きのこゲノム情報を利用した易分解性バイオマスの作出

• Project/Area Number: 13J01143
• Research Category: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 国内
• Research Field: 木質科学
• Research Institution: Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 堀 千明 北海道大学, 農学(系)研究科(研究院), 特別研究員(PD)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,320,000 (Direct Cost: ¥3,600,000、Indirect Cost: ¥720,000); Fiscal Year 2015: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2014: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000); Fiscal Year 2013: ¥1,200,000 (Direct Cost: ¥1,200,000)
• Keywords: 植物 / 腐朽菌 / ポプラ / 樹木 / 細胞壁 / バイオマス / 担子菌 / きのこ / 木材腐朽菌

Outline of Annual Research Achievements

本研究では、担子菌分解機構に関わる酵素群を植物改変のための遺伝子材料として利用することで、易分解性バイオマス生産植物の作出を目指す。植物細胞壁の分解性において重要なファクターになるキシランの構造を変化させるために、木粉培地で担子菌が多く生産したキシラン分解酵素を選択した。昨年度までに組換えポプラの細胞壁解析について終了していたため、本年度では得られた組換えポプラの細胞壁形成に与える影響について二次壁形成に関わる遺伝子の転写産物量の変化を測定することにより詳細な分子メカニズムを明らかにする予定であった。そこで、3種の変異株についてマイクロアレイ解析を行った。GH10の変異株においては２倍以上増加した遺伝子群についてGO解析をしたところ、細胞壁形成関連遺伝子群に変化がみられた。そこで、細胞壁形成関連遺伝子を抽出し、詳細な遺伝子発現変化を解析した。その結果、野生株と比較してリグニン合成に関わるいくつかのLaccase遺伝子の発現量が増加しており、これらが変異体の細胞壁形成の変化に関わっている可能性が考えられた。これら研究を通し、菌類由来のキシラン分解酵素を導入したポプラでは、単純にキシランが分解されたポプラが出来上がるのではなく、そのような変化をポプラは感知し細胞壁形成を分子レベルで変化させることを明らかにした。本研究の本来の目的である易分解性ポプラの作出には成功しなかったが、細胞壁構造を遺伝子工学的手法を用いて変化させる上で重要な知見が得られたと考えている。

Research Progress Status

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

27年度が最終年度であるため、記入しない。

Research Products

• [Journal Article] Prospects for Bioprocess Development Based on Recent genome Advances in Lignocellulose Degrading Basidiomycetes. (2016)
  • Author(s): Chiaki Hori and Daniel Cullen
  • Journal Title: Gene expression systems of fungi: applications and advancements Volume: 6 Pages: 161-181
  • DOI: 10.1007/978-3-319-27951-0_6
  • ISBN: 9783319279497, 9783319279510
• [Journal Article] Physical interaction between SnRK2 and PP2C is conserved in <i>Populus trichocarpa</i> (2015)
  • Author(s): Song X, Demura, T.他
  • Journal Title: Plant Biotechnology Volume: 32 Issue: 4 Pages: 337-341
  • DOI: 10.5511/plantbiotechnology.15.0813b
  • NAID: 130005115901
  • ISSN: 1342-4580, 1347-6114
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] 白色および褐色腐朽菌のゲノム・ポストゲノム解析から木材の腐朽メカニズムを理解する (2014)
  • Author(s): 堀 千明，五十嵐 圭日子，鮫島 正浩
  • Journal Title: 木材保存 Volume: 40 Pages: 152-161
  • NAID: 130004688375
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Analysis of the Phlebiopsis gigantea genome, transcriptome and secretome gives insight into its pioneer colonization strategies of wood (2014)
  • Author(s): Hori C, et al.
  • Journal Title: PLoS Genetics Volume: 10 Issue: 12 Pages: e1004759-e1004759
  • DOI: 10.1371/journal.pgen.1004759
  • Peer Reviewed / Open Access / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Temporal alterations in secretome of selective ligninolytic fungi Ceriporiopsis subvermispora during growth on aspen wood reveal its strategy of degrading lignoce llulose (2014)
  • Author(s): Hori C, Gaskell J, Igarashi K, Kersten P, Mozuch M, Samejima M, Cullen D
  • Journal Title: Applied and Environmental microbiology Volume: (In press) Pages: 1412-27
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Genome-wide analysis of eleven white- and brown-rot Polyporales provides insight into mechanisms of wood decay (2013)
  • Author(s): Hori C, Gaskell J, Igarashi K, Samejima M, Hibbett D, Henrissat B, Cullen D.
  • Journal Title: Mycologia Volume: 105(6) Issue: 6 Pages: 1412-27
  • DOI: 10.3852/13-072
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 担子菌由来キシラナーゼの恒常発現による 組換えポプラ細胞壁形成への影響 (2016)
  • Author(s): 堀千明、西窪伸之、五十嵐圭日子、モーチマージェニー、于翔、大谷美沙都、出村拓
  • Organizer: 第66回 日本木材学会
  • Place of Presentation: 愛知県名古屋市 名古屋大学
  • Year and Date: 2016-03-27
• [Presentation] 木材腐朽菌の比較オミクス解析から針葉樹分解メカニズムにせまる (2015)
  • Author(s): 堀千明、石田卓也、五十嵐圭日子、鮫島正浩、Jill Gaskel, Dan Cullen
  • Organizer: 日本生化学会北海道支部 第52回支部例会
  • Place of Presentation: 北海道札幌市 北海道大学
  • Year and Date: 2015-07-17
• [Presentation] 木材腐朽菌のゲノム・ポストゲノム解析から植物の分解メカニズムを理解する (2015)
  • Author(s): 堀千明
  • Organizer: 第9回 生物間ネットワークセミナー
  • Place of Presentation: 北海道札幌市 北海道大学
  • Year and Date: 2015-06-09
  • Invited
• [Presentation] 菌類由来キシラン分解酵素遺伝子を導入した形質転換ポプラの解析 (2015)
  • Author(s): 堀千明、大谷美沙都、Jennifer Mourtimer,Xiang Yu;横山隆亮, 西谷和彦, 五十嵐圭日子, 出村拓
  • Organizer: 日本植物生理学会
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-03-16 – 2015-03-18
• [Presentation] Analysis of the Phlebiopsis gigantea genome, transcriptome and secretome gives insight into its pioneer colonization strategies of wood (2015)
  • Author(s): Chiaki Hori
  • Organizer: International Association of Wood Products Societies (IAWPS) International Conference 2015
  • Place of Presentation: 東京
  • Year and Date: 2015-03-15 – 2015-03-17
• [Presentation] 菌類由来キシラン分解酵素遺伝子を導入した形質転換ポプラの解析 (2014)
  • Author(s): 堀千明、大谷美沙都、Jennifer Mourtimer,Xiang Yu;横山隆亮, 西谷和彦, 五十嵐圭日子, 出村拓
  • Organizer: 第8回 細胞壁ネットワーク研究会
  • Place of Presentation: 熊本
  • Year and Date: 2014-09-24 – 2014-09-26
• [Presentation] Transgenic poplar with exogenous xylan-degrading enzymes from wood decay fungus Phanerochaete chrysosporium (2014)
  • Author(s): Chiaki Hori, et al.
  • Organizer: 5th International Conference on Plant Cell Wall Biology
  • Place of Presentation: ケアンズ、オーストラリア
  • Year and Date: 2014-07-27 – 2014-07-31
• [Presentation] 担子菌が木材分解過程において生産する糖質分解関連酵素の発現について (2014)
  • Author(s): 堀 千明
  • Organizer: 第28回 セルラーゼ研究会
  • Place of Presentation: 千葉
  • Year and Date: 2014-07-11 – 2014-07-12
  • Invited
• [Presentation] 木粉分解過程における白色腐朽菌Ceriporiopsis subvermisporaの経時プロテオーム解析 (2014)
  • Author(s): 堀千明、Jill Gaskel, 五十嵐圭日子, 鮫島正浩, Dan Cullen
  • Organizer: 日本木材学会
  • Place of Presentation: 松山、愛媛
• [Presentation] Genome-wide analysis of eleven white- and brown-rot Polyporales provides insight into mechanisms of wood decay (2013)
  • Author(s): Chiaki Hori, Kiyohiko Igarashi, Masahiro Samejima, David Hibbett, Bernard Henrissat and Dan Cullen
  • Organizer: Gordon Research Conferences, Cellulosomes, Cellulases & Other Carbohydrate Modifying Enzymes
  • Place of Presentation: Boston, USA
• [Presentation] 11種の白色および褐色腐朽Polyporalesのゲノムおよびセクレトーム解析 (2013)
  • Author(s): 堀千明, Jill Gaskel, 五十嵐圭日子, 鮫島正浩, David Hibbett, Bemard Henrissat, Dan Cullen
  • Organizer: 糸状菌分子生物学会
  • Place of Presentation: 筑波、茨城