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シアノバクテリアを用いたストリゴラクトン高効率生産系構築と新規類縁体の創成

公募研究

研究領域生物合成系の再設計による複雑骨格機能分子の革新的創成科学
研究課題/領域番号 17H05451
研究種目

新学術領域研究(研究領域提案型)

配分区分補助金
審査区分 理工系
研究機関東京農業大学

研究代表者

渡辺 智  東京農業大学, 生命科学部, 准教授 (10508237)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
研究課題ステータス 完了 (2018年度)
配分額 *注記
7,540千円 (直接経費: 5,800千円、間接経費: 1,740千円)
2018年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
2017年度: 3,770千円 (直接経費: 2,900千円、間接経費: 870千円)
キーワードシアノバクテリア / 植物ホルモン / ストリゴラクトン / 物質生産 / 応用微生物 / 醗酵 / 生理活性
研究実績の概要

植物ホルモンであるストリゴラクトン(SL)はアフリカにおいて深刻な農業被害をもたらす根寄生雑草の駆除に高い効果を示す。しかしSLは分解されやすく、植物からの分泌量も微量であるため、SLを安価かつ大量に生産する系の確立が求められている。SLはβ-カロテンを初発物質としてD27、CCD7、CCD8、およびP450ホモログであるMAX1の4酵素により主に葉緑体で合成される。本研究ではSL生産のホストとして、葉緑体の祖先生物であるシアノバクテリアに着目した。シアノバクテリアは葉緑体と酷似した代謝機能、そして生合成酵素の作業環境を有しておりβ-カロテンを高蓄積している。さらに細胞内において植物型P450が機能することが保証されているため、シアノバクテリアにSL生合成遺伝子を導入すればSLまでの合成反応を一挙に進めることができると考えた。
これまでにシアノバクテリアにおいてSL合成遺伝子発現株を構築した。シロイヌナズナ、イネに加え、藻類であるドナリエラよりSL合成酵素であるD27, CCD7, CCD8, Os900をクローニングした。これらの遺伝子をシアノバクテリアで強発現するプロモーター下に配置し、新規開発したシャトルプラスミドに組み込んだ。得られた発現プラスミドをシアノバクテリアに形質転換し、その効果を検証したところ、SLの中間産物が有意に蓄積することが確認された。またSL大量合成のためにβカロテン量の確保を考慮し、βカロテン水酸化酵素CrtRの欠損を試みた。その結果、crtR遺伝子のコピー数を低下させた株の取得に成功した。上記に加え、生合成酵素の葉緑体移行シグナルや幕貫通ドメインが、シアノバクテリア細胞内における発現や活性に阻害的に働くことなど、本研究を発展させる上で必要不可欠な情報を得ることができた。

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(2件)
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (13件)

すべて 2019 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (11件) (うち招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Carbon-free production of 2-deoxy-scyllo-inosose (DOI) in cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 79422018

    • 著者名/発表者名
      Watanabe, S., Ozawa, H., Kato, H., Nimura-Matsune, K., Hirayama, T., Kudo, F., Eguchi, T., Kakinuma, K., Yoshikawa, H.
    • 雑誌名

      Biosci. Biotech. Biochem.

      巻: 82 号: 1 ページ: 161-165

    • DOI

      10.1080/09168451.2017.1411777

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書 2017 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] ParA-like protein influences the distribution of multi-copy chromosomes in cyanobacterium Synechococcus elongatus PCC 7942.2018

    • 著者名/発表者名
      Watanabe S, Noda A, Ohbayashi R, Uchioke K, Kurihara A, Nakatake S, Morioka S, Kanesaki Y, Chibazakura T, Yoshikawa H
    • 雑誌名

      Microbiology

      巻: 164 号: 1 ページ: 45-56

    • DOI

      10.1099/mic.0.000577

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] シアノバクテリアを用いたストリゴラクトン生産系構築の試み2019

    • 著者名/発表者名
      坂巻裕、伊藤晋作、渡辺智
    • 学会等名
      日本農芸化学会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] シアノバクテリアを用いたストリゴラクトン生産の試み2018

    • 著者名/発表者名
      坂巻裕、伊藤晋作、渡辺智
    • 学会等名
      ゲノム微生物学会年会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] NGSを利用した合成生物シアノバチルスのゲノム・発現解析2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺智
    • 学会等名
      第五回NGS現場の会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 枯草菌-シアノバクテリア間の “種の壁”を利用したゲノム編集系の確立2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺智,川口毅,坂巻裕,朝井計,河村富士夫,板谷光泰,吉川博文
    • 学会等名
      遺伝研研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 枯草菌―シアノバクテリア間の“種の壁”を利用したシアノバクテリアゲノム編集系の確立2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺智
    • 学会等名
      「生合成リデザイン」第2回若手シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 複数コピー染色体を持つシアノバクテリアのDNA複製・修復機構2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺智、大林龍胆、兼崎友、吉川博文
    • 学会等名
      藍藻の分子生物学2017
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シアノバクテリアを用いたストリゴラクトン高効率生産系構築と新規類縁体の創成2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺智
    • 学会等名
      「生合成リデザイン」第3回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] BGMベクターを用いたシアノバクテリアゲノム編集系の確立2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺智
    • 学会等名
      ゲノム未来会議3.0
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 枯草菌―シアノバクテリア間の“種の壁”を利用したシアノバクテリアゲノム編集系の確立2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺智,川口毅,坂巻裕,朝井計,河村富士夫,板谷光泰,吉川博文
    • 学会等名
      2017年度グラム陽性菌ゲノム機能会議
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] 枯草菌―シアノバクテリア間の“種の壁”を利用した革新的シアノバクテリアゲノム編集系の確立2018

    • 著者名/発表者名
      渡辺智,川口毅,坂巻裕,朝井計,河村富士夫,板谷光泰,吉川博文
    • 学会等名
      2017年度農芸化学会関東支部大会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] フィコビリソームの人工改変による細胞の色調制御2018

    • 著者名/発表者名
      川口毅、渡辺麻衣、池内昌彦、成川礼、渡辺智
    • 学会等名
      第12回日本ゲノム微生物学会年会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2019-12-27  

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