一种马铃薯淀粉合成酶

本发明属于蛋白酶工程，具体涉及一种马铃薯淀粉合成酶。

背景技术：

1、淀粉是高等植物的常见成分，几乎存在于植物的所有器官中。而且淀粉也是食物的重要组成部分，占日常热量摄入的很大一部分。同时，淀粉也作为工业上的原料被广泛运用，如酿造业、纺织业、生物制品、生物能源等。马铃薯( solanum tuberosum)作为一种廉价易得的淀粉资源，已成为食品和工业等许多领域的重要原料。

2、马铃薯淀粉是块茎生长过程中在光合所用下的生物合成产物，其形成和累积需要多种酶的共同参与，包括腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶（adp-glucosepyrophosphorylase，agpase）、颗粒结合淀粉合成酶（granule-bound starchsynthase，gbss）、可溶性淀粉合成酶（soluble starchsynthase，sss），淀粉分支酶（starchbranching enzyme，sbe）和淀粉去分支酶（starch debranching enzyme，dbe）。其中腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶agpase催化1-磷酸-葡萄糖合成淀粉前体腺苷二磷酸葡萄糖（adpg），颗粒结合淀粉合成酶gbss在adpg上延伸α-1，4-葡聚糖链来合成直链淀粉；sss和sbe负责合成支链淀粉，dbe修饰分支链，进而形成具有一定结构特性的淀粉结晶体（图1）。

3、颗粒结合淀粉合成酶（granule-bound starchsynthase，gbss）是合成直链淀粉的关键酶，而直链淀粉含量 (ac) 是淀粉类作物的重要品质性状，影响其在食品和非食品行业的加工和应用。因此，对这些作物进行直链淀粉含量微调已成为育种者关注的焦点。已有研究结果发现抑制颗粒结合淀粉合成酶基因表达会导致淀粉分子结构发生改变，而且直链淀粉缺失型甘薯中的淀粉表现出很缓慢的回生过程，并且可以被胰酶快速消化分解；而高直链型甘薯淀粉却恰恰相反。通过对甘薯gbss基因结构和功能的研究，以及生物技术的利用，人们获得了直、支链淀粉比例不同的淀粉，比如直链淀粉缺失型甘薯的淀粉、高直链淀粉等。前者可以用于食品业，而后者则可用于糖果工业、塑料工业等。因此，加强对gbss的研究对提高淀粉的应用价值有着重要的作用。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种马铃薯淀粉合成酶，所提供的淀粉合成酶gbss相比于出发酶具有更好的促进淀粉合成的活性，且能够有效提高合成的淀粉产物中直链淀粉的含量。

2、本发明首先提供一种马铃薯淀粉合成酶gbss突变体，所述的马铃薯淀粉合成酶gbss突变体，是氨基酸序列为seq id no:1的蛋白酶的第111位氨基酸由ala变为glu；其氨基酸序列为seq id no:7。

3、本发明还涉及编码上述淀粉合成酶突变体的dna分子，其核苷酸序列为seq idno:4。

4、本发明还涉及包含上述dna分子的重组表达载体。

5、本发明还提供一种重组工程菌株，包含有上述的重组表达载体。

6、作为实施例的具体记载，所述的宿主细胞为毕赤酵母（ pichia pastoris）。

7、本发明所提供的马铃薯淀粉合成酶gbss突变体可用于体外催化合成淀粉。

8、本发明在野生型淀粉合成酶的基础上筛选获得了包含k59r和a111e突变位点的马铃薯淀粉合成酶突变体。与野生型淀粉合成酶相比，筛选的淀粉合成酶突变体的比活力普遍提高了36.29%～57.47%。其中含k59r和a111e两点突变的淀粉合成酶突变体的比活力最高。而且a111e单点突变体的淀粉产物中直链淀粉的含量明显增加，可用于制备特定用途的淀粉。

技术特征：

1.一种马铃薯淀粉合成酶，其特征在于，所述的马铃薯淀粉合成酶是氨基酸序列为seqid no:1的蛋白酶的的第111位氨基酸由ala变为glu，其氨基酸的序列为seq id no:7。

2.一种核酸片段，其特征在于，所述的核酸片段用于编码权利要求1所述的马铃薯淀粉合成酶。

3.如权利要求2所述的核酸片段，其特征在于，所述的核酸片段的序列为seq id no:4。

4.一种重组表达载体，其特征在于，所述的重组表达载体中插入有权利要求2所述的核酸片段。

5.一种重组工程菌株，其特征在于，所述的重组工程菌株中包含有权利要求4所述的重组表达载体。

6.如权利要求5所述的重组工程菌株，其特征在于，所述的重组工程菌株为毕赤酵母。

7.权利要求1所述马铃薯淀粉合成酶在合成淀粉中的应用。

8.一种体外合成淀粉的方法，其特征在于，是使用权利要求1所述的马铃薯淀粉合成酶催化合成淀粉。

技术总结
本发明提供一种马铃薯淀粉合成酶，是氨基酸序列为SEQ ID NO:1的蛋白酶的第111位氨基酸由Ala变为Glu。本发明的马铃薯淀粉合成酶突变体的比活力明显提高，且淀粉产物中直链淀粉的含量明显增加，可用于制备特定用途的淀粉。

技术研发人员：刘培玲,李晶晶,胡子昂,佟岳
受保护的技术使用者：内蒙古工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/7/15