Development of artificial chromosomes for efficient production of omega 3 fatty acids in microalgae

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K04784
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 27040:Biofunction and bioprocess engineering-related
• Research Institution: University of Tsukuba
• Principal Investigator: Maeda Yoshiaki 筑波大学, 生命環境系, 准教授 (30711155)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 田中 剛 東京農工大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (20345333)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 微細藻類 / オメガ３脂肪酸 / 人工染色体 / セントロメア / 自立複製配列 / 代謝改変

Outline of Final Research Achievements

In this study, we aimed to improve the productivity of omega-3 fatty acids by development of artificial chromosomes on which the microalgal centromere and autonomous replication sequence are introduced. First, we estimated the centromeres from the chromosome-level assembly data of diatom genome using the parameter related to GC content. The function of the estimated centromeres was investigated with the aid of bacterial conjugation technique. We successfully demonstrated the expansion of the metabolic pathway for biosynthesis of omega-3 fatty acids. Furthermore, the autonomous replication sequences were identified with the chromatin immunoprecipitation-sequencing (ChIP-Seq) technique. This is, to the best of our knowledge, the first study to identify the autonomous replication sequences by experimental investigation.

Free Research Field

生物工学

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

全世界の養殖魚の生産は天然魚捕獲量よりも生産量が高く、食糧供給の一翼を担う重要な産業である。しかし、現在その持続可能性が危ぶまれている。それは、養殖魚の成育に必須な飼料添加物であるω3脂肪酸の供給源が魚油であり、「魚で魚を育てる（魚がいないと魚を育てられない）」事に起因している（フィッシュオイルジレンマ）。そのため、魚油以外の持続可能性の高い供給源が求められている。本研究では珪藻細胞で安定的に複製・分配される人工染色体開発に必要なDNA配列を特定すること、珪藻のオメガ3脂肪酸代謝の改変にも成功し、将来的なオメガ3脂肪酸の安定供給に向けた技術開発に必要な基礎的知見を獲得することができた。