林谦 玉林师范学院生物系 537000

乳酸细菌淀粉酶的系统发育分析

林谦 玉林师范学院生物系 537000

通过对几种乳酸细菌淀粉酶氨基酸序列进行系统发育分析，构建了系统发育树，发现除了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，亲缘关系极接近，这三个与其他乳酸细菌淀粉酶并无明显的相似性。乳酸细菌淀粉酶之间的亲缘关系并不接近，它们在酶学特性上也具有较大的差异。

乳酸细菌是一大类可产生乳酸的细菌的总称，可用于生产乳酸、胞外多糖、益生菌制剂等，在医药、化工、食品行业都有广泛的应用。目前已发现具有淀粉酶活力的乳酸细菌包括Lactobacillus plantarum[1]、Lactobacillus amylovorus[2]、Lactobacillus manihotivorans[3]、Lactobacillus gasseri[4]、Streptococcus bovis[5]等几种，在GenBank中也公布了它们的淀粉酶氨基酸序列。本文从这几个淀粉酶的氨基酸序列出发，分析它们的系统发育关系，并构建进化树。

选择的淀粉酶来自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胞外淀粉普鲁兰酶ApuA(BAF93906)、Lactobacillus gasseri ATCC 33323胞内麦芽糖淀粉酶(ZP_00047084)、Streptococcus bovis 148 胞外α-淀粉酶AmyA (BAA24177)、Streptococcus bovis 148 胞内α-淀粉酶AmyB(BAA24178)、Streptococcus bovis JB1 胞内α-淀粉酶AmyB(AAA97431)。系统发育树分析采用ClustalX 1.83与MEGA 4软件, 算法选择邻近相连法(Neighbor-joining)，Bootstrap重复次数设为1000。

构建出的系统发育树如图1所示。可见，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，亲缘关系极接近，处于同一个分支内，这与文献报道的结果一致[6]。Streptococcus bovis 148的胞外α-淀粉酶也与这三个淀粉酶具有一定的相似性，却与自己的胞内淀粉酶相距甚远，几乎没有亲缘关系。虽然Lactobacillus plantarum A6、Lactobacillus plantarum L137均为植物乳杆菌，它们的淀粉酶序列相差较大。虽然现在发现的乳酸细菌淀粉酶并不多，但它们的系统发育关系差别很大，反映在酶学性质上也具有较大的差异，如与其他乳酸细菌的淀粉酶相比，Streptococcus bovis 148的胞外α-淀粉酶对生淀粉显示出强烈的吸附与降解作用；Lactobacillus plantarum L137的淀粉普鲁兰酶ApuA与其他细菌的普鲁兰酶(Thermoanaerobacter ethanolicus 39E, Clostridium thermohydrosulfuricum DSM 3783, Bacillus stearothermophilus TS-23)显示出高度的保守性，而与其他乳酸细菌的淀粉酶并不接近。现在在GenBank中已经有多个乳酸细菌的基因被预测为淀粉酶基因，不过并未有实验证明。相信随着发现的乳酸细菌淀粉酶越来越多，应该也会发现它们具有更多的差异。

图1.乳酸细菌淀粉酶的系统发育树树枝上的数字表示Bootstrap验证中该树枝可信度的百分比。

[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.

林谦，男，1977年生，生物工程博士。

Q814

A

10.3969/j.issn.1001-8972.2010.20.096

乳杆菌；淀粉酶；系统发育