Elucidation of acetic acid stress response mechanism by budding yeast Haa1 and application to acetic acid resistant yeast breeding technology

2019 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 16K00655
• Research Institution: Okayama Prefectural University
• Principal Investigator: 田中 晃一 岡山県立大学, 保健福祉学部, 教授 (90282615)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2020-03-31
• Keywords: 酵母 / バイオエタノール / 酢酸 / ストレス / グリセロール

Outline of Annual Research Achievements

セルロース系バイオマスを原料とする第二世代バイオエタノールの生産では、酢酸を主とする発酵阻害物質が生産性を大きく下げるという問題がある。私は転写因子をコードするHAA1遺伝子を制御することで、酵母の酢酸耐性を飛躍的に向上させる技術を開発した。本研究は、Haa1により転写制御を受ける多数の標的遺伝子の中から、酢酸耐性に主導的な役割を担う遺伝子を絞り込み、その知見を基にしてより安定した酢酸耐性酵母の育種技術を開発することを目的とする。
昨年度までの研究により、酵母の酢酸耐性化には、細胞内グリセロールの蓄積が必要であることを明らかにした。Haa1は、グリセロール合成酵素遺伝子GPP2遺伝子の発現を誘導するとともに、グリセロールの細胞外排出を司るアクアグリセロポリンFps1の分解を促進することで、グリセロールの蓄積に寄与することが示唆された。
細胞内グリセロールの蓄積は酵母が高浸透圧条件下におかれたときの耐性化にも不可欠であり、その制御にはMAPキナーゼHog1が中心的な働きを担うことが知られている。そこで、今年度は酢酸ストレス応答に対するHog1の関与とHaa1との関係について解析をおこなった。
haa1遺伝子破壊株は高浸透圧ストレスに対して感受性を示さず、グリセロール蓄積も正常であった。一方、hog1遺伝子破壊株は酢酸ストレスに対して感受性を示したが、haa1遺伝子破壊株ほどではなかった。また、酢酸ストレスによりHog1キナーゼが活性化することも確認できた。
以上の結果より、酵母の酢酸ストレスに対する応答はHaa1が関与するシグナル伝達系が主であるが、ストレスMAPキナーゼのHog1を介するシグナルも合流しており、これらは共に細胞内にグリセロールを貯め込む方向に働くことが示唆された。