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JP2007068521A - DNA encoding xylanase - Google Patents

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JP2007068521A
JP2007068521A JP2005291718A JP2005291718A JP2007068521A JP 2007068521 A JP2007068521 A JP 2007068521A JP 2005291718 A JP2005291718 A JP 2005291718A JP 2005291718 A JP2005291718 A JP 2005291718A JP 2007068521 A JP2007068521 A JP 2007068521A
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xylanase
dna
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JP2005291718A
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Kazuyoshi Ota
一良 太田
Shusuke Tanaka
秀典 田中
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University of Miyazaki NUC
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University of Miyazaki NUC
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Abstract

【課題】キシラナーゼの新規なDNA、そのDNAによってコードされるキシラナーゼ、そのDNAが挿入された組換えベクターおよびその組換えベクターを有する形質転換体の取得。
【解決手段】A.pullulans ATCC 20524株を、キシランを炭素源として含む緩衝液により培養中のpHを6に維持した液体培地にて培養した。各種クロマトグラフィーに供し電気泳動的に単一に精製することにより、分子量39,000、等電点8.9の新規なキシラナーゼを得た。このタンパク質より得られた部分アミノ酸配列を用いて、本酵素をコードする遺伝子をクローニングした。このクローニングしたDNAの塩基配列より、アミノ酸26残基の菌体外分泌シグナルを含むアミノ酸361残基からなるオープンリーディングフレーム(ORF)を推定した。この推定アミノ酸配列の相同性検索により、本酵素はGHファミリー10に属するキシラナーゼであることが示唆された。
【選択図】 なし
A novel xylanase DNA, a xylanase encoded by the DNA, a recombinant vector into which the DNA is inserted, and a transformant having the recombinant vector are obtained.
SOLUTION: A. The pullulans ATCC 20524 strain was cultured in a liquid medium in which the pH during the culture was maintained at 6 with a buffer containing xylan as a carbon source. A novel xylanase having a molecular weight of 39,000 and an isoelectric point of 8.9 was obtained by subjecting to various chromatographic purifications by electrophoresis. Using the partial amino acid sequence obtained from this protein, the gene encoding this enzyme was cloned. From this cloned DNA base sequence, an open reading frame (ORF) consisting of amino acid 361 residues including a 26-amino acid extracellular secretion signal was estimated. This homology search of the deduced amino acid sequence suggested that this enzyme is a xylanase belonging to GH family 10.
[Selection figure] None

Description

本発明は、新規なキシラナーゼをコードするDNA、そのDNAの新規塩基配列によってコード化されたアミノ酸、及びそのDNAの新規塩基配列を挿入された組換えベクター、更には該組換えベクターによって形質転換された酵母などの宿主細胞に関する。  The present invention includes a DNA encoding a novel xylanase, an amino acid encoded by the novel nucleotide sequence of the DNA, a recombinant vector into which the novel nucleotide sequence of the DNA has been inserted, and further transformed by the recombinant vector. Relates to a host cell such as yeast.

アウレオバシジウム・プルランス(Aureobasidium pullulans )は、原糖、果実の表面、醸造場や土壌中に生息している不完全菌類である。この菌は、α−1,6結合を持つ多糖プルランの生成やグルコン酸の生成、およびキシラン分解酵素の産生を行うものが存在することが知られている。キシランはヘミセルロースの大部分を占めており、バイオマス資源の一つとして今後の有効活用が期待されている。従って、新たな機能性を有するキシラン分解酵素の登場が期待されている。この期待のもとに、キシランを含む未利用ヘミセルロース分解酵素に関して、発明者を含めこれまでも数多くの研究がなされている。  Aureobasidium pullulans is an incomplete fungus that lives in raw sugar, fruit surfaces, breweries and soil. It is known that some of these bacteria produce a polysaccharide pullulan having an α-1,6 bond, a gluconic acid, and a xylan-degrading enzyme. Xylan occupies most of hemicellulose and is expected to be effectively used in the future as one of the biomass resources. Therefore, the appearance of xylan-degrading enzymes with new functionality is expected. Based on this expectation, many studies have been made so far, including the inventors, on unused hemicellulose-degrading enzymes containing xylan.

特公2003−522086号公報Japanese Patent Publication No. 2003-522086 Kazuyoshi Ohta,Satoshi Moriyama,Hidenori Tanaka,Takato Shige,and Hidetoshi Akimoto,Journal of Bioscience and Bioengineering,92,262−270,2001Kazuyoshi Ohta, Satoshi Moriyama, Hideori Tanaka, Takato Shige, and Hidetoshi Akimoto, Journal of Bioscience and Bioengineering, 92, 262-270 Yoko Sato,Yoshihito Niimura,Kei Yura,and Mitiko Go,Gene,238,93−101,1999Yoko Sato, Yoshihito Niimura, Kei Yura, and Mitiko Go, Gene, 238, 93-101, 1999

発明者の保有している保存菌株であるアウレオバシジウム・プルランスATCC20524株からは既に、至適pH2.0であるグリコシル・ハイドロラーゼ(GH)ファミリー11に属する好酸性キシラナーゼを単離・精製し、そのコードする遺伝子をクローニングしている。そこで酸性域以外に、中性域に至適pHを有する新たなキシラナーゼを得ることが出来れば、よりマイルドな条件下にキシロオリゴ糖などを得ることができる。また、出来るだけ多くのヘミセルロースを分解するためには、分解できる基質の範囲がやや狭いGHファミリー11ではなく、基質特異性がより広範囲にわたるGHファミリー10に属するキシラナーゼが望まれる。それ故、中性域に至適pHを持ち、新たなDNAの塩基配列を有するGHファミリー10のキシラン分解酵素の提案が求められている。  From the Aureobasidium pullulans ATCC 20524 strain which is a conserved strain owned by the inventor, an acidophilic xylanase belonging to the glycosyl hydrolase (GH) family 11 having an optimum pH of 2.0 has already been isolated and purified, The gene that it encodes is cloned. Therefore, if a new xylanase having an optimum pH in the neutral range can be obtained in addition to the acidic range, xylo-oligosaccharides and the like can be obtained under milder conditions. In order to decompose as much hemicellulose as possible, xylanase belonging to GH family 10 having a wider substrate specificity is desired rather than GH family 11 in which the range of substrates that can be decomposed is somewhat narrow. Therefore, there is a demand for a GH family 10 xylan-degrading enzyme having an optimum pH in the neutral range and having a new DNA base sequence.

本発明の具体的な目的は、上記の機能とpH特性を有するキシラナーゼの新規なDNA、そのDNAによってコード化されるアミノ酸の配列を明らかにすると共に、そのDNAが挿入された組換えベクターの構築およびその組換えベクターを有する形質転換体の取得を目的とする。  A specific object of the present invention is to elucidate a novel xylanase DNA having the above functions and pH characteristics, the amino acid sequence encoded by the DNA, and construction of a recombinant vector into which the DNA is inserted. And to obtain a transformant having the recombinant vector.

前記目的を達成するために、発明者の保有するアウレオバシジウム・プルランスATCC20524株を、キシランを炭素源として含む緩衝液により培養中のpHを6に維持した液体培地にて培養した。各種クロマトグラフィーに供し電気泳動的に単一に精製することにより、分子量39,000、等電点8.9の新規なキシラナーゼを得た。このタンパク質より得られた部分アミノ酸配列を用いて、本酵素をコードする遺伝子をクローニングした。このクローニングしたDNAの塩基配列より、アミノ酸26残基の菌体外分泌シグナルを含むアミノ酸361残基からなるオープンリーディングフレーム(ORF)を推定した。この推定アミノ酸配列の相同性検索により、本酵素はGHファミリー10に属するキシラナーゼであることが示唆された。  In order to achieve the above object, the Aureobasidium pullulans ATCC 20524 strain possessed by the inventor was cultured in a liquid medium in which the pH during culture was maintained at 6 with a buffer containing xylan as a carbon source. A novel xylanase having a molecular weight of 39,000 and an isoelectric point of 8.9 was obtained by subjecting to various chromatographic purifications by electrophoresis. Using the partial amino acid sequence obtained from this protein, the gene encoding this enzyme was cloned. From this cloned DNA base sequence, an open reading frame (ORF) consisting of amino acid 361 residues including a 26-amino acid extracellular secretion signal was estimated. This homology search of the deduced amino acid sequence suggested that this enzyme is a xylanase belonging to GH family 10.

得られた本酵素遺伝子のプロモーターは、TATA配列のないプロモーター〔TATA−less promoter〕であることが示唆された。さらにプロモーター領域には培養pHに応答する発現制御に関与するPacCタンパク質が結合するコンセンサス配列が配列表の配列番号1の塩基番号628〜633番および920〜925番の2カ所に存在した。この配列の存在はアウレオバシジウム・プルランスにおいて初めて見出された。また、他のGHファミリー10のキシラナーゼとのアミノ酸配列の多重整列より、本酵素にのみ存在する挿入配列が見いだされた。これらのことより得られたDNAの塩基配列は新規と認められた。即ち、本発明は今迄に見いだされていない基質特異性を有する可能性も秘めた新たな塩基配列を有するキシラナーゼのDNAである。  It was suggested that the obtained promoter of this enzyme gene was a promoter without a TATA sequence [TATA-less promoter]. Further, in the promoter region, consensus sequences to which PacC protein involved in expression control in response to culture pH was bound were present at two positions of base numbers 628 to 633 and 920 to 925 of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. The existence of this sequence was first found in Aureobasidium pullulans. In addition, an insertion sequence that exists only in this enzyme was found from multiple alignment of amino acid sequences with other GH family 10 xylanases. From these facts, the base sequence of the DNA obtained was recognized as novel. That is, the present invention is a xylanase DNA having a new base sequence that has the possibility of having substrate specificity that has not been found so far.

リアルタイムPCR(ポリメラーゼ連鎖反応)法を用いた発現定量により、本キシラナーゼ遺伝子は培養中のpHによって、発現が制御されていることが示唆された。これはプロモーター配列中にPacC結合領域が存在することに起因するpH制御であると思われる。また、アミノ酸配列に基づく分子系統樹により、本キシラナーゼは他とは異なるクラスターを形成することも示唆されている。従って、本発明のキシラナーゼは、配列番号1記載の塩基配列で示されるDNAによってコードされたことを特徴とする。  Expression quantification using a real-time PCR (polymerase chain reaction) method suggested that the expression of this xylanase gene was controlled by the pH during culture. This appears to be pH control due to the presence of the PacC binding region in the promoter sequence. In addition, the molecular phylogenetic tree based on the amino acid sequence suggests that this xylanase forms a cluster different from others. Therefore, the xylanase of the present invention is characterized in that it is encoded by the DNA represented by the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1.

更に、本発明の組換えベクターは、上記のキシラナーゼをコードするDNAが挿入された組換えベクターである。  Furthermore, the recombinant vector of the present invention is a recombinant vector into which a DNA encoding the above xylanase is inserted.

更に、本発明は、その組換えベクターを有する形質転換体である宿主細胞である。本発明の宿主細胞としては酵母が好ましい。  Furthermore, the present invention is a host cell which is a transformant having the recombinant vector. Yeast is preferred as the host cell of the present invention.

周知のように、機能性キシロオリゴ糖は、低カロリーでさわやかな甘みを有する甘味剤、整腸剤、あるいはカルシウム吸収促進剤としての作用効果が期待できる。本発明の新規なキシラナーゼは、分子量39,000、等電点8.9であり、これまで知られていない配列を有する新種である。これは従来公知のキシラナーゼとは異なり、これまで知られていないDNA塩基の挿入配列つまりこの塩基配列によりコードされているアミノ酸の挿入配列を有する新種である。さらにGHファミリー10に属するので、GHファミリー11に属するキシラナーゼに比して、分解できる基質がより広範囲にわたるため、挿入配列の存在により中性域に至適pHを有し、より広範囲のキシランを分解できる特性を有することが既に見出されている。加えて今後とも未利用基質の分解能がさらに拡がる可能性を有している。  As is well known, functional xylo-oligosaccharides can be expected to have an effect as a sweetener, intestinal adjuster, or calcium absorption enhancer having a low calorie and refreshing sweetness. The novel xylanase of the present invention is a new species having a molecular weight of 39,000 and an isoelectric point of 8.9 and having a sequence that has not been known so far. Unlike a conventionally known xylanase, this is a new species having a DNA base insertion sequence that has not been known so far, that is, an amino acid insertion sequence encoded by this base sequence. Furthermore, since it belongs to GH family 10, it has a wider range of substrates that can be decomposed compared to xylanases belonging to GH family 11, and therefore has an optimum pH in the neutral range due to the presence of the insertion sequence, and decomposes a wider range of xylan. It has already been found to have possible properties. In addition, there is a possibility that the resolution of unused substrates will be further expanded.

以下に、本発明を詳しく説明する。前記したように、本発明のキシラナーゼ遺伝子は、アウレオバシジウム属微生物に属する、高いキシラナーゼ生産能を有する好適株アウレオバシジウム・プルランス(Aureobasidium pullulans)ATCC20524株に由来するものある。従って、そのDNAの塩基配列がコードするアミノ酸配列も、後述の如く新規であり、特に他のキシラナーゼが持ち合わせていない挿入配列を有している。  The present invention is described in detail below. As described above, the xylanase gene of the present invention is derived from the preferred strain Aureobasidium pullulans ATCC 20524, which belongs to the microorganism of the genus Aureobasidium and has a high ability to produce xylanase. Therefore, the amino acid sequence encoded by the base sequence of the DNA is also novel as will be described later, and particularly has an insertion sequence not possessed by other xylanases.

本発明のキシラナーゼ遺伝子は、上記アウレオバシジウム属微生物から、以下のようにして入手することができる。まず、上記アウレオバシジウム属微生物菌株が十分に生育し、目的とする酵素を産生するような条件にて培養する。得られる培養液から菌体を除去して遠心分離の後、上清を回収する。この上清を用いて表1に示した方法にて精製を行う。精製の確認は、ドデシル硫酸ナトリウム・ポリアクリルアミドゲル電気泳動(SDS−PAGE)法と等電点電気泳動によって単一であることを確認する。この手法により精製しておくのが、以下の事項をスムーズに行う点で望ましい。  The xylanase gene of the present invention can be obtained from the above Aureobasidium microorganism as follows. First, culturing is carried out under such conditions that the above Aureobasidium microbial strain is sufficiently grown and produces the target enzyme. The cells are removed from the obtained culture solution and centrifuged, and then the supernatant is collected. The supernatant is used for purification by the method shown in Table 1. The confirmation of the purification is confirmed to be single by sodium dodecyl sulfate / polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) method and isoelectric focusing. It is desirable to purify by this method from the viewpoint of smoothly performing the following matters.

該キシラナーゼの分子量は39kDa、等電点は8.9であり、比活性は29.5U/mgである。キシラナーゼ活性の最適反応条件はpH6.0で70°Cの時で、pH 4.0から10の範囲において元の活性の80%以上が残存し、温度に関しては70°Cまで安定である。またキシラナーゼ活性は、終濃度1mMの条件下においてEDTA、グアニジン塩酸塩、p−Chloromercuribenzoateの影響を受けない。  The molecular weight of the xylanase is 39 kDa, the isoelectric point is 8.9, and the specific activity is 29.5 U / mg. The optimum reaction conditions for xylanase activity are at pH 6.0 and 70 ° C. In the range of pH 4.0 to 10, more than 80% of the original activity remains, and the temperature is stable up to 70 ° C. Further, the xylanase activity is not affected by EDTA, guanidine hydrochloride, and p-chloromercuribenzoate under conditions of a final concentration of 1 mM.

以下に本発明のDNAの塩基およびアミノ酸配列について述べるが、配列表の配列番号1〜11は以下の通りである。
配列番号1:染色体DNAより得られた該キシラナーゼのDNAの塩基配列
配列番号2:cDNAより得られた該キシラナーゼのDNAの塩基配列
配列番号3:該キシラナーゼのアミノ酸配列
配列番号4:アミノ酸配列から作製した縮重プライマーのDNAの塩基配列1
配列番号5:アミノ酸配列から作製した縮重プライマーのDNAの塩基配列2
配列番号6:cDNA末端高速増幅法に用いるためのプライマーのDNAの塩基配列1
配列番号7:cDNA末端高速増幅法に用いるためのプライマーのDNAの塩基配列2
配列番号8:発現定量用を行うためのプライマーのDNAの塩基配列1
配列番号9:発現定量用を行うためのプライマーのDNAの塩基配列2
配列番号10:組換えベクターを作製するためのプライマーのDNAの塩基配列1
配列番号11:組換えベクターを作製するためのプライマーのDNAの塩基配列2
The base and amino acid sequence of the DNA of the present invention will be described below. SEQ ID NOs: 1 to 11 in the sequence listing are as follows.
SEQ ID NO: 1: Base sequence of the xylanase DNA obtained from chromosomal DNA SEQ ID NO: 2: Base sequence of the xylanase DNA obtained from cDNA SEQ ID NO: 3: Amino acid sequence of the xylanase SEQ ID NO: 4: Prepared from the amino acid sequence DNA sequence of the degenerate primer DNA 1
SEQ ID NO: 5: DNA sequence 2 of degenerate primer prepared from amino acid sequence
SEQ ID NO: 6: nucleotide sequence 1 of primer DNA for use in cDNA terminal high-speed amplification method
SEQ ID NO: 7: nucleotide sequence 2 of primer DNA for use in cDNA terminal high-speed amplification method
SEQ ID NO: 8: Base sequence 1 of primer DNA for quantification of expression
SEQ ID NO: 9: DNA sequence 2 of primer for quantification of expression
SEQ ID NO: 10: Base sequence 1 of primer DNA for preparing a recombinant vector
SEQ ID NO: 11: DNA sequence 2 of a primer for preparing a recombinant vector

(アミノ酸配列)
該キシラナーゼについて、N末端および内部アミノ酸配列を同定した結果、配列表の配列番号3で表されるアミノ酸配列において、アミノ酸番号27番目のSerから44番目のGlnまでの18個の配列が明らかとなった。また、配列表の配列番号3で表されるア ミノ酸配列において、アミノ酸番号75番目のAsnから84番目のProまでの10個の配列が明らかとなった。さらに、配列表の配列番号3で表されるアミノ酸配列において、アミノ酸番号277番目のLeuから286番目のThrまでの10個の配列が明らかとなった。
(Amino acid sequence)
As a result of identifying the N-terminal and internal amino acid sequences of the xylanase, 18 sequences from the 27th Ser to the 44th Gln in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 in the Sequence Listing were revealed. It was. In addition, in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, 10 sequences from Asn at amino acid number 75 to Pro at 84th amino acid were revealed. Furthermore, in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, 10 sequences from amino acid 277th Leu to 286th Thr were revealed.

(プローブ配列の取得)
これらのアミノ酸配列からDNAの塩基配列を解読し、該配列を基にして1組のプライマー(配列表の配列番号4および5)を作製する。これら1組のプライマーを用い、該微生物より抽出したゲノムDNAを鋳型として、常法に従いポリメラーゼ連鎖反応(PCR)法を行う。その結果、約150bpの明瞭なバンドを得ることができる。
(Acquisition of probe sequence)
The base sequence of DNA is decoded from these amino acid sequences, and a set of primers (SEQ ID NOS: 4 and 5 in the sequence listing) is prepared based on the sequence. A polymerase chain reaction (PCR) method is performed according to a conventional method using these one set of primers and using genomic DNA extracted from the microorganism as a template. As a result, a clear band of about 150 bp can be obtained.

(プローブ配列の解析)
本発明者は、この約150bpのバンド(PCR産物)をクローニングし、そのDNAの塩基配列を解読した結果、配列表の配列番号1の塩基番号1612〜1763番に示す152bpよりなるDNAの塩基配列を有することを見出した。さらに、得られた152bpのDNAの塩基配列をアミノ酸に翻訳したところ、先に得られたペプチドフラグメントのアミノ酸配列(配列表の配列番号3のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号27〜44番、75〜84番)の一部に相当する配列の存在が認められた。このことから、この152bpのDNAの塩基配列は、キシラナーゼ遺伝子の一部であることが確認された。
(Analysis of probe sequence)
As a result of cloning the band (PCR product) of about 150 bp and decoding the base sequence of the DNA, the present inventor has determined the base sequence of the DNA consisting of 152 bp shown in base numbers 1612 to 1863 of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. It was found to have Furthermore, when the base sequence of the obtained 152 bp DNA was translated into amino acids, the amino acid sequence of the previously obtained peptide fragment (amino acid numbers 27 to 44 and 75 to 84 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 in the sequence listing) was obtained. ) Was observed. From this, it was confirmed that the base sequence of this 152 bp DNA is a part of the xylanase gene.

(染色体上の該キシラナーゼとのハイブリダイゼーション)
続いて、配列表の配列番号1の塩基番号1612〜1763番に示す152bpよりなるDNAの塩基配列をプローブとして、該微生物のゲノムDNAを用いてサザン・ハイブリダイゼーション法を行う。まず、配列表の配列番号1の塩基番号1612〜1763番に示す152bpよりなるDNAの塩基配列をランダムプライム法にて化学修飾したものをプローブとする。次に、制限酵素EcoRIにて切断されナイロン膜に転写した該微生物のゲノムに対して、先に作製した該酵素遺伝子配列の一部を含むプローブをハイブリダイズする。ハイブリダイズは、7%のSDS、1mMのEDTAを含む0.5Mチャーチリン酸緩衝液の存在下で65℃に保った状態で16時間行った。
(Hybridization with the xylanase on the chromosome)
Subsequently, Southern hybridization is performed using the genomic DNA of the microorganism with the base sequence of DNA consisting of 152 bp shown in base numbers 1612 to 1863 of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing as a probe. First, a probe obtained by chemically modifying a DNA base sequence consisting of 152 bp shown in base numbers 1612 to 1863 of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing by the random prime method is used. Next, a probe containing a part of the enzyme gene sequence prepared earlier is hybridized to the genome of the microorganism cut by the restriction enzyme EcoRI and transferred to a nylon membrane. Hybridization was carried out for 16 hours in the presence of 0.5 M chartilic acid buffer containing 7% SDS and 1 mM EDTA and kept at 65 ° C.

(染色体上の該キシラナーゼのDNAの塩基配列)
その結果、シグナルが確認できた約9,000bpのEcoRI断片を、pUC18のEcoRIの部位に挿入してプラスミドpXYN204を作る。pXYN204に含まれる約3,800bpのXbaIとKpnI断片は、pUC18にさらにサブクローニングされpXYN205を作る。この断片をKpnIサイト側から3293bpの配列を決定し、該キシラナーゼを含むDNAの塩基配列を得ることができる(配列表の配列番号1)。
(DNA base sequence of the xylanase on the chromosome)
As a result, an EcoRI fragment of about 9,000 bp for which a signal was confirmed was inserted into the EcoRI site of pUC18 to produce plasmid pXYN204. The approximately 3,800 bp XbaI and KpnI fragment contained in pXYN204 is further subcloned into pUC18 to create pXYN205. From this fragment, the sequence of 3293 bp can be determined from the KpnI site side to obtain the base sequence of the DNA containing the xylanase (SEQ ID NO: 1 in the sequence listing).

(cDNAの該キシラナーゼのDNAの塩基配列)
cDNAの塩基配列を決定するために、該微生物を酵素生産時と同じ条件にて培養を行い、菌体を回収しISOGEN(和光純薬社製)を用いて全RNAを抽出した。この全RNAよりポリアデニル化されたメッセンジャーRNAを精製した。このメッセンジャーRNAを鋳型とし、先に得られた配列表の配列番号1の塩基番号1612〜1763番に示す152bpよりなるDNAの塩基配列よりプライマーを作製し(配列表の配列番号6および7)その配列を起点とし、5′cDNA末端高速増幅(RACE)法および3′RACE法により該キシラナーゼ遺伝子を含むcDNAの塩基配列を得ることができる(配列表の配列番号2)。
(DNA base sequence of the xylanase DNA)
In order to determine the base sequence of cDNA, the microorganism was cultured under the same conditions as in the enzyme production, the cells were collected, and total RNA was extracted using ISOGEN (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). From this total RNA, polyadenylated messenger RNA was purified. Using this messenger RNA as a template, a primer was prepared from the base sequence of the 152 bp DNA shown in base numbers 1612 to 1763 of SEQ ID NO: 1 in the previously obtained sequence listing (SEQ ID NO: 6 and 7 in the sequence listing) Starting from the sequence, the base sequence of the cDNA containing the xylanase gene can be obtained by 5 ′ cDNA end rapid amplification (RACE) method and 3 ′ RACE method (SEQ ID NO: 2 in the sequence listing).

(分泌シグナルの位置の推定)
配列表の配列番号1と2の比較により、2カ所のイントロンを含むキシラナーゼ前駆体のDNAの塩基配列およびその転写調節部位を同定した。このことと、先に同定したN末端アミノ酸配列(配列表の配列番号3のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号27〜44番)より配列表の配列番号1の塩基番号1594番目以降がキシラナーゼの成熟タンパク質コード領域であることが明らかにされた。また、これらのことより配列表の配列番号3のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号1〜26番が菌体外に分泌するために必要な分泌シグナルであることが推定された。
(Estimation of secretory signal location)
By comparing SEQ ID Nos. 1 and 2 in the sequence listing, the DNA base sequence of xylanase precursor containing two introns and its transcriptional regulatory site were identified. From this and the previously identified N-terminal amino acid sequence (amino acid numbers 27 to 44 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 in the sequence listing), the mature protein coding region of xylanase from base number 1594 of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing It was revealed that. From these facts, it was presumed that amino acid Nos. 1 to 26 in the amino acid sequence of SEQ ID No. 3 in the sequence listing are secretion signals necessary for secretion outside the cells.

(プロモーター部位におけるDNAの塩基配列の特徴)
配列表の配列番号1に含まれる該キシラナーゼ遺伝子の転写調節部位には、アスペルギルス・ニジュランス(Aspergillius nidulans)においてカーボンカタボライト抑制に関与するCreAリプレッサー結合領域は配列表の配列番号1の塩基番号1166〜1171番に1カ所存在する。さらに、アスペルギルス・ニジュランスにおいて周囲のpHによって遺伝子の発現が調節されるジンクフィンガー転写因子PacC結合部位が、配列表の配列番号1の塩基番号628〜633番および920〜925番の2カ所に存在する。
(Characteristics of DNA base sequence at promoter site)
The transcriptional regulatory site of the xylanase gene contained in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing includes the CreA repressor binding region involved in carbon catabolite repression in Aspergillus nidulans from nucleotide numbers 1166 to There is one place in 1171. Furthermore, in Aspergillus nidulans, there are two zinc finger transcription factor PacC binding sites whose gene expression is regulated by the surrounding pH, in base numbers 628 to 633 and 920 to 925 of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. .

該キシラナーゼ遺伝子が培養時における周囲のpHによって制御されているか調べるために、1組のプライマー(配列表の配列番号6および7)を作製し、定量的リアルタイムPCR法にて相対定量を行った。その結果、pHを調整しない培養と比べて、pHを6.0と8.0に調整したものは、それぞれ8倍と22倍に転写量が増大した。故に、配列表の配列番号1には、周囲のpHにより発現が制御されるシスエレメントが存在する転写調節部位が含まれている。  In order to examine whether the xylanase gene is controlled by the surrounding pH during culture, a pair of primers (SEQ ID NOs: 6 and 7 in the sequence listing) was prepared, and relative quantification was performed by quantitative real-time PCR. As a result, the amount of transcription increased 8 times and 22 times in those in which the pH was adjusted to 6.0 and 8.0, compared to the culture in which the pH was not adjusted. Therefore, SEQ ID NO: 1 in the sequence listing includes a transcriptional regulatory site in which a cis element whose expression is controlled by the surrounding pH is present.

(本配列の新規性)
本発明のキシラナーゼ遺伝子のアミノ酸配列のホモロジー検索の結果、GHファミリー10に属するキシラナーゼであると推定される。また、類似のキシラナーゼのアミノ酸配列と多重整列を行った結果、他の類似のキシラナーゼには含まれていない機能未知の挿入配列の存在が明らかとなった。
(Novelty of this sequence)
As a result of homology search of the amino acid sequence of the xylanase gene of the present invention, it is estimated that the xylanase belongs to GH family 10. In addition, as a result of multiple alignment with amino acid sequences of similar xylanases, it was revealed that there were insertion sequences with unknown functions not included in other similar xylanases.

多重整列の結果を基に無根系統樹をTREECONソフトウエアにて作成した(図1、参照。)。図1は、アウレオバシジウム・プルランス由来該遺伝子配列のコードするアミノ酸配列と既知の比較的相同性の高いキシラナーゼのアミノ酸配列の触媒部位における系統関係を無根系統樹で表したものである。枝上に表示してある数値は、1000回計算したものを基としたブートストラップ値の百分率である。ただし50%以下は表示していない。左上のスケールバーは一カ所で0.1アミノ酸が置換することに相当する。その結果、本発明の該キシラナーゼ遺伝子がコードするアミノ酸配列は、非特許文献2にて区分されている2つのグループ(I又はII)のいずれにも属していない新規なものであった。  Based on the results of the multiple alignment, a rootless phylogenetic tree was created with the TREECON software (see FIG. 1). FIG. 1 shows the phylogenetic relationship at the catalytic site of the amino acid sequence of a known xylanase having a relatively high homology with the amino acid sequence encoded by the gene sequence derived from Aureobasidium pullulans as a rootless phylogenetic tree. The numerical value displayed on the branch is a percentage of the bootstrap value based on the one calculated 1000 times. However, 50% or less is not shown. The upper left scale bar corresponds to a substitution of 0.1 amino acid in one place. As a result, the amino acid sequence encoded by the xylanase gene of the present invention was a novel one not belonging to any of the two groups (I or II) classified in Non-Patent Document 2.

本発明のキシラナーゼ遺伝子を含むプラスミドは、上記のキシラナーゼ遺伝子を常法によりプラスミドに導入することによって得ることができるが、その1例を以下に示す。  The plasmid containing the xylanase gene of the present invention can be obtained by introducing the above xylanase gene into the plasmid by a conventional method, an example of which is shown below.

(組換えベクターの調製)
組換えベクター、好ましくはpPIC3.5(インビトロゲン社製)を予め制限酵素分解する。この制限酵素切断プラスミドとDNAの塩基配列が合致するよう、本発明のキシラナーゼ遺伝子の塩基配列を基に、1組のプライマー(配列表の配列番号10および11)を化学合成する。先に作製した本発明のキシラナーゼ遺伝子を含むcDNAを鋳型として、上記両プライマーを用いてPCR法によりキシラナーゼ遺伝子の全長をコードするDNAを増幅する。得られた増幅産物に制限酵素を作用させて制限酵素切断DNA断片とし、これに、先の制限酵素切断プラスミドpPIC3.5を接合することにより、組換えベクターを調製する。
(Preparation of recombinant vector)
A recombinant vector, preferably pPIC3.5 (manufactured by Invitrogen) is previously digested with restriction enzymes. Based on the base sequence of the xylanase gene of the present invention, a pair of primers (SEQ ID NOs: 10 and 11 in the sequence listing) is chemically synthesized so that the restriction enzyme-cutting plasmid matches the base sequence of DNA. Using the cDNA containing the xylanase gene of the present invention prepared previously as a template, the DNA encoding the full length of the xylanase gene is amplified by PCR using the above both primers. A restriction enzyme is allowed to act on the obtained amplification product to obtain a restriction enzyme-cleaved DNA fragment, and the above-mentioned restriction enzyme-cleavage plasmid pPIC3.5 is joined to this to prepare a recombinant vector.

(宿主細胞の取得)
宿主細胞、好ましくは酵母ピチア・パストリス(Pichia pastoris)の染色体上に組み込むため先の組換えベクターを制限酵素SacIにて直鎖状にし、エレクトロポレーション法により導入し形質転換体を取得することができる。
(Acquisition of host cells)
In order to integrate into a host cell, preferably the chromosome of yeast Pichia pastoris, the above recombinant vector is linearized with the restriction enzyme SacI and introduced by electroporation to obtain a transformant. it can.

キシラナーゼ遺伝子の発現は、上述の形質転換体である酵母を培養し、培養上清中の酵素活性を測定して確認することができる。また、この培養上清中より常法によって精製することにより、該キシラナーゼを得ることができる。  The expression of the xylanase gene can be confirmed by culturing the above-mentioned transformant yeast and measuring the enzyme activity in the culture supernatant. Further, the xylanase can be obtained by purifying the culture supernatant by a conventional method.

以下に本発明のキシラナーゼの遺伝子のDNA塩基配列の決定、及び推定アミノ酸配列とxynII遺伝子産物の酵素活性について実施例により説明する。
実施例1
(工程1:培養液調製・精製・電気泳動)
アウレオバシジウム・プルランスATCC 20524株を、カラスムギ由来キシラン1%、イースト・ニトロゲン・ベース0.67%を含み、終濃度0.1Mのリン酸緩衝液にて培地中のpHを6.0に維持した培地で培養した後、遠心分離により菌体を除去し培養上清を回収した。この上清を濃縮・脱塩し、陽イオン交換クロマトグラフィー用担体CM−Cellulofine(生化学工業社製)を充填したカラムに吸着させた。吸着したタンパク質を塩化ナトリウムの濃度勾配により溶出させると、pH6.0で活性を測定したとき1つのキシラナーゼのピークを得ることができた。一方、太田らによって非特許文献1に精製とその諸性質が報告されているファミリー11のキシラナーゼ(XynI)の大部分はこの条件において担体には吸着しなかった。次にゲルろ過担体のSuperdex75pg(アマシャム・バイオサイエンス社製)を充填したカラムによって活性とタンパク質のピークが一致した状態で溶出させた。この手順により、培養上清からこのキシラナーゼは48倍27%の回収率で精製された。この酵素は、SDS−PAGEと等電点電気泳動によって単一であることを確認し、分子量は39kDa、等電点は8.9であった。この精製された酵素の比活性は29.5U/mgであった。
Hereinafter, determination of the DNA base sequence of the xylanase gene of the present invention, and the deduced amino acid sequence and the enzyme activity of the xynII gene product will be described with reference to examples.
Example 1
(Step 1: Culture solution preparation / purification / electrophoresis)
Aureobasidium pullulans ATCC 20524 strain containing oat-derived xylan 1%, yeast nitrogen base 0.67%, and maintaining the pH in the medium at 6.0 with a final concentration of 0.1 M phosphate buffer After culturing in the prepared medium, the cells were removed by centrifugation and the culture supernatant was collected. The supernatant was concentrated and desalted and adsorbed onto a column packed with a carrier for cation exchange chromatography CM-Cellulofine (manufactured by Seikagaku Corporation). When the adsorbed protein was eluted with a sodium chloride concentration gradient, one xylanase peak could be obtained when the activity was measured at pH 6.0. On the other hand, most of the family 11 xylanase (XynI) reported by Ota et al. In Non-Patent Document 1 for purification and various properties thereof was not adsorbed on the carrier under these conditions. Next, elution was performed in a state where activity and protein peaks coincided with a column packed with Superdex 75 pg (manufactured by Amersham Biosciences) as a gel filtration carrier. By this procedure, the xylanase was purified from the culture supernatant 48 times by 27% recovery. This enzyme was confirmed to be single by SDS-PAGE and isoelectric focusing. The molecular weight was 39 kDa and the isoelectric point was 8.9. The specific activity of the purified enzyme was 29.5 U / mg.

(工程2:基質特異性)
該キシラナーゼの基質特異性を調べた。この酵素は表1に示すとおりカバノキ由来のキシランをカラスムギ由来のキシランと同程度加水分解した。pNP−β−D−cellobiosideとpNP−β−D−xylopyranosideに対しては弱い活性を示し、カルボキシメチルセルロースとpNP−α−L−arabinofuranosideに対しては活性を検出できなかった。
(Step 2: Substrate specificity)
The substrate specificity of the xylanase was examined. As shown in Table 1, this enzyme hydrolyzed birch-derived xylan to the same extent as oat-derived xylan. The activity was weak against pNP-β-D-cellbioside and pNP-β-D-xypyranoside, and no activity was detected against carboxymethylcellulose and pNP-α-L-arabinofuranoside.

(工程3:分解生成物の確認)
薄層クロマトグラフィーを用いた分析において、このキシラナーゼによるカバノキ由来のキシランの初期の加水分解で、2もしくはそれ以上の重合度を持つオリゴ糖が得られたことが示された。キシロトリオースが中間産物として生産され、これが最終的にキシロビオースとキシロースに切断される。この酵素はキシロトリオース、キシロテトラオース、キシロペンタオースを加水分解するが、キシロビオースは分解しなかった。これらの性状より該キシラナーゼはエンド−1,4−β−キシラナーゼである。
(Process 3: Confirmation of decomposition products)
Analysis using thin layer chromatography showed that the initial hydrolysis of birch-derived xylan with this xylanase yielded oligosaccharides with a degree of polymerization of 2 or more. Xylotriose is produced as an intermediate product, which is finally cleaved into xylobiose and xylose. This enzyme hydrolyzes xylotriose, xylotetraose and xylopentaose, but did not degrade xylobiose. From these properties, the xylanase is endo-1,4-β-xylanase.

Figure 2007068521
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(工程4:部分アミノ酸配列の決定)
この精製酵素を用いて、プロサイス492プロテインシーケンサー(アプライド・バイオシステムズ社製)により、そのN末端アミノ酸配列18残基(配列表の配列番号3のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号27〜44番)を決定した。さらにスタフィロコッカス・アウレウスV8由来のプロテアーゼを用いて精製酵素を部分消化し、2つの断片のアミノ酸配列をそれぞれ10残基(配列表の配列番号3のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号75〜84番および277〜286番)決定した。このうち配列表の配列番号3のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号27〜44番および75〜84番の配列の中から、コドンの縮重の少ない領域をそれぞれ1カ所選び出し、フォワードおよびリバースの縮重プライマー(配列表の配列番号4および5)を化学合成した。
(Step 4: Determination of partial amino acid sequence)
Using this purified enzyme, the N-terminal amino acid sequence of 18 residues (amino acid numbers 27 to 44 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 in the sequence listing) was determined by Procise 492 Protein Sequencer (Applied Biosystems). . Furthermore, the purified enzyme was partially digested with a protease derived from Staphylococcus aureus V8, and the amino acid sequences of the two fragments were each 10 residues (amino acid numbers 75 to 84 and 277 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 in the sequence listing). ˜286). Of these, one region with less codon degeneracy was selected from each of amino acid numbers 27 to 44 and 75 to 84 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 in the sequence listing, and forward and reverse degenerate primers ( Sequence numbers 4 and 5) in the sequence listing were chemically synthesized.

(工程5:プローブ配列の取得)
アウレオバシジウム・プルランスATCC20524株から、ISOPLANT(和光純薬社製)を使用しゲノムDNAを抽出した。このゲノムDNAを鋳型とし、上記2つのプライマー(配列表の配列番号4および5)を用いてPCR反応により増幅させた。その結果、約150bpの明瞭なバンドが得られた。
(Step 5: Acquisition of probe sequence)
Genomic DNA was extracted from Aureobasidium pullulans ATCC 20524 using ISOPLANT (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). Using this genomic DNA as a template, amplification was performed by PCR reaction using the above two primers (SEQ ID NOs: 4 and 5 in the sequence listing). As a result, a clear band of about 150 bp was obtained.

(工程6:プローブ配列の解析)
得られたバンドをクローニングし、ビッグダイ・ターミネーター・サイクルシークエンシング・キット(アプライドバイオシステムズ社製)を用いてDNAの塩基配列をPRISM310(アプライド・バイオシステムズ社製)にて解読した。その結果、配列表の配列番号1の塩基番号1612〜1763番に示す152bpよりなるDNAの塩基配列を有することを見出した。さらに、得られた152bpのDNAの塩基配列をアミノ酸に翻訳したところ、先に得られたペプチドフラグメントのアミノ酸配列(配列表の配列番号3のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号27〜44番、75〜84番)の一部に相当する配列の存在が認められた。故に、該配列はキシラナーゼ遺伝子の一部であることが判明した。また、この1組のプライマー(配列表の配列番号4および5)は、該微生物のゲノムDNAを鋳型としたとき、該キシラナーゼの一部を特異的に増幅するものである。
(Step 6: Analysis of probe sequence)
The obtained band was cloned, and the DNA base sequence was decoded with PRISM310 (Applied Biosystems) using a Big Die Terminator Cycle Sequencing Kit (Applied Biosystems). As a result, it was found that the DNA has a base sequence of 152 bp represented by base numbers 1612 to 1763 of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. Furthermore, when the base sequence of the obtained 152 bp DNA was translated into amino acids, the amino acid sequence of the previously obtained peptide fragment (amino acid numbers 27 to 44 and 75 to 84 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 in the sequence listing) was obtained. ) Was observed. Thus, the sequence was found to be part of the xylanase gene. Further, this set of primers (SEQ ID NOs: 4 and 5 in the sequence listing) specifically amplifies a part of the xylanase when the genomic DNA of the microorganism is used as a template.

(工程7:プローブ配列の標識)
そこで、このPCR産物すなわち152bpのDNAの塩基配列(配列表の配列番号1の塩基番号1612〜1763番)を、ジゴキシゲニン化学発光核酸検出システム(ロシュ・ダイアグノスティックス社製)に従いランダムプライム法によりジゴキシゲニン−11−dUTPを標識し、キシラナーゼ遺伝子の全長をクローニングするためのプローブとして用いた。
(Step 7: Labeling the probe sequence)
Therefore, this PCR product, that is, a base sequence of 152 bp DNA (base numbers 1612 to 1763 of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing) is obtained by a random prime method according to a digoxigenin chemiluminescent nucleic acid detection system (Roche Diagnostics). Digoxigenin-11-dUTP was labeled and used as a probe for cloning the full length of the xylanase gene.

(工程8:プローブ配列のハイブリダイズ)
一方、先のPCRで鋳型として用いたアウレオバシジウム・プルランスATCC20524株のゲノムDNAを、制限酵素EcoRIで完全分解した。得られた制限酵素分解物をアガロースゲル電気泳動で分離後、正荷電を帯びたナイロン膜に核酸を転写し、標識されたプローブを用いてサザン・ハイブリダイゼーションを行った。ハイブリダイズは、7%のSDS、1mMのEDTAを含む0.5Mチャーチリン酸緩衝液の存在下で65℃に保ち16時間行った。その結果、約9.0kbpのDNA断片にプローブがハイブリダイズした。このことは、目的とするキシラナーゼ遺伝子が両端にEcoRIの認識配列を持つ約9.0kbpの断片中に含まれることを示すものである。
(Step 8: hybridization of probe sequence)
On the other hand, the genomic DNA of Aureobasidium pullulans ATCC 20524 used as a template in the previous PCR was completely digested with the restriction enzyme EcoRI. The obtained restriction enzyme degradation product was separated by agarose gel electrophoresis, the nucleic acid was transferred to a positively charged nylon membrane, and Southern hybridization was performed using a labeled probe. Hybridization was carried out for 16 hours while maintaining at 65 ° C. in the presence of 0.5 M chartilic acid buffer containing 7% SDS and 1 mM EDTA. As a result, the probe hybridized to a DNA fragment of about 9.0 kbp. This indicates that the target xylanase gene is contained in an approximately 9.0 kbp fragment having EcoRI recognition sequences at both ends.

(工程9:染色体上での該キシラナーゼのDNA塩基配列の決定)
次に約9.0kbpのEcoRI断片を、pUC18のEcoRIの部位に挿入してプラスミドpXYN204を作った。pXYN204に含まれている約3.8kbpのXbaIとKpnI断片をサブクローニングしたpXYN205を作り、KpnIサイト側から3293bpの配列(配列表の配列番号1)を決定した。
(Step 9: Determination of the DNA base sequence of the xylanase on the chromosome)
Next, an approximately 9.0 kbp EcoRI fragment was inserted into the EcoRI site of pUC18 to create plasmid pXYN204. pXYN205 was prepared by subcloning the XbaI and KpnI fragments of about 3.8 kbp contained in pXYN204, and the 3293 bp sequence (SEQ ID NO: 1 in the sequence listing) was determined from the KpnI site side.

(工程10:cDNAの該キシラナーゼの塩基配列の決定)
cDNAの塩基配列を決定するために、該微生物を酵素生産時と同じ条件にて培養を行い、菌体を回収しISOGEN(和光純薬社製)を用いて全RNAを抽出した。この全RNAよりポリアデニル化されたメッセンジャーRNAをPolyATractメッセンジャーRNA単離システムIV(プロメガ社製)にて精製した。このメッセンジャーRNAを鋳型とし、先に得られた配列表の配列番号1の塩基番号1612〜1763番に示す152bpよりなるDNAの塩基配列よりプライマーを作製し(配列表の配列番号6および7)その配列を起点とし、5′RACEおよび3′RACE法をSMART RACE cDNA増幅キット(クローンテック社製)により行った。これにより該キシラナーゼ遺伝子を含むcDNAの塩基配列(配列表の配列番号2)が得られ、2箇所の転写開始点が−60、−54に存在したことと、終止コドンから下流114bp、119bp、138bpの3つの点でポリアデニル化されていたことが明らかとなった。転写開始点から下流にあるはじめのATGは、開始コドンであると推定され、このAより3残基前には保存されているAが存在した。
(Step 10: Determination of the base sequence of the xylanase of cDNA)
In order to determine the base sequence of cDNA, the microorganism was cultured under the same conditions as in the enzyme production, the cells were collected, and total RNA was extracted using ISOGEN (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.). From this total RNA, polyadenylated messenger RNA was purified using PolyATact messenger RNA isolation system IV (Promega). Using this messenger RNA as a template, a primer was prepared from the base sequence of the 152 bp DNA shown in base numbers 1612 to 1763 of SEQ ID NO: 1 in the previously obtained sequence listing (SEQ ID NO: 6 and 7 in the sequence listing) Starting from the sequence, 5′RACE and 3′RACE methods were performed using a SMART RACE cDNA amplification kit (Clontech). As a result, the base sequence of the cDNA containing the xylanase gene (SEQ ID NO: 2 in the sequence listing) was obtained, and that there were two transcription start sites at -60 and -54, and 114 bp, 119 bp and 138 bp downstream from the stop codon. It was revealed that polyadenylation was observed at these three points. The first ATG downstream from the transcription start point was presumed to be an initiation codon, and there was a conserved A 3 residues before this A.

(工程11:イントロン位置の決定)
ゲノムDNAより得られたDNAの塩基配列(配列表の配列番号1)とRACE法により得られたcDNAの塩基配列(配列表の配列番号2)の比較により、2カ所のイントロンを含むキシラナーゼ前駆体のDNAの塩基配列およびその転写調節部位を同定した。この2カ所のイントロンは分泌シグナルと成熟タンパク質のコード領域にそれぞれ56bpおよび73bpの塩基長で存在し、どちらのイントロンもGT/AGルールに則っていた。
(Step 11: Determination of intron position)
Comparison of the base sequence of DNA obtained from genomic DNA (SEQ ID NO: 1 in the sequence listing) and the base sequence of cDNA obtained by the RACE method (SEQ ID NO: 2 in the sequence listing) reveals a xylanase precursor containing two introns. The base sequence of DNA and its transcriptional regulatory site were identified. These two introns existed in the secretory signal and the coding region of the mature protein with base lengths of 56 bp and 73 bp, respectively, and both introns were in accordance with the GT / AG rule.

(工程12:アミノ酸配列の推定)
このキシラナーゼ前駆体のDNAの塩基配列から翻訳したアミノ酸配列(配列表の配列番号3)を、最初に判明したキシラナーゼのN末端のアミノ酸配列(配列表の配列番号3のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号27〜44番)と比較したところ、配列表の配列番号1の塩基番号1594番目以降がキシラナーゼの成熟タンパク質コード領域であることが明らかにされた。また、これらのことより配列表の配列番号3のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号1〜26番が菌体外に分泌するために必要な分泌シグナルであることが推定された。さらに配列表の配列番号3中にアウレオバシジウム・プルランスより精製され決定された3つの部分アミノ酸配列(配列表の配列番号3のアミノ酸配列におけるアミノ酸番号27〜44番、75〜84番、277〜286番)の全てが存在することが確認され、精製により得られたキシラナーゼの遺伝子配列が得られたことが確認された。
(Step 12: Estimation of amino acid sequence)
The amino acid sequence translated from the nucleotide sequence of the DNA of this xylanase precursor (SEQ ID NO: 3 in the sequence listing) is converted into the amino acid sequence of the N-terminal of xylanase first identified (amino acid numbers 27 to 27 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 in the sequence listing). 44), it was revealed that the base number 1594 and subsequent positions of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing are the mature protein coding region of xylanase. From these facts, it was presumed that amino acid Nos. 1 to 26 in the amino acid sequence of SEQ ID No. 3 in the sequence listing are secretion signals necessary for secretion outside the cells. Further, three partial amino acid sequences purified and determined from Aureobasidium pullulans in SEQ ID NO: 3 in the sequence listing (amino acid numbers 27-44, 75-84, 277- in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3 in the sequence listing) No. 286) was confirmed to exist, and it was confirmed that the gene sequence of xylanase obtained by purification was obtained.

(工程13:転写調節部位の解析)
配列表の配列番号1に含まれる該キシラナーゼ遺伝子の転写調節部位には、TATAAAとCCAATモチーフは存在しなかった。アスペルギルス・ニジュランス(Aspergillius nidulans)においてカーボンカタボライト抑制に関与するCreAリプレッサー(5′−SYGGRG−3′)結合領域は、配列表の配列番号1の塩基番号1166〜1171番(GTGGGG)に存在した。さらに、Aspergillus nidulansにおいて周囲のpHによって遺伝子の発現が調節されるジンクフィンガー転写因子PacC結合部位(5′−GCCARG−3′)が、配列表の配列番号1の塩基番号628〜633番(完全一致の形でGCCAAG)と920〜925番(相補鎖に部分一致の形でGCCATG)に存在した。しかしながら、アスペルギルス・ニジュランスにおけるキシラン関連の転写活性化因子XlnRの結合モチーフである5′−GGCTAAA−3′は存在しなかった。
(Step 13: Analysis of transcriptional regulatory site)
The TATAAA and CCAAT motifs did not exist in the transcriptional regulatory site of the xylanase gene contained in SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing. The CreA repressor (5′-SYGGRG-3 ′) binding region involved in carbon catabolite suppression in Aspergillus nidulans was present at nucleotide numbers 1166 to 1171 (GTGGGG) in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. Furthermore, the zinc finger transcription factor PacC binding site (5′-GCCARG-3 ′), whose gene expression is regulated by the surrounding pH in Aspergillus nidulans, is represented by base numbers 628 to 633 (complete match) of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. In the form of GCCAAG) and 920-925 (GCCATG in the form of a partial match to the complementary strand). However, 5′-GGCTAAA-3 ′, which is a binding motif of the xylan-related transcriptional activator XlnR in Aspergillus nidulans, did not exist.

該キシラナーゼ遺伝子の転写調節部位が周囲のpHによって制御されているがどうかを調べるために、該微生物を該キシラナーゼ遺伝子の取得を行った培養条件で培養した。ただし、培養時におけるpHを0.1Mリン酸緩衝液で6.0または8.0に調整したものと、pHを調整していない3条件で72時間培養を行った。pHを調整していないものでは初発pH6.0が2.7まで低下し、菌の十分な生育と暗色の菌糸による黒色化が見られた。pHを緩衝液にて調整したものは、pHを6.0と8.0に保たれ、培地はpHを調整していないものと比べ菌の生育が遅れ、色調は黄色もしくはクリーム色であった。このそれぞれよりISOGEN(和光純薬社製)により全RNAを抽出し、オリゴdTプライマーを用いて逆転写反応を行った。これにより作製した1本鎖cDNAを該キシラナーゼ遺伝子に特異的なリアルタイムPCR用プライマー(配列表の配列番号6および7)を用いて増幅し、その増幅反応をSYBR Greenによるアッセイ法でリアルタイムPCRのシステムであるPRISM7000(アプライド・バイオシステムズ社製)により検出した。その結果、pH無調整でpH2.7に達した培養と比べて、pHを6.0と8.0に調整したものは、それぞれ8倍と22倍に転写量が増大した。故に、配列表の配列番号1には、周囲のpHにより発現が制御されるPacC様の転写調節因子が結合するシスエレメントが存在する転写調節部位が含まれている。  In order to examine whether the transcriptional regulatory site of the xylanase gene is controlled by the surrounding pH, the microorganism was cultured under the culture conditions in which the xylanase gene was obtained. However, the culture was performed for 72 hours under three conditions where pH was adjusted to 6.0 or 8.0 with 0.1 M phosphate buffer and pH was not adjusted. When the pH was not adjusted, the initial pH 6.0 decreased to 2.7, and sufficient growth of the fungus and blackening due to dark mycelia were observed. When the pH was adjusted with a buffer solution, the pH was maintained at 6.0 and 8.0, and the growth of the bacteria was delayed as compared with the medium not adjusted for pH, and the color was yellow or cream . Total RNA was extracted from each of these using ISOGEN (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.), and reverse transcription reaction was performed using oligo dT primers. The single-stranded cDNA thus prepared is amplified using primers for real-time PCR specific to the xylanase gene (SEQ ID NOS: 6 and 7 in the sequence listing), and the amplification reaction is performed by an assay method using SYBR Green. It was detected by PRISM7000 (manufactured by Applied Biosystems). As a result, compared to the culture that reached pH 2.7 without adjusting pH, those whose pH was adjusted to 6.0 and 8.0 increased the transcription amount by 8 times and 22 times, respectively. Therefore, SEQ ID NO: 1 in the sequence listing includes a transcriptional regulatory site where a cis element to which a PacC-like transcriptional regulatory factor whose expression is controlled by the surrounding pH is present is present.

(工程14:組換えベクターの作製と形質転換体の取得)
先に作製した本発明のキシラナーゼ遺伝子を含むcDNAを鋳型として、制限酵素EcoRI認識部位を付加した1組のプライマー(配列表の配列番号10および11)を用いてPCR法により菌体外分泌シグナルをコードする領域も含むキシラナーゼ遺伝子を伸長する。この伸長配列を付加した部位を認識する制限酵素にて切断し、同制限酵素により同じく切断したメタノール資化性酵母ピチア・パストリス(Pichia padtoris)における組換えベクターpPIC3.5(インビトロゲン社製)に挿入し、pXYN207を作製する。このプラスミドを制限酵素SacIにて直鎖状にし、エレクトロポレーション法によりピチア・パストリスの染色体上に組み込み形質転換体を取得する。この形質転換体(pXYN207)を72時間生育させると、培養上清に0.12U/mlのキシラナーゼ活性が検出された。一方、組換えベクターpPIC3.5のみを形質転換したものをコントロール株としたが、菌体外キシラナーゼ活注は検出されたなかった。
(Step 14: Preparation of recombinant vector and acquisition of transformant)
Using the cDNA containing the xylanase gene of the present invention prepared earlier as a template, a set of primers (SEQ ID NOs: 10 and 11 in the sequence listing) to which a restriction enzyme EcoRI recognition site is added is used to encode a cell exocrine secretion signal by PCR. The xylanase gene containing the region to be expanded is elongated. The recombinant vector pPIC3.5 (manufactured by Invitrogen) in the methanol-utilizing yeast Pichia pastoris that was cleaved with a restriction enzyme that recognizes the site to which this extended sequence was added and also cleaved with the restriction enzyme was used. Insert and make pXYN207. This plasmid is linearized with the restriction enzyme SacI, and incorporated into the chromosome of Pichia pastoris by electroporation to obtain a transformant. When this transformant (pXYN207) was grown for 72 hours, 0.12 U / ml xylanase activity was detected in the culture supernatant. On the other hand, a transformant of only recombinant vector pPIC3.5 was used as a control strain, but no extracellular xylanase injection was detected.

(工程15:形質転換体の分泌する該キシラナーゼの精製)
この菌体外タンパク質を陽イオン交換体SP−Sepharoseカラム(アマシャム・バイオサイエンス社製)に供すると、2つのキシラナーゼのピーク(P−IとP−II)に分離され、それぞれの画分を回収してゲルろ過担体Superdex75pgカラムにより個別に精製した。SDS−PAGEによると、精製されたリコンビナントキシラナーゼのP−IはP−IIよりも分子量が若干大きかった。P−IIのN末端アミノ酸配列は、本来のキシラナーゼと同じであったが、P−Iは本来切断されるべき点よりも6残基上流から多く含まれていた。培養液中のリコンビナントキシラナーゼ(P−IおよびP−II)の濃度は、その比活性に基づくと、それぞれ6.5mg/Lおよび36mg/Lとなった。この結果は、該キシラナーゼ遺伝子がコードする前駆タンパク質のほとんどはピチア・パストリスの分泌経路において正確に認識され処理されていることを示している。このことから該キシラナーゼ遺伝子がコードするアウレオバシジウム・プルランス由来菌体外分泌シグナルは、酵母であるピチア・パストリスにおいてその菌体外に分泌するという機能を発揮することが可能である。
(Step 15: Purification of the xylanase secreted by the transformant)
When this extracellular protein is applied to a cation exchanger SP-Sepharose column (Amersham Biosciences), it is separated into two xylanase peaks (P-I and P-II), and each fraction is collected. The gel filtration carrier Superdex 75pg column was used for individual purification. According to SDS-PAGE, the purified recombinant xylanase PI had a slightly higher molecular weight than P-II. The N-terminal amino acid sequence of P-II was the same as that of the original xylanase, but P-I was contained more from 6 residues upstream than the point to be originally cleaved. The concentrations of recombinant xylanase (P-I and P-II) in the culture were 6.5 mg / L and 36 mg / L, respectively, based on their specific activities. This result indicates that most of the precursor proteins encoded by the xylanase gene are correctly recognized and processed in the Pichia pastoris secretion pathway. From this, it is possible for the Aureobasidium pullulans-derived cell exocrine signal encoded by the xylanase gene to exhibit a function of being secreted outside the cell in the yeast Pichia pastoris.

本発明の新規な塩基配列を有するキシラナーゼは、基質特異性がより広範囲にわたるGHファミリー10に属し、中性域に至適pHを有するので、多くのヘミセルロースを分解することができ、よりマイルドな条件下でキシロオリゴ糖を得ることができるキシラナーゼとして有用である。なお、キシランからキシラナーゼにより生産されるキシロオリゴ糖は、低カロリーでさわやかな甘みを有する甘味剤、整腸剤、あるいはカルシウム吸収促進剤としての優れた機能性を有する物質として有用である。  The xylanase having a novel base sequence of the present invention belongs to the GH family 10 having a broader substrate specificity and has an optimum pH in the neutral range, so that it can decompose many hemicelluloses and is milder. It is useful as a xylanase under which xylo-oligosaccharide can be obtained. Xylooligosaccharides produced from xylan by xylanase are useful as substances having excellent functionality as sweeteners, intestinal regulating agents, or calcium absorption promoters having a low calorie and a refreshing sweetness.

I及びIIのいずれにも属していないことを示す無根系統樹である。It is a rootless phylogenetic tree indicating that it does not belong to either I or II.

Claims (5)

配列表の配列番号1の塩基配列で示される、キシラナーゼをコードするDNA。  A DNA encoding xylanase represented by the base sequence of SEQ ID NO: 1 in the sequence listing. アウレオバシジウム・プルランスの染色体DNAを鋳型とし、配列表の配列番号4および5を用いて増幅された塩基配列で示されるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、且つ、キシラナーゼ酵素活性を有するタンパク質をコードするアウレオバシジウム・プルランスATCC20524株由来のDNA。  A protein having a xylanase enzyme activity that hybridizes under stringent conditions with DNA represented by the base sequence amplified using Aureobasidium pullulans chromosomal DNA as SEQ ID Nos. 4 and 5 in the sequence listing DNA derived from Aureobasidium pullulans ATCC 20524 strain encoding 請求項1または2に記載のDNAによってコードされたキシラナーゼ。  A xylanase encoded by the DNA according to claim 1 or 2. 請求項1または2記載のDNAを挿入された組換えベクター。  A recombinant vector into which the DNA according to claim 1 or 2 is inserted. 請求項4記載の組換えベクターを有する形質転換体である宿主細胞。  A host cell which is a transformant having the recombinant vector according to claim 4.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2017038604A (en) * 2016-09-28 2017-02-23 デュポン ニュートリション バイオサイエンシス エーピーエス enzyme

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