[发明专利]一种α-葡萄糖苷酶及其编码基因与应用

说明书

本发明涉及α‑葡萄糖苷酶及其编码基因与应用。本发明首次揭示了石蒜属植物忽地笑的α‑葡萄糖苷酶，其具有良好的转葡萄糖基活性，可以产生α‑葡萄糖苷物质。本发明还揭示了编码所述α‑葡萄糖苷酶的多核苷酸，表达所述α‑葡萄糖苷酶的载体与宿主细胞，以及生产α‑熊果苷的方法。

技术领域

本发明涉及生物技术和植物生物学领域；更具体地，本发明涉及一种来源于石蒜科植物的α-葡萄糖苷酶及其编码基因与应用。

背景技术

α-葡萄糖苷酶(α-glucosidase,alpha-glucosidase,EC 3.2.1.20)在植物体中具有重要的生理作用。淀粉的水解是植物种子萌发过程中最重要的事件之一，产生为胚芽生长提供能量的碳源物质—D-葡萄糖。在植物种子萌发过程中，α-葡萄糖苷酶作用于α-淀粉酶、β-淀粉酶和脱支酶水解淀粉产生的麦芽糖及麦芽寡糖，生成游离的D-葡萄糖。目前，研究者已对多种植物的α-葡萄糖苷酶编码基因进行了克隆和表达分析，发现不同来源的α-葡萄糖苷酶的底物特异性差异很大。荞麦和甜菜来源的α-葡萄糖苷酶具有长链麦芽寡糖的底物特异性，例如，二者对麦芽七糖的Kcat/Km值分别是其对麦芽糖的8倍和50倍；而大麦α-葡萄糖苷酶更倾向于催化短链底物。

α-葡萄糖苷酶不仅能够催化水解末端非还原性的α-1,4连接的葡萄糖苷键释放D-葡萄糖，还能够将从低聚糖类底物非还原末端释放的葡萄糖残基转移到另一糖类或苯酚类或蛋白质类底物的羟基形成α-1,6葡萄糖苷键，产生非发酵性的低聚异麦芽糖或糖苷、糖酯、糖肽等，在低聚异麦芽糖及一些非天然的α-葡萄糖苷等生产领域具有重要的应用。

忽地笑(Lycoris aurea)是多年生草本球根药用植物，属于石蒜科石蒜属，富含加兰他敏、石蒜碱、文殊兰碱等石蒜科植物所特有的生物碱(石蒜科生物碱)与其它生物碱、以及其它类型的植物天然产物(如α-葡萄糖苷等)。这些天然产物具有重要的生物活性和应用价值。例如，加兰他敏作为一种特定的、竞争性的、可逆的乙酰胆碱酯酶抑制剂，在临床上用于治疗阿尔茨海默病(老年痴呆症)。又例如，作为一种苯酚衍生物，α-熊果苷(对-羟基苯-α-D-吡喃葡萄糖苷)通过其糖苷键的水解缓慢释放活性组分氢醌(对-羟基苯酚，对苯二酚)，能够抑制参与黑色素合成的关键酶酪氨酸酶的活性。相较于氢醌，α-熊果苷是一种安全、温和的用于治疗色素沉着过度失调症的试剂。此外，α-熊果苷还能保护肌肤免受自由基的侵害，亲水性佳，在化妆品工业具有巨大的市场潜力。这些天然产物具有广泛的应用和需求。在这些天然产物的生物合成过程中，α-葡萄糖苷酶其中。但是，石蒜属植物α-葡萄糖苷酶及其编码基因尚未被分离与克隆。因此，本领域有必要开发石蒜属植物忽地笑的α-葡萄糖苷酶。该蛋白及其编码基因可通过植物转基因和异源表达的方式进行天然产物的生物转化与生物合成。

发明内容

本发明的目的在于提供一种石蒜科植物的α-葡萄糖苷酶，所述的α-葡萄糖苷酶选自：

(a)氨基酸序列如SEQ ID NO:1所示的蛋白质；或

(b)将SEQ ID NO:1氨基酸序列经过一个或多个(如1─21个)氨基酸残基的取代、缺失或添加而形成的，且具有α-葡萄糖苷酶活性的由(a)衍生的蛋白质；或

(c)与SEQ ID NO:1氨基酸序列有至少80％序列相同性，且具有α-葡萄糖苷酶活性的由(a)衍生的蛋白质。

本发明SEQ ID NO:1所示的蛋白质是从忽地笑(Lycoris aurea)中分离得到的一种新的α-葡萄糖苷酶。为便于表述，将SEQ ID NO:1所示的蛋白质命名为α-葡萄糖苷酶LaAgl。

在一个优选例中，所述的α-葡萄糖苷酶活性是指利用麦芽糖为底物，产生D-葡萄糖。

在另一个优选例中，所述的α-葡萄糖苷酶活性是指以麦芽糖为糖基供体，催化转糖基反应合成α-葡萄糖苷产物。