人们为了解决单胃动物不能利用植物中植酸磷的问题而寻找并发现了植酸酶。对这种应用性很强的酶所进行的基因工程研究紧紧围绕着工业化应用这一中心目标。不同类的基因工程植酸酶在养殖业中的应用，有三种可能的途径。第一：通过植物基因工程改造饲料用作物，直接在植物的籽实中表达合适的植酸酶。第二：利用现代转基因动物技术，使植酸酶基因在单胃动物消化道内表达，使单胃动物自身具备消化吸收植酸及其盐类的能力。第三：微生物发酵生产植酸酶，加工后产品作为饲料添加剂预混在配合饲料中。
第一种策略的出发点如下：植酸酶作用的底物—植酸磷存在于植物性饲料，如玉米、大豆等作物的种子中。如果种子内中含有足量的植酸酶，能在动物的肠胃道内释放出来并降解饲料中植酸磷，将省去了植酸酶的生产及其在饲料中的添加；这无疑是植酸酶应用的有效方法。Li J等于1997年在大豆(Glycine max)的籽实中成功表达来自黑曲霉的植酸酶，并且其酶学性质与出发菌株所产的相同；Denbow D M等于1998年进行了该转基因大豆的饲喂实验，结果表明与添加商品化植酸酶相比，转化有植酸酶的转基因大豆同样可以提升家禽对植酸磷的利用率。但是由于植物籽实作为配合饲料的原料经过饲料生产的全过程，因此其中所包含的植酸酶必须经历高温制粒的过程。如果所含植酸酶耐热性不强，则将在此过程中损失绝大多数酶活；这也是无法利用植物籽实自身所产6-植酸酶的原因之一。Lucca P等于2001年在水稻(Phaseolus vulgaris)胚乳细胞的细胞壁中成功表达了Afp；其所表现的表观酶活为水稻中本底植酸酶活的130倍。将该转基因水稻籽实加热20分钟后，残余植酸酶活59%；而普通水稻在同样条件下处理仅残余植酸酶活8%。虽然植酸酶的植物基因工程有所进展，但目前尚处于基础研究阶段。同时由于各地用作动物饲料的作物种类甚或品种往往不同，很难仅仅为了提高家畜家禽的植酸磷利用率而大规模弃用原来的优势品种。因此短期内第一种策略难以迅速推广。
第二种策略是解决单胃动物无法直接利用植酸磷的最彻底方法，既使其自身能够产生足够的内源植酸酶，无须外部添加。Serguei P等于2001年将Ecp编码基因appA[71]转化入小鼠中。腮腺分泌蛋白启动子启动该外源基因表达后，一大小为55kDa的活性植酸酶蛋白通过唾液腺分泌入唾液中。转植酸酶基因小鼠的粪便中磷的含量与阴性对照相比降低了11%，该动物模型揭示可以通过将植酸酶基因转入单胃动物体内，从而提升饲料中植酸磷的利用率。Golovan SP等于2001年将植酸酶基因转入猪内。这种转基因猪可以分泌含有植酸酶的唾液以分解食物中的植酸磷，它排出的粪便中含磷量与对照相比降低了75%。这方面的研究起步较晚，主要是由于技术因素的限制。另外转基因动物技术是今几年才取得突破的新兴生物技术，仍有许多问题有待解决，其中最主要的是转基因过程对动物体的损伤，及如何避免等问题。养殖业对动物品种的质量要求很高，上述问题如不能解决，则转基因动物不可能真正大规模普及。最后由于繁殖能力的限制，动物改良品种的普及比植物更为漫长。因此第二种策略短期内也无法推广。
第三种策略对使用者来说最为简单易行，但对植酸酶的生产者提出了很高的要求。要解决的第一个问题就是生产成本的问题；天然菌株生产植酸酶的能力十分低下，远远不能满足饲料成本控制的需要。在微生物体内，植酸酶并非持家基因。自然环境中，微生物在缺乏其他磷源的情况下，为了利用植酸磷而产生植酸酶。因此微生物生长环境中丰富存在的磷将通过抑制植酸酶启动子活性来抑制微生物体内植酸酶的合成。早在1969年Shieh T R等就观察到无机磷酸能够抑制黑曲霉细胞内酸性磷酸酶的合成。但同时磷又是生物体生长所必需的元素，它在周围环境中浓度的降低会抑制菌体本身的生长。这个矛盾就是天然菌株产植酸酶水平较低的原因所在。野生型黑曲霉NRRL3135菌株产植酸酶的最高水平为6.8 U/ml（为方便起见，本文统一采用国际酶活单位描述植酸酶活性，1U定义为1min内水解植酸产生1umol磷酸所需要的酶量）。1984年国际矿物与化学品研究会成立的植酸酶研究小组开始认识到，必须在基因结构中导入强启动子，使基因得到高效表达。因此采用现代基因工程技术大幅提高生产植酸酶的能力是最为直接的方法。
在真核微生物中高效表达真菌植酸酶基因是目前从第三种策略出发的植酸酶基因工程研究的热点。真菌植酸酶是最早商品化的植酸酶，也是最早开始基因工程研究的植酸酶。1993年Piddington等将产植酸酶的黑曲霉ALK0243菌株通过紫外诱变获得植酸酶表达量较高的突变株ALK02268（植酸酶的分泌量为0.045 U/ml )。以该菌株为受体，将同样来源于黑曲霉ALK0243的植酸酶基因 phyA导入后发现，阳性克隆子中植酸酶的表达量达到0.329 U/ml，比受体菌提高了7.3倍。同年VanHartingsveldt等将来源于黑曲霉NRRL3135菌株的phyA基因导回原菌株，使phyA基因的拷贝数增加到15个以上，从而使植酸酶的表达量提高到7.6 U/ml。Moore E等在米曲霉（A.oryzae)中表达来源于酵母(Saccharomyces cerevisiae)的植酸酶基因，也使表达量提高到 0.84 U/ml。上述研究获得的表达水平还很低，但却证实了利用基因工程手段来提高植酸酶的生产效率这一途径的有效性。1995年Goreomd等取得突破性进展，他们将黑曲霉NRRL3135菌株植酸酶基因phyA置于来源于黑曲霉CBS 513.88菌株的淀粉葡萄糖苷酶 (glucoamylase，AG)启动子之下；并分别采用8个氨基残基长度的AG信号肽序列、24个氨基残基长度的AG信号肽序列及植酸酶原来的信号肽序列构建3种重组表达质粒，并转化入AG 产生菌黑曲霉CBS 513.88菌株中。由于去除了原植酸酶启动子受磷酸抑制这一限制因素，在高密度发酵条件下，三种基因工程菌株的最高表达量分别为110、50、270 U/ml。其中采用植酸酶原来信号肽序列的菌株，其发酵后培养基中外源植酸酶蛋白的含量最高，并已于1996年投入实际生产。Mayer等于1999年在汉逊多形酵母（Hansenula polymorph）中高效表达植酸酶则是另一个成功的例子。重组酵母菌的基因组中共包含120个以FMD（formate dehydrogenase）启动子启动的外源基因拷贝。在以葡萄糖为碳源的高密度发酵条件下，发酵160小时后培养基中外源白含量高达13.49g/l，其中植酸酶蛋白占97%以上。迄今未报道有其他系统表达植酸酶可以到达这个水平，这也是酵母表达系统迄今最高的表达记录[ ]。我国科学工作者姚斌等在毕赤酵母（Pichia pastoris）中高效表达了来自黑曲霉963菌株的植酸酶。为了提高异源基因在P. pastoris中的表达量，原基因中编码精氨酸的密码子CGG与CAG，被替换为同义的P. pastoris偏爱密码子AGA。修改后基因与原来的编码基因相比，在P. pastoris中的表达量提高了37倍，达到150 U/ml；重组酵母经高密度发酵后，植酸酶的表达量达到500 U/ml以上，比原植酸酶产生菌的表达量高约3000倍。
从第三种策略出发，真菌植酸酶在其他表达系统中也获得了一定的进展。Verwoerd TC等在烟草(Nicotiana tabacum) 叶片的细胞外液中成功表达来自黑曲霉ALK0243菌株的phyA基因。五星期后，烟草叶片中积累的植酸酶蛋白占可溶性蛋白的14.4% 。 原核微生物植酸酶的基因工程研究主要集中在枯草芽孢杆菌植酸酶与Ecp上。2001年我国科学工作者姚斌等，将枯草芽孢杆菌植酸酶去处信号肽序列后的编码基因nphy转入E. coli中后成功表达了有活性的中性植酸酶。SDS-PAGE结果显示外源蛋白占E.coli细胞内可溶性蛋白的40%。Golovan S等于2000年将Ecp编码基因appA置于T7启动子后，导回E.coli中表达，得到600 U/ml的表达量。此外使用P. pastoris系统表达Ecp也有报道。
参考文献略
