猪苓糖苷水解酶家族基因及其差异表达

猪苓与蜜环菌建立共生关系时,猪苓菌丝会反侵染并消解蜜环菌菌索,以获取营养物质,糖苷水解酶是参与这一过程的主要酶类之一。本研究从猪苓转录数据库中获得糖苷水解酶家族基因42类、309个;其编码的糖苷水解酶蛋白含各类结构域344个,以糖苷水解酶结构域glyco_hydro为主,共计35类173个。对猪苓糖苷水解酶进行的gene ontology(GO)功能注释结果表明,这些蛋白参与的生物学过程以物质代谢及分解过程为主,特别是多糖等大分子物质代谢;181个猪苓糖苷水解酶具有水解酶活性,这些水解酶活性呈多样性分布。与未被蜜环菌侵染的猪苓部位相比,43个糖苷水解酶基因在蜜环菌侵染的菌核部位中差异表达,编码包括glyco_hydro_48、cellulase和polysacc_deac_1等功能结构域,可能发挥水解几丁质、纤维素酶活性及免疫调节等活性,这为猪苓与蜜环菌互作关系的研究提供了候选基因及蛋白。

糖苷水解酶第3家族β-葡萄糖苷酶的研究进展

β-葡萄糖苷酶属于糖苷水解酶家族,在食品、医药、生物质转化中有着重要的作用。本文主要对糖苷水解酶家族3的β-葡萄糖苷酶进行综述,主要包括理化性质、底物特异性、反应动力学、三维结构、催化残基和酶基因克隆表达等几个方面,为从基础领域研究该家族此酶的催化机理及表达调控机制提供参考。

具有辅助降解纤维素功能的大斑刚毛座腔菌糖苷水解酶GH61的鉴定、异源表达及功能分析

糖苷水解酶61家族(GH61)属于一类同时具有氧化作用和水解作用的纤维素降解酶类,既具有微弱的纤维素内切酶活性,也可通过氧化作用破坏纤维素晶体结构促进纤维素酶对木质纤维素的降解,在生物质资源的利用方面具有潜在的应用价值。对大斑刚毛座腔菌Setosphaeria turcica的GH61家族基因进行鉴定及生物信息学分析,通过转录组数据分析及荧光定量PCR验证,筛选出受玉米秸秆木质纤维素底物诱导表达的GH61家族基因StGH61-11。将StGH61-11进行重组表达,使用2,6-二甲氧基苯酚氧化反应测定其酶活力并优化诱导条件,表征其酶学性质并检测其对纤维素酶水解木质纤维素的促进作用。结果表明,在S.turcica基因组中存在21个GH61家族基因,且S.turcica在玉米秸秆的诱导下滤纸酶活明显增加,对其进行转录组分析发现,在以玉米秸秆为碳源时GH61家族基因中有11个基因的表达量增加。将其中StGH61-11基因在大肠杆菌中诱导表达,最佳诱导条件为25℃、1 mmol/L IPTG诱导9 h,此时获得的蛋白比活力可达到(54.08±1.67)U/g。重组蛋白StGH61-11的最佳催化条件为温度50℃、pH 5,在最佳催化条件下可以显著提高纤维素酶水解玉米秸秆的活性,协同度最高可达2.5,糖化率最高可达46.5%。

蜜环菌糖苷水解酶家族基因在菌索与菌丝间的差异表达分析

蜜环菌是一种兼性腐生和寄生的真菌,通过降解伴栽基质并为药用植物(天麻)或菌物(猪苓)提供营养物质,而糖苷水解酶是这一过程的主要酶类。本研究从蜜环菌Armillaria mellea 541菌株转录数据库中共获得糖苷水解酶家族基因170个,分布于39个亚家族。进一步分析发现,这些家族基因编码的糖苷水解酶家族蛋白(glycoside hydrolase family,GHF)结构域多达48种181个,以Aamy、Glycohydro、MelibiaseC、Nod B homology和PA14等结构域为主。对糖苷水解酶家族蛋白进行了系统的Gene Ontology(GO)功能注释和Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes(KEGG)代谢通路分析,其功能以结合、水解和催化细胞壁成分为主。编码GHF3(A0A2H3D3T6)、GHF78(A0A2H3D8T6)、GHF51(A0A2H3E4X4)、GHF47(A0A2H3EK71)和GHF5(A0A2H3EBW7)等5个糖苷水解酶家族蛋白的基因在A. mellea541菌索与菌丝间差异表达,其结构域依次为PA14、Bacrhamnosid6H/C、Alpha-L-AFC、Glycohydro47和Glycohydro5,可能发挥结合碳水化合物和催化鼠李糖苷、阿拉伯呋喃糖苷、甘露糖残基和纤维素等水解的功能,这为研究蜜环菌与天麻或猪苓的相互作用提供了理论依据。

糖苷水解酶32家族结构与功能的研究进展

糖苷水解酶32(GH32)家族是一类广泛存在于植物、真菌和细菌中的水解酶,作用于果聚糖苷键的水解或合成,在果聚糖的生物合成、细胞壁代谢、植物防御、植物细胞分化和发育、果聚糖类物质动员、刺激肠道有益细菌生长等各种生物过程发挥重要的作用。GH32家族的三维结构高度保守,由N-端催化结构域和C-端β-三明治结构域组成。目前,GH32家族已有10 146个家庭成员,其中15种酶的晶体结构得到解析,明确了酶的三维结构和催化机制。该文综述了GH32家族的成员及生物学功能、三维结构、催化活性中心和催化机制,论述了芳香族区域在酶与底物识别中的重要作用,展望了GH32家族工业用酶的改造方向。

糖苷水解酶GH97家族成员PspAG97A的催化机制分析

糖苷水解酶GH97家族是一个特殊的家族,同时拥有反转和保留两种催化类型成员,其两种催化类型如何分化目前还不清楚。对GH97家族成员PspAG97A的催化机制进行分析,通过高效液相色谱法检测水解产物异头物的构型,根据在不同酶反应时间所检测到的α-葡萄糖与β-葡萄糖的比例变化,证明PspAG97A执行反转催化机制。通过结构分析与定点突变等方法尝试对PspAG97A的催化类型进行改造,将PspAG97A与同一家族成员Bt GH97b(保留型)活性中心进行叠加比较,仿照保留类型的催化装置对相关位点G407、E377及E456进行单点突变和联合突变。结果显示突变酶活力相比野生型显著下降,并分析了相关位点的作用。研究加深了对PspAG97A催化机制的认识,为GH97家族两种催化类型进化关系的研究奠定基础。

右旋糖酐-α-1,6键水解酶的家族、结构及其应用

右旋糖酐(dextran)水解酶种类繁多,其中右旋糖酐-α-1,6键水解酶(D-α-1,6 H)是主要的水解酶类.该类酶包括右旋糖酐酶(EC 3.2.1.11)、葡萄糖右旋糖酐酶(EC 3.2.1.70)、异麦芽糖右旋糖酐酶(EC 3.2.1.94)等,分属不同糖苷水解酶家族.D-α-1,6 H的结构和催化方式多样,分类和进化关系复杂,是糖苷水解酶催化机制研究和酶蛋白分子进化研究的好材料.D-α-1,6H及该类酶的催化产物在工业和医学中均有重要而广泛的应用.近年来对D-α-1,6H的理论和应用研究逐渐增加,但仍缺乏深入的系统性研究.本文对D-α-1,6H的家族、结构和功能进行分析,并对其在工业和医学中的最新应用研究作以总结.

糖苷水解酶7家族蛋白在纤维素降解中作用的研究进展

糖苷水解酶7家族(glycoside hydrolase family,GH7)是一类来源于真菌的水解酶,作用于纤维素结晶区或不定形区的β-1,4-键,可用于高效降解纤维素转化为可发酵的糖。GH7的成员具有高度保守序列以及相似三维结构,其催化结构域是由多个loop区围绕反向平行的β-折叠形成的β-三明治结构。目前已有17个GH7成员的结晶结构得到解析,明确了酶的结构与催化功能之间的关联,对GH7的来源及分类、蛋白序列、结构特征与催化纤维素降解功能关系的研究进展进行阐述。

粗毛纤孔菌糖苷水解酶5基因克隆及蛋白质结构分析

【目的】克隆得到粗毛纤孔菌糖苷水解酶5基因,并对该基因进行生物信息学分析、蛋白质原核表达和酶活研究,为糖苷水解酶的利用提供依据。【方法】分离纯化粗毛纤孔菌,并于PDA斜面长期保存。应用TRIzol提取粗毛纤孔菌总RNA,通过AMV反转录系统将RNA反转录成c DNA,构建c DNA文库;应用NCBI BLAST分析并检测糖苷水解酶基因家族5阳性序列,RACE法克隆基因全长命名为Ih GH5-1并提交NCBI注册;ORF-Finder分析Ih GH5-1基因开放阅读框,推导出氨基酸序列;筛选NCBI登录的糖苷水解酶家族5同源序列,Clustal W进行保守结构域区段多序列比对;应用Mega 5.05选用WAG+G模型构建最大似然树;应用PSIPRED server对Ih GH5-1进行α螺旋和β折叠的蛋白质二级结构分析,应用SWISS-MODEL对Ih GH5-1进行三维建模,应用VMD1.8.6分析Ih GH5-1三维结构;设计原核表达引物并进行PCR扩增,将扩增得到的基因片段连接至p QE-30 UA载体并转入大肠埃希菌JM109感受态细胞,诱导表达后通过SDS-PAGE电泳检测表达量;测定糖苷水解酶活性并计算酶活。【结果】TRIzol提取的粗毛纤孔菌总RNA经分光光度计检验符合标准(OD260/OD280=2.0,OD260/OD230>1.8),c DNA文库成功构建并测序;RACE法克隆得到5'序列长度为770 bp,3'序列长度为1 562 bp且含有Poly A的序列,5'和3'序列拼接得到基因全长序列长1 727 bp,NCBI注册号为KM368321;ORF分析得到Ih GH5-1氨基酸序列含有300个氨基酸,分子质量为31.226 55 k D,等电点(p I)为9.24;结构域分析表明Ih GH5-1具有保守的催化结构域;最大似然树分析表明多数子囊菌糖苷水解酶家族5聚在一起,多数担子菌糖苷水解酶家族5聚在一起,粗毛纤孔菌Ih GH5-1蛋白质与太瑞斯梭孢壳霉和球毛壳菌等子囊菌的糖苷水解酶亲缘关系更近;蛋白质三维结构分析表明粗毛纤孔菌Ih GH5-1含有7个α螺旋、4个β折叠,三维比对表明粗毛纤孔菌Ih GH5-1三维结构与其他真菌糖苷水解酶家族5蛋白空间结构相近,进化关系与最大似然树分析相符;原核表达及酶活测定表明该基因成功表达,表达产物在65℃时相对酶活性最高。【结论】本研究可为白腐菌纤维素酶大规模的工业化应用提供前期研究基础和理论依据。

糖苷水解酶基因FvGH16-2参与拟轮枝镰孢菌生长发育及致病性

为明确糖苷水解酶16(glycoside hydrolase,GH16)家族基因在拟轮枝镰孢菌Fusarium verticillioides生长发育和致病过程中的作用,利用生物信息学分析软件对其GH16家族成员进行鉴定,采用转录组分析及实时荧光定量PCR技术对GH16家族成员在不同培养温度下的表达水平进行检测,并通过遗传转化法对家族成员FvGH16-2基因进行敲除及回补,分析其在拟轮枝镰孢菌生长发育及致病过程中的作用。结果显示,在拟轮枝镰孢菌基因组中共鉴定到23个GH16家族基因,其中FvCH16-2、FvCH16-4和FvCH16-12等多个上调表达基因与病菌的生长和抗逆性相关。敲除FvGH16-2基因导致拟轮枝镰孢菌的生长速率及产孢能力降低,细胞壁完整性受损,对H2O2更加敏感,同时对玉米籽粒和茎秆的致病力减弱。表明FvGH16-2基因在拟轮枝镰孢菌生长发育和致病过程中发挥着重要作用,是拟轮枝镰孢菌细胞壁完整性和致病性所必需的。

鉴定隶属于糖苷水解酶13家族(glycoside hydrolase family 13,GH13)的潮滩发光杆菌的β-半乳糖苷酶

【背景】糖苷水解酶13家族(glycoside hydrolase family 13,GH13)是已知最大的α-淀粉酶家族,不含有半乳糖苷酶。【目的】对海洋细菌潮滩发光杆菌(Photobacterium gaetbulicola)的一个蛋白BgalPg进行鉴定。【方法】通过保守位点分析和系统发育树确定BgalPg蛋白的家族分类;通过克隆、表达和纯化测定重组BgalPg蛋白的酶学性质并鉴定功能。【结果】BgalPg的蛋白序列新颖,与已知的碳水化物酶无同源性。序列分析结果表明该蛋白具有GH13家族的典型特性,并且隶属于GH13_38亚家族。BgalPg对α-淀粉酶家族酶的相关底物均无催化活性,却能水解含有β-半乳糖苷键的底物pNP-β-Gal[(2.8±0.4)U/mg]和oNP-β-Gal[(1.4±0.3)U/mg],并且能水解乳糖[(0.40±0.01)U/mg],表现出典型的β-半乳糖苷酶活性。同时,该酶在pH 7.0–8.5稳定性好,60℃的半衰期为1.5 h。【结论】发现隶属于GH13家族的β-半乳糖苷酶。

多形拟杆菌α-L-鼠李糖苷酶序列分析与酶学性质

α-L-鼠李糖苷酶在生物技术领域具有很好的生物催化应用前景。目前,仅16个细菌源GH78家族α-L-鼠李糖苷酶基因被报道,对α-L-鼠李糖苷酶的序列特征与分子催化机制了解尚不完善。人体肠道细菌多形拟杆菌可利用多种多糖与糖苷,其基因组包括6个预测的α-L-鼠李糖苷酶基因,本文集中于连续定位于一个基因座的2个α-L-鼠李糖苷酶基因BtRha78D和BtRha78E,通过研究二者的序列特征和酶学特性旨在确定此基因座的生物学意义。序列分析显示,BtRha78D和BtRha78E的序列组成与长度差异性大,与已发现的α-L-鼠李糖苷酶序列一致性较低,分子进化关系也较远;酶学性质研究表明,BtRha78D和BtRha78E可高效水解底物p NPR,最适p H分别为p H6.0与p H 7.0。BtRha78E在p H 7.5~8.0范围内,仍能保持52%以上的活性。BtRha78D和BtRha78E最适温度为50℃,对pNPR的kcat分别为14.78 s-1和5.48 s-1,Km分别为0.14 mmol/L和0.44 mmol/L,kcat/Km分别为105 600 s-1L/mol和12 500 s-1L/mol。BtRha78D和BtRha78E耐受低浓度(1%)有机溶剂,10%浓度显著降低酶活性,对二甲亚砜具有很好的耐受性,10%浓度下仍能分别保持42%和53%的活性。本研究揭示,α-L-鼠李糖苷酶BtRha78D和BtRha78E间的序列组成与长度差异性很大,具有相同的催化活性而酶学性质却不同,一个包含2个α-L-鼠李糖苷酶基因的基因座可能参与多形拟杆菌降解利用含α-L-鼠李糖基的多糖与糖苷化合物。

β-半乳糖苷酶的研究现状与进展

β-半乳糖苷酶是一种重要的食用生物催化剂,具有催化β-1,4糖苷键水解和转糖苷作用,并被广泛应用于乳糖水解及低聚半乳糖合成。作为糖苷水解酶家族的重要成员,β-半乳糖苷酶在理论与应用方面均积累了丰富的研究成果。作者从酶的家族分布、催化机制形成、分子结构分析及特殊酶学性质发掘等方面对β-半乳糖苷酶的研究现状进行综述,以期为β-半乳糖苷酶催化调控的深入探索与应用开发提供参考。

糖苷水解酶第10家族真菌木聚糖酶保守区及进化关系的分析

目的对糖苷水解酶第10家族(glucoside hydrolase family 10,GHF10)真菌木聚糖酶保守区及进化关系进行分析。方法应用CLUSTALW2软件对41条GHF10真菌木聚糖酶氨基酸序列进行多序列比对分析,获得完全保守的氨基酸位点;应用Block Maker和Consensus软件对CLUSTALW2比对结果进一步分析,确定第10家族真菌木聚糖酶共有的保守区及保守氨基酸位点;应用Pymol软件对源于GenBank中登录的6种10家族木聚糖酶进行比对,并找到这41条序列中共有的β折叠和α螺旋;利用MEGA 4.0软件对CLUSTALW2比对结果构建系统进化树,并根据进化树进行分组。结果 41条序列长度虽然不等,但均包含E270和E405两个谷氨酸催化位点。通过序列比对,得到第10家族真菌木聚糖酶的5个高度保守区TPENSMK、RGHTLVWHSQLPSWV、WDVVEN、AKLYINDYYNL、TELDI以及20个完全保守的氨基酸位点,这些保守区和保守位点多数分布在木聚糖催化区域以及(β/α)8折叠桶的内壁上。根据木聚糖酶的亲缘关系,可将第10家族真菌木聚糖酶分为3个大组,其中第1和第3组的木聚糖酶分别有12和27种,且均来源于子囊菌门;第2组仅包含2种木聚糖酶序列,来源于Neocallimastigomycota和担子菌门。结论分析了GHF10真菌木聚糖酶的保守区及进化关系,为木聚糖酶的工程改造奠定了基础。

葡萄糖基转移酶的结构、功能及应用研究进展

淀粉的消化性能与机体的健康相关,而酶法改性可显著提升淀粉的抗消化性能,促进机体健康。葡萄糖基转移酶作为近些年被发现的酶类,具有改性淀粉的能力,可用于制备新型可溶性、慢消化的产物,在淀粉改性领域具有广阔的应用前景。该文从葡萄糖基转移酶的来源与酶学性质、结构与进化、催化机理及应用的研究现状进行概述,为葡萄糖基转移酶的深入研究及利用其开发新型功能性食品提供参考。

陆地棉XTH基因家族全基因组鉴定及在纤维发育过程的表达分析

本研究从陆地棉TM-1基因组中鉴定出72个XTH家族基因,编码木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH,xyloglucan endotransglycosylase/hydrolase),分别命名为Gh XTH01~Gh XTH72,分析了其基因结构、保守基序、系统进化、理化性质、亚细胞定位,并探究其在棉纤维发育不同时期的表达规律。结果表明,XTH家族基因分布在除At 07、Dt 07以外的24条棉花染色体上,根据系统发育树,将XTH家族基因分为3个亚组;XTH氨基酸序列有3个保守基序,保守性较强;多数XTH蛋白定位在细胞外。根据XTHs在纤维发育不同时期的表达量变化,将其分为4类。通过构建陆地棉与拟南芥XTH氨基酸序列进化树,推测Gh XTH15、Gh XTH28、Gh XTH36、Gh XTH49、Gh XTH59、Gh XTH62、Gh XTH63等基因在棉纤维发育过程中发挥重要作用。通过比较XTH家族基因在不同纤维品质陆地棉品种中的表达差异,推测在优质棉花品种中优势表达基因Gh XTH03、Gh XTH12、Gh XTH17、Gh XTH22、Gh XTH23、Gh XTH28、Gh XTH33、Gh XTH44、Gh XTH46、Gh XTH59等在纤维发育伸长过程中可能发挥着重要作用。上述结果为研究陆地棉XTH基因家族在棉纤维发育中的功能提供了参考依据。

解淀粉芽孢杆菌β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶基因的克隆表达及其酶学表征

从解淀粉芽孢杆菌(Bacillus amyloliquefaciens YX-01)中克隆得到一个新型β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶基因(BaNagase),并成功在大肠杆菌中异源表达。BaNagase编码616个氨基酸,与B.subtilis来源的β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(AIY91451.1)氨基酸序列相似性最高,为76.97%。通过对比分析,BaNagase属于糖苷水解酶3家族。纯化获得的BaNagase比活力为16.42 U/mg,最适温度65℃,最适pH 6.0,且在低于55℃条件下能保持高于70%的酶活力。BaNagase展现出高的热稳定性和严格的底物特异性,为其高效制备N-乙酰氨基葡萄糖提供了理论支持。

GH42家族保守氨基酸位点累积突变对Geobacillus stearothermophilus来源β-半乳糖苷酶BgaB催化活性的影响

【背景】β-半乳糖苷酶转糖苷活性弱,产物低聚半乳糖(galactooligosaccharides,GOS)易被水解,致其催化得率普遍较低。【目的】以GH42家族Geobacillus stearothermophilus来源β-半乳糖苷酶BgaB为对象,探讨家族保守氨基酸位点突变对β-半乳糖苷酶BgaB催化活性的影响。【方法】在单点突变体功能研究基础上,采用定点突变与化学修饰相结合的方法,对保守氨基酸位点E303与F341进行累积突变。【结果】与野生型酶相比,所构建双点突变体Ox-E303C/F341S水解活性降低为30%;GOS最大得率由0.75%提高到19.50%。【结论】家族保守氨基酸位点累积突变能够使单点突变体功能得到共同进化,降低β-半乳糖苷酶水解活性和底物抑制作用,能够提高其转糖苷催化活性。

Dispersin B:一种可用于生物被膜防治的糖苷水解酶

β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶(dispersin B, DspB)是一种活性高、稳定性强的糖苷水解酶,其相对分子质量为40 000。DspB由361个氨基酸残基组成,具有8个β/a结构域,折叠后形成TIM桶状结构。其中,β4结构域存在高度保守的位点Asp183和Glu184。作为糖苷水解酶家族20(glycoside hydrolase family 20, GH20)成员,DspB不像其他β-己糖胺酶那样具有多个功能域,DspB只有单一的功能域,且具有独特的底物专一性、底物结合与释放特性。由于DspB能够水解细菌生物被膜基质中的聚β-(1,6)-N-乙酰葡萄糖胺(poly-β-1,6-N-acetyl-D-glucosamine, PNAG),使生物被膜发生解聚而变成游离状态,增加抗生素疗效,因此有望用于细菌引起的植入医疗器械感染的治疗。现分别从DspB所在GH20家族成员概况、DspB的结构和DspB的功能与应用三个方面对相关的最新研究进展进行分析与总结。

金鱼草XTH家族基因鉴定及抗核盘菌和雄蕊瓣化相关基因筛选

木葡聚糖内转糖苷酶/水解酶(XTH)属于糖苷水解酶16家族(GH16),是一类介导木葡聚糖(XyG)-纤维素骨架构建和重组的酶。为探明XTH家族基因在金鱼草(Antirrhinum majus)中的潜在生物学功能,通过生物信息学分析,结合转录组测序(RNA-seq)和实时荧光定量聚合酶链式反应(qRT-PCR)探究了XTH家族基因分别在金鱼草瓣化和非瓣化雄蕊以及抗感核盘菌材料中的表达水平。结果表明,鉴定出的33个AmXTH蛋白主要保守基序为ExDxE,分为3个亚组。AmXTH基因启动子的顺式作用元件多为生长发育、抗病及抗逆类。经RNA-seq和qRT-PCR验证,最终挖掘出4个正向介导抗病的关键候选基因(AmXTH3、14、18和33), 1个负向介导抗病的关键候选基因(AmXTH23), 12个正向介导雄蕊瓣化的关键候选基因(AmXTH1、7、9、11、21、22、23、24、26、28、29和33)以及2个负向介导雄蕊瓣化的关键候选基因(AmXTH15和31);其中AmXTH23和AmXTH33可能同时在金鱼草抗核盘菌和雄蕊瓣化中发挥作用。该研究初步挖掘出参与金鱼草抗核盘菌及雄蕊瓣化的AmXTH候选基因,为进一步揭示其生物学功能奠定了基础。