在自然界木聚糖是仅次于纤维素的第二大丰富的多聚糖。木聚糖的结构非常复杂，其主链是D-吡喃木糖通过β-1,4糖苷键连接形成，侧链上还连接有阿拉伯糖、葡萄糖醛酸、阿魏酸酯基、乙酰基等不同的取代基，因此，木聚糖的完全降解需要多个酶的共同作用才能完成。其中，木聚糖酶作为主酶以内切的方式作用于木聚糖的主链，阿拉伯呋喃糖苷酶则是侧链降解酶，并对主链的降解起到重要的促进作用。本论文以已报道的来源于Paenibacillus sp. E18的一个同时具有木聚糖酶和葡聚糖酶活性的单结构域双功能木聚糖酶XynBE18为材料，针对其独特的催化机制及其与两个阿拉伯呋喃糖苷酶的协同作用进行初步研究，从而为木聚糖的充分降解和有效利用提供科学依据。基于序列比对，来源于Anoxybacillus sp. E2的第10家族木聚糖酶XynE2（该酶只有木聚糖酶活性而无葡聚糖酶活性）与XynBE18的序列一致性为63%，从而被选为模板用于杂合分子构建，以研究XynBE18底物特异性的机制。利用SCHEMA软件计算分析，分别将XynE2和XynBE18分为4段和3段，通过PCR扩增、质粒重组、异源表达等过程产生出5个正突变体（E2-1、E2-2、E2-3、E2-3A、E2-3B）和3个负突变体（Ne-E2-1、Ne-E2-2、Ne-E2-3）。对野生型及突变体的底物特异性比较分析表明正突变体E2-1、E2-3、E2-3A、E2-3B的葡聚糖酶活性有明显提高，分别占木聚糖酶活性的16%、36%、35%、30%。负突变体Ne-E2-1、Ne-E2-2的葡聚糖酶活性也有提高，占木聚糖酶活性的25%、37%。E2-2与Ne-E2-3没有葡聚糖酶活性。结果表明与XynBE18底物特异性有重要相关的氨基酸位点位于其N–端和C–端，尤其是C–端的174个氨基酸中，这将有利于后期实验中关键氨基酸的确定。在已知木聚糖相关酶基因簇（xynBE18，酯酶基因axeE18和α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶基因abf43A）的基础上，通过TAIL-PCR的方法从该基因簇上游扩增得到了一个长3.7kb的核苷酸序列，包括一个糖苷水解酶43家族的α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶的编码基因（abf43B）、一个假定的转录调节子编码基因和一个假定的依赖蛋白转运系统内膜元件。本研究对abf43A和abf43B基因进行了序列分析，构建了原核表达载体，在大肠杆菌BL21（DE3）中进行诱导表达、纯化及性质测定。α-L-阿拉伯呋喃糖苷酶编码基因abf43B全长1821bp，翻译的氨基酸序列与已发表的蛋白序列一致性最高为63%。虽然Abf43A和Abf43B位于同一基因簇，只相隔17bp，并且同属于43家族，但是二者之间的相似性只有37%。重组酶Abf43A和Abf43B具有相似的最适反应pH（5.0–6.0）和最适反应温度（40–45℃），在pH3.0–8.0有很好的稳定性。在40℃处理1h后Abf43A仍能保持100%的活性，而Abf43B只剩余50%的活性。Abf43A和Abf43B的底物特异性也存在很大的差异。Abf43A不仅是一个阿拉伯呋喃糖苷酶/木糖苷酶双功能酶，同时，它还能水解小麦阿拉伯木聚糖和甜菜阿拉伯聚糖侧链上的阿拉伯糖。Abf43B只能水解人工合成底物4-硝基苯基-α-L-阿拉伯呋喃糖苷。本论文就上述两个阿拉伯呋喃糖苷酶（Abf43A和Abf43B）与XynBE18针对不同底物的协同作用也进行了初步研究。通过DNS和HPLC方法对不同底物经不同酶处理的总还原量和单糖进行了分析比较。结果表明Abf43A和Abf43B单独作用于燕麦、桦木和榉木木聚糖时没有寡糖的生成，当二者与XynBE18同时反应或以“先阿拉伯呋喃糖苷酶，后木聚糖酶”的连续反应时观察到显著的协同效果。当底物为小麦阿拉伯木聚糖时，Abf43A单独作用时能生成阿拉伯糖，与XynBE18同时作用或连续作用所生成的还原糖量都比二者单独作用时有明显增加，而Abf43B在该底物的协同反应中没有作出贡献。产物分析结果表明，在所有的协同作用中，木二糖增幅最大。本论文初步探索了单结构域双功能木聚糖酶的底物催化机理，确定了与葡聚糖底物结合有关的关键区域，为后期关键氨基酸位点的确定和今后木聚糖酶的分子改造提供了理论基础。同时开展了木聚糖降解酶系之间协同作用的研究，加深了对木聚糖完全降解的认识，为今后饲料及食品行业中原料酶处理过程的优化提供了很好的参考依据。