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2015 Fiscal Year Annual Research Report

ランタノイド依存メタノール脱水素酵素の多様性と制御機構の解明

Research Project

Project/Area Number 15H04476
Research InstitutionOkayama University

Principal Investigator

谷 明生  岡山大学, その他部局等, 准教授 (00335621)

Project Period (FY) 2015-04-01 – 2018-03-31
Keywordsメタノール / メチロトローフ / ランタノイド
Outline of Annual Research Achievements

メタン・メタノールを資化する微生物は地球上でのC1化合物の循環に大きな役割を持っている。中でもメタノール資化性細菌は植物が放出するメタノールを利用して生育し、中にはMethylobacterium属細菌の様に植物生育促進作用を持つものも存在する。メタノールの酸化に関わる酵素、メタノール脱水素酵素はこれまでカルシウム依存のMxaFという酵素が知られていたが、そのホモログ遺伝子XoxFは機能が分かっていなかった。近年になりXoxFがランタノイド元素を補因子とする酵素であることが発見され、本属細菌がMxaF, XoxFの金属に応答した発現をどのように制御しているのかは分かっていない。また、XoxFはMxaFよりも進化的に祖先型にあたり、MxaFよりも幅広い微生物が保持していることが分かっている。このことはメタノール資化性細菌というのはこれまで知られているより多く存在しており、ランタノイドが存在すればメタノールを利用できる、未知なる菌が多く存在していることを示唆している。本研究では本属細菌をモデルとしてMxaF, XoxFならびにそれらのホモログ遺伝子の機能解析及び金属要求性などを明らかにすることと、ランタノイド元素が存在すればC1化合物を利用できる細菌のスクリーニングを行った。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

1.Methylobacterium属細菌をモデルとしたメタノール脱水素酵素(MDH)の解析
モデルとしたM. aquaticum 22A株にはMDHホモログが6つ存在する。これらの単一遺伝子破壊株、多重遺伝子破壊株を作製し、メタノール、エタノールなどの炭素源並びに金属を変更して培養試験を行った。その結果カルシウムに依存するMxaF、ランタノイドに依存するXoxFの遺伝子が同定できた。またこれら二つの遺伝子がメタノール、エタノールへの生育に必須であることが分かった。これ以外の遺伝子の破壊株の解析ではそれらの機能同定には至らなかったが、MxaF, XoxFが共に破壊されることで発現するプロパノール酸化酵素と考えられる酵素遺伝子が存在することが分かった。またXoxF単独でランタノイド存在下ではメタノールに生育するが、MxaF単独ではカルシウム存在下でもメタノールに生育出来ず、XoxFの存在が必要であった。このことはXoxFがMxaFの発現に必要であることを示唆していた。興味深いことに△XoxF株からカルシウム依存でメタノールに生育する突然変異株が得られ、ゲノムのリシーケンスの結果、MxaF, XoxFの発現調節に関わると考えられているMxbD遺伝子に変異が見つかった。
2. ランタノイド依存性メチロトロフの探索
上記の理由でランタノイドは通常微生物の培養には用いられないが、これを用いることでメタン・メタノールに生育する菌が得られる可能性がある。そこでメタンを単一炭素源としてランタノイド存在下でのみ生育するメタノトロフを探索した。得られたメタノトロフは既知のものであり、その生育がランタノイドに依存していなかったため、メタノール資化性細菌を探索した。その結果Methylophilus, Methylotenera, Pleomorphomonasに近縁な新属・新種細菌が見つかった。現在このゲノム解析を行っている。

Strategy for Future Research Activity

1.Methylobacterium属細菌をモデルとしたメタノール脱水素酵素(MDH)の解析
MxbDの変異においてMxaFの発現におけるXoxF依存性が解除されたことから、この変異株を中心に解析を進めることでMxaF, XoxFの金属に応答した発現調節機構が解析できると期待している。まず野生株のMxbDを破壊し、変異型MxbDを導入することで、突然変異株ゲノムに起こった様々な変異の中でMxbDの変異が重要であることをまず示す。また導入株のMxaFのXoxF依存性が解除されるかを検討する。一方でMxaF, XoxFの金属特異性を決定づけているアミノ酸残基を入れ替えた変異酵素を作製し、発現させ、酵素の金属要求性と、MxaF発現のXoxF依存性が変化するかどうかを検討する。次にMxbD(センサーキナーゼ)と共に二成分系をなすMxbM(制御タンパク質)のリン酸化状態の金属依存性と、MxaF, XoxFプロモーターへの結合を解析すれば、金属に応答した各遺伝子の発現調節機構が解明される。
2. ランタノイド依存性メチロトロフの探索
数百に上る分離株について、そのランタノイド依存的なメタノール資化性を検討したが、現在までにランタノイドに依存するものは数株のみ得られている。Methylobacterium属細菌のようにMxaF, XoxFの両方を持っていてランタノイドに完全に依存したものは少ないか、まだ何か未知の必須因子が存在するかもしれない。得られた株のほとんどは人工の培地で生育が弱いが、Pleomorphomonas属細菌は良く生育し、ゲノム解析の結果MxaF, XoxFの両方を持っていた。さらに窒素固定遺伝子も保持していた。イネの根圏を分離源としていたが、イネの内生菌としても検出されている報告もあることから、植物との親和性が高いと考えられる。そこで、接種によるイネの生育への影響を調べ、生長促進の有無を観察する。またGFPラベルなどを行い内生するかどうかも検討する。

  • Research Products

    (13 results)

All 2016 2015

All Journal Article (7 results) (of which Int'l Joint Research: 1 results,  Peer Reviewed: 5 results,  Open Access: 4 results) Presentation (6 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Isolation and characterization of thermotolerant ethanol-fermenting yeasts from Laos and application of whole-cell MALDI-TOF/MS analysis for their quick identification.2016

    • Author(s)
      Keo-oudone C, Nitiyon S, Sotitham P, Tani A, Noppon L, Yuangsaard N, Bounphanmy S, Limtong S, Yamada M
    • Journal Title

      Afr J Biotechnol 15, 153-164 (2016)

      Volume: 15 Pages: 153-164

    • DOI

      DOI: 10.5897/AJB2015.14984

    • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
  • [Journal Article] A capsidless ssRNA virus hosted by an unrelated novel dsRNA virus.2016

    • Author(s)
      Zhang R, Hisano S, Tani A, Kondo H, Kanematsu S, Suzuki N.
    • Journal Title

      Nature Microbiol 1, 15001 (2016)

      Volume: 1 Pages: 15001

    • DOI

      doi:10.1038/nmicrobiol.2015.1

    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] 植物葉面に共生するMethylobacterium属細菌の特性2016

    • Author(s)
      谷 明生
    • Journal Title

      バイオサイエンスとインダストリー

      Volume: 74 Pages: 135-137

  • [Journal Article] Complete genome sequence of Methylobacterium aquaticum strain 22A, isolated from Racomitrium japonicum moss.2015

    • Author(s)
      Tani A, Ogura Y, Hayashi T, Kimbara K
    • Journal Title

      Genome Announc

      Volume: 3 Pages: e00266-15

    • DOI

      doi:10.1128/genomeA.00266-15.

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Methylobacterium species promoting rice and barley growth and interaction specificity revealed with whole-cell matrix-assisted laser desorption / ionization-time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF/MS) analysis.2015

    • Author(s)
      Tani A, Sahin N, Fujitani Y, Kato A, Sato K
    • Journal Title

      PLoS ONE

      Volume: 10 Pages: e0129509

    • DOI

      doi:10.1371/journal.pone.0129509

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] レアアースを必須因子として要求する新たな代謝系 -植物共生細菌達が持つレアアース依存型C1代謝-2015

    • Author(s)
      中川智行、三井亮司、谷 明生、河合啓一
    • Journal Title

      化学と生物 53, 744-750 (2015)

      Volume: 53 Pages: 744-750

    • DOI

      DOI: 10.1271/kagakutoseibutsu.53.744

  • [Journal Article] Production of ergothioneine by Methylobacterium species.2015

    • Author(s)
      Alamgir K. Masuda S, Fujitani Y, Fukuda F, Tani A
    • Journal Title

      Front. Microbiol. 6, 1185 (2015)

      Volume: 6 Pages: 1185

    • DOI

      doi: 10.3389/fmicb.2015.01185

    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Presentation] Methylobacterium 属細菌におけるメタノール走化性センサーの同定2016

    • Author(s)
      伊賀俊貴、加藤純一、谷 明生
    • Organizer
      日本農芸化学会2016
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2016-03-27 – 2016-03-30
  • [Presentation] Screening of lanthanu-dependent methylotrophs2016

    • Author(s)
      呂好新、谷 明生
    • Organizer
      日本農芸化学会2016
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2016-03-27 – 2016-03-30
  • [Presentation] Methylobacterium aquaticum 22Aのメタノール脱水素酵素ホモログの機能解析2016

    • Author(s)
      中辻由加里、谷 明生
    • Organizer
      日本農芸化学会2016
    • Place of Presentation
      札幌
    • Year and Date
      2016-03-27 – 2016-03-30
  • [Presentation] Methylobacterium extorquens AM1のメタノールデヒドロゲナーゼアイソザイムが植物共生に果たす役割2015

    • Author(s)
      一小路貴士, 峰松由季, 中川智行, 谷明生, 田中三男, 三井亮司
    • Organizer
      生物工学会2015
    • Place of Presentation
      鹿児島
    • Year and Date
      2015-10-26 – 2015-10-28
  • [Presentation] Methylobacterium属細菌によるエルゴチオネインの生産2015

    • Author(s)
      Kabir Md Alamgir, 増田幸子, 谷 明生
    • Organizer
      生物工学会2015
    • Place of Presentation
      鹿児島
    • Year and Date
      2015-10-26 – 2015-10-28
  • [Presentation] Methylobacterium属細菌と植物との共生相互作用』2015

    • Author(s)
      谷 明生
    • Organizer
      第6回NAMEフォーラム
    • Place of Presentation
      愛媛大学
    • Year and Date
      2015-10-24
    • Invited

URL: 

Published: 2017-01-06  

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