Utilization of post-brewing yeast resources as a new agricultural resource and elucidation of its mechanism of physiological activity

2019 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 19KT0031
• Research Institution: Hokkaido University
• Principal Investigator: 松浦 英幸 北海道大学, 農学研究院, 教授 (20344492)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 柏木 純一 北海道大学, 農学研究院, 講師 (60532455)
• Project Period (FY): 2019-07-17 – 2022-03-31
• Keywords: 酵母澱 / 醸造 / 傷害応答 / ジャスモン酸

Outline of Annual Research Achievements

農業、林業、水産業、畜産業において太陽エネルギーを基軸に、人為的な様々なエネルギーが投入されて、食料などの農資源が作られている。しかし、短期的な経済性が重視され、一方の方向にエネルギーが流れる形式がまかり通っている。しかし、地球上の埋蔵エネルギーには限りがあることから、再利用できる資源は再利用する資源循環型の社会構築は持続的な社会を目指すうえで必須の項目と考える。この観点から未利用バイオマス資源の有効活用は人類永続の一助となる。本資源の有効活用の一環として、農業資材として多く製品が市販され、実際に利用されている。しかし、学術的な裏付けが乏しい面もあり、その使用が一部に限られている。大量に産出される未利用バイオマスの一事例として、ビール、日本酒、ぶどう酒、焼酎などの醸造過程の副産物である澱(おり)があげられる。本課題ではビール醸造後のビール酵母澱に焦点を当て、資源循環型の社会構築に向けた研究事例のモデルケースを構築する。2019年度は上記の概要を進めるための準備段階として位置付け、1）圃場試験を再度行い、再現性を確かめる。2）ぶどう酒製造後の酵母澱にまずは焦点を当て、想定する植物の傷害応答反応が生じるか確かめることとした。3）ぶどう酒製造後の酵母澱、ビール酒製造後の可溶化処理済みの酵母澱に含まれ、植物の傷害応答反応を惹起する低分子生理活性物質の単離同定、4)資材の葉面散布により馬鈴薯の増収効果の生物学的機構の解明を試みる。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

ワイン醸造後の酵母澱に関して実験を行なった。酵母澱、100gに対して、100mLの脱塩水を加え、加圧加熱処理を行った。得られた溶液を10倍希釈し、実験植物である、ベンタミアーナ（ナス科、タバコの一種）の葉部へ噴霧処理を3回行った。傷害応答を模倣した処理であることから、ジャスモン酸類の内生量の上昇を期待したが、期待した内生量の上昇効果は得ることができなかった。今後はセルラーぜ処理を施すなど、前処理を施す予定である。ビール醸造後の可溶化済みの資材に関しては上記の傷害応答を模倣した効果は再現性を確認できた。しかし、馬鈴薯の増収効果を期待した圃場実験では、その効果を得ることができなかった。その要因として、2019年の春期の厳しい干ばつにより、定植後の発芽が支障をきたしたことがいちばんの理由と考えられる。干ばつの影響により生育期間が充分に保てず、散布時期も想定通り行うことができなかった。2020年度も再度、同様な試験を行う予定である。可溶化済みの資材に含まれる低分子生理活性物質は同定中である。また、日本酒醸造後の酵母澱に関して、ブドウ酵母澱の現状を考慮し、セルラーゼ処理を施し、検討したい。

Strategy for Future Research Activity

2019年度の実験により、酵母澱を資材として用いる場合は、可溶化処理が必要であると判断できた。市販の諸酵素を購入し試したい。昨年度は10月から始まったことから、種芋の用意が出来ないために行うことができなかったが、人工気象機内で短日、長日条件を作り、酵母澱刺激による馬鈴薯塊茎の誘導効果を実証する。現在のところ、酵母澱刺激によりジャスモン酸類の内生量が上昇し、12位の水酸化されたジャスモン酸が地下部へ移行し、塊茎誘導を促進していると考えている。これに伴い、ジャスモン酸生合成の重要化合物、12オキソファイトジエン酸のラベル体を合成している。また、酵母の細胞壁成分で可溶化されたものが重要と考え、水溶性のキシロオリゴ糖などを入手し、葉面散布実験を行いたい。また、寒天培地に入手の資材を混合し、シロイヌナズナ、マイクロトムなどの種子を播種し、芽生えの生育具合、傷害応答関連の遺伝子の発現パターンを解析し、水溶性多糖類の機能を解析する。また、他の水溶性多糖類に関しても研究を進める。