Analysis and application of the mechanism for the high alcoholic fermentation performance of sake yeast

• Project/Area Number: 25850065
• Research Category: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Research Field: Applied microbiology
• Research Institution: Nara Institute of Science and Technology
• Principal Investigator: Daisuke Watanabe 奈良先端科学技術大学院大学, バイオサイエンス研究科, 助教 (30527148)
• Project Period (FY): 2013-04-01 – 2016-03-31
• Project Status: Completed (Fiscal Year 2015)
• Budget Amount: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000); Fiscal Year 2015: ¥910,000 (Direct Cost: ¥700,000、Indirect Cost: ¥210,000); Fiscal Year 2014: ¥1,950,000 (Direct Cost: ¥1,500,000、Indirect Cost: ¥450,000); Fiscal Year 2013: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
• Keywords: 清酒酵母 / アルコール発酵 / RIM15 / メタボローム / UDP-グルコース / Rim15p / グルコース脱抑制 / バイオエタノール酵母 / ビール酵母 / ワイン酵母 / 出芽酵母 / メタボローム解析 / グルコース同化 / ADR1 / バイオエタノール

Outline of Final Research Achievements

High alcoholic fermentation performance of sake yeast strains is attributed to a loss-of-function mutation in the RIM15 protein kinase gene. In this study, we examined its effects on the intracellular metabolic profile and the gene expression, and found that impairment of the synthetic pathway of UDP-glucose leads to enhanced glycolysis/alcoholic fermentation. Thus, we first discovered a sake yeast-specific high fermentation mechanism. Furthermore, dysfunction of the RIM15 gene effectively improved the fermentation rates of the other industrial yeast strains. Our finding will aid in establishing a novel breeding technology for the artificial control of alcoholic fermentation performance by yeast cells.

Research Products

• [Journal Article] Inhibitory Role of Greatwall-Like Protein Kinase Rim15p in Alcoholic Fermentation via Upregulating the UDP-Glucose Synthesis Pathway in Saccharomyces cerevisiae. (2015)
  • Author(s): Watanabe D, Zhou Y, Hirata A, Sugimoto Y, Takagi K, Akao T, Ohya Y, Takagi H, Shimoi H.
  • Journal Title: Appl Environ Microbiol. Volume: 82 Issue: 1 Pages: 340-51
  • DOI: 10.1128/aem.02977-15
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] 酵母のエタノール耐性:内と外から細胞を護る (2015)
  • Author(s): 渡辺大輔, 高木博史
  • Journal Title: 生物工学会誌 Volume: 93 Pages: 460-463
• [Journal Article] Screening of high-level 4-hydroxy-2 (or 5)-ethyl-5 (or 2)-methyl-3(2H)-furanone-producing strains from a collection of gene deletion mutants of Saccharomyces cerevisiae. (2015)
  • Author(s): K. Uehara, J. Watanabe, D. Watanabe, T. Akao, Y. Mogi, and H. Shimoi
  • Journal Title: Appl. Environ. Microbiol. Volume: 81 Issue: 1 Pages: 453-460
  • DOI: 10.1128/aem.02628-14
  • NAID: 130006743816
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Isolation and characterization of awamori yeast mutants with l-leucine accumulation that overproduce isoamyl alcohol (2015)
  • Author(s): H. Takagi, K. Hashida, D. Watanabe, R. Nasuno, M. Ohashi, T. Iha, M. Nezuo, and M. Tsukahara
  • Journal Title: J. Biosci. Bioeng. Volume: 119 Issue: 2 Pages: 140-147
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2014.06.020
  • NAID: 110009922496
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Awa1p on the Cell Surface of Sake Yeast Inhibits Biofilm Formation and the Co-Aggregation between Sake Yeasts and Lactobacillus plantarum ML11-11 (2015)
  • Author(s): Satoru HIRAYAMA, Masashi SHIMIZU, Noriko TSUCHIYA, Soichi FURUKAWA, Daisuke WATANABE, Hitoshi SHIMOI, Hiroshi TAKAGI, Hirokazu OGIHARA and Yasushi MORINAGA
  • Journal Title: Journal of Bioscience and Bioengineering Volume: 119 Issue: 5 Pages: 532-537
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2014.10.007
  • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
• [Journal Article] Accelerated Alcoholic Fermentation Caused by Defective Gene Expression Related to Glucose Derepression in <i>Saccharomyces cerevisiae</i> (2013)
  • Author(s): D. Watanabe, N. Hashimoto, M. Mizuno, Y. Zhou, T. Akao, H. Shimoi
  • Journal Title: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry Volume: 77 Issue: 11 Pages: 2255-2262
  • DOI: 10.1271/bbb.130519
  • NAID: 130003381936
  • ISSN: 0916-8451, 1347-6947
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Rim15p-mediated regulation of sucrose utilization during molasses fermentation using Saccharomyces cerevisiae strain PE-2 (2013)
  • Author(s): T. Inai, D. Watanabe, Y. Zhou, R. Fukada, T. Akao, J. Shima, H. Takagi, H. Shimoi
  • Journal Title: J. Biosci. Bioeng. Volume: 116 Issue: 5 Pages: 591-594
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2013.05.015
  • NAID: 40019890891
  • Peer Reviewed
• [Presentation] 清酒酵母におけるTORC1シグナリングとアルコール発酵の関連に関する研究 (2015)
  • Author(s): 渡辺大輔, 周延, 陳佳文, 水野恵, 荒木義雄, 杉本幸子, 万クン, 中沢伸重, 赤尾健, 下飯仁, 水田啓子, 前田達哉, 高木博史
  • Organizer: 第38回日本分子生物学会年会 第88回日本生化学会 合同大会
  • Place of Presentation: 神戸ポートアイランド（兵庫県神戸市）
  • Year and Date: 2015-12-01
• [Presentation] 清酒酵母におけるTORC1シグナリングとアルコール発酵の関連に関する研究 (2015)
  • Author(s): 渡辺大輔, 周延, 陳佳文, 水野恵, 荒木義雄, 杉本幸子, 万クン, 中沢伸重, 赤尾健, 下飯仁, 水田啓子, 前田達哉, 高木博史
  • Organizer: 酵母遺伝学フォーラム第48回研究報告会
  • Place of Presentation: 広島大学（広島県東広島市）
  • Year and Date: 2015-08-31
• [Presentation] How has sake yeast acquired high alcohol fermentation ability? (2014)
  • Author(s): Daisuke Watanabe
  • Organizer: 生物工学会関西支部 国際ワークショップ “Workshop on Asian Brewery Technology”
  • Place of Presentation: 月桂冠株式会社昭和蔵ホール（京都市）
  • Year and Date: 2014-10-30
  • Invited
• [Presentation] RIM15遺伝子機能欠損によるアルコール発酵力向上のメカニズム (2014)
  • Author(s): 高木健一, 渡辺大輔, 周 延、平田愛子, 大矢禎一, 高木博史, 赤尾 健, 下飯 仁
  • Organizer: 第6回日本醸造学会若手シンポジウム
  • Place of Presentation: 北とぴあ（東京都北区）
  • Year and Date: 2014-10-08 – 2014-10-09
• [Presentation] なぜ清酒酵母はアルコール発酵力が高いのか？ (2014)
  • Author(s): 渡辺大輔
  • Organizer: 第78回酵母研究会講演会
  • Place of Presentation: アサヒビール吹田工場（大阪府吹田市）
  • Year and Date: 2014-08-07
  • Invited
• [Presentation] Identification of yeast Greatwall kinase Rim15p as a novel negative regulator for alcoholic fermentation. (2014)
  • Author(s): Daisuke Watanabe, Yan Zhou, Aiko Hirata, Yoshikazu Ohya, Takeshi Akao, Hitoshi Shimoi, and Hiroshi Takagi
  • Organizer: Yeast Genetics Meeting 2014
  • Place of Presentation: University of Washington（アメリカ合衆国、シアトル）
  • Year and Date: 2014-07-29 – 2014-08-03
• [Presentation] なぜ清酒酵母はアルコール発酵力が高いのか？ (2014)
  • Author(s): 渡辺大輔
  • Organizer: 第8回日本ゲノム微生物学会年会
  • Place of Presentation: 東京農業大学（世田谷区）
  • Invited
• [Presentation] 出芽酵母におけるグルコース脱抑制の機能欠損によるアルコール発酵の速度向上 (2013)
  • Author(s): 水野恵、渡辺大輔、橋本直哉、周延、赤尾健、下飯仁
  • Organizer: 第65回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場（広島市）
• [Presentation] 出芽酵母PE-2株におけるRIM15遺伝子欠失による糖蜜発酵性の向上 (2013)
  • Author(s): 村上智子、井内智美、渡辺大輔、周延、深田理恵、赤尾健、島純、高木博史、下飯仁
  • Organizer: 第65回日本生物工学会大会
  • Place of Presentation: 広島国際会議場（広島市）
• [Book] 「食と微生物の事典」 (2017)
  • Author(s): 渡辺大輔（北本勝ひこ, 尾花望, 後藤慶一, 斎藤勝晴, 春田伸, 丸山潤一 編）
  • Publisher: 朝倉書店
• [Book] Mechanism of high alcoholic fermentation ability of sake yeast. In “Stress Biology of Yeasts and Fungi: Application for lndustrial Brewing and Fermentation” H. Takagi, H. Kitagaki (eds.) (2015)
  • Author(s): D. Watanabe, H. Takagi, and H. Shimoi
  • Total Pages: 18
  • Publisher: Elsevier
• [Book] 清酒酵母の高発酵性原因変異とその応用「発酵・醸造食品の最前線」（監修 北本勝ひこ） (2015)
  • Author(s): 渡辺大輔, 高木博史, 下飯 仁
  • Total Pages: 8
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 有用アミノ酸を高生産する泡盛酵母の育種と泡盛の高付加価値化への応用「発酵・醸造食品の最前線」（監修 北本勝ひこ） (2015)
  • Author(s): 高木博史, 渡辺大輔, 塚原正俊
  • Total Pages: 13
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Book] 酵母の形態情報を発酵・醸造に生かす「発酵・醸造食品の最前線」（監修 北本勝ひこ） (2015)
  • Author(s): 大矢禎一, 渡辺大輔, 岡田啓希
  • Total Pages: 11
  • Publisher: シーエムシー出版
• [Patent(Industrial Property Rights)] 酵母の液胞トランスポーターシャペロン複合体の機能欠損による発酵促進方法 (2016)
  • Inventor(s): 渡辺大輔, 高木健一, 高木博史
  • Industrial Property Rights Holder: 渡辺大輔, 高木健一, 高木博史
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: 2016-025324
  • Filing Date: 2016-02-12
• [Patent(Industrial Property Rights)] オルニチン高蓄積酵母及びその取得方法並びに当該酵母を用いた酒類その他の食品の製造方法 (2015)
  • Inventor(s): 大橋正孝、高木博史、渡辺大輔
  • Industrial Property Rights Holder: 奈良県、国立大学法人奈良先端科学技術大学院大学
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Filing Date: 2015-02-05