平的研究包括两个方面:DNS法体外检测抑制活性与酵母双杂交分析木聚糖酶抑制剂RIXI与木聚糖酶的互作效应。体外检测结果显示,木聚糖酶S-OSX、TFX、BSX及ANX粗酶液、纯化酶液分别经RIXI作用后,酶活分别降低3.0、5.2、38.7、66.9%和4.7、6.8、52.6、70.2%;基因水平检测结果显示,与对照组相对,抑制剂RIXI与S-OSX、TFX、BSX及ANX相对结合强度分别为0.3、0.97、5.7和35.9%。体外检测和基因水平检测结果均显示抑制剂RIXI对真菌来源的ANX抑制强度最大,BSX次之,而对于TFX和水稻内源木聚糖酶S-OSX几乎没有抑制作用,提示S-OSX在谷物饲料中具有良好的应用前景。