2016 Fiscal Year Research-status Report
微生物・植物の硫黄代謝改変による有用物質生産・作物生産改善
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15KT0028
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| Research Institution | Tokyo University of Agriculture and Technology |
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Principal Investigator |
大津 直子 東京農工大学, (連合)農学研究科(研究院), 准教授 (40513437)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
河野 祐介 筑波大学, 高細精医療イノベーション研究コア, 研究員 (40558029)
大津 厳生 筑波大学, 国際産学連携本部, 准教授 (60395655)
丸山 明子 九州大学, 農学研究院, 准教授 (70342855)
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| Project Period (FY) |
2015-07-10 – 2020-03-31
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| Keywords | 大腸菌 / 酵母 / シアノバクテリア / シロイヌナズナ / ダイズ / 硫黄代謝 / チオ硫酸 / サルファーインデックス |
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| Outline of Annual Research Achievements |
【大腸菌】【酵母】チオ硫酸塩からローダネーゼ（硫黄転移酵素）を経てシステイン、ホモシステインを合成する新規代謝経路を同定した。さらに、大腸菌のローダネーゼの一つGlpEの過剰発現により、グリセロールからのシステイン発酵生産能が向上することを見出した。
【シアノバクテリア】硫黄源として硫酸とチオ硫酸を用い、窒素固定に対する効果の違いを調べた。窒素固定をする細胞であるヘテロシストに分化した細胞数には違いはなかったものの、窒素固定活性は硫酸の方が高かった。
【シロイヌナズナ】カドミウム処理が植物体内の硫黄動態に及ぼす影響を解析し、硫酸イオン輸送の調節に新たな知見を得た。 硫酸イオン輸送体の発現調節機構を活用し、環境中のセレン酸・クロム酸検出系を構築した。また植物が活用できる硫黄源を絞り込んだ。これらの硫黄源を植物体に処理した時の植物の成育を比較するとともに、サルファーインデックス解析、硫黄同化系酵素の遺伝子発現解析を行った。
【ダイズ】根粒菌を接種してダイズを生育させ、水耕液の硫黄の量及び硫黄源の違いの効果を調べた。硫黄の量を減らすとダイズの生育は低下したが、硫酸よりもチオ硫酸の方が、低下の程度は小さかった。根粒1個当たりの重さもチオ硫酸の方が大きくなったが、窒素固定活性は硫酸の方が高かった。
【サルファーインデックス分析】モノブロモビマンで修飾される含硫ジペプチドで、グルタチオン代謝に関わるCys-Glyについて、そのビマン化修飾物のMS/MS検出条件（m/z等）を最適化し、サルファーインデックスメソッドに追加登録した。同様に、モノブロモビマンで修飾されないS-メチルシステイン、APS、PAPなどの重要な硫黄代謝中間体も検出対象として追加し、検出分子種の網羅性を拡充した。当解析法を適用し、試験植物の硫黄代謝産物プロファイルを明らかにした。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
大腸菌や酵母については、新規のチオ硫酸代謝経路を同定することができた。また本年度はシアノバクテリアについて、生育のみならず窒素固定に対するチオ硫酸の効果を調べることができた。生育と異なり、窒素固定においては硫酸の方が活性を高めるという結果が得られた。
植物では、シロイヌナズナにおいて様々な有機態、無機態硫黄における生育を比較することができ、またサルファーインデックスにより、硫黄源が異ることによる、体内硫黄代謝産物の変化も調べることができた。これは次年度以降、遺伝子発現解析と合わせて、様々な硫黄源を利用する際の植物の代謝経路やメカニズムの解明につながると考えられる。
また本年度はシロイヌナズナ以外に、根粒菌が共生して窒素固定を行うダイズに対する硫黄源の影響を調べることができた。その結果バイオマス生産にはチオ硫酸が有利だが、窒素固定活性には硫酸の方が有利であるという、シアノバクテリアと同様の傾向がみられた。
サルファーインデックス分析では、植物・微生物双方とって重要である硫黄化合物いくつかについて、新たに分析項目として加えたメソッドを作ることができた。これも次年度以降、さらなる解析において有力な手段となる。
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| Strategy for Future Research Activity |
【シアノバクテリア】硫黄源を硫酸塩やチオ硫酸塩としたときの硫黄代謝動態を解析し、システイン生産能を評価する。
【シロイヌナズナ】1) 昨年度様々な硫黄源で栽培した植物中の硫酸イオン、総硫黄量を測定する。得られたデータを元に、各種硫黄源の利用経路を予測する。各種硫黄源を組み合わせて処理することにより、成育を最大にする処理条件を見出す。2) カドミウム処理時におこる地上部硫酸イオン量の増加の原因となる硫酸イオン輸送体を同定する。
【イネ】還元環境を好むイネについては、硫酸よりも還元的な硫黄源であるチオ硫酸の効果が出る可能性があり、これを検証する。水耕栽培の系で硫黄源を硫酸、チオ硫酸、それらの混合などに変化させ、生育や光合成活性に対する影響を調べる。またサルファーインデックス解析を行い、酸化的環境を好むシロイヌナズナの結果と比較する。
【その他の作物】微生物が生産する有用な硫黄化合物を各種アブラナ科作物（水菜、小松菜、野沢菜など）に吸わせ、機能性作物の創製にも挑戦する。
【サルファーインデックス分析】研究過程で重要となる硫黄代謝産物が生じた場合には、サルファーインデックス解析の検出対象として迅速に登録して改良し、実際に、微生物・植物の試験サンプルの測定を行う。
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| Causes of Carryover |
複数の業者から見積もりを徴収し、納入業者を選定することにより、予定より安価に調達できたため、一部を繰り越すこととした。
また、研究分担者の大津厳生は、平成28年4月より筑波大に着任した。建物自体の遺伝子組み換え申請が行われておらず、実験開始までに4か月を要した。従って、平成28年度前半の研究費の支出が減少し、そのため次年度に繰り越した。研究分担者の河野祐介博士が、平成28年8月より、筑波大に着任することになり、平成28年度前半の研究費の支出が減少し、そのため次年度に繰り越した。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
昨年度の研究結果を投稿する予定であるため、英文校閲代、掲載料の支払いに使用する。
また分担者の大津巌生と河野は、転出期間に遅れた研究時間を、新たな環境設備に応じて、ディスポ器具などを活用することで効率化し、研究推進に対し効果的になるように活用する。
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[Journal Article] Growth rate of and gene expression in Bradyrhizobium diazoefficiens USDA110 due to a mutation in blr7984, a tetR family transcriptional regulator gene.2016
Author(s)
Ohkama-Ohtsu N, Honma H, Nakagome M, Nagata M, Yamaya-Ito H, Sano Y, Hiraoka N, Ikemi T, Suzuki A, Okazaki S, Minamisawa K, Yokoyama T.
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Journal Title
Microbes and Environments
Volume: 31
Pages: 249-259
DOI
Peer Reviewed
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