清酒酵母において見出されたTORシグナルを介した高発酵メカニズムの解明とその応用

• 研究課題/領域番号: 16K18676
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 応用微生物学
• 研究機関: 奈良先端科学技術大学院大学
• 研究代表者: 渡辺 大輔 奈良先端科学技術大学院大学, 先端科学技術研究科, 助教 (30527148)
• 研究期間 (年度): 2016-04-01 – 2019-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2018年度)
• 配分額: 4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円); 2018年度: 780千円 (直接経費: 600千円、間接経費: 180千円); 2017年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円); 2016年度: 1,690千円 (直接経費: 1,300千円、間接経費: 390千円)
• キーワード: 酵母 / 清酒酵母 / アルコール発酵 / TORシグナル / TORC1 / Rim15p / アミノ酸ホメオスタシス / 発酵デザイン / メタボローム / 産業用酵母 / アミノ酸合成 / アミノ酸取込み / 解糖系 / タンパク質合成 / 発酵 / 応用微生物 / シグナル伝達 / 育種学

研究成果の概要

酵母のアルコール発酵の調節において、真核生物に保存された栄養シグナリングの鍵因子であるTORC1が重要な役割を果たしており、TORC1の高活性化が清酒酵母の高発酵力の原因であることが明らかとなった。TORC1は、発酵の「ブレーキ」であるRim15pプロテインキナーゼの抑制に加え、アミノ酸ホメオスタシス関連因子の制御を介して発酵力を高めており、細胞外の栄養環境に応じて炭素-窒素代謝クロストーク調節を司る全体像の解明に至った。

研究成果の学術的意義や社会的意義

酵母のアルコール発酵は、酒類やパン、バイオエタノールの製造などに広く用いられる重要な微生物機能であるが、その人為的な調節は困難であった。本研究では、高い発酵力を有する清酒酵母の研究を端緒として、真核生物に保存されたTORシグナリングが発酵調節の鍵を握ることを見出し、その詳細なメカニズムを解明した。本研究成果を通して、産業用酵母菌株の発酵力を自在に改変するための「発酵デザイン技術」の確立につながることが期待される。

研究成果

• [雑誌論文] Loss of Rim15p in shochu yeast alters carbon utilization during barley shochu fermentation (2019)
  • 著者名/発表者名: Watanabe D, Tashiro S, Shintani D, Sugimoto Y, Iwami A, Kajiwara Y, Takashita H, Takagi H
  • 雑誌名: Biosci Biotechnol Biochem 巻: ― 号: 8 ページ: 1594-1597
  • DOI: 10.1080/09168451.2019.1594679
  • 査読あり
• [雑誌論文] 酵母ユビキチンリガーゼRsp5による選択的な基質認識とその応用への可能性 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 高木博史
  • 雑誌名: 化学と生物 巻: 57 ページ: 36-42
  • 査読あり
• [雑誌論文] 優良きょうかい清酒酵母菌株を判別可能なDNAマーカーの設定と保存菌株のへの応用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 赤尾健, 周延, 渡辺大輔, 岡崎直人, 下飯仁
  • 雑誌名: 日本醸造協会誌 巻: 113 ページ: 631-641
  • 査読あり
• [雑誌論文] Metabolic switching of sake yeast by kimoto lactic acid bacteria through the [GAR+] non-genetic element (2018)
  • 著者名/発表者名: Watanabe D, Kumano M, Sugimoto Y, Ito M, Ohashi M, Sunada K, Takahashi T, Yamada T, Takagi H
  • 雑誌名: J Biosci Bioeng 巻: 126 号: 5 ページ: 624-629
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.05.011
  • NAID: 40021726366
  • 査読あり
• [雑誌論文] Accumulation of intracellular S-adenosylmethionine increases the fermentation rate of bottom-fermenting brewer's yeast during high-gravity brewing (2018)
  • 著者名/発表者名: Oomuro M, Watanabe D, Sugimoto Y, Kato T, Motoyama Y, Watanabe T, Takagi H
  • 雑誌名: J Biosci Bioeng 巻: 126 号: 6 ページ: 736-741
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2018.05.027
  • NAID: 40021757839
  • 査読あり
• [雑誌論文] Nutrient signaling via the TORC1-greatwall-PP2AB55δ pathway is responsible for the high initial rates of alcoholic fermentation in sake yeast strains of Saccharomyces cerevisiae. (2018)
  • 著者名/発表者名: D. Watanabe, T. Kajihara, Y. Sugimoto, K. Takagi, M. Mizuno, Y. Zhou, J. Chen, K. Takeda, H. Tatebe, K. Shiozaki, N. Nakazawa, S. Izawa, T. Akao, H. Shimoi, T. Maeda, and H. Takagi
  • 雑誌名: Appl. Environ. Microbiol. 巻: 85 号: 1
  • DOI: 10.1128/aem.02083-18
  • 査読あり
• [雑誌論文] 微生物間相互作用と代謝, そしてプリオン (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 高木博史
  • 雑誌名: 生物工学会誌 巻: 96 ページ: 463-466
  • 査読あり
• [雑誌論文] Importance of proteasome gene expression during model dough fermentation after freezing preservation of baker’s yeast cells (2018)
  • 著者名/発表者名: Daisuke Watanabe, Hiroshi Sekiguchi, Yukiko Sugimoto, Atsushi Nagasawa, Naotaka Kida, and Hiroshi Takagi
  • 雑誌名: Applied and Environmental Microbiology 巻: in press
  • NAID: 120006457857
  • 査読あり
• [雑誌論文] Enhanced sodium acetate tolerance in Saccharomyces cerevisiae by the Thr255Ala mutation of the ubiquitin ligase Rsp5 (2017)
  • 著者名/発表者名: Akaraphol Watcharawipas, Daisuke Watanabe, and Hiroshi Takagi
  • 雑誌名: FEMS Yeast Research 巻: 17 号: 8
  • DOI: 10.1093/femsyr/fox083
  • 査読あり
• [雑誌論文] Phenotypic diagnosis of lineage and differentiation during sake yeast breeding (2017)
  • 著者名/発表者名: Shinsuke Ohnuki, Hiroki Okada, Anne Friedrich, Yoichiro Kanno, Tetsuya Goshima, Hirokazu Hasuda, Masaaki Inahashi, Naoto Okazaki, Hiroyasu Tamura, Ryo Nakamura, Dai Hirata, Hisashi Fukuda, Hitoshi Shimoi, Katsuhiko Kitamoto, Daisuke Watanabe, Joseph Schacherer, Takeshi Akao, Yoshikazu Ohya
  • 雑誌名: G3 (Bethesda) 巻: 7 号: 8 ページ: 2807-2820
  • DOI: 10.1534/g3.117.044099
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Promoter engineering of the Saccharomyces cerevisiae RIM15 gene for improvement of alcoholic fermentation rates under stress conditions. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe D, Kaneko A, Sugimoto Y, Ohnuki S, Takagi H, Ohya Y
  • 雑誌名: J Biosci Bioeng. 巻: 123 号: 2 ページ: 183-189
  • DOI: 10.1016/j.jbiosc.2016.08.004
  • NAID: 40021112533
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Pleiotropic functions of the yeast Greatwall-family protein kinase Rim15p: a novel target for the control of alcoholic fermentation. (2017)
  • 著者名/発表者名: Watanabe D, Takagi H
  • 雑誌名: Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry 巻: in press 号: 6 ページ: 1061-1068
  • DOI: 10.1080/09168451.2017.1295805
  • 査読あり
• [雑誌論文] お酒をつくる酵母－ゲノムから解き明かす醸造特性のひみつ (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 大輔, 高木 博史
  • 雑誌名: 生物の科学 遺伝 巻: 印刷中
• [雑誌論文] ここまでわかった！きょうかい酵母（清酒用）の高発酵力を生み出すRIM15変異遺伝子 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 大輔, 高木 博史
  • 雑誌名: 日本醸造協会誌 巻: 110 ページ: 638-647
  • NAID: 130007431171
  • 査読あり
• [学会発表] 焼酎酵母におけるRim15pの欠損が麦焼酎醸造に及ぼす影響 (2019)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 田代智史, 新谷大, 杉本幸子, 岩見明彦, 梶原康博, 高下秀春, 高木博史
  • 学会等名: 日本農芸化学会2019年度大会
• [学会発表] パン酵母の冷凍保存後の発酵力に重要なプロテアソーム関連遺伝子の発現 (2018)
  • 著者名/発表者名: 高木博史, 渡辺大輔, 関口拓史, 杉本幸子, 長澤 淳, 喜田直孝
  • 学会等名: 第70回日本生物工学会大会
• [学会発表] 酵母非遺伝的因子[GAR+]がアルコール発酵と遺伝子発現に及ぼす効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 熊野舞香, 杉本幸子, 高木博史
  • 学会等名: 第70回日本生物工学会大会
• [学会発表] 酵母は何を感知してアルコール発酵を調節しているのか？ (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 高木博史
  • 学会等名: 第70回日本生物工学会大会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 清酒酵母の高発酵力を生み出すPP2ACdc55p (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 梶原拓真, 杉本幸子, 赤尾 健, 下飯 仁, 高木博史
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム第51回研究報告会
• [学会発表] 酵母非遺伝的因子[GAR+]がアルコール発酵と遺伝子発現に及ぼす効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 熊野舞香, 杉本幸子, 高木 博史
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部大会（第505回講演会）
• [学会発表] 酵母プリオン様因子[GAR+]を介した清酒酵母-生もと乳酸菌間の相互作用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 熊野舞香, 渡辺大輔, 杉本幸子, 砂田啓輔, 高橋俊成, 山田 翼, 高木博史
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部大会（第505回講演会）
• [学会発表] 清酒酵母の高発酵力を生み出すCdc55p結合型プロテインフォスファターゼ2A（PP2ACdc55p） (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 梶原拓真, 杉本幸子, 赤尾 健, 下飯 仁, 高木博史
  • 学会等名: 平成30年度日本醸造学会大会
• [学会発表] アルコール発酵調節におけるプロテインキナーゼRim15pとストレス応答性転写因子Msn2/4pの関係 (2018)
  • 著者名/発表者名: 川島幹也, 梶原拓真, 渡辺大輔, 高木博史
  • 学会等名: 第10回日本醸造学会若手シンポジウム
• [学会発表] パン酵母における高発酵関連因子の探索 (2018)
  • 著者名/発表者名: 山村瑞歩, 渡辺大輔, 杉本幸子, 梶原拓真, 高木博史
  • 学会等名: 第10回日本醸造学会若手シンポジウム
• [学会発表] 清酒酵母の高発酵力に関する研究 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔
  • 学会等名: 第4回関西醸造研究セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] Greatwall-PP2AB55d経路を介した解糖系制御と清酒酵母の生き残り戦略 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 赤尾 健, 下飯 仁, 高木博史
  • 学会等名: 第41回日本分子生物学会年会
• [学会発表] 清酒醸造における酵母と乳酸菌の相互作用 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔
  • 学会等名: 発酵と代謝研究会 平成29年度第2回勉強会
  • 招待講演
• [学会発表] 『感じる』酵母～栄養環境とアルコール発酵の関係～ (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔
  • 学会等名: 第26回HiHAセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 酵母のアルコール発酵調節におけるTORC1シグナリングとアミノ酸の効果 (2018)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 杉本幸子, 水野恵, 周延, 陳佳文, 赤尾健, 下飯仁, 前田達哉, 高木博史
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] 酵母Greatwallプロテインキナーゼを介した新規アルコール発酵調節経路 (2018)
  • 著者名/発表者名: 梶原拓真, 渡辺大輔, 武田鋼二郎, 建部恒, 塩崎一裕, 高木博史
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] 酵母ユビキチンリガーゼRsp5pを介したエタノールストレス応答およびエタノール発酵調節 (2018)
  • 著者名/発表者名: 松本拓也, 渡辺大輔, 志賀岳希, 北侑子, Tira Siti Nur Afiah, 高木博史
  • 学会等名: 日本農芸化学会2018年度大会
• [学会発表] アルコール発酵制御に関わる新規遺伝子の探索から明らかになった酵母 VTC 複合体の役割 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉岡 直哉, 渡辺 大輔, 高木 健一, 杉本 幸子, 高木 博史
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学（京都市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 生もと乳酸菌の共存が誘導する清酒酵母の炭素代謝改変及び清酒醸造への効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 伊藤 稔, 渡辺 大輔, 杉本 幸子, 大橋 正孝, 山田 翼, 高橋 俊成, 高木 博史
  • 学会等名: 日本農芸化学会2017年度大会
  • 発表場所: 京都女子大学（京都市）
  • 年月日: 2017-03-17
• [学会発表] 清酒酵母をサイエンスしてみた (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔
  • 学会等名: 生物工学若手研究者の集い夏のセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 生もと乳酸菌の共存が誘導する清酒酵母の代謝改変および清酒醸造への効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 伊藤稔, 杉本幸子, 大橋正孝, 山田翼, 高橋俊成, 高木博史
  • 学会等名: 第3回関西醸造研究セミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 清酒醸造における新しい微生物間相互作用 -乳酸菌の「声」は酵母に届くか- (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 砂田啓輔, 高橋俊成, 山田翼, 高木博史
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会大会シンポジウム
  • 招待講演
• [学会発表] 酵母アルコール発酵制御遺伝子のゲノムワイド探索から明らかになったリン酸-炭素代謝クロストーク調節 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 高木健一, 吉岡直哉, 杉本幸子, 高木博史
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会大会
• [学会発表] パン酵母の高発酵力を生み出す遺伝的要因の探索 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梶原拓真, 渡辺大輔, 高木博史
  • 学会等名: 第69回日本生物工学会大会
• [学会発表] 酵母アルコール発酵制御遺伝子のゲノムワイド探索から明らかになったリン酸-炭素代謝クロストーク調節 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 高木健一, 吉岡直哉, 杉本幸子, 高木博史
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム第50回研究報告会
• [学会発表] 酵母Greatwallプロテインキナーゼを介したアルコール発酵調節経路 (2017)
  • 著者名/発表者名: 梶原拓真, 渡辺大輔, 武田鋼二郎, 建部恒, 塩崎一裕, 高木博史
  • 学会等名: 酵母遺伝学フォーラム第50回研究報告会
• [学会発表] 酵母アルコール発酵制御遺伝子のゲノムワイド探索から明らかになったリン酸-炭素代謝クロストーク調節 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 高木健一, 吉岡直哉, 杉本幸子, 高木博史
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西・中四国・西日本支部2017年度合同大阪大会
• [学会発表] 醸造微生物学のパラドックス～清酒酵母の高発酵能とストレス耐性～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔
  • 学会等名: 第10回KITライフサイエンスセミナー
  • 招待講演
• [学会発表] 清酒酵母の高発酵力に関する研究 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔
  • 学会等名: 平成29年度日本醸造学会大会技術賞受賞記念講演
  • 招待講演
• [学会発表] 清酒酵母に見出したアルコール発酵調節因子Rim15pを介した栄養シグナル伝達経路の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔, 杉本幸子, 梶原拓真, 高木博史
  • 学会等名: 平成29年度日本醸造学会大会
• [学会発表] 生もと乳酸菌の共存が誘導する清酒酵母の代謝改変および清酒醸造への効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 熊野舞香, 渡辺大輔, 杉本幸子, 砂田啓輔, 高橋俊成, 山田翼, 高木博史
  • 学会等名: 第9回日本醸造学会若手シンポジウム
• [学会発表] 出芽酵母ユビキチンリガーゼRsp5pを介した新規アルコール発酵調節機構の解明 (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔
  • 学会等名: 酵母細胞研究会
  • 招待講演
• [学会発表] 酵母ゲノムから解き明かす醸造特性のひみつ (2017)
  • 著者名/発表者名: 渡辺大輔
  • 学会等名: 日本生物工学会九州支部2017年度市民フォーラム
  • 招待講演
• [学会発表] 生もと乳酸菌の共存が誘導する清酒酵母の代謝改変および清酒醸造への効果 (2017)
  • 著者名/発表者名: 熊野舞香, 渡辺大輔, 杉本幸子, 砂田啓輔, 高橋俊成, 山田翼, 高木博史
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部例会（第501回講演会）
• [学会発表] 清酒酵母におけるTORC1シグナリングとアルコール発酵の関連に関する研究 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 大輔, 周 延, 陳 佳文, 水野 恵, 荒木 義雄, 杉本 幸子, 万 クン, 中沢 伸重, 赤尾 健, 下飯 仁, 水田 啓子, 前田 達哉, 高木 博史
  • 学会等名: 平成28年度日本醸造学会大会
  • 発表場所: 北とぴあ（東京都北区）
  • 年月日: 2016-10-19
• [学会発表] ストレス環境におけるアルコール発酵力の改善を目指した酵母RIM15遺伝子のプロモーター改変 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 大輔, 金子 亜紀江, 杉本 幸子, 大貫 慎輔, 高木 博史, 大矢 禎一
  • 学会等名: 第68回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 富山国際会議場（富山県富山市）
  • 年月日: 2016-09-28
• [学会発表] Mechanism of high alcoholic fermentation performance of sake yeast Saccharomyces cerevisiae. (2016)
  • 著者名/発表者名: Watanabe D, Takagi H, Shimoi H
  • 学会等名: The 14th International Congress on Yeasts (ICY14)
  • 発表場所: Awaji, Hyogo (Japan)
  • 年月日: 2016-09-11
  • 国際学会
• [学会発表] Phosphate homeostasis as a novel regulatory mechanism of alcoholic fermentation by Saccharomyces cerevisiae (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka N, Watanabe D, Takagi K, Sugimoto Y, Takagi H
  • 学会等名: The 14th International Congress on Yeasts (ICY14)
  • 発表場所: Awaji, Hyogo (Japan)
  • 年月日: 2016-09-11
  • 国際学会
• [学会発表] Physiological role of lactic acid bacteria in traditional sake brewed with sake yeast Saccharomyces cerevisiae (2016)
  • 著者名/発表者名: Ito M, Watanabe D, Sugimoto Y, Takahashi T, Takagi H
  • 学会等名: The 14th International Congress on Yeasts (ICY14)
  • 発表場所: Awaji, Hyogo (Japan)
  • 年月日: 2016-09-11
  • 国際学会
• [学会発表] 新しい酵母の創成による発酵生産性・品質の向上を目指して (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 大輔
  • 学会等名: イノベーション・ジャパン2016
  • 発表場所: 東京ビッグサイト（東京都江東区）
  • 年月日: 2016-08-25
  • 招待講演
• [学会発表] なぜ清酒酵母はアルコール発酵力が高いのか？ (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 大輔
  • 学会等名: 駒場談話会
  • 発表場所: 東京大学駒場キャンパス（東京都目黒区）
  • 年月日: 2016-07-23
  • 招待講演
• [学会発表] 酵母における環境応答と代謝調節に関する分子遺伝学的研究とその応用 (2016)
  • 著者名/発表者名: 渡辺 大輔
  • 学会等名: 日本農芸化学会関西支部第495回講演会・ミニシンポジウム
  • 発表場所: 大阪府立大学学術交流会館（堺市）
  • 年月日: 2016-07-09
  • 招待講演
• [備考] 奈良先端科学技術大学院大学 バイオサイエンス領域 ストレス微生物科学研究室（高木研究室）
  • URL: http://bsw3.naist.jp/takagi/?cate=98
• [備考] 奈良先端科学技術大学院大学 バイオサイエンス研究科 ストレス微生物科学研究室（高木研究室）
  • URL: http://bsw3.naist.jp/takagi/?cate=98