新疆盐湖GH10家族嗜热耐碱耐盐木聚糖酶XynAES的鉴定及其工业应用潜力

　　本研究从新疆艾丁湖沉积物宏基因组中鉴定出一种新型GH10家族木聚糖酶基因xynaes，通过异源表达获得重组酶XynAES。该酶在pH 8.0和65°C条件下活性最佳，在pH 6.0-9.0缓冲液中12小时保持80%以上活性，1 mM Mg2+ /Zn2+ 可提升活性至132%-135%，且在0-3.0 M NaCl中维持60%相对活性。其独特的水解产物（木二糖和木四糖）及对预处理麦麸的高效降解能力，为饲料、烘焙食品、造纸和益生元生产提供了新型生物催化剂。

　　

在追求可持续发展的今天，如何高效利用地球上最丰富的可再生资源——植物细胞壁中的半纤维素（hemicellulose），成为生物技术领域的重要课题。作为半纤维素的主要成分，木聚糖（xylan）是由β-1,4-糖苷键连接的木糖（xylose）构成的复杂多糖，其自然降解速度缓慢，亟需高效生物催化工具。传统木聚糖酶（xylanase）在工业应用中常面临高温、高碱或高盐环境的挑战，而极端环境微生物资源开发又受限于培养难度。

针对这一瓶颈，来自云南的研究团队通过对新疆艾丁湖（中国极端盐湖环境代表）沉积物进行宏基因组（metagenomics）挖掘，发现了一种具有多重极端耐受性的新型木聚糖酶XynAES。该酶属于糖苷水解酶（GH）10家族，其基因序列与已知同源酶最高相似度仅65%，展现出显著的新颖性。研究通过PCR克隆、大肠杆菌（Escherichia coli）异源表达和镍柱（Ni-NTA）纯化获得重组酶，系统评估了其生化特性。

关键技术方法

1. 宏基因组测序：采用HiSeq 2500平台对艾丁湖沉积物DNA进行测序，通过Velvet软件组装获得32.7万条基因片段
2. 基因克隆与表达：从宏基因组数据筛选xynaes基因，经PCR扩增后构建至表达载体，转化E. coli DH5α实现异源表达
3. 酶学表征：以桦木木聚糖为底物，测定最适pH/温度、金属离子效应、盐耐受性及动力学参数（K_m
   /V_max
   ）

研究结果
Metagenomic sequencing and sequence analysis of XynAES
宏基因组数据分析揭示xynaes基因（GenBank PQ856055）含1095 bp开放阅读框，编码364个氨基酸。三级结构预测显示其具有GH10家族典型(β/α)₈
桶状折叠，但催化域关键位点存在独特突变，可能与其特殊耐受性相关。

Enzymatic properties
XynAES在pH 8.0和65°C时活性最高，120分钟半衰期（T_1/2
）证明其优异热稳定性。值得注意的是，在pH 6.0-9.0宽范围内12小时仍保留80%活性，1 mM Mg²⁺
/Zn²⁺
分别提升活性至132%和135%，3.0 M NaCl中维持60%以上活性。酶动力学分析显示其K_m
为3.23 mg/mL，V_max
达72.46 μmol/min/mg，表明高效底物亲和力。

Substrate specificity
不同于常见木聚糖酶主要产生木糖（xylose），XynAES水解产物以木二糖（xylobiose）和木四糖（xylotetraose）为主，这种低聚糖特征使其在益生元生产中具有独特优势。对碱预处理麦麸的强降解能力（相对活性>90%）则突显其在饲料工业的应用价值。

结论与意义
该研究首次报道了源自新疆极端环境的GH10家族木聚糖酶XynAES，其集嗜热性（thermophilic）、耐碱性（alkali-tolerant）和盐耐受性（salt-resistant）于一体，突破了现有工业酶的应用局限。特别值得关注的是，其特殊的产物谱（低聚木糖为主）为功能性食品添加剂开发提供了新选择，而对高盐环境的适应性使其在海水基生物加工系统中具有潜在优势。

作者团队（Peng Sang、Yi-Rui Yin等）在讨论中指出，XynAES的耐盐机制可能与其表面酸性氨基酸富集有关，这为后续酶分子改造提供了方向。研究成果发表于《Enzyme and Microbial Technology》，为极端环境酶资源开发提供了范例，也为实现"双碳"目标下的生物质高效转化贡献了新工具。