JP3394713B2 - ペクチン酸リアーゼ遺伝子 - Google Patents

ペクチン酸リアーゼ遺伝子

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は洗浄剤、食品加工
剤、繊維処理剤等として有用なペクチン酸リアーゼをコ
ードする遺伝子に関する。
【0002】
【従来の技術】ペクチン酸リアーゼは、植物細胞壁構成
多糖であるポリガラクツロン酸を分解する酵素であり、
食品工業において果汁の清澄化、柑橘類のひょう嚢の除
去等に用いられており、その性質からペクチン含有排水
の後処理、植物細胞の分解・除去、綿繊維の精練、洗浄
剤への配合等への利用が期待されている。ペクチン酸リ
アーゼ(EC4.2.2.2.)は、1962年Bacill
us polymyxaErwinia cartovoraの培養液に初めて見い
出されたもので、それ以降、Erwinia属、Pseudomonas
属、Bacillus属、Amycolata属、Fusarium属、Penicillu
m属、Aspergillus属等に属する微生物が生産することが
知られている。
【0003】しかしながら、遺伝学的、生化学的に十分
研究されているBacillus属細菌において、ペクチン酸リ
アーゼ遺伝子に関する報告例は少ない。従来、Bacillus
属のペクチン酸リアーゼ遺伝子が決定されているものは
Bacillus subtilis SO113(Nasser et al.,FEBS
Lett.,335,319-326,1993)、アルカリ耐性Bacillus sp.
YA−14(Kim et al.,Biosci.Biotech.Biochem.,58,
947-949,1994) のみであり、しかも、SO113株とY
A−14株の塩基配列は、99%の相同性を示し、且つ
アミノ酸配列は完全に一致しているものであった。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】これら従来のペクチン
酸リアーゼは、一部製品として入手可能であるが、高価
であり、種々の糖質分解酵素も混在している等の問題が
あり、産業界ではあまり広く利用されていない。
【0005】従って本発明は、洗浄剤、繊維処理等、広
く産業界において有用なペクチン酸リアーゼを単一で且
つ大量生産を可能にするために、それをコードする遺伝
子、該遺伝子を含有する組換えベクター、及びこれを含
有する形質転換体を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明者は、土壌から分
離したBacillus属細菌が産生する新規なペクチン酸リア
ーゼについて、その遺伝子のクローニング、遺伝子組換
えによる生産技術の確立に成功し、本発明を完成した。
【0007】すなわち、本発明は、配列番号1に示すア
ミノ酸配列又は該アミノ酸配列の1若しくは数個のアミ
ノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸配列を有
するペクチン酸リアーゼをコードする遺伝子を提供する
ものである。また、本発明は、上記のペクチン酸リアー
ゼ遺伝子を含有する組換えベクター及び該組換えベクタ
ーを含む形質転換体を提供するものである。
【0008】
【発明の実施の形態】本発明の遺伝子は、配列番号1に
示すアミノ酸配列、又は該アミノ酸配列の1若しくは数
個のアミノ酸が欠失、置換若しくは付加されたアミノ酸
配列をコードする配列を有する。ペクチン酸リアーゼ活
性を失なわない限り、該アミノ酸配列中のアミノ酸の欠
失、置換又は付加(以下、変異ということがある)は特
に制限されない。また、配列番号1のアミノ酸配列にお
けるN−末端には、1〜数個のアミノ酸が付加、欠失し
ていてもよい。
【0009】配列番号1に示すアミノ酸番号1〜286
の間で、GENETYX−CDバイオデータベースソフ
トウエア(ソフトウエア開発株式会社製、ver.3
6)を用いたマキシマムマッチングにて、従来より公知
のペクチン酸リアーゼのアミノ酸配列との相同性を検討
すると、Erwinia carotovoraに由来するpelA(Lei et a
l.,Gene,62,159-164,1988)、pelB及びpelC(Hinton et
al.,Mol.Microbiol.3,1785-1795,1989)、pelI及びpelX
(Ito et al.,Agric.Biol.Chem.,52,479-487,1988)に対
しそれぞれ16.8%、15.3%、17.6%、1
7.8%、17.9%と極めて低い相同性が認められる
に過ぎず、Bacillus subtilisに由来するpel(Nasser et
al.,FEBS Lett.335,319-326,1993)との相同性比較に
おいても、16.6%と極めて低い。また、これまでに
知られているペクチン酸リアーゼにみられる保存領域
(Henrissat et al.,Plant Physiol.107,963-976,1995)
も全く存在しないことから、本酵素はこれまでに報告の
ない新規な配列を有するペクチン酸リアーゼである。
【0010】本発明ペクチン酸リアーゼ遺伝子は、配列
番号1のアミノ酸配列又はその前記変異体をコードする
ものであればよいが、配列番号2で示される塩基配列又
は該塩基配列の1若しくは数個の塩基が欠失、置換若し
くは付加された塩基配列を有するものが好ましい。
【0011】本発明のペクチン酸リアーゼ遺伝子は、例
えばBacillus sp.KSM−P15株(FERM BP−
6241)等からクローニングすることができる。該ク
ローニング手段としては、既知の手段、例えばショット
ガン法、PCR法で目的とする遺伝子をクローニングす
る方法等が挙げられる。
【0012】前記ペクチン酸リアーゼ遺伝子を含む組換
えベクターを作製するには、目的とする宿主内で遺伝子
を発現するのに適した任意のベクターにペクチン酸リア
ーゼ遺伝子を組み込めば良い。かかるベクターとして
は、大腸菌を宿主とする場合、pUC18、pUC1
9、pBR322等が挙げられ、枯草菌を宿主とする場
合、pUB110等が挙げられる。
【0013】かくして得られた組換えベクターを用いて
宿主菌を形質転換するには、常法、例えばプロトプラス
ト法、コンピテントセル法、エレクトロポレーション法
等により行われる。宿主菌としては、特に制限されない
が、Bacillus属(枯草菌)、Streptomyces属(放線菌)
等のグラム陽性菌;Escherichia coli(大腸菌)等のグ
ラム陰性菌;Saccharomyces属(酵母)、Aspergillus
(カビ)等の真菌が挙げられる。
【0014】得られた形質転換体を培養し、当該培養液
からペクチン酸リアーゼを採取すれば、ペクチン酸リア
ーゼを得ることが出来る。培養は、微生物の資化可能な
炭素源、窒素源その他の必須栄養素を含む培地に接種
し、常法に従って行えば良い。かくして得られた培養液
から、一般に知られている酵素の採取及び精製方法に準
じ、ペクチン酸リアーゼを得ることができる。
【0015】また、本発明の遺伝子がコードするペクチ
ン酸リアーゼは、土壌から分離したBacillus属に属する
微生物、例えばBacillus sp.KSM−P15株(FER
MBP−6241)やそれらの変異株を培養し、得られ
た培養物から採取することもできる。
【0016】
【実施例】実施例1:Bacillus sp.KSM−P15株染
色体DNAの調製Bacillus sp.KSM−P15株を液体培地で振盪培養し
た後、培養液を遠心分離し、菌体を回収した。得られた
菌体からSaitoとMiuraの方法(Biochim.Biophys.Acta,7
2,619-629,1963)により、染色体DNAを調製した。
【0017】実施例2:ペクチン酸リアーゼのショット
ガンクローニング 実施例1で調製したKSM−P15株染色体DNA約1
μgを制限酵素EcoRIで切断し、エタノール沈殿に
て回収した後、予め同様の制限酵素でマルチクローニン
グサイトを切断し、Bacterial Alkaline Phosphatase処
理を行ったプラスミドpUC18(TaKaRa社製)と混合
し、T4DNA Ligaseを用いて、16℃で2時
間の結合反応を行った。調製されたプラスミドと大腸菌
HB101コンピテントセル(TaKaRa社製)を用いて形
質転換を行った。50μg/mLのアンピシリンを含むL
B寒天培地に出現した形質転換体の中から、目的とする
ペクチン酸リアーゼを生産する形質転換体を、Mcevoyら
の方法(J.Bacteriol.,172,3284-3292,1990)に準じて
重層法により検出した。得られた形質転換体を50μg
/mLのアンピシリンを添加したLB液体培地1.5mLに
接種し、37℃にて一晩振盪培養した後、遠心分離(1
2,000×g、5分)にて菌体を回収した。このよう
にして得られた菌体からプラスミド抽出キット(ベーリ
ンガーマンハイム社製)を用いて組換えプラスミドの調
製を行った。
【0018】実施例3:Bacillus sp.KSM−P15株
のペクチン酸リアーゼ遺伝子の塩基配列の決定 目的のDNA断片の入ったプラスミド約1μgを鋳型と
して、プライマーとBigDye Terminator Cycle Sequenci
ng Kit(アプライド バイオシステム社製)とDNAシ
ークエンサー(377型:アプライド バイオシステム
社製)を用いて、KSM−P15ペクチン酸リアーゼ遺
伝子の塩基配列を決定した。その結果、KSM−P15
株のペクチン酸リアーゼは配列番号2に示すように、配
列番号222から1181番目までの963残基の塩基
配列によりコードされ、320アミノ酸残基より構成さ
れる酵素であることが判明した。更に34アミノ酸残基
からなるシグナルペプチドの存在が推定され、分泌型の
酵素は、286アミノ酸残基からなり、その分子量は、
32,085Daと推定された。
【0019】実施例4:KSM−P15ペクチン酸リア
ーゼのpHSP64へのクローニング 実施例3で決定したKSM−P15ペクチン酸リアーゼ
遺伝子の塩基配列を基に、配列番号3、4に示す配列の
プライマーを作製し、実施例1にて調製したKSM−P
15株染色体DNA50ngを鋳型として、PCR法を用
いてKSM−P15ペクチン酸アリーゼ遺伝子を増幅し
た。この際、作製するプライマーにはプラスミドベクタ
ーpHSP64(Sumitomoet al.,Biosci.Biotech.Bioc
hem.,56,872-877,1992)の高発現誘導領域の下流にある
マルチクローニングサイトに効率よくクローニングする
ことが可能となるように、マルチクローニングサイトの
SalI、XbaI認識配列を付加させた。プラスミド
ベクターpHSP64及びPCRにて増幅させたペクチ
ン酸リアーゼ遺伝子DNA断片を制限酵素SalI、
baIを用いて消化した後、フェノール/クロロホルム
抽出を行い、T4DNA Ligaseにより結合させ
た。この結合サンプルを用いて、大腸菌HB101コン
ピテントセル(TaKaRa社製)の形質転換を行い、得られ
た形質転換体の中から実施例2と同様の方法を用いて目
的の形質転換体を選別し、プラスミドの調製を行った。
このようにして得られたプラスミドをpHSP−P15
Eとした(図1)。
【0020】実施例5:pHSP−P15Eを用いた枯
草菌形質転換体によるペクチン酸リアーゼ大量生産 プラスミドpHSP−P15Eを用い、プロトプラスト
法(Chang S.,Cohen S.N.,Mol.Gen.Genet.,168,111-11
5,1978)にてBacillus subtilis ISW1214株の形
質転換を行った。得られた形質転換体を、20μg/mL
のテトラサイクリンを添加したLB培地に接種し、30
℃で一晩振盪培養を行い種培養とした。この種培養液
0.5mLを坂口フラスコ中のポリペプトンS、マルトー
スを主成分とする主培養培地50mLに接種し、30℃、
120rpm で3日間、振盪培養を行った。組換えペクチ
ン酸リアーゼの生産量は26U/mLであった。
【0021】実施例6:組換えペクチン酸リアーゼの特
性 実施例5で得られたペクチン酸リアーゼの粗酵素液を陰
イオン交換樹脂、陽イオン交換樹脂を用いて、精製を行
い組換え酵素の性質について検討を行った。
【0022】〔標準酵素活性測定法〕終濃度0.2%の
ポリガラクツロン酸(シグマ社製)、0.6mM塩化カル
シウムを含む50mMグリシン−水酸化ナトリウム緩衝液
pH10.5を酵素反応液とし、この反応液3mLを試験管
に分注した。30℃で恒温した後、酵素液100μLを
添加し、添加後直ちに攪拌、反応開始とした。恒温セル
ホルダーにより反応系の温度を30℃に一定に保ち、2
35nmの吸光度の増加を分光光度計U−2000(日立
製作所製)を用いて経時的に測定した。活性はポリガラ
クツロン酸の切断非還元末端のC4位とC5位の間に生
じる不飽和結合に由来する235nmの吸光度の増加量を
測定し、不飽和ジガラクツロニドのモル分子吸光係数
(ε)4600M-1・cm-1を用いて生成する不飽和オリ
ゴガラクツロニド量を求めた。酵素1単位(U)は上記
反応条件において1分間に1μmolの不飽和ジガラクツ
ロニド相当の不飽和オリゴガラクツロニドを生じる酵素
量と定義した。
【0023】1)最適反応pH 50mMトリス−塩酸緩衝液(pH7〜9.5)、50mMグ
リシン−水酸化ナトリウム緩衝液(pH8.5〜11)を
用い、最適反応pHを調べたところ、図2に示すように本
酵素の最適反応pHは9.5〜10(グリシン−水酸化ナ
トリウム緩衝液)であった。
【0024】2)分子量 ソディウムドデシル硫酸−ポリアクリルアミド電気泳動
法(12.5%アクリルアミドゲル)にて分子量を求め
た結果、本酵素の分子量は32±1kDaと推定され
た。
【0025】3)N末端アミノ酸配列 組換え酵素をPVDF(ポリビニリデンフルオライド)
膜にブロッティングし、プロテインシークエンサー(4
76A型:アプライド バイオシステム社製)を用い
て、N−末端アミノ酸配列を決定した結果、Asp-Gly-As
p-Gly-Thr-Thr-Ala-Ser-Ile-Glu-Gln-Ile-Leu-Arg-Asn
の配列を有することが明らかとなった。
【0026】
【発明の効果】本発明のペクチン酸リアーゼ遺伝子を用
いて洗浄剤、食品加工剤、繊維処理剤等として有用なペ
クチン酸リアーゼを単一且つ大量に生産することが可能
である。
【0027】
【配列表】SEQUENCE LISTING <110> KAO CORPORATION <120> Gene for Pectate lyase <130> P04671010 <160> 4 <210> 1 <211> 286 <212> PRT <213> Bacillus sp. <400> 1 Asp Gly Asp Gly Thr Thr Ala Ser Ile Glu Gln Ile Leu Arg Asn Gln 5 10 15 Arg Pro Asp Gly Gly Trp Arg Lys Asp Tyr Ser Val Thr Ser Gly Glu 20 25 30 Trp Ala Lys Ser Thr Ile Asp Asn Lys Ala Thr Tyr Thr Glu Ile Arg 35 40 45 Arg Leu Ala Ala Glu Tyr Thr Lys Thr Arg Asp Ser Arg Tyr Ser Asp 50 55 60 Ala Ala Val Arg Gly Ile His Phe Leu Leu Asn Met Gln Tyr Ala Asn 65 70 75 80 Gly Gly Trp Pro Gln Ile Tyr Gln Gly Thr Gly Tyr His Arg His Ile 85 90 95 Thr Tyr Asn Asp Asn Ala Met Ile Asn Val Met Met Leu Leu Asp Asp 100 105 110 Val Ala Asn Arg Arg Gly Asp Phe Ala Phe Val Asn Thr Ser Leu Ala 115 120 125 Asp Gln Ser Arg Ala Ala Val Thr Arg Gly Val Asp Cys Ile Leu Arg 130 135 140 Thr Gln Val Val Ala Gly Gly Arg Leu Thr Ala Trp Gly Gln Gln His 145 150 155 160 Asp Ser Val Ser Leu Ala Pro Ala Gly Ala Arg Ser Tyr Glu Val Pro 165 170 175 Ser Leu Thr Ala Ser Glu Ser Thr Gly Ile Val Arg Phe Leu Lys Thr 180 185 190 Arg Pro Gln Thr Ser Gln Ile Arg Ala Ser Ile Gln Ala Ala Glu Ala 195 200 205 Trp Phe Gln Thr Val Lys Ile Thr Gly Ile Arg Val Val Lys Thr Asn 210 215 220 Asp Asp Val Ile Val Val Glu Asp Pro Ser Val Thr Thr Pro Ile Trp 225 230 235 240 Ala Arg Phe Tyr Glu Ile Gly Thr Asn Arg Pro Ile Phe Val Gly Arg 245 250 255 Asp Gly Ile Val Lys Tyr Arg Leu Ser Glu Ile Glu Gln Glu Arg Arg 260 265 270 Thr Gly Tyr Ser Trp Tyr Gly Asn Trp Pro Ala Ser Leu Phe 275 280 285 <210> 2 <211> 1339 <212> DNA <213> Bacillus sp. <400> 2 ttgcatggac agatgcagag tagtatttta caaataaata tactatagac ataatattac 60 atctaaatta tacttatagt aagcgcttac aatcatagat atatctttta cttaccttta 120 ctagcaacta gtgtatcccc ctaccatttc ccgaaagagg tgatgcttcc tatagctgca 180 cgtgtcgctg ggttgtattc cattacagag gagatgtgat g atg aaa cga acg ctc 236 Met Lys Arg Thr Leu -30 tca agg tat gtg tcg gcg att ctg gcc ttc act gtg gtg ctg tcc gcg 284 Ser Arg Tyr Val Ser Ala Ile Leu Ala Phe Thr Val Val Leu Ser Ala -25 -20 -15 gtt gga ctt ctg ctg ccg ccg gtg tcg ccc gtg tcc gcg gat ggt gac 332 Val Gly Leu Leu Leu Pro Pro Val Ser Pro Val Ser Ala Asp Gly Asp -10 -5 1 ggg acc acg gcc agc atc gag caa att ttg agg aat cag agg ccg gac 380 Gly Thr Thr Ala Ser Ile Glu Gln Ile Leu Arg Asn Gln Arg Pro Asp 5 10 15 ggc ggt tgg cgg aag gat tat tct gta acg agc gga gag tgg gca aag 428 Gly Gly Trp Arg Lys Asp Tyr Ser Val Thr Ser Gly Glu Trp Ala Lys 20 25 30 35 tcc aca ata gac aat aaa gca acc tat acg gaa atc aga aga ttg gca 476 Ser Thr Ile Asp Asn Lys Ala Thr Tyr Thr Glu Ile Arg Arg Leu Ala 40 45 50 gca gaa tac acc aaa acg agg gat agc cga tat tcg gac gca gcg gta 524 Ala Glu Tyr Thr Lys Thr Arg Asp Ser Arg Tyr Ser Asp Ala Ala Val 55 60 65 aga ggg atc cac ttc ctc ttg aat atg cag tat gcg aat ggc ggc tgg 572 Arg Gly Ile His Phe Leu Leu Asn Met Gln Tyr Ala Asn Gly Gly Trp 70 75 80 ccg caa att tat cag ggc aca ggc tat cac cgc cat att acg tac aat 620 Pro Gln Ile Tyr Gln Gly Thr Gly Tyr His Arg His Ile Thr Tyr Asn 85 90 95 gat aat gcg atg att aac gtg atg atg ctg ctg gat gat gta gcc aat 668 Asp Asn Ala Met Ile Asn Val Met Met Leu Leu Asp Asp Val Ala Asn 100 105 110 115 cgg agg ggc gat ttc gcc ttt gtg aac act tct ttg gcg gat cag agt 716 Arg Arg Gly Asp Phe Ala Phe Val Asn Thr Ser Leu Ala Asp Gln Ser 120 125 130 aga gca gcg gtt act cga gga gta gat tgt ata tta cga acc cag gtc 764 Arg Ala Ala Val Thr Arg Gly Val Asp Cys Ile Leu Arg Thr Gln Val 135 140 145 gtt gca ggc ggc cgg ttg act gca tgg gga cag cag cat gac tct gta 812 Val Ala Gly Gly Arg Leu Thr Ala Trp Gly Gln Gln His Asp Ser Val 150 155 160 agt ctg gcg cca gcg gga gcg cgc tcc tat gaa gtg cct tcc ctt aca 860 Ser Leu Ala Pro Ala Gly Ala Arg Ser Tyr Glu Val Pro Ser Leu Thr 165 170 175 gca agt gaa agc aca ggc att gta cgt ttt ctg aaa aca aga cct caa 908 Ala Ser Glu Ser Thr Gly Ile Val Arg Phe Leu Lys Thr Arg Pro Gln 180 185 190 195 acc tca cag atc aga gcc tcc att caa gcc gcc gaa gcc tgg ttc cag 956 Thr Ser Gln Ile Arg Ala Ser Ile Gln Ala Ala Glu Ala Trp Phe Gln 200 205 210 acg gtg aag atc acg ggg att cgt gta gtg aaa acc aat gat gat gtc 1004 Thr Val Lys Ile Thr Gly Ile Arg Val Val Lys Thr Asn Asp Asp Val 215 220 225 atc gtg gtt gaa gat ccg agt gta acc acg ccg atc tgg gcg agg ttc 1052 Ile Val Val Glu Asp Pro Ser Val Thr Thr Pro Ile Trp Ala Arg Phe 230 235 240 tat gaa att gga acc aac cga cct atc ttc gtc ggt cgt gac ggc atc 1100 Tyr Glu Ile Gly Thr Asn Arg Pro Ile Phe Val Gly Arg Asp Gly Ile 245 250 255 gta aag tac agg ctc agt gag att gag cag gaa cgg aga acc ggc tac 1148 Val Lys Tyr Arg Leu Ser Glu Ile Glu Gln Glu Arg Arg Thr Gly Tyr 260 265 270 275 agc tgg tac ggc aat tgg cca gcg agt ctt ttc tagaatctga ggatacagtg 1201 Ser Trp Tyr Gly Asn Trp Pro Ala Ser Leu Phe 280 285 taagggcatc gcttgttgcg gtgctctttt gctgctggga tgcgactgcc tctccatgac 1261 aagcatgtcg taacaaactg cccaaactgg aacagcgaga gctctttttc gaatgattgc 1321 cggatgtgtc ctgaattc 1339 <210> 3 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial sequence <400> 3 ggtcgacccg tgtccgcgga tggtgacggg accacg 36 <210> 4 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial sequence <400> 4 gattctagaa aagactcgct ggccaattgc cgtaccagc 39
【図面の簡単な説明】
【図1】ペクチン酸リアーゼ遺伝子(KSM−P15株
由来)の分泌ベクター(pHSP64)への導入と構築
したペクチン酸リアーゼ発現分泌ベクターpHSP−P
15Eを示す図である。
【図2】P15組換えペクチン酸リアーゼ(実施例6)
のpH−活性曲線を示す。50mMグリシン−水酸化ナトリ
ウム緩衝液で最大活性を示すpH約9.5の値を100%
として、相対活性を表示した。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C12N 9/88 C12R 1:125 // D06M 16/00 C12N 15/00 ZNAA (C12N 15/09 ZNA 5/00 A C12R 1:125) (72)発明者 秦田 勇二 栃木県芳賀郡市貝町赤羽2606 花王株式 会社研究所内 (72)発明者 小林 徹 栃木県芳賀郡市貝町赤羽2606 花王株式 会社研究所内 (56)参考文献 Bioscience,Biotec hnology,and Bioche mistry,1994年,Vol.58,N o.5,p.947−949 (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C12N 15/00 - 15/90 SwissProt/PIR/GeneS eq GenBank/EMBL/DDBJ/G eneSeq BIOSIS/WPI(DIALOG) PubMed

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 配列番号1に示すアミノ酸配列又は該ア
    ミノ酸配列の1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換若
    しくは付加されたアミノ酸配列をコードするペクチン酸
    リアーゼ遺伝子。
  2. 【請求項2】 ペクチン酸リアーゼ遺伝子が、配列番号
    2に示す塩基配列又は該塩基配列の1若しくは数個の塩
    基が欠失、置換若しくは付加された塩基配列を有するも
    のである請求項1記載のペクチン酸リアーゼ遺伝子。
  3. 【請求項3】 請求項1又は2記載の遺伝子を含有する
    組換えベクター。
  4. 【請求項4】 請求項3記載の組換えベクターを含む形
    質転換体。
  5. 【請求項5】 宿主が、微生物である請求項4記載の形
    質転換体。
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Bioscience,Biotechnology,and Biochemistry,1994年,Vol.58,No.5,p.947−949

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