乳酸細菌淀粉酶的系統發育分析

林謙 玉林師范學院生物系 537000

乳酸細菌淀粉酶的系統發育分析

林謙 玉林師范學院生物系 537000

通過對幾種乳酸細菌淀粉酶氨基酸序列進行系統發育分析，構建了系統發育樹，發現除了Lactobacillus plantarum A6、Lactobacillus amylovorus NRRL B-4540、Lactobacillus manihotivorans LMG 18010三者的胞外α-淀粉酶高度相似，親緣關系極接近，這三個與其他乳酸細菌淀粉酶并無明顯的相似性。乳酸細菌淀粉酶之間的親緣關系并不接近，它們在酶學特性上也具有較大的差異。

乳酸細菌是一大類可產生乳酸的細菌的總稱，可用于生產乳酸、胞外多糖、益生菌制劑等，在醫藥、化工、食品行業都有廣泛的應用。目前已發現具有淀粉酶活力的乳酸細菌包括Lactobacillus plantarum[1]、Lactobacillus amylovorus[2]、Lactobacillus manihotivorans[3]、Lactobacillus gasseri[4]、Streptococcus bovis[5]等幾種，在GenBank中也公布了它們的淀粉酶氨基酸序列。本文從這幾個淀粉酶的氨基酸序列出發，分析它們的系統發育關系，并構建進化樹。

選擇的淀粉酶來自Lactobacillus plantarum A6胞外α-淀粉酶(AAC45780)、Lactobacillus amylovorus NRRL B-4540胞外α-淀粉酶(AAC45781)、Lactobacillus manihotivorans LMG 18010胞外α-淀粉酶(AAD45245)、Lactobacillus plantarum L137胞外淀粉普魯蘭酶ApuA(BAF93906)、Lactobacillus gasseri ATCC 33323胞內麥芽糖淀粉酶(ZP_00047084)、Streptococcus bovis 148 胞外α-淀粉酶AmyA (BAA24177)、Streptococcus bovis 148 胞內α-淀粉酶AmyB(BAA24178)、Streptococcus bovis JB1 胞內α-淀粉酶AmyB(AAA97431)。系統發育樹分析采用ClustalX 1.83與MEGA 4軟件, 算法選擇鄰近相連法(Neighbor-joining)，Bootstrap重復次數設為1000。

構建出的系統發育樹如圖1所示?？梢?，Lactobacillus plantarum A6、Lactobacillus amylovorus NRRL B-4540、Lactobacillus manihotivorans LMG 18010三者的胞外α-淀粉酶高度相似，親緣關系極接近，處于同一個分支內，這與文獻報道的結果一致[6]。Streptococcus bovis 148的胞外α-淀粉酶也與這三個淀粉酶具有一定的相似性，卻與自己的胞內淀粉酶相距甚遠，幾乎沒有親緣關系。雖然Lactobacillus plantarum A6、Lactobacillus plantarum L137均為植物乳桿菌，它們的淀粉酶序列相差較大。雖然現在發現的乳酸細菌淀粉酶并不多，但它們的系統發育關系差別很大，反映在酶學性質上也具有較大的差異，如與其他乳酸細菌的淀粉酶相比，Streptococcus bovis 148的胞外α-淀粉酶對生淀粉顯示出強烈的吸附與降解作用；Lactobacillus plantarum L137的淀粉普魯蘭酶ApuA與其他細菌的普魯蘭酶(Thermoanaerobacter ethanolicus 39E, Clostridium thermohydrosulfuricum DSM 3783, Bacillus stearothermophilus TS-23)顯示出高度的保守性，而與其他乳酸細菌的淀粉酶并不接近?，F在在GenBank中已經有多個乳酸細菌的基因被預測為淀粉酶基因，不過并未有實驗證明。相信隨著發現的乳酸細菌淀粉酶越來越多，應該也會發現它們具有更多的差異。

圖1.乳酸細菌淀粉酶的系統發育樹樹枝上的數字表示Bootstrap驗證中該樹枝可信度的百分比。

[1]GIRAUD E, CUNY G.Molecular characterization of the α-amylase genes of Lactobacillus plantarum A6 and Lactobacillus amylovorus reveals an unusual 3' end structure with direct tandem repeats and suggests a common evolutionary origin[J].Gene, 1997, 198: 149-157.

[2]BURGESS-CASSLER A, IMAM S.Partial purification and comparative characterization of α-amylase secreted by Lactobacillus amylovorus[J].Curr Microbiol, 1991, 23: 207-213.

[3]AGUILAR G, MORLON-GUYOT J, TREJO-AGUILAR B, et al.Purification and characterization of an extracellular αamylase produced by Lactobacillus manihotivorans LMG 18010, an amylolytic lactic acid bacterium[J].Enzyme Microb Technol, 2000, 27: 406-413.

[4]OH K W, KIM M J, KIM H Y, et al.Enzymatic characterization of a maltogenic amylase from Lactobacillus gasseri ATCC 33323 expressed in Escherichia coli[J].FEMS Microbiol lett, 2005, 252, 175-181.

[5]SATOH E, NIIMURA Y, UCHIMURA T, et al.Molecular cloning and expression of two α-amylase genes from Streptococcus bovis 148 in Escherichia coli[J].Appl Environ Microbiol, 1993, 59: 3669-3673.

[6]MORLON-GUYOT J, MUCCIOLO-ROUX F, SANOJA R R, et al.Characterization of the L.manihotivorans α-amylase gene[J].DNA Seq, 2001, 12: 27-37.

林謙，男，1977年生，生物工程博士。

Q814

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.096

乳桿菌；淀粉酶；系統發育