2023年11月27日，郑州大学屈凌波教授、魏勇军副教授、张晓玲博士等与瑞典查尔姆斯理工大学Ivan Mijakovic教授、南京工业大学纪晓俊教授等合作在Biotechnology for Biofuels and Bioproduct在线发表了题为“Discovery of novel alkaline tolerant xylanases from fecal microbiota of dairy cows”的论文。

原文链接: https://doi.org/10.1186/s13068-023-02435-8

作者：张晓玲、苗琴、唐冰玲、Ivan Mijakovic、纪晓俊、屈凌波、魏勇军*

单位：郑州大学药学院、郑州大学合成生物学实验室、瑞典查尔姆斯理工大学生物与生物工程与合成生物学系、丹麦技术大学诺和诺德基金会生物可持续性研究中心、南京工业大学生物技术与制药工程学院材料化工国家重点实验室。

本研究采用宏基因组学测序技术对不同饲料喂养奶牛的粪便微生物群进行分析。结果显示：牛粪便样品中检测到的主要菌门均为厚壁菌门和拟杆菌门；在属水平上，食用益生菌发酵中药组的奶牛粪便中微生物的丰富度和多样性明显高于其他组；其中，甲烷短杆菌的丰度明显降低，有益菌阿克曼氏菌的丰度明显提高，这两种菌丰度的变化不仅有利于减少碳排放，还有利于奶牛健康，表明益生菌发酵中草药产品有利于奶牛健康。进一步的宏基因组测序结果分析表明益生菌发酵中草药喂食富集了大量的糖基水解酶基因。在此基础上，我们运用12头奶牛宏基因组数据，构建了一个包含280,000个碳水化合物活性酶基因的数据集，为挖掘多种碳水活性酶提供了物质基础。

低聚木糖（XOS）是一种有前途的益生元，可以用于食品、饲料和保健产品。木聚糖酶在水解木聚糖生成XOS中发挥着关键作用。我们从构建的碳水化合物活性酶基因数据集中挖掘到163个潜在的木聚糖酶基因；经系统发育分析和基因结构预测，我们选取了其中的34个木聚糖酶进行了表达和活性表征，发现CDW-xyl-8和CDW-xyl-16是2个具有良好温度稳定性的碱性木聚糖。CDW-xyl-8的酶活性为96.1±7.5 U/mg蛋白，最适温度为55℃，最适pH为8.0。CDW-xyl-16的酶活性为427.3±9.1 U/mg蛋白，最适温度为40℃，最适pH为8.5。计算生物学分析和结构建模表明，CDW-xyl-8是一种GH10家族木聚糖酶，而CDW-xyl-16是一种GH11家族木聚糖酶。这两种酶都能够水解山毛榉木聚糖生成XOS。本研究解析了喂养不同饲料类型奶牛的粪便菌群组成，揭示了益生菌发酵中草药有利于动物健康，富集了大量碳水化合酶活性酶基因；进一步的活性筛选发现了2个具有XOS生产潜力的新型木聚糖酶。

论文获得国家自然科学基金项目、开封市科技发展计划项目、Novo Nordisk Foundation等项目支持。河南省牧一动物药业有限公司在样品采集等方面提供了帮助。