2014 Fiscal Year Research-status Report
一部のシアノバクテリアにおける澱粉性貯蔵多糖の生産メカニズム
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25440193
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| Research Institution | Akita Prefectural University |
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Principal Investigator |
鈴木 英治 秋田県立大学, 生物資源科学部, 教授 (60211984)
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2013-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 貯蔵多糖 / 澱粉 / アミロペクチン / グリコーゲン / シアノバクテリア / Cyanothece / 進化 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、一部のシアノバクテリア（Cyanothece、Cyanobacterium 属の一部の種）が澱粉性貯蔵多糖を生産する事実に着目し、近縁種が生産するグリコーゲンではなく、植物の澱粉に酷似した高分子が如何にして生成するか、その機構解明を目指している。平成26年度は、次に示す3点について新知見が得られた。
これまでに見出された澱粉生産性シアノバクテリアは、複数の枝作り酵素遺伝子を保持している。このことを指標として、ゲノムデータベースを検索し、新規澱粉生産種候補として Cyanobacterium aponinum PCC 10605 株を見出した。同株を系統保存施設 Pasteur Culture Collection から入手し、貯蔵多糖の鎖長分布が澱粉性の特徴を示すことを実証した。同株は染色体、およびプラスミド上に窒素固定遺伝子群を保持していないことから、非窒素固定性、澱粉生産種の初の例となった。
イネ BEI および BEIIb 遺伝子を導入したシアノバクテリア Synechococcus elongatus PCC 7942 形質転換株を作製し、共発現の効果を検証した。各遺伝子を単独で導入した株と比較して、二重形質転換株では貯蔵多糖中の長鎖成分の比率が増大した。導入した遺伝子に関して、今後はプロモータを増強するなど、発現レベルの向上を目指すことを計画している。
Synechocystis sp. PCC 6803 株において内在性枝切り酵素 2 種 (Slr0237、Slr1857) が、グリコーゲン分解に重要な機能を果たしていることを明らかにした。シアノバクテリアにおける澱粉生産に必須な酵素として報告された、Cyanobacterium sp. CLg1 株由来の枝切り酵素遺伝子 (glgX2) をクローン化し、Synechocystis sp. PCC 6803 株に導入した。今後は、遺伝子導入株における貯蔵多糖の質的量的変化を解析する計画である。
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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
本研究においては、原核光合成生物であるシアノバクテリアの一部の種が、グリコーゲンではなく、澱粉様多糖を生産する能力に着目し、その要因（機構）解明を目指している。
平成26年度には、澱粉性多糖を生産するシアノバクテリアとして、新たに Cyanobacterium sp. PCC 10605 株を同定した。ゲノム情報に基づいて予測を行い、これを生化学的に実証できたことから、澱粉生産性シアノバクテリアの系統内分布と多様性に関する知見が深化したと言える。遺伝学的手法により、Cyanobacterium sp. CLg1 株において澱粉生産を担う遺伝子 glgX2 を同定したので（共同研究）、平成26年度は本遺伝子をモデルシアノバクテリア株（Synechocystis sp. PCC 6803）に導入して形質転換株を作製した。すなわち、異種シアノバクテリア由来、澱粉代謝酵素の解析基盤が構築できたと考えられる。また、イネ由来澱粉合成代謝遺伝子のシアノバクテリアにおける機能発現系も着々とできあがりつつあり、今後、植物とシアノバクテリアにおける多糖生産機構を比較解析していく上での環境整備が進行している。
以上のことから、研究目的にかなった成果が順調に得られていると考えられる。
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| Strategy for Future Research Activity |
シアノバクテリアにおける澱粉様多糖合成機構の解明、および異種生物由来遺伝子の発現による多糖構造の改変を目指して、以下の項目の解析を行う。
イネ由来澱粉代謝酵素の共発現系構築の一環として、澱粉合成酵素（SS I）および枝作り酵素（BE）遺伝子を Synechococcus elongatus PCC 7942 株に導入する。これまで試験管内で認められた両酵素の相互作用をシアノバクテリア生体内で再現する試みを通じて、多糖構造改変技術の基盤を構築する。
これまでの研究（共同研究）を通じて Cyanobacterium sp. CLg1 株の枝切り酵素遺伝子 glgX2 が澱粉性貯蔵多糖の生産に重要な役割を果たしていることを明らかにした。同酵素の遺伝子を染色体上に挿入した、Synechocystis sp. PCC 6803 形質転換株が、平成26年度に構築できたため、同株の生育特性、多糖代謝特性、貯蔵多糖構造を解析する。
澱粉生産性シアノバクテリアおける、遺伝子導入（改変）系は未だ確立していない。近年、多様な生物種において利用が拡大しているゲノム編集技術が澱粉生産性シアノバクテリアに対して適用可能かを検証する。Cyanobacterium aponinum PCC 10605 株を宿主とし、Streptococcus pyogenes 由来 Cas9 および CRISPR 配列の導入を行う。
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| Causes of Carryover |
平成26年度、雇用していた研究補助員が、平成27年2月末で退職したため、代替の研究補助員を同年3月から雇用した。新規採用の研究補助員は、各種研究項目について未経験の部分があったため、相応の人件費を減額し、また当該の試験項目にかかる物品の購入を繰り延べた。
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| Expenditure Plan for Carryover Budget |
平成27年度4月から上記の新規研究員を継続して雇用し、各種研究項目について研修を行っている。これにより当初計画通りの研究内容を実施できると考えられる。
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Research Products
(11 results)
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[Journal Article] Diversity of reaction characteristics of glucan branching enzymes and the fine structure of α-glucan from various sources.2014
Author(s)
Sawada T, Nakamura Y, Ohdan T, Saitoh A, Francisco Jr. PB, Suzuki E, Fujita N, Shimonaga T, Fujiwara S, Tsuzuki M, Colleoni C, Ball S
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Journal Title
Arch Biochem Biophys
Volume: 562
Pages: 476-484
DOI
Peer Reviewed
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