KR20140065118A - Noble xylanase, gene coding for the xylanase, and use thereof - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to xylanase represented by amino acid sequences of SEQ ID NO: 1, polynucleotide coding the xylanase, an expression vector comprising the polynucleotide, a transformant having the expression vector introduced therein, feed additives comprising the transformant, and a method for producing biofuel by using the xylanase or the transformant. A novel xylanase of the present invention has high activity in a near-neutral condition thereby having high value as yeast for feed additives and has xylosidase activity at the same time thereby being widely used for bioethanol production.

Description

신규 자일라나제, 이를 코딩하는 유전자 및 이의 용도{Noble xylanase, Gene coding for the xylanase, and use thereof}[0001] The present invention relates to a novel xylanase, a gene coding therefor and a use thereof,

본 발명은 서열번호 1의 아미노산 서열을 포함하는 자일라나제, 상기 자일라나제를 코딩하는 유전자, 상기 자일라나제를 포함하는 발현 벡터, 상기 발현벡터가 도입된 형질전환체, 상기 자일라나제를 포함하는 사료 첨가제, 및 상기 자일라나제 또는 상기 형질전환체를 이용하여 바이오 연료를 생산하는 방법에 관한 것이다. The present invention also provides a method for producing a recombinant vector comprising the steps of: preparing a recombinant vector comprising the xylanase comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1, the gene encoding the xylanase, the expression vector containing the xylanase, And a method of producing biofuel using the xylanase or the transformant.

자일라나제는 미생물이 생산하는 다양한 효소 중의 하나로써, 현재 그 이용성이 매우 높으며 앞으로도 다양한 용도로 개발될 것으로 기대되는 효소이다. 이 효소의 이용 가능성으로서 가장 중요한 것은 지구상에서 가장 풍부하고 태양에너지에 의해 재생 가능한 생물자원인 식물성 섬유물질을 분해, 당화하여 에너지 자원화하는 것이다. 다만 이는 향후 더 많은 연구가 있어야만 실용화가 가능한 분야이고, 현재 실용화되고 있는 것은 고급용지의 생산 및 폐지재생, 과일음료 및 맥주의 혼탁물 제거, 커피와 식물성 기름 및 전분의 추출, 그리고 본 발명에서 주로 언급하게 될 단위동물의 사료이용 증대와 자일로올리고당 생산 등과 같은 산업적 응용을 들 수 있다.Xylanase is one of the various enzymes produced by microorganisms and is currently highly available and is expected to be developed in various applications in the future. The most important possibility of using this enzyme is decomposing and saccharifying the vegetable fiber material, the most abundant and renewable biomass on the planet, to energize it. However, this is a field that can be put to practical use only in the future. Further, there is a practical application for the production and recycling of high-quality paper, the removal of turbidity of fruit drinks and beer, the extraction of coffee and vegetable oil and starch, These include industrial applications such as increased feed utilization of unit animals and xyloglucose production.

최근 들어 석유자원의 고갈을 대비하여 농작물을 포함하는 바이오매스 자원으로부터 바이오에너지를 생산하는 것에 대한 관심이 높아지면서, 자일란을 포함하는 목질과 곡물 세포벽의 비전분성 다당류를 알콜 발효균이 이용할 수 있는 단당류나 저당류로 분해하는 자일라나제의 유용성이 증대되고 있다. 자일란은 연질목 세포벽의 7-10%, 경질목 세포벽의 경우는 30-35%, 일년생 식물 세포벽의 30-35%를 구성하여 바이오매스 자원의 성분 중에서 섬유소를 제외하고는 가장 많은 양 존재하며, 따라서 사료용 주요 탄수화물이고 또한 바이오에탄올 생산을 위한 주요 탄소원 성분으로 사용될 수 있다. In recent years, interest in producing bio-energy from biomass resources including crops has been increasing in preparation for depletion of petroleum resources. It has been reported that non-oligosaccharides of woody and grain cell walls including xylan can be used as monosaccharides The usefulness of xylanase for decomposing into a low sugar has been increased. Xylen consists of 7-10% of soft-walled cell walls, 30-35% of hard-walled cell walls, and 30-35% of annual cell walls, with the greatest amount of biomass resources, It is therefore the main carbohydrate for feed and can also be used as a major carbon source for bioethanol production.

자일란을 바이오에탄올 생산용 탄소원으로 사용하기 위해서는 완전하게 분해하여 당화하여야 한다. 자일란을 완전히 당화하기 위해서는 일반적으로 두가지 종류의 효소 즉 엔도자일라나제(endo-β-xylanase)와 자일로시다제(β-xylosidase)가 함께 작용해야 하는 것으로 알려져 있으며, 이들을 자일라나제계 효소로 통칭한다. In order to use xylan as a carbon source for bioethanol production, it must be completely decomposed and saccharified. It is generally known that two kinds of enzymes, endo-β-xylanase and β-xylosidase, must act together to completely glycanize xylan, and they are referred to as xylanase enzymes do.

한편 바이오에너지 생산에 사료용 곡물로 이용될 수 있는 농작물이 사용되면서 가축 사료의 품질이 저하되거나 가격이 상승하고 있다. 자일라나제(xylanase)를 곡물 사료에 첨가하면 사료곡물의 알곡을 감싸고 있는 헤미셀룰로즈 층을 가수분해하여 알곡내에 있는 영양분의 이용성을 높일 뿐만 아니라 곡물사료에 존재하는 비전분성 다당류를 분해하여 그 점도를 낮춤으로써 가축의 장내 소화물의 상태가 개선될 수 있다. 특히 헤미셀룰로즈 함량이 높은 소맥제품을 사료로 사용할 경우 가축에 연변이나 적리 현상이 일어나기 쉬운데 자일라나제는 이러한 현상을 예방할 수 있고 사료적 가치를 올려줄 뿐만 아니라 소맥제품의 품질의 편차를 개선하여 소맥제품을 안정적인 사료원료로 사용할 수 있게 하여 사료첨가용 효소로 그 가치가 높다.       On the other hand, the use of crops that can be used as feed grains in the production of bioenergy has led to a decline in the quality of livestock feeds or a rise in prices. The addition of xylanase to grain feeds hydrolyzes the hemicellulose layer surrounding the grains of the feed grains to increase the availability of nutrients in the grains, as well as decomposing non-aggregated polysaccharides present in the grain feed, Lowering the condition of intestinal parasites in the livestock can be improved. Especially, when wheat products with high hemicellulose content are used as feeds, it is easy for the livestock to cause Yanbian or Fertilizing phenomenon. Xylanase can prevent this phenomenon and not only increase the feed value, but also improve the quality deviation of the wheat product, It is possible to use the product as a stable feed material, so it is highly valuable as an enzyme for feed additive.

사료첨가용 자일라나제의 생산에 사용되고 있는 미생물은 곰팡이를 들 수 있으며, 곰팡이 중에서도 트리코더마(Trichoderma) 속 균주들이 주로 이용된다. 이들의 효소 생산성은 자일라나제를 생산하는 세균의 효소 생산성에 비해 대체로 우수하며 주로 산성조건에서 최대 활성을 나타낸다. 그러나 돼지나 닭의 소화기관에서 자일라나제가 작용하여야 할 소장 이후의 pH 조건은 6.5 부근이다. 따라서 트리코더마(Trichoderma) 속 균주들에 의해 생산되는 자일라나제보다는 산도가 중성 부근의 조건에서 활성이 높고 유용 장내 미생물의 성장인자인 자일로올리고당을 반응산물로 생산하는 자일라나제가 사료첨가용 효소로서 가치가 높다. The microorganisms used for the production of xylanase for feed are fungi, and among the fungi, strains belonging to Trichoderma genus are mainly used. Their enzymatic productivity is generally superior to the enzyme productivity of xylanase-producing bacteria and exhibits maximum activity mainly in acidic conditions. However, pH in the digestive organs of pigs and chickens is around 6.5 after the small intestine that xylan or antibiotics should act on. Therefore, it is known that xylanase, which is active in the condition of acidity near neutrality rather than xylanase produced by Trichoderma sp. Strains and produces xylooligosaccharide, which is a growth factor of intestinal microorganism, as a reaction product, is an enzyme for feed addition High value.

이에 본 발명자는 신규 자일라나제를 코드하는 유전자를 클로닝한 후, 신규 자일라나제가 산성에서 안정하며 중성에서 활성이 높아 사료 첨가용 효소로서 활용도가 높으며, 또한 엔도자일라나제 활성 뿐 아니라 자일로시다제의 활성을 동시에 갖고 있어 자일란을 효과적으로 분해하는 성능이 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다. Therefore, after cloning a gene encoding a novel xylanase, the present inventor has found that a novel xylanase is stable in an acidic state and has high activity in a neutral state, and thus has high utility as an enzyme for feed addition. In addition, The present inventors completed the present invention by confirming that they have the ability to decompose xylan effectively.

한국등록특허 제10-0729938호 (등록일: 2007.06.13)Korean Registered Patent No. 10-0729938 (Registered on June 14, 2007)

Li, R., R. Kibblewhite, W. L. Orts, and C. C. Lee, World J. Microbiol. Biotechnol. 25, 2071-2078, (2009)Li, R., R. Kibblewhite, W. L. Orts, and C. C. Lee, World J. Microbiol. Biotechnol. 25, 2071-2078, (2009)

본 발명의 목적은 신규한 자일라나제를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a novel xylanase.

본 발명의 다른 목적은 상기 자일라나제를 코딩하는 유전자를 제공하는 것이다. Another object of the present invention is to provide a gene encoding the xylanase.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 자일라나제를 포함하는 발현벡터를 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide an expression vector containing the xylanase.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 발현벡터가 도입된 형질전환체를 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a transformant into which the above expression vector has been introduced.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 자일라나제를 이용하는 방법을 제공하는 것이다. It is still another object of the present invention to provide a method of using the xylanase.

상기 목적을 달성하기 위한 일 양태로서, 본 발명은 서열번호 1의 아미노산 서열 또는 서열번호 1의 아미노산 서열과 90% 이상 상동성을 가지는 아미노산 서열 중 어느 하나를 포함하는 자일라나제를 제공한다. In one aspect of the present invention, the present invention provides a xyloranase comprising an amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 or an amino acid sequence having 90% or more homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1.

본 발명에서 용어, "자일라나제"는 자일란 가수분해효소를 가리키는 것으로, 미생물이 생산하는 다양한 효소 중의 하나이다. 헤미셀룰로오스의 주성분인 자일란을 자일로스로 분해하여 당화하는 효소를 일반적으로 자일라나제 효소로 통칭한다. The term "xylanase" in the present invention refers to a xylan hydrolytic enzyme, and is one of various enzymes produced by microorganisms. An enzyme which hydrolyzes and cleaves xylan, the main component of hemicellulose, into xylose is commonly referred to as xylanase enzyme.

바람직하게, 본 발명의 상기 자일라나제는 패니바실러스 우송엔시스 YB-45 균주로부터 유래된 것일 수 있다. Preferably, the xylanase of the present invention may be derived from the Fanny Bacillus sp. Strain YB-45.

본 발명의 일 실시예에서, 자일란 분해능이 우수하며 신 균종으로 밝혀진 패니바실러스 우송앤시스 YB-45(Lee, J. -C. and K. -H. Yoon, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 58, 612-616 (2008))의 유전자 라이브러리를 제조하고, 자일라나제 유전자를 함유하는 대장균 형질전환체를 선별한 후, 자일라나제를 생산, 정제, 그리고 자일라나아제 활성을 시험하여, 자일라나제 활성을 가지는 단백질이 분비됨을 확인하였다.
In one embodiment of the present invention, Fannibacillus sp. ≪ RTI ID = 0.0 > YB-45 < / RTI > (Lee, J.-C. and K.-H. Yoon, International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology , 612-616 (2008)) was prepared, and an E. coli transformant containing xylanase gene was selected, and the production, purification and xylanase activity of xylanase were examined, It was confirmed that a protein having an active activity was secreted.

본 발명에 따른 자일라나제는 pH 5.5-6.5 에서 최대 활성을 나타내며, 또한 pH 3.0-6.0 에서 불성화되지 않는다.The xylanases according to the present invention exhibit maximum activity at pH 5.5-6.5 and are not rendered non-volatile at pH 3.0-6.0.

본 발명의 구체적 실시예에서, 본 발명의 자일라나제에 대해 반응온도와 반응 pH를 달리하여 자일라나제 활성을 측정하였다. 그 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이 55-60℃와 pH 6에서 최고의 효소 활성을 보였으며, pH 5.5-6.5 범위에서는 90% 이상의 활성을 보였다. 특히 동물 장내의 생리적 조건인 pH 6.5에서 최고활성의 97% 이상에 해당하는 활성을 보임을 확인할 수 있었다In a specific example of the present invention, the xylanase activity of the present xylanase was measured by varying the reaction temperature and the reaction pH. As a result, as shown in FIG. 3, the highest enzyme activity was observed at 55-60 ° C and pH 6, and more than 90% activity was observed at pH 5.5-6.5. Especially, at pH 6.5, which is the physiological condition in the intestines of the animals, it was confirmed that the activity corresponding to more than 97% of the highest activity

한편 사료첨가제로 사용시 위를 통과하는 과정에서 불활성화되지 않는 것이 중요하므로, pH에 따른 자일라나제의 안정성을 분석하기 위해 정제된 효소를 pH를 3.0-6.0 범위의 서로 다른 완충액에 1시간 동안 방치한 후 효소의 잔존 활성을 측정한 결과, 하기 표 1에 나타낸 바와 같이 pH 4.0-6.0 범위에서는 잔존활성이 90% 이상이며, pH 3.0에서는 약 73%의 잔존활성을 나타내었다.
In order to analyze the stability of xylanase according to pH, it is important to not inactivate in the process of passing through the stomach when using as a feed additive. The purified enzyme is left in different buffers in the range of pH 3.0-6.0 for 1 hour The residual activity of the enzyme was measured. As a result, as shown in Table 1 below, residual activity was 90% or more at pH 4.0-6.0 and remained about 73% at pH 3.0.

다른 양태로서, 본 발명은 상기 자일라나제를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 제공한다. In another aspect, the present invention provides a polynucleotide encoding said xylanase.

본 발명에서 용어, "폴리뉴클레오티드"는 뉴클레오티드 단위체(monomer)가 공유결합에 의해 길게 사슬모양으로 이어진 뉴클레오티드의 중합체(polymer)로 일정한 길이 이상의 DNA(deoxyribonucleic acid) 또는 RNA(ribonucleic acid) 가닥으로서, 본 발명의 자일라나제를 코딩하는 폴리뉴클레오티드이다. The term "polynucleotide" in the present invention is a polymer of a nucleotide in which a nucleotide monomer is linked in a long chain by covalent bonds, and is a DNA (deoxyribonucleic acid) or RNA (ribonucleic acid) Is a polynucleotide encoding a xylanase of the invention.

바람직하게, 상기 폴리뉴클레오티드는 서열번호 2의 뉴클레오티드 서열 또는 서열번호 2의 뉴클레오티드 서열과 90% 이상의 상동성을 가지는 뉴클레오티드 서열 중 어느 하나를 포함하는 것일 수 있으며, 또한 상기 서열번호 2의 뉴클레오티드 서열 또는 서열번호 2의 뉴클레오티드 서열과 90% 이상의 상동성을 가지는 뉴클레오티드 서열 중 어느 하나와 상보적인 서열을 포함하는 자일라나제를 코딩하는 폴리뉴클레오티드일 수 있다. Preferably, the polynucleotide may comprise any one of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or the nucleotide sequence having at least 90% homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, and the nucleotide sequence or sequence of SEQ ID NO: Or a polynucleotide encoding a polynucleotide comprising a sequence complementary to any of the nucleotide sequences having 90% or more homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2.

본 발명의 일 실시예에서는, 자일라나제를 코드하는 유전자의 염기배열을 결정하기 위해 자일란 분해 활성을 가지는 대장균 형질전환체에서 플라스미드를 분리하였다. 여러 가지 제한효소를 처리하여 조사한 결과, 재조합 플라스미드는 약 2.5kb 크기의 클론된 DNA 단편을 함유하고 있으며, 클론된 2.5 DNA 단편의 염기서열을 결정하기 위해 여러 가지 제한 효소를 이용하여 단편을 작은 조각으로 나누어 pUC19에 삽입시켜 디데옥시뉴클레이티드 시퀀싱 (dideoxynucleotide sequencing) 방법으로 총 2,430 bp의 염기서열을 결정하였다. 이 염기서열에는 자일라나제의 구조유전자에 해당하는 총 1,443 bp의 오픈리딩프레임 (open reading frame)이 존재하는 것을 확인 할 수 있었다(서열번호 2). 이 구조유전자의 염기배열로부터 추론된 자일라나제 효소의 아미노산 서열은 서열번호 1에 나타낸 것으로 총 481개 아미노산으로 이루어진 단백질이다. 상기 추론된 자일라나제의 아미노산 서열과 기존에 밝혀진 자일라나제의 아미노산 배열의 유사성이 높은 것을 조사한 결과, 가장 높은 것이 76%의 상동성을 보이는 것으로, 이로 보아 본 발명 자일라나제 유전자는 기존에 보고된 것들과는 완전한 차이를 보이는 신규한 유전자이다.
In one embodiment of the present invention, plasmids were isolated from E. coli transformants having xylenolytic activity to determine the nucleotide sequence of the gene encoding xylanase. The recombinant plasmids contained a cloned DNA fragment of about 2.5 kb in size. To determine the nucleotide sequence of the cloned 2.5 DNA fragment, various restriction enzymes were used to fragment the fragment into small fragments , And inserted into pUC19. The nucleotide sequence of 2,430 bp was determined by dideoxynucleotide sequencing. It was confirmed that a total of 1,443 bp open reading frame corresponding to the xylanase structural gene was present in this nucleotide sequence (SEQ ID NO: 2). The amino acid sequence of the xylanase enzyme deduced from the nucleotide sequence of this structural gene is a protein consisting of a total of 481 amino acids as shown in SEQ ID NO: As a result of investigating the similarity between the deduced amino acid sequence of xylanase and the previously found amino acid sequence of xylanase, the highest degree of homology was 76%. As a result, It is a novel gene that shows a complete difference from what is reported.

또 다른 실시양태로서, 본 발명은 본 발명의 자일라나제를 코딩하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 발현벡터를 제공한다.In another embodiment, the present invention provides an expression vector comprising a polynucleotide encoding a xylanase of the present invention.

본 발명에서 용어, "벡터"란 연결되어 있는 다른 핵산을 운반할 수 있는 핵산 분자를 의미한다. 벡터의 하나의 유형인 "플라스미드"는 그 안에 추가적으로 DNA 조각을 연결시킬 수 있는 환형의 이중 가닥 DNA 루프를 의미한다. In the present invention, the term "vector" means a nucleic acid molecule capable of carrying other nucleic acid to which it is linked. One type of vector, "plasmid" refers to a circular double-stranded DNA loop in which additional DNA fragments can be ligated.

본 발명의 벡터는 작동 가능하도록 연결된 목적 단백질을 코딩하는 유전자의 발현을 지시할 수 있는데, 이러한 벡터를 "발현 벡터"라고 한다. 일반적으로, 재조합 DNA 기술의 사용에 있어서 발현 벡터는 플라스미드 형태이다. 상기 발현 벡터는 숙주 세포에 따라, 사용가능한 발현벡터의 종류가 결정될 수 있다. 따라서 본 발명의 재조합 벡터는 상용화된 벡터를 이용할 수 있으나, 이에 한정된 것은 아니며, 당업자가 적합한 재조합 벡터를 제조하여 이용하는 것도 무방하다. The vector of the present invention can direct expression of a gene encoding a target protein operatively linked, which is referred to as an "expression vector. &Quot; Generally, in the use of recombinant DNA technology, the expression vector is in the form of a plasmid. Depending on the host cell, the type of the expression vector that can be used can be determined. Therefore, the recombinant vector of the present invention can use a commercially available vector, but the present invention is not limited thereto, and a recombinant vector suitable for a person skilled in the art may be prepared and used.

본 발명에 의하면, 상기 발현벡터에 삽입되는 유전자는 상기 자일라나제를 코딩하는 폴리뉴클레오티드로서, 바람직하게는 서열번호 2의 뉴클레오티드 서열 또는 서열번호 2의 뉴클레오티드 서열과 90% 이상의 상동성을 가지는 뉴클레오티드 서열 중 어느 하나를 포함하는 폴리뉴클레오티드일 수 있으며, 또한 상기 서열번호 2의 뉴클레오티드 서열 또는 서열번호 2의 뉴클레오티드 서열과 90% 이상의 상동성을 가지는 뉴클레오티드 서열 중 어느 하나와 상보적인 서열을 포함하는 폴리뉴클레오티드일 수 있다.According to the present invention, the gene inserted into the expression vector is a polynucleotide encoding the xylanase, preferably a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or a nucleotide sequence having 90% or more homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 Or a polynucleotide comprising a sequence complementary to any one of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or the nucleotide sequence of 90% or more homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2, or a polynucleotide comprising a sequence complementary to any of the nucleotide sequences of SEQ ID NO: .

보다 바람직하게는 패니바실러스 우송앤시스 YB-45 균주로부터 유래되는 서열번호 1의 아미노산 서열로 표시되는 자일라나제를 코딩하는 폴리뉴클레오티드일 수 있다.
More preferably a polynucleotide encoding a xylanase represented by the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 derived from Fanny Bacillus Wort and Sis YB-45 strain.

또 다른 실시양태로서, 본 발명은 본 발명의 재조합벡터가 숙주세포에 도입된 형질전환체를 제공한다.In another embodiment, the present invention provides a transformant into which a recombinant vector of the present invention has been introduced into a host cell.

본 발명에서 용어, "형질전환"은 DNA를 숙주세포로 도입하여 DNA가 염색체외 인자로서 또는 염색체 통합완성에 의해 복제가능하게 되는 것을 의미한다. The term "transformed" in the present invention means that DNA is introduced into a host cell so that the DNA can be replicated as an extrachromosomal factor or by chromosome integration completion.

본 발명에 따른 형질전환에 사용되는 숙주 세포는 당업계에 널리 알려져 있는 숙주세포는 어떤 것이나 사용할 수 있으나, 본 발명의 자일라나제를 코딩하는 폴리뉴클레오티드의 도입효율이 우수하고, 도입된 폴리뉴클레오티드의 발현효율이 높은 숙주를 사용할 수 있는데, 예를 들면 박테리아, 곰팡이, 효모, 식물 또는 동물(예컨대, 포유동물 또는 곤충) 세포를 포함할 수 있다. The host cell used for the transformation according to the present invention may be any host cell well known in the art. However, the present invention is not limited to the use of the polynucleotide encoding the xylanase of the present invention, Hosts with high expression efficiency can be used, for example, bacteria, fungi, yeast, plant or animal (e.g., mammalian or insect) cells.

본 발명의 일 실시예에서, 본 발명에 따른 자일라나제 유전자를 포함하는 발현 벡터인 재조합 플라스미드 pXY37을 사용하여 대장균 형질전환한 후, 상기 형질 전환체로부터 자일라나제를 생산 및 정제하고, 자일라나제 활성을 확인하였다.
In one embodiment of the present invention, E. coli is transformed using the recombinant plasmid pXY37, which is an expression vector containing the xyllanase gene according to the present invention, and then xylanase is produced and purified from the transformant, ≪ / RTI >

본 발명의 또 다른 실시양태로서, 본 발명은 상기 자일라나제를 포함한 사료 첨가제를 제공한다. 또한 사료원료가 소맥인 것을 특징으로 하는 자일라나제를 포함하는 사료 첨가제를 제공한다.In another embodiment of the present invention, the present invention provides a feed additive comprising the xylanase. Also provided is a feed additive comprising xylanase, characterized in that the feed material is wheat.

본 발명의 일 실시예에서, 정제된 자일라나제를 이용하여 자일란의 종류에 따른 효소 활성을 측정하기 위해 아라비노 자일란, 귀리 자일란, 자작나무 자일란의 가수분해 상대 활성도을 비교하였다. 그 결과 하기 표 4에 나타난 바와 같이 사료용 곡물로 많이 사용되는 소맥 유래의 자일란인 아라비노 자일란에 대한 가수분해력이 귀리 자일란에 대한 가수분해력 보다 높은 것을 알 수 있었다. 이와 같은 결과를 살펴볼 때 본 발명에 따른 자일라나제는 사료첨가 목적에 적합함을 확인하였다.
In one embodiment of the present invention, hydrolytic relative activities of arabinogylan, oat xylan, and birch xylan were compared in order to measure the enzyme activity according to the type of xylan using purified xylanase. As shown in Table 4, it was found that the hydrolysis power of arabinozylan, which is a wheat-derived xylan used as a feed grain, was higher than that of oat xylan. These results indicate that the xylanase according to the present invention is suitable for the purpose of feed addition.

또 다른 실시양태로서, 상기 자일라나제 또는 상기 형질 전환체를 이용하여 바이오 에너지를 생산하는 방법을 제공한다. 구체적으로 본 발명은 상기 자일라나제 또는 상기 자일라나제 유전자를 함유하는 형질전환체를 가하는 단계를 포함하는 자일란 분해 방법을 제공한다. In another embodiment, a method for producing bioenergy using the xylanase or the transformant is provided. Specifically, the present invention provides a method for degrading xylan comprising the step of adding the xylanase or a transformant containing the xylanase gene.

상기 방법에 있어서, 상기 자일라나제 또는 상기 형질전환체의 첨가량은 당업자에 의해 조정될 수 있다. In the above method, the addition amount of the xylanase or the transformant may be adjusted by a person skilled in the art.

본 발명의 실시예에서, 본 발명 자일라아제 유전자를 함유하는 대장균 형질전환체의 발현에 의해 생산되는 자일라아제의 자일란 가수분해 물질을 분석하기 위해, 귀리 자일란과 자작나무 자일란 및 자일로비오즈, 자일로트리오즈, 자일로테트라오즈, 자일로펜토즈를 기질로 하여 최적 반응조건하에서 가수분해 반응을 실시하고 그 최종 산물을 각각 박층 크로마토그래피(TLC)를 이용하여 확인하였다. 그 결과 도 4에 나타낸 바와 같이 최종산물로 자일로비오즈와 더불어 자이로즈가 생성되었다. 따라서 본 발명의 자일라나제는 자일란 물질을 분해하여 기능성이 우수한 자일로비오즈와 더불어 미생물이 쉽게 이용할 수 있는 단당류인 자일로즈를 생성하는 것을 알 수 있다.In an embodiment of the present invention, in order to analyze xylan hydrolysates of zyla lyase produced by expression of an Escherichia coli transformant containing the zyla lyase gene of the present invention, it has been reported that oat xylan and birch xylan and xylobiose, The hydrolysis reaction was carried out under optimal reaction conditions using xylitriose, xylotetraose and xylopentose as substrates, and the final products were confirmed by thin layer chromatography (TLC). As a result, as shown in Fig. 4, xylose was produced along with xylobiose as a final product. Therefore, it can be seen that the xylanase according to the present invention decomposes the xylan substance and produces xylose, which is a monosaccharide, which is easily available to microorganisms, along with xylobiose having excellent function.

또한 베타-자일로시다제 활성을 있는지 조사하기 위해 파라-니트로페닐-베타-갈락토피라노사이드에 대한 가수분해능을 조사한 결과 그 분해능이 확인되어 본 발명 자일라나제는 다른 자일라나제에 비해 특이하게 베타-자일로시다제 활성을 함유하고 있는 특징이 있어 자일란의 당화 목적에도 적합함을 알 수 있다. In addition, in order to investigate whether beta-xylosidase activity is present, the hydrolytic activity of para-nitrophenyl-beta-galactopyranoside was examined. As a result, the resolving ability of xylanase was confirmed, Lt; RTI ID = 0.0 > beta-xylocidase activity. ≪ / RTI >

이는 본 발명에 따른 자일라나제가 바이오 에탄올 생산을 위해 활용될 수 있음을 보여준다.
This shows that the xylanase according to the present invention can be utilized for the production of bioethanol.

본 발명에 따른 신규 자일라나제는 소맥, 귀리, 자작나물 유래 자일란의 가수분해에 뛰어난 효과가 있을 뿐만 아니라, 베타-자일로시다제 활성을 지니고 있어 그 가수분해 산물로 동물의 장내 유용세균의 성장인자로 작용하는 자일로비오즈를 생산함과 동시에 발효당으로 사용될 수 있는 자일로즈도 생산하므로, 사료산업이나 바이오에너지 산업에 매우 널리 활용될 수 있다. The novel xyllanase according to the present invention not only has an excellent effect on the hydrolysis of xylenes derived from wheat, oats and own products, but also has a beta-xylocidase activity, and its hydrolysis products are useful for the growth of useful intestinal bacteria It can be used extensively in the feed industry or the bio-energy industry because it produces xylobiose, which acts as a factor, and xylose, which can be used as a fermentation sugar.

도 1은 패니바실러스 우송앤시스 YB-45 균주의 자일라나제를 코드하는 유전자를 포함한 재조합 플라스미드 pXY37의 제한효소 지도이다.
도 2은 재조합 플라스미드 pXY37을 함유한 대장균 형질전환체가 생산하는 자일라나제를 정제하여 결정한 아미노산 말단의 아미노산 서열이다.
도 3는 재조합 플라스미드 pXY37을 함유한 대장균 형질전환체로부터 생산되고 정제된 자일라나제의 반응온도와 반응 pH에 따른 활성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 재조합 플라스미드 pXY37을 함유한 대장균 형질전환체로부터 생산되어 정제된 자일라나제에 의해, 시료로부터 분해된 최종 분해산물의 박층크로마토그래피 사진이다.
X1:자일로오즈, X2:자일로비오즈, X3:자일로트리오즈, X4:자이로테트라오즈, X5:자일로펜토즈
1:자일로오즈시료, 2:자일로비즈를 효소가수분해 하기전 시료, 3: 자일로비오즈를 자일라나제로 가수분해한 후 반응산물, 4:자일로트리오즈를 효소가수분해 하기전 시료, 5:자일로트리오즈를 자일라나제로 가수분해한 후 반응산물, 6:자일로테트라오즈를 효소가수분해 하기전 시료, 7:자일로테트라오즈를 자일라나제로 가수분해한 후 반응산물, 8:자일로펜토즈를 효소가수분해 하기전 시료, 9:자일로펜토즈를 자일라나제로 가수분해한 후 반응산물, 10:자일로오리고당 시료, 11:귀리자일란을 효소가수분해한 후 반응산물, 12:자작나무 자일란을 효소가수분해한 후 반응산물.
1 is a restriction map of a recombinant plasmid pXY37 containing a gene coding for xylanase of Fanny Bacillus Wort and YS-45 strain.
Fig. 2 is an amino acid sequence at the amino acid terminal determined by purifying xylanase produced by an E. coli transformant containing the recombinant plasmid pXY37.
FIG. 3 is a graph showing the activity of xylanase produced and purified from an E. coli transformant containing the recombinant plasmid pXY37 according to reaction temperature and reaction pH.
4 is a thin layer chromatography photograph of a final degradation product decomposed from a sample by a xylanase produced and purified from an E. coli transformant containing the recombinant plasmid pXY37.
X1: Xyloose, X2: Xylobiose, X3: Xylotriose, X4: Gyrotetraose, X5: Xylopentose
1: sample of xylose, 2: sample before enzymatic hydrolysis of xylobeads, 3: reaction product after xylarin hydrolysis of xylobiose, 4: sample before enzymatic hydrolysis of xylotriose, 5 : Reaction product after xylanase hydrolysis of xylotriose, 6: sample before enzymatic hydrolysis of xylotetraose, 7: reaction product after xylanase hydrolysis of xylotetraose, 8: 10: xylose and sugar samples, 11: enzyme hydrolysis of oat xylan, and reaction product, 12: 1, The reaction product after enzymatic hydrolysis of birch xylan.

이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, these embodiments are for illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not construed as being limited by these embodiments.

실시예 1 : 패니바실러스 우송앤시스 YB-45 균주의 자일라나제 유전자의 크로닝Example 1: Cloning of xylanase gene of Fanny Bacillus Wort and Sis YB-45 strain

단계1Step 1 :  : 패니바실러스Fanny Bacillus 우송앤시스Mail and cis YBYB -45의 유전자 라이브러리 제조 -45 gene library production

자일란 분해능이 우수한 신규한 균주로 밝혀진 패니바실러스 우송앤시스 YB-45 균주를 Triptic Soy Broth (TSB) 액체배지 200 mL에 접종하여 37℃에서 대수 증식기까지 진탕 배양하고, 균체 배양액을 원심분리하여 회수한 균체를 TEN 완충용액 (10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 1 mM EDTA, 10 mM NaCl)으로 세척한 후 라이소자임을 첨가한 SET 완충액 (20% 수크로즈, 50 mM Tris-HCl, pH 7.6, 50 mM EDTA) 20 mL에 현탁하여 37℃에서 30분간 반응시켰다. 여기에 10% 소디움 도데실설페이트(SDS)를 2 mL 첨가하여 균체를 용해시키고, 프로테아제 K를 적당량 처리하여 37℃에서 1 시간 동안 방치하였다. 페놀을 첨가하고 원심분리한 후 상등액을 모아 두배 부피의 차가운 에탄올을 첨가하여 엉기는 염색체 DNA를 유리봉으로 감아올려 70%, 80%, 90% 에탄올에서 순차적으로 세척한 후, 적정부피의 TE 완충용액 (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8.0)에 녹였다. The strain Fanny Bacillus Wortensis YB-45, which was found to be a novel strain having excellent xylan-resolving ability, was inoculated into 200 mL of Tryptic Soy Broth (TSB) liquid medium, shake cultured at 37 ° C to logarithmic growth phase, and the bacterial culture broth was recovered by centrifugation The cells were washed with TEN buffer (10 mM Tris-HCl, pH 7.6, 1 mM EDTA, 10 mM NaCl) and then treated with SET buffer (20% sucrose, 50 mM Tris-HCl, pH 7.6, 50 mM EDTA) and allowed to react at 37 DEG C for 30 minutes. Then, 2 mL of 10% sodium dodecyl sulfate (SDS) was added to dissolve the cells, and an appropriate amount of protease K was treated and allowed to stand at 37 DEG C for 1 hour. Phenol was added and centrifuged. The supernatant was collected, and double volume of cold ethanol was added. The resulting cholesteric DNA was washed with 70%, 80%, and 90% ethanol sequentially with a glass rod. Solution (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8.0).

분리된 염색체 DNA 50㎍을 제한효소 Sau3AI으로 부분 절단한 후 아가로즈 겔 전기영동하여 크기가 1.5~8kb 크기의 DNA 단편을 회수하였다. 제한효소 BamHI으로 완전히 절단한 플라스미드 pUC19와 염색체 절단체를 동량 섞고 T4 DNA 리가제를 첨가하여 14℃에서 15시간 반응시켜 연결반응을 실시하여 패니바실러스 우송앤시스 YB-45의 유전자 라이브러리 제조하였다.
50 쨉 g of the separated chromosomal DNA was partially digested with restriction enzyme Sau3AI and then subjected to agarose gel electrophoresis to recover a DNA fragment of 1.5 to 8 kb in size. Equal amounts of the plasmid pUC19 digested with restriction enzyme BamHI and chromosomal DNA were mixed in the same amount, and T4 DNA ligase was added thereto, followed by reaction at 14 DEG C for 15 hours to effect a linkage reaction, thereby preparing a gene library of Fanny Bacillus Wort and YS-45.

단계2Step 2 :  : 자일라나제Xylanase 유전자를 갖는 대장균 형질전환체의 선별 Selection of Escherichia coli Transformants Having the Gene

단계 1 에서 얻은 패니바실러스 우송앤시스 YB-45의 유전자 라이브러리를 이용하여 대장균 DH5α를 형질전환시키고 LB-자일란 한천배지에 도말하여 약 10,000개의 형질전환체를 얻었다. 이들 형질전환주 중 콜로니 주변에 자일란 분해환을 보이는 형질전환체 1 주 선발함으로써 자일라나제 유전자를 포함하는 대장균 형질전환체를 획득하였다.
Escherichia coli DH5α was transformed with the gene library of Fanny Bacillus Wurf & Sys YB-45 obtained in Step 1, and about 10,000 transformants were obtained by streaking on LB-xylan agar medium. An E. coli transformant containing a xylanase gene was obtained by selecting a transformant expressing a xylenolytic ring around the colonies of these transformed hosts.

실시예Example 2 : 본 발명  2: invention 자일라나제를Xylanase 코드하는To code 유전자 염기배열의 결정 Determination of gene base sequence

실시예 1의 단계 2에서 얻은 형질전환체를 앰피실린 (50 mg/L)을 첨가한 LB 액체배지에서 키워 얻은 균체로부터 알칼리 분해방법(Birnboim, H. C. and J. Doly, Nucleic Acid Res. 7, 1513-1523 (1979))으로 플라스미드를 분리하고 여러 가지 제한효소를 처리하여 조사한 결과 재조합 플라스미드는 약 2.5kb 크기의 클론된 DNA 단편을 함유하고 있었으며, 이 재조합 플라스미드를 pXY37로 명명하였다. pXY37의 제한효소 지도를 도 1에 표시하였다. 도 1에서 Xyn은 본 발명의 자일라나제 유전자를 포함하는 DNA 단편이다.The transformants obtained in step 2 of Example 1 were cultivated in LB liquid medium supplemented with ampicillin (50 mg / L) and cultured in the alkaline digestion method (Birnboim, HC and J. Doly, Nucleic Acid Res. -1523 (1979)). The plasmid was isolated and treated with various restriction enzymes. As a result, the recombinant plasmid contained a cloned DNA fragment of about 2.5 kb size, and this recombinant plasmid was named pXY37. The restriction map of pXY37 is shown in Fig. In Fig. 1, Xyn is a DNA fragment containing the xylanase gene of the present invention.

플라스미드 pXY37에 있는 클론된 2.5kb DNA 단편의 염기서열을 결정하기 위해 여러 가지 제한 효소를 이용하여 단편을 작은 조각으로 나누어 pUC19에 삽입시켜 디데옥시뉴클레이티드 시퀀싱(dideoxynucleotide sequencing) 방법으로 총 2,430 bp의 염기서열을 결정하였다. 이 염기서열에는 자일라나제의 구조유전자에 해당하는 총 1,443 bp의 오픈리딩프레임(open reading frame)이 존재하였다 (서열번호 2). 이러한 구조유전자의 염기배열로부터 추론된 자일라나제 효소의 아미노산 서열은 서열번호 1에 나타낸 것으로 총 481개 아미노산으로 이루어진 단백질이다. 이렇게 밝혀진 패니바실러스 우송앤시스 YB-45의 자일라나제 유전자의 염기배열로부터 유추된 자일라나제의 아미노산 배열을 기존에 밝혀진 바실러스 속 균주의 자일라나제의 아미노산 배열의 유사성이 높은 것을 조사한 결과 320개 아미노산으로 구성된 패니바실러스 바시노넨시스의 자일라나제 에이(Paenibacillus barcinonensis xylanase A) (GenBank accession number CBA13561)와 특정지역이 약 76%의 상동성을 보이나 그 크기가 다르고, 거름에서 추출한 유전자 라이브러리에서 탐색된 자일라나제 유전자에 의해 코드되는 자일라나제 (Li, R., R. Kibblewhite, W. L. Orts, and C. C. Lee, World J. Microbiol. Biotechnol. 25, 2071-2078, (2009))와는 그 크기가 14개 아미노산이 차이가 있으며 아미노산 배열의 상동성이 69%으로 나타났다.
In order to determine the nucleotide sequence of the cloned 2.5 kb DNA fragment in plasmid pXY37, the fragment was divided into small pieces using various restriction enzymes and inserted into pUC19, followed by dideoxynucleotide sequencing to obtain a total of 2,430 bp The nucleotide sequence was determined. In this base sequence, a total of 1,443 bp open reading frame corresponding to the xylanase structural gene was present (SEQ ID NO: 2). The amino acid sequence of the xylanase enzyme deduced from the nucleotide sequence of such a structural gene is shown in SEQ ID NO: 1 and is a protein consisting of a total of 481 amino acids. The amino acid sequence of xylanase deduced from the nucleotide sequence of the Xyllanase gene of Fanny Bacillus Wort and Sis YB-45 revealed that the amino acid sequence of the xylanase of the Bacillus sp. Strain was high, Paenibacillus < / RTI > of Fanny Bacillus basinonensis, barrenonensis xylanase A) (GenBank accession number CBA13561) and a xylanase gene (Li, R (SEQ ID NO: 1)) encoded by a xylanase gene found in a gene library that has a homology of about 76% The amino acid sequence homology was found to be 69% with 14 amino acids in size, and the amino acid sequence homology with R. Kibblewhite, WL Orts, and CC Lee, World J. Microbiol. Biotechnol. 25, 2071-2078 (2009) appear.

실시예Example 3 : 본 발명  3: invention 자일라나제Xylanase 단백질의 아미노 말단의 배열 조사  Sequence of amino terminal of protein

상기 실시예 2에서 밝혀진 자일라나제 유전자 염기서열에 근거하여 유추된 자일라나제 단백질의 아미노산 배열 중 어느 부분이 기능을 하는 부분인지 조사하기 위해 제조된 재조합 플라스미드 pXY37을 함유한 대장균 형질전환체를 발현시켜 생산되는 자일라나제의 아미노 말단의 아미노산 배열을 조사하였다. 이를 위해 정제된 자일라나제를 소디움도데실설페이트 겔 전기영동을 수행한 후 겔에 존재하는 단백질을 PVDF 막으로 옮긴 후 에드만 방법을 이용하여 (automatic Edman degradation, using a Procise 491protein sequencer (Applied Biosystems, USA))로 조사하여 도 2와 같이 분석하였다. 이를 자일라나제 유전자로부터 유추된 아미노산 서열과 비교한 결과 자일라나제 전구체 단백질에서 33-40번째 아미노산 부분에 해당하므로 이부분 앞쪽의 전구체 단백질의 32 아미노산 배열은 선도 펩티드로 확인되었다.
Expression of E. coli transformants containing the recombinant plasmid pXY37 prepared to examine which part of the amino acid sequence of the deduced xylanase protein functioned based on the xylanase gene sequence revealed in Example 2 above The amino acid sequence of the amino terminal of the xylanase produced was examined. For this purpose, the purified xylanase was subjected to sodium dodecyl sulfate gel electrophoresis, and the proteins present in the gel were transferred to a PVDF membrane, followed by automatic Edman degradation using a Procise 491 protein sequencer (Applied Biosystems, USA), and analyzed as shown in FIG. Compared with the amino acid sequence deduced from the xylanase gene, it corresponds to the 33-40th amino acid portion in the xylanase precursor protein, so that the 32 amino acid sequence of the precursor protein in front of this portion was confirmed as the lead peptide.

실시예Example 4 : 본 발명 형질전환된 대장균의 발현에 의해 생산되는  4: The < RTI ID = 0.0 > transgenic < / RTI > 자일라나제Xylanase 활성의 조사 Investigation of activity

상기 실시예 3에서 제조된 재조합 플라스미드 pXY37을 함유한 대장균 형질전환체를 발현시켜 생산되는 자일라나제의 반응온도와 pH에 따른 가수분해 활성을 조사하기 위하여, 앰피실린 (50 mg/L)을 첨가한 LB 액체배지에 pXY37로 형질전환된 대장균 형질전환주를 접종하여 37℃에서 16시간 동안 진탕 배양하고 배양된 균체를 초음파 파쇄한 후 파쇄액을 황산 암모니움염 분획, 이온 크로마토그래피, 농축과정을 통해 효소를 정제한 다음, 이 정제된 효소를 반응온도와 pH를 달리하여 귀리 자일란에 반응시킴으로써 자일라나제 활성을 측정하였다. 실험결과, 도 3에 나타낸 바와 같이 55~60℃와 pH 6.0에서 최고의 효소 활성을 보였으며 pH 5.5~6.5 범위에서는 90% 이상의 활성을 보였다. 특히 동물 장내의 생리적 조건인 pH 6.5에서 최고활성의 97% 이상에 해당하는 활성을 보였다. 이러한 결과는 본 발명 자일라나제와 아미노산 상동성이 69% 수준으로, 유사한 거름 유전체 유래 자일라나제 (Li, R., R. Kibblewhite, W. L. Orts, and C. C. Lee, World( J. Microbiol. Biotechnol. 25, 2071-2078, (2009))와 반응온도와 반응 pH에 따른 활성 및 열안정성에 큰 차이를 보이며, 본 발명의 자일라나제가 반응 pH 범위가 중성에서 작용하는데 유리하며 열안정성도 우수한 것으로 확인되었다. Ampicillin (50 mg / L) was added to investigate the hydrolytic activity of xylanase produced by expressing E. coli transformants containing the recombinant plasmid pXY37 prepared in Example 3 according to reaction temperature and pH. One LB liquid medium was inoculated with pXY37 transformed E. coli transformants and cultured at 37 ° C. for 16 hours. The cultured cells were ultrasonically disrupted, and the lysate was subjected to ammonium sulfate fractionation, ion chromatography, and concentration The enzyme was purified and then the purified enzyme was reacted with oat xylan by varying the reaction temperature and pH to measure the xylanase activity. As shown in FIG. 3, the enzyme showed the highest activity at 55 to 60 ° C and pH 6.0, and showed an activity of more than 90% at pH 5.5 to 6.5. Especially, at pH 6.5, which is a physiological condition in the intestines of the animals, it showed activity equivalent to more than 97% of the highest activity. These results indicate that the homologous amino acid homology with the present xylanase is 69%, and similar fibrin-derived xylanase (Li, R., Kibblewhite, WL Orts, and CC Lee, World (J. Microbiol. Biotechnol. 25, 2071-2078, (2009)) and the reaction temperature and the reaction pH, and the xylanase of the present invention was found to have a favorable effect on neutral pH and excellent thermal stability .

한편 사료첨가제로 사용시 위를 통과하는 과정에서 불활성화 되지 않는 것이 중요하므로 pH에 따른 자일라나제의 안정성을 분석하기 위해 정제된 효소를 pH를 3.0~6.0 범위의 서로 다른 완충액에 1시간 동안 방치한 후 효소의 잔존 활성을 측정하였다. 실험결과 표 1에 나타낸 바와 같이 pH 4.0~6.0 범위에서는 잔존활성이 90% 이상이었으며, pH 3.0에서는 약 73%의 잔존활성을 보였다. 그리고 자일라나제는 실온에서 보관시에도 그 활성이 유지되지 않아야 산업적으로 활용가치가 있는데, 이를 조사하기 위해 30℃에서 65℃의 범위의 온도에서 정제된 자일라나제를 1시간 방치한 후 효소의 잔존활성을 측정하였다. 실험 결과, 표 2에 나타낸 바와 같이 65℃에서는 95% 이상이 실활되었지만 60℃이하에서는 전혀 실활되지 않고 효소활성을 그대로 유지하였다. 따라서 40℃에서 60℃ 범위의 온도에서 6시간 동안 방치한 후 효소의 잔존활성을 측정하였다. 실험 결과, 표 3에 나타낸 바와 같이 60℃에서도 6시간 방치한 후에도 100% 활성을 유지하고 있으며 이로 보아 실온에서 매우 안정하다고 판단되었다. In order to analyze the stability of xylanase according to pH, it is important to avoid inactivation in the process of passing through the stomach when used as a feed additive. The purified enzyme is left in different buffer solution of pH 3.0 to 6.0 for 1 hour The residual activity of the post-enzyme was measured. As shown in Table 1, the residual activity was 90% or more at pH 4.0 to 6.0, and about 73% at pH 3.0. In order to investigate this, it is necessary to leave the purified xylanase at a temperature ranging from 30 ° C. to 65 ° C. for 1 hour, Residual activity was measured. As a result of the test, as shown in Table 2, 95% or more was inactivated at 65 ° C, but the enzyme activity was not maintained at all at 60 ° C or lower. Therefore, the enzyme was allowed to stand at a temperature ranging from 40 ° C to 60 ° C for 6 hours, and the residual activity of the enzyme was measured. As a result of the test, as shown in Table 3, even after standing at 60 ° C for 6 hours, the activity remained at 100%, indicating that it was very stable at room temperature.

또한, 정제된 자일라나제를 이용하여 자일란의 종류에 따른 효소 활성을 측정하기 위해 아라비노자일란, 귀리 자일란, 자작나무 자일란의 가수분해 상대 활성도을 비교하였다. 이때 반응 조건은 pH 6.0과 50℃로 하여 반응을 수행하였다. 실험결과, 표 4에 나타낸 바와 같이 사료원료로 많이 사용되는 소맥 유래의 자일란인 아라비노자일란의 가수분해력이 귀리 자일란의 가수분해력 보다 높은 것으로 확인되었다.       In addition, hydrolytic relative activities of arabinoxylan, oat xylan, and birch xylan were compared in order to measure enzyme activity according to the type of xylan using purified xylanase. At this time, the reaction was carried out at pH 6.0 and 50 ° C. As a result of the experiment, it was confirmed that the hydrolysis power of arabinose-ylan, a xylen derived from wheat, which is frequently used as a feed material, is higher than that of oat xylan, as shown in Table 4.

이와 같은 결과를 살펴볼 때 본 발명 패니바실러스 우송앤시스 YB-45 균주의 자일라나제 유전자를 함유하는 대장균 형질전환체에 의해 생산되는 자일라나제는 사료첨가에 적합함을 알 수 있었다. These results indicate that the xylanase produced by the E. coli transformant containing the xylanase gene of the Fanny Bacillus strain YS-45 of the present invention is suitable for feed addition.

한편, 자일로즈의 중합도가 낮은 올리고당의 비환원 말단부터 자일로즈 당을 분해하는 베타-자일로시다제의 활성이 있는지를 조사하기 위해 파라-니트로페닐-베타-자일로피다노시드의 분해능을 조사한 결과 분해능을 갖는 것으로 확인되었고 이러한 특성은 본 발명 자일라나제가 다른 자일라나제와는 달리 자일란을 자일로즈까지 분해할 수 있는 활성을 갖는 것을 의미하며 따라서 바이오에너지 생산에 자일란 분해효소로서의 가치도 있음을 알 수 있었다.       On the other hand, in order to investigate the activity of beta-xylosidase that degrades xylose sugar from the non-reducing end of oligosaccharide having low polymerization degree of xylose, the resolution of para-nitrophenyl-beta-xylopyranoside This result indicates that xylanase of the present invention has an activity to degrade xylan to xylose unlike other xylanases and thus has a value as a xylanase in the production of bioenergy Could know.

본 발명 형질전환된 대장균의 발현에 의해 생산되는 자일라나제의 방치 pH에 따른 잔존활성The residual activity of xylanase produced by expression of the transformed Escherichia coli according to the present invention pHpH 3.03.0 4.04.0 5.05.0 6.06.0 잔존활성의 상대활성치(%)Relative activity (%) of residual activity 73.273.2 93.393.3 100100 100100

본 발명 형질전환된 대장균의 발현에 의해 생산되는 자일라나제의 각 방치온도에서 1시간 방치한 후의 잔존활성The residual activity of the xylanase produced by the expression of the transformed Escherichia coli of the present invention after being allowed to stand at each incubation temperature for 1 hour 방치온도 (℃)Allowable temperature (℃) 4040 5050 6060 6565 잔존활성의 상대활성치(%)Relative activity (%) of residual activity 100100 100100 100100 55

본 발명 형질전환된 대장균의 발현에 의해 생산되는 자일라나제의 방치온도와 시간에 따른 잔존활성The residual activity of the xylanase produced by the expression of the transformed Escherichia coli according to the present invention, 방치온도 (℃)Allowable temperature (℃) 4040 5050 6060 방치시간 (시간)Time left (hours) 22 44 66 22 44 66 22 44 66 잔존활성의 상대활성치(%)Relative activity (%) of residual activity 100100 100100 100100 100100 100100 100100 100100 100100 100100

본 발명 형질전환된 대장균의 발현에 의해 생산되는 자일라나제의 자일란 종류에 따른 활성도 비교Comparison of activity of xylanase produced by the expression of the transformed Escherichia coli according to the present invention 기질의 종류Type of substrate 상대 활성치 (%)Relative activity (%) 아라비노 자일란Arabinozaylan 100100 자작나무 자일란Birch tree 7070 귀리 자일란Oat xylan 7373

실시예Example 5 : 본 발명 형질전환된 대장균의 발현에 의해 생산되는  5: Production of the present invention by expression of the transformed Escherichia coli 자일라나제의Xylanase 자일Xyl 란 가수분해 산물 조사Is a hydrolysis product

실시예 3에서 얻어진 정제된 자일라나제에 의한 자일란 최종반응 산물을 분석하기 위해 귀리 자일란과 자작나무 자일란 및 자일로비오즈, 자일로트리오즈, 자일로테트라오즈, 자일로펜토즈를 기질로 하여 최적 반응조건하에서 가수분해 반응을 실시하고 최종 가수분해 산물을 박층 크로마토그래피(TLC)를 하였다. 그 결과 도 4에 나타낸 바와 같이 자일로즈와 자일로비오즈가 주요 최종산물로 생성되었다. 특히 본 효소는 자일로비오즈를 분해할 수 있는 능력이 있다는 것이 특이하며, 따라서 자일라나제는 자일란 물질을 분해하여 기능성이 우수한 자일로비오즈 생성과 동시에 발효당으로 사용될 수 있는 자일로즈도 생성하는 것으로 나타났다. In order to analyze the final reaction product of the purified xylanase obtained in Example 3, the optimum reaction was performed using oat xylan, xylan xylan, xylotriose, xylotrothose and xylopentose as substrates Hydrolysis reaction was carried out under the conditions and the final hydrolysis product was subjected to thin layer chromatography (TLC). As a result, xylose and xylobiose were produced as major end products as shown in Fig. In particular, it is unique that this enzyme has the ability to decompose xylobiose, and thus, xylanase decomposes the xylenic substance to produce xylobiose having excellent functionality and also produces xylose which can be used as a fermentation sugar appear.

<110> Woosong University Corporation of Industrical Educational Programs <120> Noble xylanase, Gene coding for the xylanase, and use thereof <130> P12110271394 <160> 2 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 481 <212> PRT <213> Amino acid of novel xylanase <400> 1 Met Leu Lys Ser Lys Ser Lys Leu Ala Val Trp Leu Thr Thr Val Ala 1 5 10 15 Ile Met Ala Ser Leu Phe Ser Ser Ala Leu Val Lys Asp Ala His Ala 20 25 30 Gly Ile Ala Asn Gly Ser Lys Phe Leu Gly Asn Ile Ile Ala Asn Asn 35 40 45 Val Pro Ser Asn Phe Ala Thr Tyr Trp Asp Gln Val Thr Pro Glu Asn 50 55 60 Ser Thr Lys Trp Gly Ala Val Glu Ser Thr Arg Asn Ser Met Asn Trp 65 70 75 80 Ser Ala Ala Asp Thr Ala Tyr Asn Tyr Ala Lys Ser Arg Gly Met Pro 85 90 95 Phe Lys Phe His Thr Leu Val Trp Gly Ser Gln Glu Pro Ser Trp Ile 100 105 110 Ser Gly Leu Ser Ala Ser Glu Gln Lys Ala Glu Val Thr Gln Trp Ile 115 120 125 Gln Ala Ala Gly Gln Arg Tyr Gly Asn Ser Glu Phe Val Asp Val Val 130 135 140 Asn Glu Pro Leu His Ala Lys Pro Ser Tyr Arg Asn Ala Ile Gly Gly 145 150 155 160 Asp Gly Ala Thr Gly Trp Asp Trp Val Ile Trp Ser Phe Gln Gln Ala 165 170 175 Arg Gln Ala Phe Pro Asn Ser Lys Leu Leu Ile Asn Asp Tyr Gly Ile 180 185 190 Ile Ser Asp Pro Asn Ala Ala Ala Gln Tyr Val Gln Ile Ile Asn Leu 195 200 205 Leu Lys Ala Arg Gly Leu Val Asp Gly Ile Gly Ile Gln Cys His Tyr 210 215 220 Phe Asn Met Asp Asn Val Ser Ile Ser Thr Met Asn Ser Val Leu Asn 225 230 235 240 Thr Leu Ala Ala Thr Gly Leu Pro Ile Tyr Val Ser Glu Leu Asp Ile 245 250 255 Thr Gly Asp Asp Asn Thr Gln Leu Gln Arg Tyr Gln Gln Lys Phe Pro 260 265 270 Val Leu Trp Glu His Pro Ser Val Lys Gly Ile Thr Leu Trp Gly Tyr 275 280 285 Ile Gln Gly Gln Thr Trp Ala Ser Asn Thr His Leu Val Thr Ser Ser 290 295 300 Gly Ala Glu Arg Pro Ala Met Gln Trp Leu Lys Gln Tyr Leu Gly Gly 305 310 315 320 Gly Gly Gly Gln Pro Gly Thr Gly Thr Gly Ser Gly Ala Tyr Ala Asn 325 330 335 Phe Glu Ser Gly Thr Asp Gly Trp Ser Ala Ser Asn Val Val Ser Gly 340 345 350 Pro Ser Ser Ser Ala Asp Trp Ser Ser Lys Asp Thr Arg Ser Leu Lys 355 360 365 Ser Thr Ile Asn Met Ser Ser Gly Ser Gly His Tyr Met Phe Lys Ser 370 375 380 Gly Asn Ala Asp Phe Thr Gly Tyr Asn Gln Leu Arg Ala Thr Val Lys 385 390 395 400 Gly Ala Asn Ser Gly Asn Tyr Gly Ser Gly Leu Gly Val Lys Leu Tyr 405 410 415 Val Lys Tyr Gly Asn Asn Tyr Ala Trp Ala Asp Ser Gly Trp Lys Thr 420 425 430 Ile Ser Ala Gly Gly Gln Thr Asp Leu Thr Leu Asn Leu Ser Gly Val 435 440 445 Asp Lys Ala Asn Ile Lys Glu Tyr Gly Val Gln Phe Ile Gly Ala Ser 450 455 460 Asn Ala Ser Gly Gln Thr Ser Val Tyr Val Asp Asn Val Tyr Leu Trp 465 470 475 480 Asn <210> 2 <211> 1446 <212> DNA <213> novel xylanase <400> 2 atgttaaagt caaaatcgaa attggcggtt tggctgacta cagttgcaat tatggcttcc 60 ttgttttcct cagccttggt taaggacgct catgcgggga tagctaacgg cagcaagttt 120 ttgggcaaca tcattgcaaa caacgttcct tccaactttg ctacgtattg ggaccaggtt 180 acacctgaga attcaaccaa atggggtgcg gtggaatcga cccgcaacag tatgaactgg 240 agtgcggcgg atacagcgta caactatgcg aaaagccgag gaatgccttt caaattccat 300 accctggtct ggggcagcca agagccctcc tggattagcg gcctctccgc ctccgagcaa 360 aaggcagagg tgacccagtg gattcaagcc gccggccaga gatatggaaa ttcagaattt 420 gtcgatgtcg ttaatgaacc gctgcatgcg aagccctcat atagaaacgc catcggcggg 480 gatggagcta caggctggga ttgggttatc tggtcctttc agcaggcaag acaagccttt 540 cctaactcta aattgctgat caatgattac ggaattatca gcgaccccaa cgcagcggct 600 caatatgtac agatcatcaa tctgctcaag gccagagggc tggttgacgg cattgggatc 660 cagtgtcact attttaatat ggataatgta tcgataagta cgatgaacag cgttctgaat 720 acgctggcgg cgacaggact tccgatttat gtatccgagc tggatataac gggtgatgac 780 aacacccaat tgcagcggta ccaacagaag tttcctgtac tgtgggagca cccatccgtt 840 aaaggcatca ccttgtgggg atatattcaa ggacagacct gggcgtcgaa tacgcatctg 900 gtgaccagct ccggtgctga gcggccagcc atgcaatggc tgaagcagta tttaggcgga 960 ggaggaggcc agccaggaac aggcacgggt tcgggcgcct atgcaaactt tgaatcgggt 1020 acggatggat ggtccgccag caacgtcgta tccggaccat cttcctcagc cgattggagc 1080 tcgaaggata caagatcgct gaagtcgacg attaacatgt ccagcggcag cgggcattac 1140 atgttcaaga gcggaaacgc agatttcacc ggctacaacc agcttagagc aacagtaaag 1200 ggcgctaatt ctggtaatta cggctccgga ttaggcgtga agctgtatgt gaaatatggc 1260 aacaactatg cctgggcaga cagcggctgg aagacaatca gcgccggcgg ccaaaccgat 1320 ctgaccttga atttatccgg cgtagacaag gccaatatta aggaatatgg cgttcaattc 1380 atcggcgcaa gcaatgcgtc cggccaaacc tccgtatatg tggataacgt atatttgtgg 1440 aattaa 1446 <110> Woosong University Corporation of Industrical Educational Programs <120> Noble xylanase, Gene coding for the xylanase, and use thereof <130> P12110271394 <160> 2 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 481 <212> PRT <213> Amino acid of novel xylanase <400> 1 Met Leu Lys Ser Lys Ser Lys Leu Ala Val Trp Leu Thr Thr Val Ala   1 5 10 15 Ile Met Ala Ser Leu Phe Ser Ser Ala Leu Val Lys Asp Ala His Ala              20 25 30 Gly Ile Ala Asn Gly Ser Lys Phe Leu Gly Asn Ile Ile Ala Asn Asn          35 40 45 Val Pro Ser Asn Phe Ala Thr Tyr Trp Asp Gln Val Thr Pro Glu Asn      50 55 60 Ser Thr Lys Trp Gly Ala Val Glu Ser Thr Arg Asn Ser Met Asn Trp  65 70 75 80 Ser Ala Ala Asp Thr Ala Tyr Asn Tyr Ala Lys Ser Arg Gly Met Pro                  85 90 95 Phe Lys Phe His Thr Leu Val Trp Gly Ser Gln Glu Pro Ser Trp Ile             100 105 110 Ser Gly Leu Ser Ala Ser Glu Gln Lys Ala Glu Val Thr Gln Trp Ile         115 120 125 Gln Ala Gly Gln Arg Tyr Gly Asn Ser Glu Phe Val Asp Val Val     130 135 140 Asn Glu Pro Leu His Ala Lys Pro Ser Tyr Arg Asn Ale I Gly Gly 145 150 155 160 Asp Gly Ala Thr Gly Trp Asp Trp Val Ile Trp Ser Phe Gln Gln Ala                 165 170 175 Arg Gln Ala Phe Pro Asn Ser Lys Leu Leu Ile Asn Asp Tyr Gly Ile             180 185 190 Ile Ser Asp Pro Asn Ala Ala Gln Tyr Val Gln Ile Ile Asn Leu         195 200 205 Leu Lys Ala Arg Gly Leu Val Asp Gly Ile Gly Ile Gln Cys His Tyr     210 215 220 Phe Asn Met Asp Asn Val Ser Ile Ser Thr Met Asn Ser Val Leu Asn 225 230 235 240 Thr Leu Ala Ala Thr Gly Leu Pro Ile Tyr Val Ser Glu Leu Asp Ile                 245 250 255 Thr Gly Asp Asp Asn Thr Gln Leu Gln Arg Tyr Gln Gln Lys Phe Pro             260 265 270 Val Leu Trp Glu His Pro Ser Val Lys Gly Ile Thr Leu Trp Gly Tyr         275 280 285 Ile Gln Gly Gln Thr Trp Ala Ser Asn Thr His Leu Val Thr Ser Ser     290 295 300 Gly Ala Glu Arg Pro Ala Met Gln Trp Leu Lys Gln Tyr Leu Gly Gly 305 310 315 320 Gly Gly Gly Gln Pro Gly Thr Gly Thr Gly Ser Gly Ala Tyr Ala Asn                 325 330 335 Phe Glu Ser Gly Thr Asp Gly Trp Ser Ala Ser Asn Val Val Ser Gly             340 345 350 Pro Ser Ser Ser Ala Asp Trp Ser Ser Lys Asp Thr Arg Ser Leu Lys         355 360 365 Ser Thr Ile Asn Met Ser Ser Gly Ser Gly His Tyr Met Phe Lys Ser     370 375 380 Gly Asn Ala Asp Phe Thr Gly Tyr Asn Gln Leu Arg Ala Thr Val Lys 385 390 395 400 Gly Ala Asn Ser Gly Asn Tyr Gly Ser Gly Leu Gly Val Lys Leu Tyr                 405 410 415 Val Lys Tyr Gly Asn Asn Tyr Ala Trp Ala Asp Ser Gly Trp Lys Thr             420 425 430 Ile Ser Ala Gly Gly Gln Thr Asp Leu Thr Leu Asn Leu Ser Gly Val         435 440 445 Asp Lys Ala Asn Ile Lys Glu Tyr Gly Val Gln Phe Ile Gly Ala Ser     450 455 460 Asn Ala Ser Gly Gln Thr Ser Val Tyr Val Asp Asn Val Tyr Leu Trp 465 470 475 480 Asn     <210> 2 <211> 1446 <212> DNA <213> novel xylanase <400> 2 atgttaaagt caaaatcgaa attggcggtt tggctgacta cagttgcaat tatggcttcc 60 ttgttttcct cagccttggt taaggacgct catgcgggga tagctaacgg cagcaagttt 120 ttgggcaaca tcattgcaaa caacgttcct tccaactttg ctacgtattg ggaccaggtt 180 acacctgaga attcaaccaa atggggtgcg gtggaatcga cccgcaacag tatgaactgg 240 agtgcggcgg atacagcgta caactatgcg aaaagccgag gaatgccttt caaattccat 300 accctggtct ggggcagcca agagccctcc tggattagcg gcctctccgc ctccgagcaa 360 aaggcagagg tgacccagtg gattcaagcc gccggccaga gatatggaaa ttcagaattt 420 gtcgatgtcg ttaatgaacc gctgcatgcg aagccctcat atagaaacgc catcggcggg 480 gatggagcta caggctggga ttgggttatc tggtcctttc agcaggcaag acaagccttt 540 cctaactcta aattgctgat caatgattac ggaattatca gcgaccccaa cgcagcggct 600 caatatgtac agatcatcaa tctgctcaag gccagagggc tggttgacgg cattgggatc 660 cgtgtcact attttaatat ggataatgta tcgataagta cgatgaacag cgttctgaat 720 acgctggcgg cgacaggact tccgatttat gtatccgagc tggatataac gggtgatgac 780 aacacccaat tgcagcggta ccaacagaag tttcctgtac tgtgggagca cccatccgtt 840 aaaggcatca ccttgtgggg atatattcaa ggacagacct gggcgtcgaa tacgcatctg 900 gtgaccagct ccggtgctga gcggccagcc atgcaatggc tgaagcagta tttaggcgga 960 ggaggaggcc agccaggaac aggcacgggt tcgggcgcct atgcaaactt tgaatcgggt 1020 acggatggat ggtccgccag caacgtcgta tccggaccat cttcctcagc cgattggagc 1080 tcgaaggata caagatcgct gaagtcgacg attaacatgt ccagcggcag cgggcattac 1140 atgttcaaga gcggaaacgc agatttcacc ggctacaacc agcttagagc aacagtaaag 1200 ggcgctaatt ctggtaatta cggctccgga ttaggcgtga agctgtatgt gaaatatggc 1260 aacaactatg cctgggcaga cagcggctgg aagacaatca gcgccggcgg ccaaaccgat 1320 ctgaccttga atttatccgg cgtagacaag gccaatatta aggaatatgg cgttcaattc 1380 atcggcgcaa gcaatgcgtc cggccaaacc tccgtatatg tggataacgt atatttgtgg 1440 aattaa 1446

Claims (11)

서열번호 1의 아미노산 서열 또는 서열번호 1의 아미노산 서열과 90% 이상 상동성을 가지는 아미노산 서열 중 어느 하나를 포함하는 자일라나제.1 or an amino acid sequence having 90% or more homology with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1. 제 1항에 있어서, 상기 자일라나제는 pH 5.5-6.5에서 최대 활성을 나타내는 것을 특징으로 하는 자일라나제.2. The xylanase according to claim 1, wherein the xylanase exhibits maximum activity at pH 5.5-6.5. 제 1항에 있어서, 상기 자일라나제는 베타-자일로시다제 활성을 함유하고 있는 것을 특징으로 하는 자일라나제.2. The xylanase according to claim 1, wherein the xylanase contains beta-xylocidase activity. 제 1항의 자일라나제를 코딩하는 폴리뉴클레오티드.A polynucleotide encoding the xylanase of claim 1. 제 4항에 있어서, 서열번호 2의 뉴클레오티드 서열 또는 서열번호 2의 뉴클레오티드 서열과 90% 이상의 상동성을 가지는 뉴클레오티드 서열 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 자일라나제를 코딩하는 폴리뉴클레오티드.5. The polynucleotide encoding a polynucleotide according to claim 4, which comprises a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or a nucleotide sequence having 90% or more homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2. 제 4항에 있어서, 상기 서열번호 2의 뉴클레오티드 서열 또는 서열번호 2의 뉴클레오티드 서열과 90% 이상의 상동성을 가지는 뉴클레오티드 서열 중 어느 하나와 상보적인 서열을 포함하는 자일라나제를 코딩하는 폴리뉴클레오티드.5. The polynucleotide of claim 4, which comprises a nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2 or a sequence complementary to any one of nucleotide sequences having 90% or more homology with the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 2. 제 4항 내지 6항의 폴리뉴클레오티드를 포함하는 재조합 벡터.A recombinant vector comprising the polynucleotide of any one of claims 4 to 6. 제 7항의 재조합 벡터가 도입된 형질전환체.A transformant into which the recombinant vector of claim 7 has been introduced. 제 1항의 자일라나제를 포함하는 사료 첨가제.A feed additive comprising the xylanase of claim 1. 제 9항에 있어서, 사료원료가 소맥인 것을 특징으로 하는 사료 첨가제.The feed additive of claim 9, wherein the feed material is wheat. 제 1항의 자일라나제 또는 제 8항의 형질 전환체를 이용하여 바이오 에너지를 생산하는 방법.
A method for producing bioenergy using the xylanase of claim 1 or the transformant of claim 8.
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