有用形質を安定保持できる高機能実用酵母の効率的育種法の開発

• Project/Area Number: 17K07715
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Research Field: Applied microbiology
• Research Institution: University of Yamanashi
• Principal Investigator: 中川 洋史 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (30362081)
• Project Period (FY): 2017-04-01 – 2025-03-31
• Project Status: Granted (Fiscal Year 2023)
• Budget Amount: ¥4,940,000 (Direct Cost: ¥3,800,000、Indirect Cost: ¥1,140,000); Fiscal Year 2021: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2020: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2019: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000); Fiscal Year 2018: ¥1,170,000 (Direct Cost: ¥900,000、Indirect Cost: ¥270,000); Fiscal Year 2017: ¥650,000 (Direct Cost: ¥500,000、Indirect Cost: ¥150,000)
• Keywords: 酵母 / 過酸化水素 / 変異株 / マルチストレス耐性 / 変異遺伝子 / セルフクローニング / 次世代シーケンス技術 / 遺伝学 / 育種

Outline of Annual Research Achievements

本研究は、遺伝子操作技術を全く使用すること無く、有用形質を安定保持できる高機能実用酵母株を効率的に育種する方法を開発することを目的としている。本年度は、大別して下記の5件の研究成果を挙げた。
１．当研究室において実用酵母株のモデルとして遺伝学的解析の容易な実験室酵母株を用いて明らかにした１つのマルチストレス耐性変異の候補について、変異が生じた遺伝子の実用パン酵母株におけるホモ破壊株をセルフクローニングにより構築することに成功した。さらに、構築したホモ破壊株がマルチストレス耐性を有し、ストレス条件下における製パン試験において野生型株よりも良好な発酵力を示すことが示唆された。
２．当研究室において実験室酵母株で明らかにした１つの新規なマルチストレス耐性変異について、当該変異による実験室酵母二倍体株におけるホモ置換株が、野生型株と比較してストレス条件下において良好な発酵力を示すことが示唆された。また、関連した成果について国内学会にて学会発表を行った。
３．当研究室において実験室酵母株から同定した上記とは異なる1つの新規なマルチストレス耐性変異について、単コピー型ベクターで導入することで様々な実用パン酵母株にマルチストレス耐性を付与できることが示唆され、得られた成果について国内学会にて学会発表を行った。
４．実用パン酵母株から改良型の致死的濃度過酸化水素法により取得されたストレス耐性変異株について、ストレス耐性をさらに向上し形質を安定化するための実験を実施し、有用と考えられる知見を得た。
５．実用パン酵母株から自然発生型のマルチストレス耐性変異株を取得するための新規な手法を開発するための実験を実施し、有用と考えられる知見を得た。

Current Status of Research Progress

3: Progress in research has been slightly delayed.

Reason

当研究室において明らかにした１つのマルチストレス耐性変異の候補について、変異が生じた遺伝子の実用パン酵母株におけるホモ破壊株のセルフクローニングによる構築および表現型の解析や、当研究室において実験室酵母株から同定した新規なマルチストレス耐性変異を様々な実用パン酵母株に単コピー型ベクターで導入した株の表現型の解析等により、実用酵母から致死的濃度過酸化水素法等により取得されるマルチストレス耐性変異株の原因変異遺伝子を同定する際に役立つ重要な知見を得ることに成功した。さらに、実用酵母株から改良型の致死的濃度過酸化水素法により取得されたストレス耐性変異株のストレス耐性をさらに向上し形質を安定化するために役立つと考えられる知見や、実用酵母株から自然発生型のマルチストレス耐性変異株を取得するための新規な手法を開発するために役立つと考えられる知見を得ることができた。しかし、有用形質を安定保持できる高機能実用酵母の効率的育種法の開発には至っていないため。

Strategy for Future Research Activity

当研究室において実験室酵母株で明らかにした新規なマルチストレス耐性変異について、実用パン酵母株において当該変異を導入した株や変異が生じた遺伝子の破壊株の構築と表現型の解析を進める。さらに、上記と並行して実用パン酵母株から改良型の致死的濃度過酸化水素法等により取得されたストレス耐性変異株のストレス耐性をさらに向上し形質を安定化するための実験を行い、得られたストレス耐性向上株の変異遺伝子の解析等を実施する。以上により、有用形質を安定保持できる高機能実用酵母の効率的育種法の開発を行う。

Research Products

• [Journal Article] Identification of CDC25-P1306L, a novel mutant allele of CDC25, conferring tolerance to multiple stresses associated with food production on Saccharomyces cerevisiae (2019)
  • Author(s): Youji Nakagawa, Risa Fujita, Hideki Yamamura, Masayuki Hayakawa
  • Journal Title: Biotechnology & Biotechnological Equipment Volume: 印刷中 Issue: 1 Pages: 162-169
  • DOI: 10.1080/13102818.2018.1559094
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] 出芽酵母における新規RAS1遺伝子変異の同定と実用酵母における有用性の検討 (2023)
  • Author(s): 山岸 まなみ、小林 日花梨、小久保 晋、早川 正幸、山村 英樹、中川 洋史
  • Organizer: 第75回日本生物工学会大会
• [Presentation] 出芽酵母にマルチストレス耐性を付与する新規遺伝子変異の同定および有用性の検討 (2023)
  • Author(s): 荻根 千博、田中 桃未、小久保 晋、早川 正幸、山村 英樹、中川 洋史
  • Organizer: 第75回日本生物工学会大会
• [Presentation] 出芽酵母に高糖濃度耐性を付与する新規変異遺伝子の有用性の検討 (2021)
  • Author(s): 馬倉 朋奈、塩入 壮馬、小久保 晋、早川 正幸、山村 英樹、中川 洋史
  • Organizer: 第73回日本生物工学会大会
• [Presentation] 実用パン酵母における過酸化水素耐性変異株の特性およびゲノム変異解析 (2021)
  • Author(s): 露木 七菜子、小久保 晋、早川 正幸、山村 英樹、中川 洋史
  • Organizer: 第73回日本生物工学会大会
• [Presentation] 出芽酵母における自然発生型の新規マルチストレス耐性変異株の分離と解析 (2019)
  • Author(s): 田中 桃未、中川 洋史、小林 日花梨、小久保 晋、山村 英樹、早川 正幸
  • Organizer: 第71回日本生物工学会大会
• [Presentation] 出芽酵母におけるマルチストレス耐性優性変異株の分離と解析 (2018)
  • Author(s): 小林 日花梨、中川 洋史、山村 英樹、早川 正幸
  • Organizer: 第70回日本生物工学会大会