蠼螋肠道中碱性内切葡聚糖酶基因的克隆表达及功能分析

【目的】从蠼螋肠道细菌菌株Q5中获得一个新型耐碱纤维素酶基因,通过异源表达、酶学性质及功能分析,旨在为以后进一步研究开发高温碱性纤维素酶提供一些理论参考。【方法】采用刚果红平板初筛法,从河南南阳宝天曼国家级自然保护区落叶堆下的昆虫蠼螋肠道中,获得具有分泌较高活性碱性纤维素酶的细菌菌株。基于该菌株的形态学、生理学及16S rRNA序列特征等对高活性菌株进行分类鉴定。并通过设计简并引物,从高活性菌株中克隆出该菌株的纤维素酶基因,并进行序列分析,并导入大肠杆菌BL21中表达。【结果】获得1株具有分泌较高活性碱性内切葡聚糖酶的细菌菌株Q5,经鉴定为甲基营养型芽孢杆菌,进一步从Q5菌株中成功克隆出该菌株的一个全长1500 bp的内切葡聚糖酶基因(GenBank KR067575),在NCBI比对后发现该基因的氨基酸序列与芽孢杆菌菌株LM 4-2的耐碱性β-1,4-内切葡聚糖酶基因(AKE23721.1)有98%的同源性。重组菌经优化培养,细胞破碎后上清液中的酶活力可达3.46 U/mL,是出发菌株Q5(2.05 U/mL)的1.69倍。经正交实验优化后的酶活力为4.99 U/mL。酶学性质研究表明:该酶的最适反应温度与pH值分别为50°C与pH 8.5,在pH 8.0和9.0保温48 h,其酶活力仍然维持到最高酶活的82%和81%;该酶在50°C以下较稳定,60°C以上酶活迅速降低。10 mmol/L的Ca~(2+)和Mg~(2+)对酶的活性有明显促进作用,重组酶Ega5的K_m和V_(max)分别是2.217 mol/mL和9.606μmol/(min·L)。该重组酶对棉花黄萎病病原菌大丽轮枝菌具有显著抑制作用。【结论】本文首次从蠼螋肠道中筛选到了一株产碱性内切葡聚糖酶的细菌菌株并从中克隆出了一个碱性纤维素酶基因,为该酶在碱性条件的应用奠定了理论基础。     

根系土壤假丝酵母菌Candida sp. YIN9对大丽轮枝菌和全齿复活线虫的抑制作用

[目的] 研究黄萎病抗性棉(海 7124)根际土壤中酵母菌株对棉花黄萎病病原真菌大丽轮枝菌和全齿复活线虫的拮抗效果,为生物防治棉花黄萎病和全齿复活线虫提供理论依据。[方法] 通过镜检、糖发酵实验、碳源同化实验、26S rRNA测序对菌株的形态、生理生化特征及其系统发育关系进行鉴定,并利用七叶苷筛选、刚果红染色、平皿对峙实验、盆栽实验、平板生测实验测试其产酶活性以及抑制大丽轮枝菌和杀线虫活性。[结果] 从大批黄萎病抗性棉(海 7124)根际土壤中筛选出编号为YIN9的酵母菌菌株,分类鉴定结果表明:YIN9菌株属于假丝酵母属Candida。平皿对峙实验结果表明:菌株YIN9对大丽轮枝菌的抑菌率达59%;将菌株YIN9的无菌发酵滤液与大丽轮枝菌孢子共培养12 h后镜检发现,用菌株YIN9处理的实验组,大部分棉花黄萎病病菌孢子不能正常萌发。盆栽实验结果表明:菌株YIN9对棉花黄萎病的平均防治效果为60.02%,可以显著降低感病棉棉花黄萎病的发病率和病情指数。此外,与从黄萎病抗性棉根际土壤中筛选获得的其他酵母菌株相比,菌株YIN9具备较高的杀线虫活性:菌株作用全齿复活线虫48 和60 h后,线虫死亡率分别为90%和100%。将菌株YIN9发酵液煮沸后,其抑制大丽轮枝菌和杀线虫活性均急剧下降,进一步测试发现,该菌株拥有较高的蛋白酶和纤维素酶活性。[结论] YIN9中的生防因子可能是热不稳定性物质,具备较高的杀线虫活性,可以显著提高感病棉对黄萎病的抗性。