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シアノバクテリアを用いたストリゴラクトン高効率生産系構築と新規類縁体の創成

Publicly Offered Research

Project AreaCreation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries
Project/Area Number 17H05451
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Science and Engineering
Research InstitutionTokyo University of Agriculture

Principal Investigator

渡辺 智  東京農業大学, 生命科学部, 准教授 (10508237)

Project Period (FY) 2017-04-01 – 2019-03-31
Project Status Completed (Fiscal Year 2018)
Budget Amount *help
¥7,540,000 (Direct Cost: ¥5,800,000、Indirect Cost: ¥1,740,000)
Fiscal Year 2018: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2017: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Keywordsシアノバクテリア / 植物ホルモン / ストリゴラクトン / 物質生産 / 応用微生物 / 醗酵 / 生理活性
Outline of Annual Research Achievements

植物ホルモンであるストリゴラクトン(SL)はアフリカにおいて深刻な農業被害をもたらす根寄生雑草の駆除に高い効果を示す。しかしSLは分解されやすく、植物からの分泌量も微量であるため、SLを安価かつ大量に生産する系の確立が求められている。SLはβ-カロテンを初発物質としてD27、CCD7、CCD8、およびP450ホモログであるMAX1の4酵素により主に葉緑体で合成される。本研究ではSL生産のホストとして、葉緑体の祖先生物であるシアノバクテリアに着目した。シアノバクテリアは葉緑体と酷似した代謝機能、そして生合成酵素の作業環境を有しておりβ-カロテンを高蓄積している。さらに細胞内において植物型P450が機能することが保証されているため、シアノバクテリアにSL生合成遺伝子を導入すればSLまでの合成反応を一挙に進めることができると考えた。
これまでにシアノバクテリアにおいてSL合成遺伝子発現株を構築した。シロイヌナズナ、イネに加え、藻類であるドナリエラよりSL合成酵素であるD27, CCD7, CCD8, Os900をクローニングした。これらの遺伝子をシアノバクテリアで強発現するプロモーター下に配置し、新規開発したシャトルプラスミドに組み込んだ。得られた発現プラスミドをシアノバクテリアに形質転換し、その効果を検証したところ、SLの中間産物が有意に蓄積することが確認された。またSL大量合成のためにβカロテン量の確保を考慮し、βカロテン水酸化酵素CrtRの欠損を試みた。その結果、crtR遺伝子のコピー数を低下させた株の取得に成功した。上記に加え、生合成酵素の葉緑体移行シグナルや幕貫通ドメインが、シアノバクテリア細胞内における発現や活性に阻害的に働くことなど、本研究を発展させる上で必要不可欠な情報を得ることができた。

Research Progress Status

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Strategy for Future Research Activity

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

Report

(2 results)
  • 2018 Annual Research Report
  • 2017 Annual Research Report
  • Research Products

    (13 results)

All 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Open Access: 2 results) Presentation (11 results) (of which Invited: 5 results)

  • [Journal Article] Carbon-free production of 2-deoxy-scyllo-inosose (DOI) in cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 79422018

    • Author(s)
      Watanabe, S., Ozawa, H., Kato, H., Nimura-Matsune, K., Hirayama, T., Kudo, F., Eguchi, T., Kakinuma, K., Yoshikawa, H.
    • Journal Title

      Biosci. Biotech. Biochem.

      Volume: 82 Issue: 1 Pages: 161-165

    • DOI

      10.1080/09168451.2017.1411777

    • Related Report
      2018 Annual Research Report 2017 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] ParA-like protein influences the distribution of multi-copy chromosomes in cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942.2018

    • Author(s)
      Watanabe S, Noda A, Ohbayashi R, Uchioke K, Kurihara A, Nakatake S, Morioka S, Kanesaki Y, Chibazakura T, Yoshikawa H
    • Journal Title

      Microbiology

      Volume: 164 Issue: 1 Pages: 45-56

    • DOI

      10.1099/mic.0.000577

    • Related Report
      2018 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] シアノバクテリアを用いたストリゴラクトン生産系構築の試み2019

    • Author(s)
      坂巻裕、伊藤晋作、渡辺智
    • Organizer
      日本農芸化学会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] シアノバクテリアを用いたストリゴラクトン生産の試み2018

    • Author(s)
      坂巻裕、伊藤晋作、渡辺智
    • Organizer
      ゲノム微生物学会年会
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] NGSを利用した合成生物シアノバチルスのゲノム・発現解析2018

    • Author(s)
      渡辺智
    • Organizer
      第五回NGS現場の会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 枯草菌-シアノバクテリア間の “種の壁”を利用したゲノム編集系の確立2018

    • Author(s)
      渡辺智,川口毅,坂巻裕,朝井計,河村富士夫,板谷光泰,吉川博文
    • Organizer
      遺伝研研究会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 枯草菌―シアノバクテリア間の“種の壁”を利用したシアノバクテリアゲノム編集系の確立2018

    • Author(s)
      渡辺智
    • Organizer
      「生合成リデザイン」第2回若手シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 複数コピー染色体を持つシアノバクテリアのDNA複製・修復機構2018

    • Author(s)
      渡辺智、大林龍胆、兼崎友、吉川博文
    • Organizer
      藍藻の分子生物学2017
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] シアノバクテリアを用いたストリゴラクトン高効率生産系構築と新規類縁体の創成2018

    • Author(s)
      渡辺智
    • Organizer
      「生合成リデザイン」第3回公開シンポジウム
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] BGMベクターを用いたシアノバクテリアゲノム編集系の確立2018

    • Author(s)
      渡辺智
    • Organizer
      ゲノム未来会議3.0
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
    • Invited
  • [Presentation] 枯草菌―シアノバクテリア間の“種の壁”を利用したシアノバクテリアゲノム編集系の確立2018

    • Author(s)
      渡辺智,川口毅,坂巻裕,朝井計,河村富士夫,板谷光泰,吉川博文
    • Organizer
      2017年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] 枯草菌―シアノバクテリア間の“種の壁”を利用した革新的シアノバクテリアゲノム編集系の確立2018

    • Author(s)
      渡辺智,川口毅,坂巻裕,朝井計,河村富士夫,板谷光泰,吉川博文
    • Organizer
      2017年度農芸化学会関東支部大会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report
  • [Presentation] フィコビリソームの人工改変による細胞の色調制御2018

    • Author(s)
      川口毅、渡辺麻衣、池内昌彦、成川礼、渡辺智
    • Organizer
      第12回日本ゲノム微生物学会年会
    • Related Report
      2017 Annual Research Report

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Published: 2017-04-28   Modified: 2019-12-27  

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