Development of a mathematical model for transcriptional regulation in Aspergillus oryzae and its application to rational metabolic engineering

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麹菌は日本の食品文化に古くから関わってきた糸状菌であり、その高い安全性とタンパク質合成能から、近年様々な分野への応用が期待されている。本研究では、メラニン形成を促す酵素チロシナーゼの抑制に関与する麹菌由来の転写因子であるKojRに対して転写因子結合領域解析gSELEX-Seqと発現変動解析RNA-Seqを実施した。gSELEX-Seqでは麹菌よりゲノムライブラリーを抽出、また転写因子KojRを大腸菌を用いて精製し、結合反応を実施、KojRが結合している配列をゲノムライブラリーから網羅的に抽出することに成功した。また発現変動解析では、CRISPR-Cas9を用いてKojR変異株を作成し、それらを用いてRNA-Seqを実施し、KojR依存的に発現変動している遺伝子を網羅的に同定することに成功した。そして、それぞれの手法によって得られたKojR結合遺伝子とKojR依存的発現変動遺伝子の積集合をとることで、細胞内でKojRが直接結合し、かつ発現を制御している遺伝子を同定することに成功した。本手法により、転写因子KojRの発現制御遺伝子を網羅的に同定できたことから、この転写因子結合領域解析gSELEX-Seqと発現変動解析RNA-Seqを組み合わせた一連の手法が、麹菌における転写因子の解析に非常に強力なツールであることが示唆された。またgSELEX-Seqは、形質転換を必要としないin vitroの解析系であるため、非モデル生物でも標的転写因子結合部位の網羅的解析が可能であることも大きな特色である。そのため、本解析システムは、RNAもしくはゲノムの抽出と活性化転写因子の発現さえ実施が可能であれば、どのような生物種における転写制御ネットワーク解析へ応用が可能であり、合成生物学だけでなく、遺伝子工学全体への貢献が期待できる。