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Characterization of a novel bifunctional enzyme from buffalo rumen metagenome and its effect on in vitro ruminal fermentation and microbial community composition

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Animal Nutrition 2023年第2期13卷 137-149页

作者： Zhenxiang Meng Jing Ma Zhanying Sun Chengjian Yang Jing Leng Weiyun Zhu Yanfen Cheng Laboratory of Gastrointestinal Microbiology National Center for International Research on Animal Gut NutritionNanjing Agricultural UniversityNanjing 210095China State Key Laboratory of Grassland Agro-Ecosystems Center for Grassland MicrobiomeCollege of Pastoral Agriculture Science and TechnologyLanzhou UniversityLanzhou 730000China Buffalo Research Institute Chinese Academy of AgriculturalNanning 530000China Key Laboratory of Animal Nutrition and Feed Science of Yunnan Province Yunnan Agricultural UniversityKunming 650000China

To efficiently use lignocellulosic materials in ruminants,it is crucial to explore effective enzymes,especially bifunctional enzymes.In this study,a novel stable bifunctional cellulase-xylanase protein from buffalo rumen metagenome was expressed and characterized,CelXyn2.The enzyme displayed optimal activity at pH 6.0 and 45℃.The residual endoglucanase and xylanase activities were 90.6%and 86.4%after a 60-min pre-incubation at 55℃.Hydrolysis of rice straw,wheat straw,sheepgrass and sugar beet pulp by CelXyn2 showed its ability to degrade both cellulose and hemicellulose polymers.Treatment with CelXyn2 improved the hydrolysis of agricultural residues with an evident increase in production of total gas,lactate and volatile fatty acids.The results of 16S rRNA and real-time PCR showed that the effect on in vitro ruminal microbial community depended on fermenta-tion substrates.This study demonstrated that CelXyn2 could strengthen lignocellulose hydrolysis and in vitro ruminal fermentation.These characteristics of CelXyn2 distinguish it as a promising candidate for agricultural application.

关键词： Bifunctional enzyme In vitro ruminal fermentation Lignocellulose microbial communit

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