セルロース系バイオマスの高効率変換を目指した担子菌の菌体外酵素のセクレトーム解析

用于纤维素生物质高效转化的担子菌胞外酶的分泌组分析

• 批准号: 11J03288
• 负责人: 堀 千明
• 金额: $ 0.83万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2011
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2011 至 2012
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-11J03288/
• 关键词: 担子菌; プロテオーム解析; バイオマス変換; キシラン; セロビオース脱水素酵素; 糖質加水分解酵素; セクレトーム解析

本研究では、分解機構に新たな知見を与えるために、単一バイオマス成分を使用した新しいモデル系を取り入れ、セクレトーム解析およびRNAseqを利用したトランスクリプトーム解析にて観察することを目的としている。昨年度に、担子菌Phanerochaete chrysosporiumがセルロース培地にキシランを添加すると、初期成長速度が早くなるとともに、菌体外酵素生産が増加することを明らかにした。それらはキシラン分解関連酵素だけでなく、セルロースの酸化的分解に関与すると考えられるセロビオース脱水素酵素(CDH)および糖質加水分解酵素(GH)ファミリー61タンパク質の生産も促進されることが明らかとなった。そこで今年度では、キシラン添加時に観察された現象を引き起こす原因となるキシランの構造を明らかにすることを目的とした。キシランは、キシロースがβ-1,4結合した主鎖にアラビノースやグルクロン酸、アセチル基などの側鎖が付加されたヘテロ多糖である。側鎖構造の違うキシランを添加した培地で本菌を生育させ、菌体量や菌体外酵素を解析したところ、ほとんど同じ傾向の結果が得られたことから、主鎖構造が菌体に影響を与えたことが推測された。そこで、直鎖状のキシロオリゴ糖(重合度1-4)に対するCDHの遺伝子応答を定量PCR解析によって調べたところ、キシロースには反応しない一方でキシロオリゴ糖には顕著に反応した。しかしながら、それらの応答強度は対照として測定したセロオリゴ糖に対する遺伝子応答強度よりも著しく小さかった。そこで、セロオリゴ糖を生産する主要なセルラーゼ遺伝子についてもキシロオリゴ糖に対する遺伝子応答を観察したところ、一部のセルラーゼ遺伝子(Cel7C)が顕著に二量体以上のキシロオリゴ糖に顕著に反応する事が明らかとなった。これらの結果から、キシロオリゴ糖によって誘導生産された一部セルラーゼのセルロース分解によってセロオリゴ糖の生成が促され、このセロオリゴ糖によりセルロース分解関連酵素の遺伝子全体が連鎖的に強く発現誘導されるといった増強作用を持つカスケード的応答機構が存在する可能性を示した。そこで、キシロースおよび重合度2-4のキシロオリゴ糖に対するゲノムワイドな遺伝子応答を観察するために、Illuminaシーケンサーを用いて全転写産物解析を行った。糖質関連酵素遺伝子における発現応答を解析したところ、キシラン分解酵素よりも一部のセルロース分解関連酵素遺伝子が、キシロオリゴ糖に対する高い発現応答能をもつことが明らかとなり、上述したような応答機構の存在が強く示唆された。

这项研究旨在使用单个生物质组件合并一个新的模型系统，以提供降解机制的新发现，并在使用RNASEQ的分泌组分析和转录组分析中观察它。去年，基本菌群phanerochaete chrysosporium显示，在纤维素培养基中添加Xylan会增加初始生长速率并增加细胞外酶的产生。已经表明，它们还促进了纤维酶脱氢酶（CDH）和碳水化合物水解酶（GH）家族61蛋白的产生，这些蛋白被认为与纤维素的氧化降解有关。因此，今年的目的是阐明Xylan的结构，这会导致在添加Xylan期间观察到的现象。 Xylan是一种杂多糖，其中侧链（如阿拉伯糖，葡萄糖酸和乙酰基）被添加到木糖为β-1,4键合的主链中。将细菌生长在含有不同侧链结构的Xylan的培养基中，并获得了细菌和细胞外酶的分析，并具有几乎相同的趋势，表明主链结构对细菌有影响。因此，当通过定量PCR分析检查CDH对线性二糖（聚合度1-4）的基因反应（聚合1-4）时，发现它与木糖没有反应，它与木糖显着反应。然而，它们的反应强度明显小于测量的基因反应强度的基因反应强度。因此，当我们观察到产生纤维素的主要纤维素酶基因的基因对二糖糖的反应时，发现某些纤维素酶基因（CEL7C）对二聚体或更多二聚体的二甲类糖类的反应显着反应。这些结果表明，纤维素糖糖是通过二甲基糖类诱导的某些纤维素降解以产生纤维素含糖的，并且有可能存在具有增强作用的级联反应机制，从而使整个纤维素降解的依赖性依赖性的依赖性促成纤维素的反应。因此，使用Illumina Sequencer进行总转录分析，以观察全基因组基因对木糖和木糖的反应，并具有2-4的聚合度。对碳水化合物相关酶基因中表达反应的分析表明，某些与纤维素相关的酶基因对二甲苯二糖的反应能力更高，这表明如上所述的反应机制的存在。

项目成果

担子菌Phanerochaete chrysosporiumのセルロース分解関連酵素遺伝子の発現にキシロおよびセロオリゴ糖が与える影響

木糖和纤维低聚糖对担子菌黄孢原毛平革菌纤维素降解相关酶基因表达的影响

• 发表时间: 2012
• 作者: Chiaki Hori.;et al.;熊谷亘;熊谷亘;堀千明
• 通讯作者: 堀千明

Effects of xylan and starch on secretome of the basidiomycete Phanerochaete chrysosporium grown on cellulose

• DOI: 10.1111/j.1574-6968.2011.02307.x
• 发表时间: 2011-08-01
• 期刊: FEMS MICROBIOLOGY LETTERS
• 影响因子: 2.1
• 作者: Hori, Chiaki;Igarashi, Kiyohiko;Samejima, Masahiro
• 通讯作者: Samejima, Masahiro

担子菌Phaaerochaetc chrysosporiumにおけるキシロオリゴ糖に対するトランスクリプトーム発現応答解杤

阐明担子菌金孢子菌中对低聚木糖的转录组表达反应

• 发表时间: 2012
• 作者: 堀千明;et al.
• 通讯作者: et al.

Transcriptional response of eellobiose dehydrogenase gene to eello- and xylooligosaccharides in the basidiomycete Phanerochaete chrysosporium

担子菌黄孢原毛平革菌中纤维二糖脱氢酶基因对纤维和低聚木糖的转录反应

• DOI: 10.1128/aem.00150-12
• 发表时间: 2012
• 期刊: Applied and Environmental Microbiology
• 影响因子: 4.4
• 作者: Hori. C.;et al.
• 通讯作者: et al.

Effects of xylooligosaccharides on extracellular proteins production by the basidio mycete Phanerochaete chrysosporium grown on cellulose

低聚木糖对纤维素上生长的担子菌黄孢原毛平革菌胞外蛋白产生的影响

• 发表时间: 2011
• 作者: 堀千明;et al.;熊谷亘;堀千明
• 通讯作者: 堀千明