Molecular breeding of a novel streptomycete host for antibiotic production using genomic information to highly establish lignocellulose as a resource
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20K05810
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 38020:Applied microbiology-related
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
春日 和 秋田県立大学, 生物資源科学部, 准教授 (40315594)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2023)
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| Budget Amount *help |
¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2023: ¥390,000 (Direct Cost: ¥300,000、Indirect Cost: ¥90,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2020: ¥1,430,000 (Direct Cost: ¥1,100,000、Indirect Cost: ¥330,000)
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| Keywords | リグノセルロース / キシラナーゼ / Streptomyces属放線菌 / セルラーゼ / 抗生物質生産 / 放線菌 |
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| Outline of Research at the Start |
本研究では、リグノセルロース(LC)を有効活用して高付加価値の抗生物質を生産できる新規技術の開発をめざし、LC高度資化能を有する抗生物質生産用宿主を創出する。
そのため、[1]LC高度資化性放線菌Y2944のLC資化を担い、抗生物質生産用宿主C42のLC資化能を向上させる酵素遺伝子を分子生物学・生化学的に明らかにする(基礎研究)。さらに、[2]選抜した遺伝子群をC42に導入して、LC高資化能を示す有用な生産用宿主を育種する。そして、本宿主によるLC系バイオマスを原料とした抗生物質の高生産系を確立する (応用研究)。以上より、LCの高度資源化に寄与する新規物質生産技術を開発できると期待できる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
R5年度は、セルロース資化性の有用物質生産放線菌宿主Streptomyces thermocarboxydus C42株に，リグノセルロース高度資化放線菌Streptomyces galbus Y2944のキシラナーゼ遺伝子を導入して，C42宿主のキシラン資化能および有用物質生産能を向上させる遺伝子を特定することを目的とした。今年度は，C42，及びC42にカスガマイシン(KSM)異種生産能を付与した組換株C42/pKSM109に，Y2944由来キシラナーゼ遺伝子を導入して，キシラン分解能およびKSM生産能への遺伝子導入効果を調べた。(i) まず，C42/pKSM109へのキシラナーゼ遺伝子導入を可能にするためのキシラナーゼ遺伝子(xyn10A, xyn11A, xyn11B)発現ベクター(pKU492Aシリーズ)を構築した。(ii) これらプラスミドベクターをC42に導入して，3種のキシラナーゼ遺伝子が発現し，組換え株の培養上清においてキシラン分解活性が向上することを確認した。(iii) これらの発現プラスミドをC42/pKSM109に個々に導入してキシラナーゼ活性およびKSM生産能の向上を評価したが，これらの組換え株において培養上清中のキシラナーゼ活性やKSM生産量は向上しなかった。以上の結果より，KSM生産遺伝子群を強く強制発現させたKSM異種生産菌においては、さらにキシラナーゼ遺伝子を単独で導入してもキシランの資化能およびKSM異種生産能の向上に直接寄与しないと結論づけられた。そのため，これらの能力を向上させるためには、複雑な構造を有するキシランの分解能を向上させ，さらに分解産物の取込みやその後の糖代謝を含めてキシランの資化能を全体的に向上させる必要があると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
4: Progress in research has been delayed.
Reason
本年度の研究成果より、C42のキシラン資化能をY2944由来の外来遺伝子の導入により向上させて異種生産宿主として利用するためには、キシラナーゼ遺伝子を単独で導入させても実現しないことが明確に示された。これは、Y2944遺伝子の単独導入によりC42のセルロース資化能を向上させる試みが成功しなかった(R4年度成果)ことと同様であると結論づけた。そのため、C42のリグノセルロース(セルロースおよびキシラン)資化能を外来遺伝子導入により向上させるためには、C42が保有せずY2944が保有する分解酵素および資化関連遺伝子等を複数組み合わせて導入する必要がある。これまでにセルロースおよびキシラン資化に関連する既知遺伝子については遺伝子発現量を調べ、Y2944の優れた資化能に寄与すると推定される遺伝子を明らかにしている(R2-3年度)。以上の結果に基づいて複数遺伝子を選定して同時に導入する試みを行うべきと考えている。
また一方で、培養上清のタンパク質解析(MS/MS分析)により遺伝子レベルで未解析のタンパク質が新たに検出されている(R3年度)。このタンパク質解析はまだ精度を高めた実験が必要な状況であり、Y2944のキシラン資化能を担う因子を特定するため、再度培養条件を検討した上で分析を行いたい。
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| Strategy for Future Research Activity |
今年度の研究方針は、以下の2点である。
(1) 資化向上プラスミドの構築と導入効果の検証：C42宿主に導入すべきセルロース及びキシランの資化関連遺伝子群をそれぞれ選定し、PCR増幅したDNA断片を染色体組込型ベクターに連結して、セルロース資化向上プラスミド、及びキシラン資化向上プラスミドを構築する。これらをC42宿主及びC42/pKSM109に導入し、セルロースまたはキシランの資化能やKSMの異種生産能が向上するか検討し、C42宿主を用いたリグノセルロースからの物質生産宿主の改良のポテンシャルについて検討する。
(2) Y2944によるキシラン資化を担うタンパク質因子の解析： キシラン類を主要炭素限としたY2944の培養条件(時間と培地組成など)、及びタンパク質分析方法を再検討し、タンパク質分解の影響が少ないタンパク質試料を調製して、Y2944のセクレトームにおける主要タンパク質を明らかにする。これによりこれまで知見の少ない放線菌におけるキシラン分解の仕組みの解明を推進する。
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Report
(4 results)
Research Products
(3 results)
