Research on boosting mechanism of fiber digestion in key rumen bacterium by agricultural byproduct

农副产品促进瘤胃关键菌纤维消化的机制研究

基本信息

批准号：
20F20102
负责人：
小池聡
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Hokkaido University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究ではF. succinogenesが保有する糖質分解酵素遺伝子（以下、GH遺伝子）のうち、機能がわかっている15個のGHに的を絞り、それらの遺伝子発現レベルを検討した。発現変動が見られたGH遺伝子は8つあり、2つは、マメ外皮添加によって発現量が減少した。これらの遺伝子は、GHファミリー8および9に属するエンドグルカナーゼであった。GHファミリー9に属する遺伝子は、結晶セルロースに対してほとんどまたはまったく活性を示さないが、可溶性セルロース誘導体およびさまざまな植物多糖類に対しては活性を示すことが知られている。植物の細胞壁のセルロースは結晶化した構造であるため、これらの遺伝子がコードする酵素はイナワラ消化への貢献度は低い可能性がある。マメ外皮添加によりイナワラ消化への貢献が低い酵素の遺伝子発現が低下するのであれば、酵素合成のコスト節約となり、結果としてF. succinogenesの効率的な繊維消化を促すかもしれない。本研究で対象としたGH遺伝子のうち、エンドグルカナーゼ、キシラナーゼまたはセロデキストリンをコードする6つはマメ外皮の添加により発現量が向上した。これらのGH遺伝子の発現向上は、マメ外皮によるイナワラ消化のブースター効果を一部説明するものである。F. succinogenesは、植物細胞壁多糖類のセルロースとヘミセルロースの両方を分解する能力があることが知られている。多様なセルラーゼとヘミセルラーゼの発現向上は、複数の糖質分解酵素が複合的に作用することでF. succinogenesのセルロース分解が効率的に行われることを示唆している。以上より、マメ外皮添加によりセルロース分解菌が保有するセルラーゼやキシラナーゼの遺伝子発現向上が認められ、本資材による繊維分解ブースト効果の機序を一部解明した。

在这项研究中，我们专注于15个GHS，这些GHS具有碳水化合物降解酶基因（以下称为GH基因）的已知功能，由F. succinogenes携带，并检查了这些基因的基因表达水平。有八个具有表达变化的GH基因，其中两个通过添加豆皮降低了表达水平。这些基因是属于GH家族8和9的内生葡萄糖酶。属于GH家族9的基因对晶体纤维素的影响很少或没有活性，但已知对可溶性纤维素衍生物和各种植物多糖表现出活性。由于植物细胞壁中的纤维素是一种结晶的结构，因此这些基因编码的酶可能对稻球的消化造成更少的贡献。如果添加豆皮会减少酶的基因表达，从而减少了裂纹消化的贡献，则可以节省酶合成的成本，从而导致F. succinogenes的有效纤维消化。在这项研究中针对的GH基因中，通过添加豆皮，改善了六个编码的内糖苷酶，二甲那酶或血清脱发蛋白。这些GH基因的表达增强是部分解释了豆皮消化的增强作用。已知F. succinogenes具有降解纤维素和半纤维素，植物细胞壁多糖的能力。各种纤维素酶和半纤维素酶的表达的改善表明，多种碳水化合物降解酶的复杂作用允许F. succinogenes的有效纤维素降解。从上面的角度来看，豆皮的添加表明，通过纤维素降解细菌携带的纤维素酶和木聚糖酶的基因表达已得到改善，并部分阐明了该材料的纤维降解增强作用的机制。