Bacillus pumilus TX703 유래 Xylanase 유전자(xynK)의 Cloning과 염기서열 분석

Abstract

Xylanase를 생산하는 내열성 Bacillus pumilus TX703의 chromosomal DNA로부터 xylanase 유전자를 cloning하여 그 염기배열 순서를 결정한 다음 이로부터 유전자 발현에 관련된 구조를 분석하였다. Xylanase 유전자의 cloning을 위해 제한효소 HindIII로 절단한 B. pumilus TX703의 chromosomal DNA와 pUC19을 ligation시켜 E. coli DH5 <TEX>$\alpha$</TEX>에 형질전환시킨 후 형질전환체 중에서 xylanase 활성을 나타내는 재조합 plasmid pXES106을 분리하였다. 재조합 plasmid pXES106은 pUC19의 HindIII 부위 내에 2.24 kb의 외래 DNA가 삽입되었고, 이 plasmid DNA를 분리하여 E. coli DH5 <TEX>$\alpha$</TEX>에 재형질전환시킨 결과 vector 내에 xylanase 유전자가 cloning되었음을 확인하였다. Cloning된 유전자의 염기배열을 분석한 결과 이 유전자의 총 크기는 2,187 bp였고 이는 409개기 아미노산을 coding 하는 open reading frame 1,227 bp를 포함하고 있었다. 이 염기배열은 ATG개시 codon으로부터 각각 193과 216 base 상류에 TTTAAT의 -10 box와 TCGAAA인 -35 box로 추정되는 염기배열이 존재하였고 -10 box로부터 7 bp하류에 전사개시점인 A가 위치하고 있었다. 또한, 개시 codon으로부터 432 bp 상류에 공통염기배열과 14개의 염기 중 11개의 염기가 일치하는 TGATGGCGTCGGCA의 catabolite responsive element (CRE)가 존재하였다. B. pumilus TX703의 xylanase와 아미노산배열의 유사성이 가장 높은 xylanase는 Hordeum vulgare의 isozyme X-I이었고 본 xylanase는 208번째와 322번째에 glutamic acid 잔기를 가지고 있어 Clostridium thermocellum, Dictyoglomus thermophilum, Thermotoga neapolitana 등에서 밝혀진 바와 같이 glutamic acid 부위가 xylanase의 활성부위라 여겨진다. A gene coding for xylanase from thermo-tolerant Bacillus pumilus TX703 was cloned into Escherichia coli DH5 <TEX>$\alpha$</TEX> using pUC19. Among 7,400 transformants, four transformants showed clear zones on the detection agar plates containing oat-spells xylan. One of them which showed highest xylanase activity was selected and its recombinant plasmid, named pXES106, was found to carry 2.24 kb insert DNA fragment. When the nucleotide sequence of the cloned xylanase gene (xynK) was determined, xynK gene was found to consist of 1,227 base-pair open reading frame coding for a polypeptide of 409 amino acids with a deduced molecular weight of 48 kDa. The coding sequence was preceded by a putative ribosome binding site, the transcription initiation signals, and cia-acting catabolite responsive element. The deduced amino acids sequence of xylanase is similar to those of the xylanases from Hordeum vulgare (barley) and Clostridium thermocellum, with 39 and 31% identical residues, respectively. The amino acids sequence of this xylanase was quite different from those of the xylanases from other Bacillus species.