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2023 年度 実施状況報告書

酵母におけるプロリン資化抑制機構の解明と実用酵母の育種を通じたワイン醸造への応用

研究課題

研究課題/領域番号 23K13872
研究機関奈良先端科学技術大学院大学

研究代表者

棚橋 亮弥  奈良先端科学技術大学院大学, 研究推進機構, 特任助教 (30908330)

研究期間 (年度) 2023-04-01 – 2026-03-31
キーワードSaccharomyces cerevisiae / non-Saccharomyces / proline utilization / yeast culture collection
研究実績の概要

まず、合計約200株のSaccharomyces属およびnon-Saccharomyces属の酵母に対し、イサチンを用いた簡便なプロリン資化能評価法を実施したところ、産業用酵母で幅広く用いられるSaccharomyces属はPro資化性が低いことが確認できた。また、Metschnikowia, Millerozyma, やWickerhamomyces属等の酵母はPro資化能が高いことが判明した。興味深いことに、Pro資化性は低いものの、Saccharomyces属の酵母においても少ない割合でProを資化する酵母が存在した。遺伝学的なアプローチが簡便であることから、新たに約1000株のS. cerevisiaeを対象にスクリーニングを実施し、Pro資化抑制に関わる分子機構の網羅的な解明を試みた。その結果、約70株のS. cerevisiaeを取得した。また、これらのPro資化性酵母からゲノムDNAを抽出・精製し、全ゲノムシーケンスを実施した。全ゲノムシーケンスおよびそのデータ解析の結果、転写因子群およびシグナル伝達に関与する遺伝子群が抽出された。計36の候補遺伝子群について、各一遺伝子欠損株を作製し、Pro資化能を評価した。その結果、転写因子であるArg80およびユビキチンリガーゼ複合体の構成因子であるApc9遺伝子の欠損によりPro資化が大きく向上することが示された。
これまでの研究では、既知のPro資化経路の強化を重点的に進められてきたが、実用レベルでのPro消費量を達成していない。その要因として、Pro資化を強く抑制する機構やその原因となる遺伝子が不明であることが挙げられる。それに対して本研究では、約1,000株を用いたスクリーニングを通じて未解明であるPro資化抑制機構の全体像の一旦を解明した。これにより、真に実用できるPro高資化性酵母の構築が可能となりつつある。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

交付申請書に記載した通り、1-2年目を通じて実施するスクリーニングが完了した。また、全ゲノムシーケンスも完了し、候補となる遺伝子の抽出も完了した。以上は、当初の計画通りである。今後、詳細なメカニズムの解析、および醸造への応用が課題となる。

今後の研究の推進方策

今後の研究計画については、当初の予定通りに進める。つまり、今年度は同定された遺伝子によるPro資化抑制機構の詳細について解析を進める。これと並行して、産業用酵母を用いて、同定遺伝子の遺伝子欠損あるいは機能獲得変異を導入し、Pro資化がワイン醸造に及ぼす影響について解析する準備を進める。

次年度使用額が生じた理由

2023年度は本研究の基幹であるスクリーニングを実施し、酵母培養関連試薬および遺伝子ワーク試薬に費用を計上したものの、安価に完遂できた。次年度では、プロテオミクス解析、遺伝子転写解析、および2L培養槽を用いた醸造試験を予定しており、それら解析費に多額の出費を行う予定である。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2023 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (4件) (うち国際共著 1件、 査読あり 4件、 オープンアクセス 4件) 学会発表 (2件) (うち国際学会 2件)

  • [国際共同研究] University of California, Davis(米国)

    • 国名
      米国
    • 外国機関名
      University of California, Davis
  • [雑誌論文] Isolation of Yeast Strains with Higher Proline Uptake and Their Applications to Beer Fermentation2023

    • 著者名/発表者名
      Tanahashi Ryoya、Nishimura Akira、Nguyen Minh、Sitepu Irnayuli、Fox Glen、Boundy-Mills Kyria、Takagi Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of Fungi

      巻: 9 ページ: 1137~1137

    • DOI

      10.3390/jof9121137

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] PKA-Msn2/4-Shy1 cascade controls inhibition of proline utilization under wine fermentation models2023

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Akira、Tanahashi Ryoya、Nakazawa Hayate、Oi Tomoki、Mima Misaki、Takagi Hiroshi
    • 雑誌名

      Journal of Bioscience and Bioengineering

      巻: 136 ページ: 438~442

    • DOI

      10.1016/j.jbiosc.2023.10.005

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Identification of an arginine transporter in Candida glabrata2023

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Akira、Tanahashi Ryoya、Nakagami Kazuki、Morioka Yuto、Takagi Hiroshi
    • 雑誌名

      The Journal of General and Applied Microbiology

      巻: 69 ページ: 229~233

    • DOI

      10.2323/jgam.2023.03.003

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Plasmid-free CRISPR/Cas9 genome editing in Saccharomyces cerevisiae2023

    • 著者名/発表者名
      Nishimura Akira、Tanahashi Ryoya、Oi Tomoki、Kan Kyoyuki、Takagi Hiroshi
    • 雑誌名

      Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry

      巻: 87 ページ: 458~462

    • DOI

      10.1093/bbb/zbad008

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] Isolation of Saccharomyces cerevisiae with higher proline uptake and their applications to beer and wine fermentation2023

    • 著者名/発表者名
      Ryoya Tanahashi, Akira Nishimura, Irnayuli Sitepu, Glen Fox, Kyria Boundy-Mills, Hiroshi Takagi
    • 学会等名
      The 37th International Specialized Symposium on Yeasts (ISSY37)
    • 国際学会
  • [学会発表] The arginine transporter Can1 regulates proline uptake as a transceptor in Saccharomyces cerevisiae2023

    • 著者名/発表者名
      Ryoya Tanahashi, Akira Nishimura, Hiroshi Takagi
    • 学会等名
      第46回日本分子生物学会年会
    • 国際学会

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公開日: 2024-12-25  

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