微細藻類スピルリナの代謝工学のための基盤技術開発

• 研究課題/領域番号: 26870472
• 研究種目: 若手研究(B)
• 配分区分: 基金
• 研究分野: 水圏生命科学; 持続可能システム
• 研究機関: 首都大学東京
• 研究代表者: 得平 茂樹 首都大学東京, 理工学研究科, 准教授 (90548132)
• 研究期間 (年度): 2014-04-01 – 2018-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2017年度)
• 配分額: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円); 2016年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円); 2015年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円); 2014年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円)
• キーワード: 微細藻類 / スピルリナ / 形質転換 / 制限修飾系 / バイオ燃料 / メチル化

研究成果の概要

本研究では、バイオマス資源としての実用化に最も近い微細藻類の一つであるシアノバクテリアArthrospira platensis（通称、スピルリナ）の代謝工学に不可欠な遺伝子操作技術の開発を行った。スピルリナの形質転換において最大の障壁となるのは、外部から導入されたDNAが11個のII型制限酵素と複数のI型制限酵素により分解されてしまうことにある。本研究では、これらの制限酵素からDNAを保護する技術を開発し、スピルリナの形質転換のための基盤技術を確立した。

研究成果

• [雑誌論文] Transcriptional activation of glycogen catabolism and oxidative pentose phosphate pathway by NrrA facilitates cell survival under nitrogen starvation in the cyanobacterium Synechococcus sp. strain PCC 7002. (2018)
  • 著者名/発表者名: Shimmori Y, Kanesaki Y, Nozawa M, Yoshikawa H, and Ehira S.
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 印刷中 号: 6 ページ: 1225-1233
  • DOI: 10.1093/pcp/pcy059
  • 査読あり
• [雑誌論文] The nitrogen-regulated response regulator NrrA is a conserved regulator of glycogen catabolism in β-cyanobacteria (2017)
  • 著者名/発表者名: Ehira Shigeki、Shimmori Yuka、Watanabe Satoru、Kato Hiroaki、Yoshikawa Hirofumi、Ohmori Masayuki
  • 雑誌名: Microbiology 巻: 163 号: 11 ページ: 1711-1719
  • DOI: 10.1099/mic.0.000549
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Application of CRISPR Interference for Metabolic Engineering of the Heterocyst-Forming Multicellular Cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120 (2017)
  • 著者名/発表者名: Higo Akiyoshi、Isu Atsuko、Fukaya Yuki、Ehira Shigeki、Hisabori Toru
  • 雑誌名: Plant and Cell Physiology 巻: 59 号: 1 ページ: 119-127
  • DOI: 10.1093/pcp/pcx166
  • 査読あり
• [雑誌論文] Spatial separation of photosynthesis and ethanol production by cell type-specific metabolic engineering of filamentous cyanobacteria (2017)
  • 著者名/発表者名: Ehira Shigeki、Takeuchi Takuto、Higo Akiyoshi
  • 雑誌名: Applied Microbiology and Biotechnology 巻: 102 号: 3 ページ: 1523-1531
  • DOI: 10.1007/s00253-017-8620-y
  • 査読あり
• [雑誌論文] CyanoBase: a large-scale update on its 20th anniversary. (2017)
  • 著者名/発表者名: Fujisawa, T., Narikawa, R., Maeda, S., Watanabe, S., Kanesaki, Y., Kobayashi, K., Nomata, J., Hanaoka, M., Watanabe, M., Ehira, S., Suzuki, E., Awai, K. and Nakamura, Y.
  • 雑誌名: Nucleic Acids Research 巻: 45 号: D1 ページ: 551-554
  • DOI: 10.1093/nar/gkw1131
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Diversification of DnaA dependency for DNA replication in cyanobacterial evolution. (2016)
  • 著者名/発表者名: Ohbayashi R., Watanabe S., Ehira S., Kanesaki Y., Chibazakura T., and Yoshikawa H.
  • 雑誌名: ISME Journal 巻: 10 号: 5 ページ: 1113-1121
  • DOI: 10.1038/ismej.2015.194
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Regulation of genes involved in heterocyst differentiation in the cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120 by a group 2 sigma factor SigC (2015)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., Miyazaki, S.
  • 雑誌名: Life 巻: 5 号: 1 ページ: 587-603
  • DOI: 10.3390/life5010587
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Sucrose synthesis in the nitrogen-fixing cyanobacterium Anabaena sp. strain PCC 7120 is controlled by the two-component response regulator OrrA (2014)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., Kimura, S., Miyazaki, S., Ohmori, M.
  • 雑誌名: Appl. Environ. Microbiol. 巻: 80 号: 18 ページ: 5672-5679
  • DOI: 10.1128/aem.01501-14
  • 査読あり
• [雑誌論文] Fatty alcohols can complement functions of heterocyst specific glycolipids in Anabaena sp. PCC 7120. (2014)
  • 著者名/発表者名: Halimatul, H.S.M., Ehira, S., Awai, K.
  • 雑誌名: Biochem. Biophys. Res. Commun. 巻: 450 号: 1 ページ: 178-183
  • DOI: 10.1016/j.bbrc.2014.05.093
  • 査読あり
• [学会発表] シアノバクテリアにおける多様な分化細胞を生み出す分子機構の解明 (2018)
  • 著者名/発表者名: 肥田真太朗，得平茂樹
  • 学会等名: 第12回日本ゲノム微生物学会年会
• [学会発表] 糸状性シアノバクテリアの細胞種特異的代謝工学による嫌気的バイオ燃料生産 (2018)
  • 著者名/発表者名: 得平茂樹，肥後明佳，竹内卓人
  • 学会等名: 第59回日本植物生理学会年会
• [学会発表] Redox regulation of cellular differentiation in cyanobacteria (2018)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S.
  • 学会等名: CLS, Tokyo Tech. International Forum 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] igment composition of a cultivated strain of the cyanobacterium Phormidesmis priestleyi isolated from cryoconite on Qaanaaq Glacier, northwest Greenland (2018)
  • 著者名/発表者名: Kizawa, A., Uetake, J., Kosugi, M., Ehira, S., and Takeuchi, N.
  • 学会等名: International Symposium on Cryosphere and Biosphere
  • 国際学会
• [学会発表] シアノバクテリアAnabaena sp. PCC 7120におけるヘテロシスト分化にともなう窒素固定能の発現制御機構 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小池洋輔、栗尾洋平、兼崎友、吉川博文、得平茂樹
  • 学会等名: 第11回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] ヘテロシストを形成しないシアノバクテリアArthrospira platensis NIES-39におけるhetR遺伝子の機能解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 小池玲示、得平茂樹
  • 学会等名: 第11回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 神奈川
  • 年月日: 2017-03-02
• [学会発表] シアノバクテリアにおいてグリコーゲン分解が窒素飢餓での生存に必須である (2017)
  • 著者名/発表者名: 新森友香，兼崎友，吉川博文，得平茂樹
  • 学会等名: 第8回日本光合成学会年会
• [学会発表] 酸素発生型光合成で駆動する嫌気発酵プロセス (2017)
  • 著者名/発表者名: 得平茂樹
  • 学会等名: 第8回日本光合成学会年会
• [学会発表] シアノバクテリアにおける窒素飢餓環境への適応機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 得平茂樹，新森友香
  • 学会等名: 日本植物学会第80回大会
  • 発表場所: 沖縄
  • 年月日: 2016-09-16
• [学会発表] シアノバクテリアにおける乾燥耐性獲得機構 (2016)
  • 著者名/発表者名: 得平茂樹，木村聡，佐藤未歩，大森正之
  • 学会等名: 第7回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2016-05-27
• [学会発表] 窒素飢餓環境に対するシアノバクテリアの生存戦略の比較解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 得平茂樹
  • 学会等名: 第10回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 東京工業大学（東京）
  • 年月日: 2016-03-04
• [学会発表] 窒素飢餓環境に対するシアノバクテリアの生存戦略 (2015)
  • 著者名/発表者名: 得平茂樹
  • 学会等名: ラン藻の分子生物学2015
  • 発表場所: かずさアカデミアホール（千葉）
  • 年月日: 2015-11-17
  • 招待講演
• [学会発表] ヘテロシストパターン形成を制御するセリン・スレオニンキナーゼPknHの機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 片山瑳紀、得平茂樹
  • 学会等名: ラン藻の分子生物学2015
  • 発表場所: かずさアカデミアホール（千葉）
  • 年月日: 2015-11-16
• [学会発表] シアノバクテリアにおける分化細胞の機能発現を制御する転写因子DevH (2015)
  • 著者名/発表者名: 小池洋輔、栗尾洋平、兼崎友、吉川博文、得平茂樹
  • 学会等名: ラン藻の分子生物学2015
  • 発表場所: かずさアカデミアホール（千葉）
  • 年月日: 2015-11-16
• [学会発表] 比較機能解析によるシアノバクテリアの環境適応機構の解明 (2015)
  • 著者名/発表者名: 得平茂樹
  • 学会等名: 第30回日本微生物生態学会大会
  • 発表場所: 土浦亀城プラザ（茨城）
  • 年月日: 2015-10-20
• [学会発表] Regulation of compatible solute synthesis in the heterocystous cyanobacterium Anabaena sp. PCC 7120 (2015)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S., Kimura, S., Fan, X.Y., Miyazaki, S. and Ohmori, M.
  • 学会等名: 15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: Tubingen (Germany)
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] Variety of dependency on DnaA protein for DNA replication among cyanobacterial lineages (2015)
  • 著者名/発表者名: Ohbayashi, R., Watanabe, S., Ehira, S., Kanesaki, Y., Chibazakura, T. and Yoshikawa, H.
  • 学会等名: 15th International Symposium on Phototrophic Prokaryotes
  • 発表場所: Tubingen (Germany)
  • 年月日: 2015-08-02
  • 国際学会
• [学会発表] Metabolic engineering of differentiated cells of filamentous cyanobacteria for biofuel production (2015)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S.
  • 学会等名: The 7th German-Japanese Binational Seminar
  • 発表場所: 熱海
  • 年月日: 2015-03-24
  • 招待講演
• [学会発表] Anabaena sp. PCC 7120におけるcyAbrBによるgnd遺伝子の発現制御 (2015)
  • 著者名/発表者名: 西山英里，中村康太，日原由香子，得平茂樹
  • 学会等名: 第9回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-07
• [学会発表] シアノバクテリアAnabaena sp. PCC 7120のヘテロシスト分化における転写制御因子DevHの機能解析 (2015)
  • 著者名/発表者名: 栗尾洋平，得平茂樹
  • 学会等名: 第9回日本ゲノム微生物学会年会
  • 発表場所: 神戸
  • 年月日: 2015-03-06 – 2015-03-07
• [学会発表] Cell-specific metabolic engineering of filamentous cyanobacteria for biofuel production (2015)
  • 著者名/発表者名: Ehira, S.
  • 学会等名: Tokyo Tech-HHU Düsseldorf Joint Symposium on Photosynthesis as a New Chemical Resource
  • 発表場所: 東京
  • 年月日: 2015-03-04
  • 招待講演
• [学会発表] シアノバクテリアにおける乾燥適応の分子機構 (2014)
  • 著者名/発表者名: 得平茂樹，Fan Xing-Yan，木村聡，大森正之
  • 学会等名: 環境微生物系学会合同大会2014
  • 発表場所: 浜松
  • 年月日: 2014-10-22
• [学会発表] シアノバクテリアにおける細胞特異的な代謝改変によるバイオ燃料生産 (2014)
  • 著者名/発表者名: 得平茂樹
  • 学会等名: 第66回日本生物工学会大会
  • 発表場所: 札幌
  • 年月日: 2014-09-10
• [学会発表] シアノバクテリアにおけるグリコーゲン代謝制御の比較解析 (2014)
  • 著者名/発表者名: 得平茂樹，藤木耕平，西山英里
  • 学会等名: 第5回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2014-05-30 – 2014-05-31
• [学会発表] ヘテロシスト形成に伴う遺伝子発現とチラコイド膜光化学系変化の同時タイムラプス顕微分光 (2014)
  • 著者名/発表者名: 野末秀穂，佐藤直樹，豊島正和，得平茂樹，寺嶋正秀，熊崎茂一
  • 学会等名: 第5回日本光合成学会年会
  • 発表場所: 奈良
  • 年月日: 2014-05-30 – 2014-05-31