[发明专利]一种GTP环化水解酶I基因folE及应用

说明书

本发明属于微生物基因工程领域，公开了一种GTP环化水解酶I基因folE及应用，所述GTP环化水解酶I基因folE的核苷酸序列如SEQ ID NO:1所示。本发明的基因来自于食源性植物乳杆菌，具有安全性，可用于后期食品发酵领域。本发明基因敲除菌株筛选的方法提高了敲除菌株的筛选效率。本发明证明了基因folE基因在叶酸合成中的关键作用，为叶酸合成功能性食品的研发提供一定理论基础。本发明分析了基因来源于食品级微生物，具有安全性；本发明分析了基因folE基因除了在叶酸合成中发挥重要作用外，与细胞形态及菌株生长无关。

技术领域

本发明属于微生物基因工程领域，尤其涉及一种GTP环化水解酶I基因folE及应用。尤其涉及GTP环化水解酶I基因folE在提高植物乳杆菌(Lactobacillus plantarum)叶酸生物合成中的应用。

背景技术

目前，业内常用的现有技术是这样的：叶酸，化学名为蝶酰谷氨酸(pteroylglutamicacid)，是一种由蝶呤、对氨基苯甲酸(p-aminobenzoic acid,pABA)和一个或多个谷氨酸结合而成的水溶性B族维生素，即维生素B9。叶酸在碱性或者中性溶液中较为稳定，在酸性条件下极不稳定，在光照条件下，尤其是紫外线的照射下易被破坏。

叶酸具有重要生理功能。据报道，叶酸参与DNA和RNA生物合成、DNA修复、氨基酸代谢及血红蛋白合成等生理代谢过程。此外，叶酸因可以提供大量游离碳离子，是形成神经末梢和构成传递神经冲动的重要化学原料物质，进而保障神经系统的正常发育，因此在怀孕、婴儿发育过程中尤为重要。

人体无法自身合成叶酸，又因为叶酸有着重要的生理功能，一旦缺乏，会引起不同的疾病，只能通过补充叶酸制剂或者从食物中摄入来满足自身需求。由于大部分的叶酸制剂属于合成叶酸，而化学合成的叶酸与生物合成的天然叶酸相比，在许多方面存在差异之处。大量摄食化学合成叶酸会给人的健康带来许多副作用，如掩盖由维生素B12缺乏所引起的早期贫血临床表现、改变肝脏中二氢叶酸还原酶的活性、促进癌症发生、引发认知功能障碍等，由此提高天然叶酸产量变得尤为重要。然而叶酸自身的不稳定性，加上在烹制过程中叶酸受热损失率高达50％以上，利用微生物合成叶酸，进而研发富含叶酸的功能性食品不失为一种能有效解决上述问题的好方法。

利用食品级微生物(例如乳酸菌)合成叶酸，具有经济效益较高、环境污染少、安全性高等特点。微生物与植物的叶酸生物合成途径相似，包括蝶呤代谢支路及对氨基苯甲酸代谢支路。folE基因编码GTP环化水解酶I(GCHI)，此酶催化蝶呤代谢支路反应的第一步，故在控制整个叶酸生物合成途径中起决定性作用。为了提高天然叶酸产量进而满足人类需求，研究上述通路中叶酸生物合成关键基因或通过基因工程改变植物和微生物中叶酸的代谢受到相当重视。

综上所述，现有技术存在的问题是：

(1)目前对微生物叶酸生物合成途径调控机理的研究，仅对对氨基苯甲酸代谢这一支路有较为深入的研究，而另一条蝶呤代谢支路的研究较少，且此通路上相关基因的作用，它对于叶酸生物合成的调控乃至对整个菌株的代谢的影响仍缺乏系统的研究。

(2)乳酸菌利用微生物培养基合成叶酸的能力十分不同。多项研究已经证明乳酸菌中某些植物乳杆菌可以合成天然叶酸，不像其他维生素可以用微生物发酵法进行工业生产，目前几乎所有的人工添加叶酸均是以化学法合成。