| 研究課題/領域番号 |
16K14890
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| 研究機関 | 九州大学 |
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研究代表者 |
園元 謙二 九州大学, 農学研究院, 教授 (10154717)
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| 研究分担者 |
伊藤 幸博 東北大学, 農学研究科, 准教授 (70280576)
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| 研究期間 (年度) |
2016-04-01 – 2019-03-31
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| キーワード | デザインドバイオマス / バイオブタノール / 混合糖 / カタボライト抑制（CCR） / 適応型発酵プロセス / 育種イネ / セルラーゼ / 糖化性 |
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| 研究実績の概要 |
１．カタボライト抑制（CCR）を回避したブタノール発酵：グルコース（G）とキシロース（X）から成る混合糖（GX混合糖）を用いた場合、CCRが生じる。そこで、Gの代わりに二糖であるセロビオース（C）から成る混合糖（CX混合糖）を用いて回分培養を行った結果、CXが同時に消費され、CCRが回避された。回避機構について、転写解析の結果、Cの非PTS系輸送体であるpermeaseと菌体内β-glucosidase（βG）を介したバイパス経路の利用、そしてCCRのキー酵素遺伝子hprKの発現抑制が重要な要因であった。また、CX混合糖を用いてcell recyclingによる高密度菌体の連続発酵系の構築を検討した。その結果、約0.7 h-1の高希釈率でも混合糖の高い利用率とブタノール高生産性を達成した。実際に、稲わらを原料とした場合、そのSemi-hydrolysateはCCRを回避すると共に、稲わらの糖化に使用する酵素当たりのブタノール収率やブタノール生産性を高め、費用対効果の高い適応型発酵プロセスが構築できた。
２．発酵プロセス適応型イネの育種：老化誘導プロモーターによりβG、cellobiohydrolase（CH）、endo-glucanase（EG）およびCHとEGの融合タンパク質（ハイブリッドセルラーゼ）をそれぞれ発現するイネを作出し、稲わらの酵素糖化性を調べた。その結果、老化前（出穂期）には糖化性の向上は見られなかったが、老化後（収穫期）には、CHおよびEGを導入したイネで糖化性の向上が見られた。その他の遺伝子導入イネでは糖化性の向上は見られなかった。導入遺伝子は、いずれも老化期特異的に発現することを確認した。
稲わらは、葉身、葉鞘、茎で糖化性が大きく異なる。そこで、糖化性の向上した稲わらは、各部位に分別して糖化性の測定を行うことにし、新たにイネの育成と稲わらの採取を行った。
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| 備考 |
本研究課題の成果を含む高校生対象の講演（模擬講義）を下記の様に行った（伊藤幸博、東北大学青葉山キャンパス）。
①遺伝子と遺伝子組換え植物、福島県立磐城高等学校、2018年4月 ②DNAと遺伝子組換え植物、科学技術振興機構 グローバルサイエンスキャンパス 探求型科学者の卵養成講座、2018年7月 ③イネを用いた遺伝子の調べ方と使い方、東北大学農学部オープンキャンパス、2018年7月-8月
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