广西热作所在中科院二区SCI期刊连续发表功能糖生物合成的研究论文

近日，广西亚热带作物研究所联合广西民族大学、广西农业科学院农产品加工研究所在国际SCI期刊foods（中科院2区，IF=5.1）分别在线发表了2篇题为“Application of Enzyme Engineering and Synthetic Biology for Modulated Transformation of Fructooligosaccharides (FOSs) to Elucidate the Catalytic Mechanism of Fructofuranosidases”和“Dual-Enzyme Co-Catalysis Strategy for Fructooligosaccharides (FOS) Biocatalytic Synthesis for Valorization of Low-Cost Byproduct Sugarcane Molasses”的研究论文，持续解析果糖基转移酶FTase理性设计及低聚果糖生物合成催化机理的研究进展。 

图1 论文1首页

图2 论文2首页

低聚果糖（Fructooligosaccharides，简称 FOS）是由 1-3个果糖基团通过 β-1,2 糖苷键与蔗糖分子中果糖基团连接而形成的一种功能性低聚糖，其具有多种良好的生理功能在全球食品市场产生了巨大的需求。低聚果糖的生产方式主要有植物提取和生物催化，其中生物催化法具有反应条件温和、环境友好等优势，利用该法生产高值化合物已处于产业新兴主导地位。项目组完成了“果糖基转移酶Ftase理性设计及低聚果糖生物合成催化机理”前期研究，采用计算机辅助的理性设计对来源黑曲霉（Aspergillus niger）的果糖基转移酶（FTase）的活性域进行了改造。突变体142P的酶活性较野生型FTase提高了22.56%，142P对FOS的转化率从0.17%提升至29.20%，其中蔗果三糖（1-Kestose）占14.92%，蔗果四糖（Nystose）占14.27%。“Application of Enzyme Engineering and Synthetic Biology for Modulated Transformation of Fructooligosaccharides (FOSs) to Elucidate the Catalytic Mechanism of Fructofuranosidases”研究针对野生型酶催化活性低的问题，成功构建了突变体酶142P-242K。该突变使FOS转化率从29.20%提升至52%。利用分子对接解析催化机制，催化结构域口袋的修饰与底物亲和力的改变是提升FOS产量的主要因素。其中，蔗果三糖（GF2）的积累归因于142P-242K环区柔韧性的增强，这有利于底物进入活性中心；然而活性中心的疏水特性及与GF2结合的强氢键作用阻碍了其向蔗果四糖（GF3）的进一步合成。本研究为酶分子改造及催化机理的解析提供借鉴。

图3 论文1图文摘要

此外，针对葡萄糖浓度影响低聚果糖生产这一重要问题，“Dual-Enzyme Co-Catalysis Strategy for Fructooligosaccharides (FOS) Biocatalytic Synthesis for Valorization of Low-Cost Byproduct Sugarcane Molasses”研究设计了一个由葡萄糖异构酶（GI）和突变体FTase（FTase142P-242K）组成的双酶共催化系统。该系统成功提高了低聚果糖的合成率提高至55.51%。最终，实现了利用低成本副产物甘蔗糖蜜高效生产低聚果糖，经优化产量提升了21.06%。本研究提出了一种新颖且可持续的高产低聚果糖合成策略，其核心在于最大程度地减少蔗糖转化过程中产生的葡萄糖的抑制作用。

图4 论文2摘要图

广西热作所重点实验室陈赶林和陈静为论文共同第一作者。研究获得广西科技计划项目、国家现代农业产业技术体系广西特色水果产业创新团队首席专家专项等项目的资助。广西农科院农产品加工研究所郑凤锦正高级工程师和广西民族大学杨立芳教授为共同通讯作者。 

热作所  陈静供稿/供图

一审一校：单    彬

二审二校：刘思朝

三审三校：覃剑峰