土壌中での難分解性化合物分解遺伝子群の動態と動態を利用した環境浄化細菌育種

2001 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 12558065
• Research Institution: Tohoku University
• Principal Investigator: 津田 雅孝 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (90172022)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 南澤 究 東北大学, 大学院・生命科学研究科, 教授 (70167667)
• Keywords: 難分解性化合物分解 / 分解遺伝子群 / トランスポゾン / 遺伝学的相補 / 微生物分子生態学 / 環境浄化細菌分子育種 / 微生物遺伝資源

Research Abstract

土壌細菌がもつ各種の難分解性芳香族化合物分解能に関わる遺伝子群は伝達性プラスミドやトランスポゾン上に担われることが多く、これら可動遺伝因子の動的挙動が、分解遺伝子群の広範な細菌種への水平伝播による拡散・流布と、分解菌の新規分解能獲得に深く関与している。本研究の目的は、当該遺伝子群に関する動態を司る分子機構と生態系での動態の解明、この動態を積極的に利用した環境浄化細菌株の分子育種法の確立であり、本年度は以下の成果を得た。
1.トルエン分解遺伝子群を担うTn3型トランスポゾンTn4651の転移反応後半過程である部分特異的解離にcisに必要な領域resは、95bp以下であった。部分特異的解離には、TnpSの関与が必須であったが、TnpTは解離効率を100倍以上上昇させる役割を担っていた。
2.トルイル酸分解菌Psedomonas putida ATCC23937株の100kbプラスミド上には、Tn4651の転移関連遺伝子群と相同性が高くて転移能を有する20kb並びに30kbのトランスポゾンの存在が認めらたが、転移領域内にトルイル酸分解遺伝子群は存在しなかった。また、プロピルベンゼン分解菌P.stutzeri PB1株のゲノムも、Tn4651の転移関連遺伝子群と相同性の高い領域が保持していることが、サザン解析とPCR解析で判明した。
3.プラスミドpUO1上に存在する2種のハロ酢酸デハロゲナーゼ遺伝子dehH1とdehH2のうち、deHh2は2コピーのIS1071で囲まれた8.9kbの複合型トランスポゾンTnHad1内に、TnHad1とdehH1は15.6kbのTn21型トランスポゾンTnHad2内に存在していた。TnHad2は転移酵素と解離酵素をコードしない欠損型トランスポゾンであった。
4.土壌試料から20kb以上のDNAを調製する手法を確立し、このDNA断片を広宿主域コスミドベクターに挿入したライブラリーを構築した。本ライブラリーを、ナフタレンを完全分解するために必要な遺伝子群のうち初発酵素遺伝子のみが欠損したP.putida株に形質転換した結果、ナフタレンを完全分解できるようになった形質転換体が出現した。

Research Products

• [Publications] Takashi Shigematsu: "Iron-mediated regulation of alkaline proteinase production in Pseudomonas aeruginosa"Microbiology and Immunology. 45. 579-590 (2001)
• [Publications] Masataka Tsuda: "Identification and characterization of Tn4656, a novel class II transposon carrying a set of toluene-degrading genes from TOL plasmid pWW53"Journal of Bacteriology. 183. 6215-6224 (2001)
• [Publications] T.Yasuta: "DNA sequence and mutational analysis of rhizobitoxine biosynthesis genes in Bradyrhizobium elkanii"Applied and Environmental Microbiology. 67. 4999-5009 (2001)
• [Publications] Masahiro Sota: "Characterization of a class II defective transposon carrying two haloacetate dehalogenase genes from Delftia acidovorans plasmid pUO1"Applied and Environmental Microbiology. in press. (2002)
• [Publications] Hiroyuki Sawada: "Phylogenomic study of the OCTase genes in Pseudomonas syringae pathovars : horizontal transfer of argK-tox cluster and the evolutionary history of OCTase genes on their genomes"Journal Molecular Evolution. in press. (2002)
• [Publications] Kiwamu Minamisawa: "Horizontal transfer of nodulation genes in soil and microcosm from Bradyrhizobium japonicum to B. elkanii"Microbe and Environment. in press. (2002)