Creation of lipid-hyper-producing Coccomyxa strains by utilizing transcriptome big data

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 18K05561
• Research Institution: Chuo University
• Principal Investigator: 笠井 由紀 中央大学, 研究開発機構, 専任研究員 (20416572)
• Project Period (FY): 2018-04-01 – 2022-03-31
• Keywords: バイオディーゼル / Coccomyxa属緑藻 / トランスクリプトーム / ゲノム編集 / 生物学的封じ込め / セルフクローニング

Outline of Annual Research Achievements

本研究はCoccomyxa属緑藻の油脂生産の律速となる酵素を同定し、油脂生産速度が向上した株を作製することを目指して行っている。2020年度までに、油脂生産速度が野生株よりも2倍速いDYRK変異株を利用して、油脂蓄積時の遺伝子転写活性のトランスクリプトーム解析を行い、DYRK変異株で脂肪酸合成系遺伝子とトリグリセリド合成系遺伝子の転写活性が上昇していることを明らかにした。突然変異株はDYRK遺伝子以外にも複数の遺伝子に変異を持っていたため、ゲノム編集技術を利用してDYRK遺伝子のみを破壊した株を作製し、RNA-seq解析を行った。その結果、DYRK破壊株が油脂蓄積を開始する時期にプロテインホスファターゼ2C遺伝子（PP2C）や複数の転写因子遺伝子の転写活性が抑制されていること、反対にストレス応答に関与が報告されている遺伝子の転写活性が上昇していることを発見した。
2021年度は、これらの遺伝子の転写活性と油脂蓄積の関連を調べるために、転写活性が抑制されていた遺伝子についてはゲノム編集技術による遺伝子破壊や転写抑制（RNAi）を行い、転写活性が上昇していた遺伝子については遺伝子組み換えで過剰発現株を作製して、それぞれの株について油脂蓄積を解析した。
その結果、PP2C遺伝子の転写を抑制した株は野生株と比較して培養の早い段階から油脂含有率が上昇していることが明らかとなった。PP2C転写抑制株における油脂合成遺伝子転写活性を解析することで、更なる知見が得られると期待される。また、研究期間中に硝酸塩を窒素減として利用できない変異株をゲノム編集技術で作製し、これを相補するマーカー遺伝子発現系も確立した。これらを組み合わせることで、高油脂生産性かつ生物学的封じ込めが可能なセルフクローニング株の作製が可能になった。