[发明专利]长囊水云中编码GDP‑甘露糖‑6‑脱氢酶的GMD基因、及其蛋白质和用途

说明书

技术领域

本发明属于生物技术领域，具体属于基因工程领域，更具体涉及长囊水云中的GMD基因、及其蛋白质和用途。

背景技术

褐藻胶，又称褐藻酸多糖，其钠盐形式称为褐藻酸钠(alginate)，是由β-D-甘露糖醛酸(β-D-mannuronic acid，简称M)和α-L-古罗糖醛酸(α-L-guluronic acid，简称G)通过1，4糖苷键连接而成的直链多糖。迄今为止，可认为褐藻胶生物来源仅为褐藻门植物，如海带、马尾藻、巨藻等；以及多种机会致病菌，如铜绿假单胞细菌(Pseudomonas aeruginosa)和土壤微生物棕色固氮菌(Azotobacter vinelandii)中。

褐藻胶可以用作食品的增稠剂、乳化剂、品质改良剂等；褐藻胶用在医药工业上，作代血浆、止血剂、烫伤纱布、牙科印模剂、药品赋形剂、新型钡餐造影剂、胶囊等；用在水处理上，作硬水软化剂和除垢剂；用在农业上，作杀虫剂、促生长剂、保水剂等；褐藻胶可以制成活性染料、分散性染料、酸性染料、碱性染料和醇溶性染料，用在印染工业上；褐藻胶可作为造纸工业的上浆剂、填充剂、涂层剂等；褐藻胶用在橡胶工业上，可作橡胶浓缩剂、耐油剂等用在机械工业上，作焊接剂和切削剂；用在日用化工上，可作美容美发剂、洗涤剂等。此外，褐藻胶在石油、采矿、建材、陶瓷等工业上也有重要的用途。由此可见，褐藻胶在生活生产的各个领域都有广泛的用途。

目前褐藻胶的生产方式为化学提取法，如中国专利申请201510743088和201010620628中公开的内容。在欧洲，主要以泡叶藻和掌状海带作为褐藻胶的提取原料；在美洲国家巨藻是提取褐藻胶的主要原料；在亚洲人工养殖海带就成了提取褐藻胶的主要原料。

短期来看，化学提取法虽然能够有效从原料中提取褐藻胶，然而其对藻类资源、能源需求和环境保护存在巨大的隐患。在本领域中，褐藻胶的化学提取法可以概括为以下步骤：海带、巨藻等原料的浸泡、水洗、甲醛、酸、碱处理、消化提取、过滤、凝析、漂白、脱水、中和、干燥、粉碎和包装等。不难看出，在褐藻胶的化学提取过程中会使用到甲醛、酸碱、金属盐、漂白剂等各种有毒原料，一方面这些原料的大量使用将会对环境造成严重污染，另一方面这些有毒原材料都将一定程度的存在于最终产品中，将会对消费者或终端使用者存在难以忽略的安全隐患。另外，众所周知的是化学提取过程会消耗大量的原材料、水资源和能源。也就是说在面临对褐藻胶产品的大量需求的市场问题是，化学提取方法并非是一种环保、节能、可持续的提取方法。

随着基因工程的不断发展，利用基因工程培养微生物进行产品生产已在工业生产的方方面面成功实现。褐藻胶的基因工程生产方法也终将会成为其合成方法的有效补充，甚至是替代传统的化学提取法。

利用基因工程合成产品需要使用到该产物在生命体中进行生物合成的相关基因。褐藻胶不是直接的基因产物，其生物合成主要分成四部分：前体的生成、前体的激活、前体的氧化以及糖单元的聚合、修饰与输出。褐藻胶生物合成中的相关基因在细菌中的研究比较彻底。在细菌中褐藻胶的生物合成是一种多步骤的复杂反应，涉及algA、algC、algD和algG等多达几十个基因。在褐藻中，存在上述细菌基因的同源基因，分别命名为PMI(Phosphomannose isomerase，磷酸甘露糖异构酶)、PMM(Phosphomannomutase，磷酸甘露糖变位酶)、GMD(GDP-D-mannose dehydratase，GDP-甘露糖-6-脱氢)和MC5E(Alginate-C5-mannuronan-epimerase，褐藻胶-C5-甘露糖醛酸差相异构酶)等，其中GMD基因的产物为GDP-甘露糖-6-脱氢酶，该酶参与褐藻中褐藻胶生物合成通路的重要步骤。

因此，GMD基因及其编码产物无疑是褐藻胶生物合成方法的重要基础，同时也将是褐藻胶生物合成方法中的重要元件。然而目前褐藻胶生物合成相关的GMD基因的克隆十分缺乏，已经报道的褐藻中的编码GDP-甘露糖-6-脱氢酶仅有一个GMD基因(EsGMD1)。

综上所述，提供褐藻胶合成相关的GMD基因及其产物GDP-甘露糖-6-脱氢酶，对褐藻胶的生物合成法具有重要实际应用意义。

发明内容

针对现有技术中存在的不足和缺陷，本发明提供了来源于长囊水云(Ectocarpus siliculosus)中编码GDP-甘露糖-6-脱氢酶的GMD基因，所述的GMD基因的编码产物为GDP-甘露糖-6-脱氢酶，该酶具有催化GDP-甘露糖转化为GDP-甘露糖醛酸的活性。