2020 Fiscal Year Annual Research Report
効率的なバイオマス利用に向けた森林食害細菌由来のバイオマス分解酵素の探索
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19J20827
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
大橋 慧介 北海道大学, 国際食資源学院, 特別研究員(DC1)
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| Project Period (FY) |
2019-04-25 – 2022-03-31
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| Keywords | バイオマス分解 / 転写制御 / マンノビオース |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度に確立した、セルロース分解性ストレプトミセス属放線菌の培養および分泌酵素の抽出を引き続き行った。
試供菌18種のうち、10種由来の抽出液の多糖分解活性の測定および、含有分泌酵素群に対する網羅的なタンパク質同定は完了した。しかしながら、新型コロナウイルスによる影響もあり、当初の計画より遅れている。
一方、上記の研究から派生した研究として、セルロース分解性放線菌における、糖質分解酵素の転写制御機構の解明に取り組んだ。具体的には、既に高いセルロース分解活性が報告されている、Streptomyces sp. SirexAA-E株のマンナン分解酵素の制御ネットワークの解明を行った。マンノースおよびマンノビオース存在下で分泌量が多い酵素群をLC-MS/MS解析を用いて同定した。分解酵素の発現に関わる制御因子をゲノム解析により推定した。さらに、機能解析のために、大腸菌発現タンパク質を用いてDNA-タンパク質結合実験をを行った。これらの実験の結果、1種のLacI 様リプレッサーが、マンノースおよびマンノビオースの存在量に応じて、マンナン代謝関連タンパク質の発現を調節をすることを明らかにした。この研究は、現在国際学術誌に投稿中であり、一定の成果が得られたと評価する。また、キシラン代謝関連遺伝子の制御ネットワークの解明も並行して行い、制御リプレッサーの決定に至った。今回の研究により同定された、マンナンおよびキシラン応答性の制御リプレッサーを欠損させることで、恒常的な両ヘミセルロース分解酵素の分泌が期待される。これは、セルロースに次いで存在量の多い植物多糖である、マンナンおよびキシランの分解能向上に寄与し、効率的な植物バイオマス利用に直結すると考えられる。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
前年度に続き、セルロース分解性ストレプトミセス属放線菌由来の分泌酵素の多糖分解活性の測定および分泌酵素群に対するプロテオミクス解析を行った。しかし、新型コロナウイルスによる解析の遅延もあり、当初予定していた18種全ての解析完了には至っていない。
一方、植物多糖分解放線菌における、糖質分解酵素の転写制御機構の解明に取り組んだ。高セルロース分解活性を有するStreptomyces sp. SirexAA-E株のマンナンおよびキシラン分解酵素の制御機構の解明を行った。単糖、二糖および多糖存在下で高発現する糖質分解酵素群を同定し、これらの遺伝子発現制御に関わるタンパク質をゲノム解析もしくはプルダウン法により推定した。加えて、大腸菌発現タンパク質を用いたDNA-タンパク質結合実験により、それぞれ1種のLacI 様リプレッサーが特定の単糖および二糖の有無に応じて、ゲノムDNA上の特定の配列に結合することを明らかとした。これらの結果から、マンナンおよびキシラン代謝関連遺伝子の制御モデルが構築された。
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| Strategy for Future Research Activity |
最終年度である2021年度は、以下の2点を重点的に研究を行う予定である。
高バイオマス分解活性を有する分泌酵素の同定については、当初予定していた18種全ての解析完了を目標に実験を行う。
一方、植物多糖分解放線菌における、糖質分解酵素の転写制御機構の解明については、前年度同定した、2種の制御リプレッサーの詳細な機能解析を行う。具体的には、キシラン応答性制御リプレッサーにおけるDNA結合部位をDNAフットプリンティング法を用いて同定するとともに、CRISPR/Cas9系を用いたゲノム編集により欠損株を作製し、糖質分解能の評価を含む、表現型の解析を行う予定である。
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