染色体工学を用いた選択的リグニン分解菌の分子育種

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 13760130
• 研究種目: 奨励研究(A)
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 本田 与一 京都大学, 木質科学研究所, 助手 (70252517)
• キーワード: 白色腐朽菌 / リグニン分解 / バイオマス変換 / 形質転換 / 遺伝子工学

研究概要

Ceriporiopsis subvermisporaは「選択的リグニン分解菌」として知られ、木材中のセルロースをほとんど分解することなくリグニンのみを迅速かつ効果的に分解することが報告されている。こうした系では、菌体外酸化酵素によって始発されたラジカル反応を、植物二次壁中に伝えるメディエーター分子が生産され、選択的なリグニンの分解に重要な役割を果たしているという可能性が指摘されている。このような担子菌による選択的リグニン分解機構とその制御を理解するためには、従来の生化学的な手法と併せて、遺伝子工学を柱とする分子生物学的アプローチを用いた表・裏からの二面攻撃を行うことが極めて効果的であると考えられる。
一方、申請者はこれまでに、世界に先駆けてCeriporiopsis subvermisporaにおける形質転換系(遺伝子導入系)の開発を行った(平成12年度木材学会大会にて発表)。形質転換系の存在は、単に特定の遺伝子にコードされる酵素および代謝物質の果たす生理学的意味を分子遺伝学的に解明するに留まらず、遺伝子工学を用いて人為的に強化された菌を分子育種するための技術的基盤が準備されたことを意味する。本研究は、染色体工学的な手法を用いてCeriporiopsis subvermisporaの選択的リグニン分解系のメカニズム解明と高効率のリグニン分解菌の創出を目指すものである。具体的には、担子菌自身におけるリグニン分解酵素遺伝子の高発現および抑制を行って生理学的な役割を明らかにするとともに、高度に育種された選択的リグニン分解菌の創出を試みるものである。
既に開発された選択的リグニン分解菌C. subvermispora形質転換ベクターに、安定化やさらなる高形質転換を可能とする配列(セントロメアやテロメア配列等)の導入をゲノムライブラリーや合成オリゴDNA配列の挿入により行い、プロトプラスト化された細胞内に導入することを試みたが、現在までのところ薬剤耐性の形質転換体は得られていない。
一方で、本菌のリグニン分解酵素群であるラッカーゼおよびマンガンペルオキシダーゼ遺伝子をクローニングする目的で、PCR法を用いてこれらの遺伝子ファミリーに属すると考えられる複数のクローンの単離に成功し、塩基配列の解析中である。

研究成果

• [文献書誌] Irie, T., Y.Honda, T.Watanabe, M.Kuwahara: "Efficient transformation of filamentous fungus Pleurotus ostreatus using single-strand carrier DNA"Appl. Microbiol. Biotechnol. 55. 563-565 (2001)
• [文献書誌] Irie, T., Y.Honda, T.Watanabe, M.Kuwahara: "Homologous expression of recombinant manganese peroxidase genes in ligninolytic fungus Pleurotus ostreatus"Appl. Microbiol. Biotechnol. 55. 566-570 (2001)
• [文献書誌] Irie, T., Y.Honda, T.Hirano, T.Sato, H.Enei, T.Watanabe, M.Kuwahara: "Stable transformation of Pleurotus ostreatus to hiygromycin B resistance using Lentinus edodes GPD expression signals"Appl. Microbiol. Biotechnol. 56. 707-709 (2001)
• [文献書誌] 本田与一(共著): "キノコを科学する"地人書館. 216 (2001)