植酸酶及其植物基因工程*

综述了植酸酶的来源、其酶学性质及植酸酶的植物基因工程,并对其存在的问题、应用前景作了展望。     

植酸酶研究进展及土壤植酸酶应用展望

磷元素是农作物的主要营养限制因子之一,开发利用土壤中的磷资源对解决作物的磷素限制意义深远。植酸是土壤有机磷的主要形态,其矿化分解并释放有效磷的过程是一个酶促反应,植酸酶是这一过程的关键酶。植酸酶在土壤改良及农业的可持续发展领域具有较强的应用前景,高通量测序技术的出现也为土壤植酸酶研究提供了全新的思路和策略。综述了植酸酶的多样性、获取技术、提高产率的策略及在农业领域的应用现状,分析了土壤植酸酶研究存在的问题和未来发展的趋势,并对其应用前景进行了展望。     

植酸酶及其基因工程研究进展

植酸酶可添加于食品与饲料中,能消除因不能降解的植酸所引起的抗营养作用,提高机体对蛋白质及多种微量元素的利用率,降低粪便中磷的含量,从而减少环境中磷的积累污染,有利于保护生态环境。弄清植酸酶的性质、基因结构和功能,了解其基因工程的研究进展,不仅具有重要的理论意义,而且在开发研究植酸酶制剂用于饲料、食品和医药等方面具有重要的实践价值。本文谨对植酸酶的性质、基因结构和功能及其基因工程的研究进展做一综述,并探讨了植酸酶的应用前景。     

黑曲霉WY-6植酸酶的表达、纯化及性质研究

目的:表达黑曲霉WY-6植酸酶基因及研究重组酶的性质。方法:通过PCR方法从黑曲霉WY-6基因组中扩增出植酸酶基因,并将该基因表达在毕赤酵母中,再利用蛋白质分离纯化技术对重组酶进行纯化,并测定其性质。结果:黑曲霉WY-6植酸酶基因成功表达在毕赤酵母中,重组植酸酶经饱和硫酸铵分级沉淀、超滤和阴离子交换层析步骤后得以纯化,纯化后的植酸酶比活力为147U/mg,分子量为67kDa,两个最适pH分别为3.0和5.5,最适温度为55℃,与胃蛋白酶以0.01的比率(胃蛋白酶/植酸酶,wt/wt)混合作用2h后仍保留70.9%残余活力。结论:获得了具有商业应用潜能的基因工程植酸酶。     

芽孢杆菌植酸酶分子生物学研究进展

来源于芽孢杆菌的中性植酸酶具有良好的热稳定性,适合作为消化道呈中性鲤科鱼类的饲料添加剂。该植酸酶晶体具有独特的螺旋桨样空间结构,钙离子在其稳定性和催化活性的结构功能关系中具有重要作用,并表现出特有的催化机理。该基因与已知植酸酶基因的结构有所不同,是一种新的植酸酶。目前主要采用多种原核表达系统对其进行表达。比较表明,芽孢杆菌表达系统和酵母表达系统是实现芽孢杆菌植酸酶规模化生产的有效途径。     

转枯草芽孢杆菌植酸酶基因烟草对不同介质中植酸磷的吸收利用

利用转入枯草芽孢杆菌植酸酶基因的不同烟草株系,分别在无菌培养基、砂培和土培试验中研究了转植酸酶基因烟草对植酸磷的吸收和利用.结果表明,在无菌培养基试验中,所有转植酸酶基因烟草对植酸磷的吸收利用能力均显著高于野生型,其生物量比野生型提高了3.6～10.7倍,总磷吸收量提高了2.2～4.6倍;在沙培和土培中,转植酸酶基因烟草对植酸磷的吸收利用与野生型相比,生物量和总磷吸收量差异不显著.这说明转植酸酶基因在无菌条件下可以提高植物吸收利用植酸磷的能力,但是在自然条件下,由于微生物分解或矿物固定等原因,其作用不稳定,需要进一步研究克服土壤中的限制因素,才能使转基因植物充分发挥作用.     

植酸酶的多样性及其分类

植酸酶是一类催化植酸水解逐步释放磷酸基团形成低级肌醇磷酸衍生物的正磷酸单酯磷酸水解酶。植酸酶在动物营养、资源环境保护和人类健康等领域有巨大的应用潜力。目前,人们对植酸酶的多样性及其分类的认识比较模糊甚至错误,严重影响了植酸酶的研究进程和水平。首先简要概述了基于最适pH和立体专一性的植酸酶分类,然后着重论述了基于结构和催化机理的植酸酶分类及其代表酶特征的最新研究进展,最后探讨了根据不同分类标准特别是基于结构和催化机理准确理解和全面表征各种植酸酶的重要性,以期为植酸酶的研究和应用提供参考。     

青霉植酸酶的初步研究

从土壤、麦麸、玉米芯及污染的食用菌下脚料等材料中分离、纯化出产植酸酶的青霉菌5株,从中筛选出一性能优越的产植酸酶菌株(Penicillium,sp)P2;液体培养4d,植酸酶达到4.06U/ml.其去除麦麸、玉米的有机磷的效果比较理想.     

文摘

产植酸酶的黑曲霉菌株筛选及其植酸酶基因克隆［中］／姚斌…／／农业生物技术学报．－１９９８,６（１）．－１～６从土壤中筛选到产植酸酶的黑曲霉菌株Ａｓｐｅｒｇｉｌｕｓｎｉｇｅｒ９６３,对其所产植酸酶的生理生化性质研究表明具有适合于在饲料中使用的优良性质...     

植酸酶的研究进展

从三个方面综述了植酸酶的研究进展：（1）植酸酶的种类及来源;（2）植酸酶的性质;（3）植酸酶基因及基因工程。     

植酸酶的研究与应用进展

综述了植酸酶的生物学特性 ,产植酸酶的菌种来源 ,以及通过诱变和基因工程对菌种的选育 ,并阐述了植酸酶在饲料中的应用     

饲用植酸酶蛋白质工程研究进展*

植酸酶作为一种单胃动物的饲料添加剂,它的推广和应用受到酶性质的局限。本在植酸酶改性策略,以及提高饲用植酸酶的表达量,改善热稳定性,提高催化效率,改良最适pH等方面介绍了植酸酶蛋白质工程方面的研究进展。     

Phytase: Sources, preparation and exploitation

This review deals with phytase (myo-inositol hexakisphosphate phosphohydrolase) and covers microbiological sources, phytase occurrence in plants and animals, its purification, physico-chemical and molecular properties. Protein engineering of phytase and potential enzyme applications are discussed.     

Biotechnological development of effective phytases for mineral nutrition and environmental protection

Phytases are hydrolytic enzymes that initiate the release of phosphate from phytate (myo-inositol hexakisphosphate), the major phosphorus (P) form in animal feeds of plant origin. These enzymes can be supplemented in diets for food animals to improve P nutrition and to reduce P pollution of animal excreta. This mini-review provides a synopsis of the concept of "ideal phytase" and the biotechnological approaches for developing such an enzyme. Examples of Escherichia coli AppA and Aspergillus fumigatus PhyA are presented to illustrate how new phytases are identified from microorganisms and developed by genetic engineering based on the gene sequences and protein structures of these enzymes. We also discuss the characteristics of different heterologous phytase expression systems, including those of plants, bacteria, fungi, and yeast.     

植酸酶的分子生物学与基因工程

植酸酶是一种新型的、可作为动物饲料添加剂的重要酶制剂,它对提高饲料中磷的利用率,提高动物的生产性能,以及减轻因动物高磷粪便所导致的环境水域的磷污染有着重要意义。本文综述了植酸酶的分子生物学及基因工程研究的最新进展,讨论了其进一步的研究发展方向。     

土壤中微生物植酸酶的活性及其提高方法与应用

磷是有限不可再生资源,土壤缺磷是植物生长和农作物生产的主要限制因子之一。无机磷肥施入土壤后,极易被土壤固相吸附或与金属阳离子形成难溶性络合物或转化为有机磷,导致其生物可利用性降低。土壤磷主要以有机磷形式存在,占比20%-80%。有机磷又以植酸(盐)为主要成分,占比约50%。植酸不可被植物直接吸收利用,需在专一性酶植酸酶作用下经脱磷酸化水解释放磷供植物吸收。土壤植酸酶主要来源于微生物,易受温度、pH、土壤吸附、钙含量及钙磷比、底物含量和有效性等影响,导致酶活降低甚至失活。如何保持或提高土壤中植酸酶活性,进而提高土壤内源植酸磷的利用率,对降低外源磷肥施加和保障农业生产具有重要意义。本文综述微生物植酸酶的来源、分类与作用机制及土壤中植酸酶活性的影响因素,重点阐述保持或提高其活性的方法及实际应用效率。针对土壤植酸酶活性低和稳定性差的问题,对通过调控最适pH范围、提高热稳定性、将植酸酶负载于纳米材料和基因工程改造等改善植酸酶性质的方法进行展望。综述内容可为理解土壤中植酸酶活性的影响因素,进而提高土壤内源植酸磷的利用效率提供理论依据和技术参考,对减少外源磷肥施用、降低磷流失和土壤面源/水体污染风险及保障农业可持续发展具有一定的现实意义。     

Optimization of carbon and nitrogen sources for phytase production by Mitsuokella jalaludinii,a new rumen bacterial species

AIMS: The effects of different carbon and nitrogen sources on phytase production by Mitsuokella jalaludinii were evaluated and the optimization of rice bran (RB) and soybean milk (SM) concentrations in the medium for phytase production was also determined. METHODS AND RESULTS: Replacement of glucose, cellobiose and starch in MF1 medium by RB or palm kernel cake and replacement of trypticase peptone and yeast extract in the medium by SM or enzymatic digested soybean milk significantly increased the phytase production by M. jalaludinii. The optimal concentrations of RB and SM in the medium for phytase production were 15% RB and 20% SM or 20% RB and 10% SM or 20% RB and 20% SM and the phytase activities in the media were 12.53, 12.93 and 12.75 U g-1 culture broth, respectively. CONCLUSIONS, SIGNIFICANCE AND IMPACT OF THE STUDY: The high production of phytase by M. jalaludinii warrants further research to increase its yield by genetic manipulation for commercial application.     

转基因植物表达植酸酶研究进展

植酸是植物体内磷的主要存在形式,其绝大部分不能被单胃动物消化吸收,而随粪便排出体外造成环境污染;同时,植酸又是一种抗营养因子,它通过络合植物体内的一些营养成分而降低植物的营养价值。通过植物转基因方法使植物自身表达足量的植酸酶,以减小植酸带来的不利影响,是提高植物性饲料营养价值和控制环境磷污染的一种经济有效的措施。就转基因植物植酸酶的优势、研究现状、存在的问题及其发展前景进行了综述。     

Identification of a phytase gene in barley (Hordeum vulgare L.)

Background

Endogenous phytase plays a crucial role in phytate degradation and is thus closely related to nutrient efficiency in barley products. The understanding of genetic information of phytase in barley can provide a useful tool for breeding new barley varieties with high phytase activity.

Methodology/Principal Findings

Quantitative trait loci (QTL) analysis for phytase activity was conducted using a doubled haploid population. Phytase protein was purified and identified by the LC-ESI MS/MS Shotgun method. Purple acid phosphatase (PAP) gene was sequenced and the position was compared with the QTL controlling phytase activity. A major QTL for phytase activity was mapped to chromosome 5 H in barley. The gene controlling phytase activity in the region was named as mqPhy. The gene HvPAP a was mapped to the same position as mqPhy, supporting the colinearity between HvPAP a and mqPhy.

Conclusions/Significance

It is the first report on QTLs for phytase activity and the results showed that HvPAP a, which shares a same position with the QTL, is a major phytase gene in barley grains.     

通过参数相关性分析对发酵控制策略在植酸酶高密度发酵中的作用探讨

为了优化植酸酶高密度发酵条件,有必要获取在发酵过程中由于控制策略引起有关参数的实时变化及其关联性.本研究利用传感器对植酸酶工程菌高密度发酵过程进行数据在线采集,通过改变转速、接种量与补料甘油,探讨三方面控制因素对高密度发酵产酶过程参数具体影响及各参数变化之间的相关性,建立起与转速-细胞密度-溶氧-乳酸相关的发酵罐内外环...