Genome editing-based construction of mass production platform for natural products in Aspergillus oryzae
Publicly Offered Research
| Project Area | Creation of Complex Functional Molecules by Rational Redesign of Biosynthetic Machineries |
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| Project/Area Number |
19H04644
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research on Innovative Areas (Research in a proposed research area)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Review Section |
Science and Engineering
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| Research Institution | The University of Tokyo |
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Principal Investigator |
丸山 潤一 東京大学, 大学院農学生命科学研究科(農学部), 特任准教授 (00431833)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2021-03-31
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| Project Status |
Completed (Fiscal Year 2020)
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| Budget Amount *help |
¥7,800,000 (Direct Cost: ¥6,000,000、Indirect Cost: ¥1,800,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2019: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
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| Keywords | 麹菌 / ゲノム編集 / 糸状菌 / 天然物 / 二次代謝 / 2次代謝 |
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| Outline of Research at the Start |
研究代表者らが確立した麹菌の高効率多重遺伝子改変を可能とするゲノム編集技術CRISPR/Cas9システムを活用し、天然物を高生産する麹菌を開発する。代謝経路の大規模改変による天然物の高生産、天然物の生産性向上に有用な転写因子の解明、麹菌全遺伝子に対する変異導入による高生産に関与する遺伝子の探索を行う。以上の知見をにゲノム編集により1つの株に集約することで稀少な天然物を大量につくる麹菌の育種を行い、生合成研究の効率化や医薬などの大量供給に貢献するプラットフォームを構築することを目的とした。
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、研究代表者らが麹菌Aspergillus oryzaeにおいて確立したゲノム編集CRISPR/Cas9システムによる高効率の多重遺伝子改変技術を活用して、異種天然物を高生産する麹菌の開発を目的とした。
糸状菌由来のテルペンを対象として、異種天然物生合成につながる代謝経路について多重遺伝子改変を行った。研究代表者らはゲノム編集を利用した多重遺伝子破壊技術に加えて、特定の染色体部位に遺伝子を繰り返し導入することが可能な多重遺伝子導入技術を開発した。テルペン合成に関連するアセチルCoA供給やエルゴステロール生合成の経路において、5つの代謝関連遺伝子の破壊および導入による多重改変を行った結果、異種天然物の生産量が約6倍まで増加した。多重代謝改変による異種天然物の大幅な生産性向上は、糸状菌でこれまで報告されていない顕著な成果である。
また、糸状菌の分化と二次代謝との関連に着目して、天然物の生産性向上に有用な分化制御因子の探索を行った。その結果、研究代表者らがこれまでに同定している分化制御因子のなかから、欠損によって異種天然物の生産量が約2.5倍増加する因子を見いだした。分化制御因子の欠損による異種天然物の高生産を示したことは、糸状菌において初めてである。
以上から、ゲノム編集技術を利用した効率的な多重遺伝子改変により、異種天然物の生産性向上に成功したことで、異種天然物を高生産する麹菌を開発する目標を概ね達成した。今後、異種天然物を大量に生産して供給する麹菌を利用して「稀少なものを大量につくる」ことにより、生合成研究の効率化や医薬など有用化合物の大量供給に貢献することが期待される。
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| Research Progress Status |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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| Strategy for Future Research Activity |
令和2年度が最終年度であるため、記入しない。
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Report
(2 results)
Research Products
(51 results)
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[Journal Article] A CRISPR/Cas9-mediated gene knockout system in Aspergillus luchuensis mut. kawachii2020
Author(s)
Chihiro Kadooka, Masaaki Yamaguchi, Kayu Okutsu, Yumiko Yoshizaki, Kazunori Takamine, Takuya Katayama, Jun-Ichi Maruyama, Hisanori Tamaki, Taiki Futagami
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Journal Title
Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
Volume: 84
Issue: 10
Pages: 2179-2183
DOI
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Biosynthesis of Indole Diterpene Lolitrems: Radical-Induced Cyclization of an Epoxyalcohol Affording a Characteristic Lolitremane Skeleton2020
Author(s)
Yulu Jiang, Taro Ozaki, Mei Harada, Tadachika Miyasaka, Hajime Sato, Kazunori Miyamoto, Junichiro Kanazawa, Chengwei Liu, Jun-ichi Maruyama, Masaatsu Adachi, Atsuo Nakazaki, Toshio Nishikawa, Masanobu Uchiyama, Atsushi Minami, Hideaki Oikawa
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Journal Title
Angew. Chem. Int. Ed.
Volume: 59
Issue: 41
Pages: 17996-18002
DOI
NAID
Related Report
Peer Reviewed
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[Journal Article] Ascomycota Aspergillus oryzae is an efficient expression host for production of Basidiomycota terpenes using genomic DNA sequences2019
Author(s)
Shota Nagamine, Chengwei Liu, Jumpei Nishishita, Takuto Kozaki, Kaho Sogahata, Yoshiro Sato, Atsushi Minami, Taro Ozaki, Claudia Schmidt-Dannert, Jun-ichi Maruyama, Hideaki Oikawa
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Journal Title
Applied and Environmental Microbiology
Volume: 85
Issue: 15
DOI
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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[Journal Article] Genome editing to generate nonfoam-forming sake yeast strains2019
Author(s)
Shinsuke Ohnuki, Mao Kashima, Toshikazu Yamada, Farzan Ghanegolmohammadi, Yan Zhou, Tetsuya Goshima, Jun-ichi Maruyama, Katsuhiko Kitamoto, Dai Hirata, Takeshi Akao, Yoshikazu Ohya
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Journal Title
Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry
Volume: 83
Issue: 8
Pages: 1583-1593
DOI
Related Report
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[Journal Article] Efficient reconstitution of Basidiomycota diterpene erinacine gene cluster in Ascomycota host Aspergillus oryzae based on genomic DNA sequences2019
Author(s)
Liu, C., Minami, A., Ozaki, T., Wu, J., Kawagishi, H., Maruyama, J., Oikawa, H.
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Journal Title
J. Am. Chem. Soc.
Volume: 141
Issue: 39
Pages: 15519-15523
DOI
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Peer Reviewed / Int'l Joint Research
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