JP2006075097A - Transformant having carotenoid productivity and method for producing carotenoid - Google Patents

Transformant having carotenoid productivity and method for producing carotenoid Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a new transformant having astaxanthin productivity, to provide a new method for producing the astaxanthin by using the transformant and to provide a new method for producing the carotenoid with which various carotenoids including β-carotene, the astaxanthin, etc., can selectively be produced. <P>SOLUTION: The transformant is obtained by transducing a recombinant vector plasmid comprising a gene encoding phytoene desaturase, a gene encoding lycopene cyclase, a gene encoding β-carotene hydroxylase and a gene derived from a procaryote and encoding β-carotene-C(4)-oxygenase into a photosynthetic bacterium which is a host having carotenoid productivity and transforming the bacterium. The transformant has the carotenoid productivity. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、カロテノイド生産能を有する光合成細菌にある種のカロテノイドを生産するのに有用な別の遺伝子を導入して形成した新規な形質転換体、及びこのような別の遺伝子が導入された形質転換体を用いて種々のカロテノイドを生産する新規なカロテノイドの生産方法に関する。   The present invention relates to a novel transformant formed by introducing another gene useful for producing a certain carotenoid in a photosynthetic bacterium having carotenoid-producing ability, and a trait introduced with such another gene. The present invention relates to a novel carotenoid production method for producing various carotenoids using a converter.

カロテノイドは、動植物界に広く分布する黄色から赤色又は紫色のポリエン色素の総称であって、脂質に対して抗酸化作用があることが知られており、その種類に応じて、食材用色素、化粧品、医薬品、健康食品等の多くの分野で広く利用されている。そして、このカロテノイドの製造方法については、主として化学合成による方法と天然物からの抽出による方法とが知られており、天然物からの抽出によって得られるもの代表例としては、例えば、ニンジン等の植物から抽出されるβ-カロテンや、ヘマトコッカス(Haematococcus)属の藻体から抽出されるアスタキサンチン等が挙げられる。   Carotenoid is a general term for yellow, red, or purple polyene pigments widely distributed in the animal and plant kingdoms, and is known to have an antioxidant effect on lipids. It is widely used in many fields such as pharmaceuticals and health foods. As for the carotenoid production method, a method mainly by chemical synthesis and a method by extraction from a natural product are known, and typical examples obtained by extraction from a natural product include plants such as carrots. And β-carotene extracted from the astaxanthin extracted from alga bodies of the genus Haematococcus.

また、このようなカロテノイドを遺伝子操作の技術を用いて効率良く生産するための方法についても、幾つかの試みが行われている。
例えば、大腸菌を宿主として用い、この大腸菌に、原核生物であるエルウィニア ヘルビコーラ(Erwinia herbicola)由来の遺伝子crtE{Farnesyl pyrophosphate(FPP)からGeranylgeranyl pyrophosphate(GGPP)を合成する酵素(GGPP synthase)}、crtB(GGPPからPhytoeneを合成する酵素(Phytoene synthase)}、crtI(Phytoene desaturase)、crtY(Lycopene cyclase)、crtZ(β-carotene hydroxylase)を、更に原核生物であるアグロバクター オーランチアカム(Agrobacterium aurantiacum)由来の遺伝子crtW(β-carotene C(4)oxygenase)あるいは真核生物であるヘマトコッカス プルビアリス(Haematococcus pluvialis)由来の遺伝子crtO(β-carotene ketolase)を導入してアスタキサンチンを生産する方法が提案されている(非特許文献1及び非特許文献2参照)。
In addition, several attempts have been made for methods for efficiently producing such carotenoids using genetic engineering techniques.
For example, E. coli is used as a host, and the gene crtE {enzyme for synthesizing Geranylgeranyl pyrophosphate (GGPP) from Farnesyl pyrophosphate (FPP) (GGPP synthase)}, crtB (Erwinia herbicola) is used as a host. Enzymes that synthesize Phytoene from GGPP (Phytoene synthase)}, crtI (Phytoene desaturase), crtY (Lycopene cyclase), crtZ (β-carotene hydroxylase), and the prokaryote Agrobacterium aurantiacum (Agrobacterium aurantiacum) A method for producing astaxanthin by introducing the gene crtW (β-carotene C (4) oxygenase) or the gene crtO (β-carotene ketolase) derived from the eukaryotic Haematococcus pluvialis has been proposed ( Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2).

また、原核生物であるシネココッカス(Synechococcus sp. PCC7942)を宿主とし、このシネココッカスに真核生物であるヘマトコッカス プルビアリス(Haematococcus pluvialis)由来の遺伝子crtOを導入して形質転換し、アスタキサンチンを生産する方法が提案されている(非特許文献3参照)。   In addition, there is a method for producing astaxanthin by using a prokaryotic Synechococcus sp. PCC7942 as a host and transforming the Synechococcus by introducing a gene crtO derived from the eukaryotic Haematococcus pluvialis. It has been proposed (see Non-Patent Document 3).

更に、原核生物である光合成細菌のエリスロバクター・ロンガス(Erythrobacter longus) OCh101のβ-カロテンの生合成に関する遺伝子群をクローニングし、ロドバクター属の光合成細菌に遺伝子導入することによって、ロドバクター属の光合成細菌の光合成能力を利用しβ-カロテンを生産する方法が提案されている(特許文献1参照)。   Furthermore, by cloning a gene group related to the biosynthesis of β-carotene of the prokaryotic photosynthetic bacterium Erythrobacter longus OCh101 and introducing it into the photosynthetic bacterium of the genus Rhodobacter, A method for producing β-carotene using photosynthesis ability has been proposed (see Patent Document 1).

また、真核生物である緑藻類のヘマトコッカス(Haematococcus)にエレクトロポレーション法(電気穿孔法)やデンドリマーを用いたトランスフェクション(Transfection)法により外来遺伝子を導入する緑藻類ヘマトコッカスへの外来遺伝子導入方法が提案されており(特許文献2参照)、その応用として、β-カロテンの二次代謝経路を部分的に失活させて、アスタキサンチンに至るまでの中間生成物、例えばゼアキサンチン(Zeaxanthin)やカンタキサンチン(Cantaxanthin)を生合成することの可能性が記載されている。   Also, a method for introducing foreign genes into the green alga Hematococcus by introducing the foreign gene into the eukaryotic green alga Haematococcus by electroporation (electroporation) or transfection using a dendrimer (Transfection). (See Patent Document 2), and as an application thereof, intermediate products such as zeaxanthin and canthaxanthin, which partially deactivate the secondary metabolic pathway of β-carotene to reach astaxanthin, for example, The possibility of biosynthesizing (Cantaxanthin) is described.

更にまた、原核生物である海洋光合成細菌のロドビュラム スルフィドフィラム(Rhodovulum sulfidophilum)NKPB160471Rを宿主とし、この海洋光合成細菌に対して、原核生物である光合成細菌のエリスロバクター・ロンガス(Erythrobacter longus)OCh101由来のβ-カロテン生合成に関する遺伝子crtI及びcrtYを導入すると共に、真核生物であるヘマトコッカス プルビアリス(Haematococcus pluvialis)NIES144由来の遺伝子crtO及びcrtZを導入し、光合成細菌でアスタキサンチン生産の系を確立する試みも行われている(非特許文献4参照)。しかるに、この論文には、β-カロテン以上には生合成が進まなかったことが報告されている。   Furthermore, the prokaryotic marine photosynthetic bacterium Rhodovulum sulfidophilum NKPB160471R is used as a host, and the prokaryotic photosynthetic bacterium Erythrobacter longus OCh101 is derived. In addition to introducing the genes crtI and crtY related to β-carotene biosynthesis, the genes crtO and crtZ derived from the eukaryotic Haematococcus pluvialis NIES144 were introduced to establish an astaxanthin production system in photosynthetic bacteria. (See Non-Patent Document 4). However, this paper reports that biosynthesis did not proceed beyond β-carotene.

特開平08-89,241号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 08-89,241 特開2004-33,070号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2004-33,070 N. Misawa & H. Shimada, Journal of Biotechnology, Vol.59, 169-181(1998)N. Misawa & H. Shimada, Journal of Biotechnology, Vol.59, 169-181 (1998) Kajiwara S, K.T., Saito T, Kondo K, Ohtani T, Nishio N, Nagai S & Misawa N, Plant Mol. Biol., Vol.29, 343-352(1995)Kajiwara S, K.T., Saito T, Kondo K, Ohtani T, Nishio N, Nagai S & Misawa N, Plant Mol. Biol., Vol. 29, 343-352 (1995) M. Harker & J. Hirschberg, FEBS Letters 404, 129-134(1997)M. Harker & J. Hirschberg, FEBS Letters 404, 129-134 (1997) 冨士原、2003年1月東京農工大学修士論文Fujiwara, January 2003 Master's Thesis, Tokyo University of Agriculture and Technology

しかしながら、これまでに提案され、また、報告された上記いずれの方法も、多種多様なカロテノイドを選択的に大量生産をするための方法としては必ずしも適当であるとはいえず、例えば、非特許文献1や非特許文献2に記載の方法においては、多くの遺伝子導入が必要な上、大腸菌がカロテノイド合成系を有していないためにこのカロテノイド合成のための前駆体含量が少なく、アスタキサンチン等のカロテノイドを大量生産するための方法としては不向きであり、また、非特許文献3に記載の方法もアスタキサンチン合成量が乾燥藻体重量に対して0.015重量%、培養液当りで0.143mg/Lと少なく、更に、特許文献1に記載の方法もβ-カロテン以降の合成には至っておらず、更にまた、特許文献2や非特許文献4に記載の方法についてはカロテノイド、特にアスタキサンチンの生産方法としては確立されていない。   However, any of the methods proposed and reported so far are not necessarily suitable as methods for selectively mass-producing a wide variety of carotenoids. For example, non-patent documents In the method described in No. 1 and Non-Patent Document 2, many genes need to be introduced, and since Escherichia coli does not have a carotenoid synthesis system, the content of precursors for carotenoid synthesis is low, and carotenoids such as astaxanthin. Is unsuitable as a method for mass-producing, and in the method described in Non-Patent Document 3, the amount of astaxanthin synthesized is 0.015% by weight relative to the dry alga body weight, and 0.143 mg / L per culture solution. Furthermore, the method described in Patent Document 1 has not yet been synthesized after β-carotene. Furthermore, the methods described in Patent Document 2 and Non-Patent Document 4 are not used. Iterator carotenoids, not specifically established as a method for producing astaxanthin.

そこで、本発明者らは、β-カロテンやアスタキサンチン等を始めとする種々のカロテノイドを生合成するためのカロテノイド生産能を有する新たな形質転換体及びこの形質転換体を用いた新たなカロテノイドの生産方法について鋭意検討した結果、宿主としてカロテノイド生産能を有する光合成細菌を用い、この宿主の光合成細菌にフィトエンデサチュラーゼ(Phytoene desaturase)をコードする遺伝子(crtI)、リコペンサイクラーゼ(Lycopene cyclase)をコードする遺伝子(crtY)、β-カロテンハイドロキシラーゼ(β-carotene hydroxylase)をコードする遺伝子(crtZ)及びβ-カロテン-C(4)-オキシゲナーゼ(β-carotene C(4)oxygenase)をコードする原核生物由来の遺伝子(crtW)から選ばれた1種又は2種以上の特定の遺伝子を含む組換えベクタープラスミドを導入し、得られた形質転換体を用いることにより、光合成細菌が本来有するカロテノイド合成のための前駆体を利用し、かつ、導入した遺伝子の種類に応じてアスタキサンチンまでの種々のカロテノイドを選択的に生合成することができることを見出し、本発明を完成した。   Accordingly, the present inventors have developed a new transformant having the ability to produce carotenoids for biosynthesis of various carotenoids including β-carotene and astaxanthin, and production of new carotenoids using the transformant. As a result of diligent examination of the method, a photosynthetic bacterium capable of producing carotenoid was used as a host, and a gene encoding phytoene desaturase (crtI) and a gene encoding lycopene cyclase (Lycopene cyclase) were used in the host photosynthetic bacterium. (CrtY), derived from a prokaryotic organism encoding a gene (crtZ) encoding β-carotene hydroxylase and β-carotene C (4) -oxygenase (β-carotene C (4) oxygenase) Recombinant vector plasmid containing one or more specific genes selected from genes (crtW) By using the obtained transformant, the precursor for carotenoid synthesis inherent in photosynthetic bacteria is used, and various carotenoids up to astaxanthin can be selectively used depending on the type of the introduced gene. The present invention has been completed by finding that it can be biosynthesized.

従って、本発明の目的は、アスタキサンチン生産能を有する新規な形質転換体を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a novel transformant having astaxanthin-producing ability.

また、本発明の他の目的は、このアスタキサンチン生産能を有する新規な形質転換体を用いてアスタキサンチンを生産する新規なアスタキサンチンの生産方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a novel astaxanthin production method for producing astaxanthin using the novel transformant capable of producing astaxanthin.

更に、本発明の他の目的は、β-カロテンやアスタキサンチン等を始めとする種々のカロテノイドを選択的に生産することができる新規なカロテノイドの生産方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a novel carotenoid production method capable of selectively producing various carotenoids such as β-carotene and astaxanthin.

すなわち、本発明は、フィトエンデサチュラーゼ(Phytoene desaturase)をコードする遺伝子と、リコペンサイクラーゼ(Lycopene cyclase)をコードする遺伝子と、β-カロテンハイドロキシラーゼ(β-carotene hydroxylase)をコードする遺伝子と、β-カロテン-C(4)-オキシゲナーゼ(β-carotene C(4)oxygenase)をコードする原核生物由来の遺伝子とを含む組換えベクタープラスミドを宿主のカロテノイド生産能を有する光合成細菌に導入して形質転換させることにより得られたカロテノイド生産能を有する形質転換体である。   That is, the present invention relates to a gene encoding phytoene desaturase, a gene encoding lycopene cyclase, a gene encoding β-carotene hydroxylase, β-carotene hydroxylase, A recombinant vector plasmid containing a prokaryotic gene encoding carotene-C (4) -oxygenase (β-carotene C (4) oxygenase) is introduced into a host photosynthetic bacterium capable of producing carotenoids and transformed. It is a transformant having carotenoid-producing ability obtained by

また、本発明は、ニューロスポレン(Neurosporene)以降のカロテノイド合成経路が失活した海洋光合成細菌であるロドビュラム スルフィドフィラム(Rhodovulum sulfidophilum)の突然変異体を宿主とし、フィトエンデサチュラーゼ(Phytoene desaturase)をコードする遺伝子crtIを含む組換えベクタープラスミド、前記遺伝子crtIとリコペンサイクラーゼ(Lycopene cyclase)をコードする遺伝子crtYとを含む組換えベクタープラスミド、前記遺伝子crtI及び前記遺伝子crtYとβ-カロテンハイドロキシラーゼ(β-carotene hydroxylase)をコードする遺伝子crtZ及び/又は原核生物由来のβ-カロテン-C(4)-オキシゲナーゼ(β-carotene C(4)oxygenase)をコードする遺伝子crtWとを含む組換えベクタープラスミドから選ばれた何れかの組換えベクタープラスミドを前記宿主に導入して形質転換させ、得られた形質転換体を用いて所望のカロテノイドを生産することを特徴とするカロテノイドの生産方法である。   In addition, the present invention uses a mutant of Rhodovulum sulfidophilum, a marine photosynthetic bacterium in which the carotenoid synthesis pathway after Neurosporene is inactivated, as a host, and encodes phytoene desaturase (Phytoene desaturase). A recombinant vector plasmid containing the gene crtI, a recombinant vector plasmid containing the gene crtI and the gene crtY encoding lycopene cyclase, the gene crtI and the gene crtY and β-carotene hydroxylase (β- selected from a recombinant vector plasmid comprising a gene crtZ encoding carotene hydroxylase and / or a gene crtW encoding β-carotene C (4) -oxygenase derived from prokaryotes. Any recombinant vector plasmid introduced into the host Te is transformed carotenoids method of producing, characterized in that to produce the desired carotenoid by using the obtained transformant.

本発明において、宿主とするカロテノイド生産能を有する光合成細菌としては、好ましくはアスタキサンチン生産能を有するヘマトコッカス プルビアリス(Haematococcus pluvialis)よりも生育の速い原核生物であるのがよく、例えば、海洋光合成細菌であるロドビュラム スルフィドフィラムを始めとして、エリスロバクター属、ロジバクター属、ロドビュラム属等の種々の光合成細菌を例示することができるが、アスタキサンチンまでの合成経路を構築させる上で、より好ましくは海洋光合成細菌のロドビュラム スルフィドフィラムから導かれ、ニューロスポレン(Neurosporene)以降のカロテノイド合成経路が失活した突然変異体であるのがよい。このニューロスポレン(Neurosporene)以降のカロテノイド合成経路が失活したロドビュラム スルフィドフィラムを宿主として用いることにより、ロドビュラム スルフィドフィラムにおけるニューロスポレン(Neurosporene)からスフェロイデン(Spheroidene)への合成経路が遮断され、ニューロスポレンからアスタキサンチンへの合成経路を構築することが容易になる。   In the present invention, the photosynthetic bacterium having the ability to produce carotenoid as a host is preferably a prokaryotic organism that grows faster than Haematococcus pluvialis having the ability to produce astaxanthin. Various photosynthetic bacteria such as certain Rhodobulum sulfide phyllum, Erythrobacter genus, Lodibacter genus, Rhodobulum genus can be exemplified, but in constructing a synthetic pathway to astaxanthin, marine photosynthetic bacteria are more preferable. It is desirable that the mutant be derived from rhodobulum sulfide phyllum and inactivate the carotenoid synthesis pathway after Neurosporene. By using rhodobulum sulfide phyllum, in which the carotenoid synthesis pathway after Neurosporene was inactivated, the synthesis pathway from neurosporene to spheroidene in rhodobulum sulfide phyllum was blocked. It becomes easy to construct a synthetic route from neurosporene to astaxanthin.

そして、このような海洋光合成細菌であるロドビュラム スルフィドフィラムの突然変異体を得る方法については、特に制限はないが、例えば、所定の細胞濃度に調整した細胞懸濁液中に所定濃度のEMS(Ethyl methanesulfonate)を添加し、次いで室温で数分間培養した後、得られた菌体をリン酸緩衝液で洗浄し、更に光合成細菌用培地で洗浄した後、寒天プレートに植菌して培養し、増殖した菌株のうちから緑色の株のみを選択して採取することにより、ロドビュラム スルフィドフィラムの突然変異体を得ることができる。本発明の実施例1で用いたロドビュラム スルフィドフィラムの突然変異体は、Rhodovulum sulfidophilum NKPB160471RMと命名され、2004年9月7日付けで独立行政法人製品評価技術基盤機構特許生物寄託センターに受領番号「NITE AP-21」として寄託されている。   A method for obtaining a mutant of rhodobulum sulfide filam, which is such a marine photosynthetic bacterium, is not particularly limited. For example, a predetermined concentration of EMS (in a cell suspension adjusted to a predetermined cell concentration) Ethyl methanesulfonate) and then incubated at room temperature for several minutes, then the resulting cells were washed with a phosphate buffer, further washed with a medium for photosynthetic bacteria, then inoculated on an agar plate and cultured, By selecting only green strains from among the grown strains and collecting them, a rhodobulum sulfide filam mutant can be obtained. The rhodobulum sulfidophilum mutant used in Example 1 of the present invention is named Rhodovulum sulfidophilum NKPB160471RM, and received the receipt number “ Deposited as “NITE AP-21”.

また、このような宿主としての光合成細菌に導入される組換えベクタープラスミドについては、フィトエンデサチュラーゼをコードする遺伝子、リコペンサイクラーゼをコードする遺伝子、β-カロテンハイドロキシラーゼをコードする遺伝子、及びβ-カロテン-C(4)-オキシゲナーゼをコードする原核生物由来の遺伝子から選ばれたいずれか1種又は2種以上の遺伝子を含む組換えベクタープラスミドであるのが好ましく、より具体的には、フィトエンデサチュラーゼをコードする遺伝子crtIを含む組換えベクタープラスミド、前記遺伝子crtIとリコペンサイクラーゼをコードする遺伝子crtYとを含む組換えベクタープラスミド、前記遺伝子crtI及び前記遺伝子crtYに加えてβ-カロテンハイドロキシラーゼをコードする遺伝子crtZ及び/又は原核生物由来のβ-カロテン-C(4)-オキシゲナーゼをコードする遺伝子crtWを含む組換えベクタープラスミドであるのがよい。   In addition, a recombinant vector plasmid introduced into such a photosynthetic bacterium as a host includes a gene encoding phytoene desaturase, a gene encoding lycopene cyclase, a gene encoding β-carotene hydroxylase, and β-carotene. It is preferably a recombinant vector plasmid containing any one or more genes selected from prokaryotic genes encoding -C (4) -oxygenase, and more specifically, phytoene desaturase A recombinant vector plasmid containing the encoding gene crtI, a recombinant vector plasmid containing the gene crtI and the gene crtY encoding lycopene cyclase, a gene encoding β-carotene hydroxylase in addition to the gene crtI and the gene crtY crtZ and / or prokaryotic Objects from the β- carotene -C (4) - may be from a recombinant vector plasmid containing the genes crtW encoding oxygenase.

上記の遺伝子crtI、crtY、及びcrtZを取得するための微生物については、本発明で用いる光合成細菌が好ましくは原核生物の海洋光合成細菌であるので、遺伝子crtWと同様に、好ましくは原核生物由来の遺伝子であるのがよく、より具体的には、エルウィニア ヘルビコーラ、アグロバクター オーランチアカム{若しくは、パラコッカス スピーシーズ(Paracoccus sp.)MBIC 1143}、シアノバクテリア、その他にエリスロバクター属、ロドバクター属、ロドビュラム属等の光合成細菌を例示することができる。これらの遺伝子crtI、crtY、crtZ及びcrtWを取得する微生物と、これらの遺伝子crtI、crtY、crtZ及びcrtWが導入される宿主のカロテノイド生産能を有する光合成細菌とを共に原核生物とすることにより、カロテノイド合成酵素(蛋白)合成におけるコドンの使用頻度が類似しているため、結果として効率良く酵素が合成されてカロテノイド合成が進むものと考えられる。   Regarding the microorganisms for obtaining the above genes crtI, crtY and crtZ, since the photosynthetic bacterium used in the present invention is preferably a prokaryotic marine photosynthetic bacterium, preferably a gene derived from a prokaryote, like the gene crtW More specifically, more specifically, Erwinia herbicola, Agrobacter Aurant Akamu {or Paracoccus sp. MBIC 1143}, cyanobacteria, and others such as erythrobacter genus, rhodobacter genus, rhodobulum genus, etc. A photosynthetic bacterium can be exemplified. By using a prokaryotic organism together with a microorganism that obtains these genes crtI, crtY, crtZ, and crtW and a photosynthetic bacterium that has the ability to produce carotenoids of a host into which these genes crtI, crtY, crtZ, and crtW are introduced. Since the frequency of codon usage in synthesizing enzyme (protein) synthesis is similar, it is considered that as a result, the enzyme is synthesized efficiently and carotenoid synthesis proceeds.

本発明において、組換えベクタープラスミドを調製するための遺伝子crtI、crtY、crtZ及びcrtWは、上述したような所定の微生物からこれまでに知られている例えばアルカリSDS法、トリトンリゾチーム法等の種々の方法で抽出し、次いで特定のプライマーを用いてPCR法で増幅させることにより取得することができる。また、取得したこれらの遺伝子crtI、crtY、crtZ及びcrtWを用いて組換えベクタープラスミドを構築する方法についても、これまでに知られているDNAリガーゼを用いたライゲーション反応による方法を採用することができ、更に、構築された組換えベクタープラスミドを宿主となるカロテノイド生産能を有する光合成細菌に導入して形質転換させる方法についても、これまでに知られている例えばエレクトロポレーション法、接合伝達法、塩化カルシウム法等の種々の方法を採用することができ、更にまた、得られた形質転換体の培養についても、形質転換前の光合成細菌の培養方法と同じ方法を採用する等、これまでに知られている方法を採用することができる。   In the present invention, the genes crtI, crtY, crtZ and crtW for preparing the recombinant vector plasmid are known from various microorganisms such as the alkaline SDS method and the triton lysozyme method. It can be obtained by extracting by a method and then amplifying by a PCR method using a specific primer. Further, as a method for constructing a recombinant vector plasmid using these obtained genes crtI, crtY, crtZ and crtW, a method based on a ligation reaction using a DNA ligase known so far can be employed. Furthermore, methods for introducing the constructed recombinant vector plasmid into a photosynthetic bacterium having the ability to produce carotenoids as a host for transformation are also known, for example, electroporation, conjugation transfer, chloride, Various methods such as the calcium method can be employed. Furthermore, the culture of the obtained transformant has been known so far, such as the same method as the method for culturing photosynthetic bacteria before transformation. Can be adopted.

本発明において、特に好ましい形質転換体としては、上記のニューロスポレン(Neurosporene)以降のカロテノイド合成経路が失活した海洋光合成細菌であるロドビュラム スルフィドフィラムの突然変異体(受領番号:NITE AP-21)に、フィトエンデサチュラーゼをコードする原核生物由来の遺伝子crtI、リコペンサイクラーゼをコードする原核生物由来の遺伝子crtY、β-カロテンハイドロキシラーゼをコードする原核生物由来の遺伝子crtZ、及びβ-カロテン-C(4)-オキシゲナーゼをコードする原核生物由来の遺伝子crtWとプロモーターとしてpufを含む組換えベクタープラスミドを導入して得られたものを挙げることができる。この形質転換体は、アスタキサンチンまでのカロテノイド生産能を有するものであり、Rhodovulum sulfidophilum NKPB160471RM(pRKY415WZ)と命名され、2004年9月7日付けで独立行政法人製品評価技術基盤機構特許生物寄託センターに受付番号「NITE AP-22」として寄託されている。   In the present invention, a particularly preferred transformant is a mutant of rhodobulum sulfide filam, which is a marine photosynthetic bacterium in which the carotenoid synthesis pathway after Neurosporene is inactivated (reception number: NITE AP-21). ), A prokaryotic gene crtI encoding phytoene desaturase, a prokaryotic gene crtY encoding lycopene cyclase, a prokaryotic gene crtZ encoding β-carotene hydroxylase, and β-carotene-C ( 4) A prokaryotic gene crtW encoding oxygenase and a plasmid obtained by introducing a recombinant vector plasmid containing puf as a promoter. This transformant has the ability to produce carotenoids up to astaxanthin, and is named Rhodovulum sulfidophilum NKPB160471RM (pRKY415WZ). It was accepted by the National Institute of Technology and Evaluation Center for Biotechnology as of September 7, 2004. Deposited under the number “NITE AP-22”.

本発明のカロテノイド生産方法において、遺伝子crtIを含む組換えベクタープラスミドが導入された形質転換体からは最終生成物としてリコペン(Lycopene)を、遺伝子crtIとcrtYとを含む組換えベクタープラスミドが導入された形質転換体からは最終生成物としてβ-カロテン(β-carotene)を、更に、遺伝子crtI、crtY及びcrtZを含む組換えベクタープラスミドが導入された形質転換体からは最終生成物としてゼアキサンチン(Zeaxanthin)を、また、遺伝子crtI、crtY及びcrtWを含む組換えベクタープラスミドが導入された形質転換体からは最終生成物としてカンタキサンチン(Canthaxanthin)を、更に、遺伝子crtI、crtY、crtZ及びcrtWを含む組換えベクタープラスミドが導入された形質転換体からは最終生成物としてアスタキサンチンをそれぞれ生産することができる。   In the carotenoid production method of the present invention, a lycopene (Lycopene) as a final product and a recombinant vector plasmid containing genes crtI and crtY were introduced from a transformant introduced with a recombinant vector plasmid containing the gene crtI. From the transformant, β-carotene (β-carotene) as a final product, and from a transformant into which a recombinant vector plasmid containing genes crtI, crtY and crtZ has been introduced, zeaxanthin as a final product. From the transformant in which a recombinant vector plasmid containing the genes crtI, crtY and crtW has been introduced, canthaxanthin (Canthaxanthin) as the final product, and further the recombination containing the genes crtI, crtY, crtZ and crtW Astaxanthin as a final product from transformants introduced with vector plasmids It can be produced.

本発明においては、カロテノイド生産能を有する光合成細菌を宿主とし、この光合成細菌に、フィトエンデサチュラーゼをコードする遺伝子(crtI)、リコペンサイクラーゼをコードする遺伝子(crtY)、β-カロテンハイドロキシラーゼをコードする遺伝子(crtZ)及びβ-カロテン-C(4)-オキシゲナーゼをコードする原核生物由来の遺伝子(crtW)から選ばれた1種又は2種以上の特定の遺伝子を含む組換えベクタープラスミドを導入して形質転換せしめ、得られた形質転換体を用いることにより導入した遺伝子の種類に応じてアスタキサンチンまでの種々のカロテノイドを選択的に合成することができる。   In the present invention, a photosynthetic bacterium having the ability to produce carotenoids is used as a host, and the photosynthetic bacterium encodes a gene encoding phytoene desaturase (crtI), a gene encoding lycopene cyclase (crtY), and β-carotene hydroxylase. Introducing a recombinant vector plasmid containing one or more specific genes selected from a gene (crtZ) and a prokaryotic-derived gene (crtW) encoding β-carotene-C (4) -oxygenase Various carotenoids up to astaxanthin can be selectively synthesized according to the type of gene introduced by transforming and using the resulting transformant.

そして、本発明で用いるカロテノイド生産能を有する光合成細菌は、それ自体がカロテノイド合成の前駆体を合成する代謝経路を有しており、しかも、ヘマトコッカス プルビアリスやその他の微細藻類に比べて生育速度が速く、種々のカロテノイドを工業的に有利に生産することができる。   The photosynthetic bacterium having the ability to produce carotenoids used in the present invention itself has a metabolic pathway for synthesizing a precursor of carotenoid synthesis, and further has a growth rate compared to Haematococcus prubiaris and other microalgae. Various carotenoids can be produced industrially advantageously at high speed.

以下、実施例及び比較例に基づいて、本発明の好適な実施の形態を具体的に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail based on examples and comparative examples.

[実施例1]
〔工程1〕Paracoccus sp. MBIC1143トータルDNAの調整
トータルDNAは、原核生物のパラコッカス スピーシーズ(Paracoccus sp.)MBIC 1143を、表1に示す組成のRCVB液体培地(1l, pH6.8)で増殖させ、得られた菌体から調製した。遠心回収により集菌後、ペレットの10倍容量のプロテアーゼKバッファー(100mM NaCl, 10mM Tris-HCl pH7.4, 50mM EDTA)に懸濁し、プロテアーゼKを0.1mg/mlになるように加えた。10wt%-ラウリル硫酸ナトリウム(SDS)を終濃度0.5重量%になるように加え、よく混合した後、37℃で1時間消化した。フェノール:クロロホルム(1:1)溶液による抽出を3回、クロロホルム抽出を1回行った後、回収した水溶液に対して1/10容量の3M-酢酸ナトリウム(pH7.4)と2.5倍容量のエタノールとを加え、トータルDNAを遠心回収した。70%-エタノールでリンスした後、上澄みを除いて風乾させ、TE緩衝液(10mM Tris-HCl, 0.1mM EDTA)に溶解した。
[Example 1]
[Step 1] Preparation of Paracoccus sp. MBIC1143 total DNA The total DNA was grown in a prokaryotic Paracoccus sp. MBIC 1143 in RCVB liquid medium (1 liter, pH 6.8) having the composition shown in Table 1. It was prepared from the obtained microbial cells. After collection by centrifugation, the suspension was suspended in 10 times the volume of the protease K buffer (100 mM NaCl, 10 mM Tris-HCl pH 7.4, 50 mM EDTA), and protease K was added to a concentration of 0.1 mg / ml. 10 wt% -sodium lauryl sulfate (SDS) was added to a final concentration of 0.5 wt%, mixed well, and then digested at 37 ° C. for 1 hour. After extraction with a phenol: chloroform (1: 1) solution three times and a chloroform extraction once, 1/10 volume of 3M sodium acetate (pH 7.4) and 2.5 times the volume of the recovered aqueous solution The total DNA was collected by centrifugation. After rinsing with 70% -ethanol, the supernatant was removed, air-dried, and dissolved in TE buffer (10 mM Tris-HCl, 0.1 mM EDTA).

Figure 2006075097
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〔工程2〕PCR法によるcrtW(Accession No. D58420)及びcrtZ(Accession No. D58420)の取得
上記工程1で得られたゲノムDNA(10ng/ul)をテンプレートとし、DNAポリメラーゼにAmpliTaq Gold(Applied Biosystems社製)を用いてPCRを行った。このPCR反応は、1サイクルの条件をそれぞれ熱変性について95℃、30秒の条件、アニーリングについてcrtWが57.2℃、1分の条件及びcrtZが59.4℃、1分の条件、及び、伸長について72℃、1分の条件とし、30サイクル行った。プライマーについては表2に示すcrtW及びcrtZに特異的なプライマーを用いた。
[Step 2] Obtaining crtW (Accession No. D58420) and crtZ (Accession No. D58420) by PCR method Using the genomic DNA (10 ng / ul) obtained in the above step 1 as a template, AmpliTaq Gold (Applied Biosystems) PCR was performed using the same product. In this PCR reaction, the conditions of 1 cycle were 95 ° C. for 30 seconds for heat denaturation, 30 seconds for annealing, 57.2 ° C. for 1 minute for annealing, 59.4 ° C. for 1 minute for annealing, and 1 minute for crtZ, and Elongation was performed at 72 ° C. for 1 minute for 30 cycles. Primers specific to crtW and crtZ shown in Table 2 were used.

Figure 2006075097
Figure 2006075097

〔工程3〕組換えベクタープラスミドの構築
次に、制限酵素KpnI(TaKaRa社製)及びSse8387I(TaKaRa社製)をそれぞ
れDNA1ugに対して1Uの割合で用い、37℃、1時間の条件で制限酵素消化によりそれぞれcrtW及びcrtZを切り出し、次いでライゲーションキット(TaKaRa社製ligation kit ver.2)を用い、切り出されたcrtW及びcrtZと、KpnI及びSse8387Iで消化したpRKY415(pufプロモーター、Erythrobacter longus OCh101由来のcrtI(Accession No. D83514)及びcrtY(Accession No. D83513)が組み込まれているベクター;Takeyama, H. et al., J. Mar. Biotechnol. 4, pp224-229(1996)参照)とのライゲーション反応(ベクター:インサート=1:10)を行い、目的の原核生物由来のcrtI、crtY、crtW、及びcrtZが組み込まれた組換えベクタープラスミド(pRKY415WZ)を構築した。
ここで、組換えベクタープラスミドの構築に用いたベクター(pRKY415)と構築された組換えベクタープラスミド(pRKY415WZ)を図1に示す。
[Step 3] Construction of Recombinant Vector Plasmid Next, restriction enzymes KpnI (TaKaRa) and Sse8387I (TaKaRa) were used at a rate of 1 U with respect to 1 ug of DNA, respectively, at 37 ° C. for 1 hour. Each of crtW and crtZ is excised by digestion and then ligation kit (ligation kit ver.2 manufactured by TaKaRa) is used, and then crtW and crtZ excised with pRKY415 digested with KpnI and Sse8387I (puf promoter, crtI derived from Erythrobacter longus OCh101) Ligation reaction with a vector in which (Accession No. D83514) and crtY (Accession No. D83513) are incorporated; Takeyama, H. et al., J. Mar. Biotechnol. 4, pp 224-229 (1996)) Vector: Insert = 1: 10) was performed to construct a recombinant vector plasmid (pRKY415WZ) incorporating crtI, crtY, crtW, and crtZ derived from the target prokaryote.
Here, the vector (pRKY415) used for the construction of the recombinant vector plasmid and the constructed recombinant vector plasmid (pRKY415WZ) are shown in FIG.

〔工程4〕ロドビュラム スルフィドフィラム(Rhodovulum sulfidophilum)
の突然変異体の作製
細胞濃度1×109cells/mlに調整した1.5mlのロドビュラム スルフィドフィラムNKPB160471Rに、濃度4重量%となるようにエチルメタンスルフォン酸(EMS)を添加し、室温で5分間インキュベートし、その後、菌体をリン酸緩衝液(pH 7.0)で4回、また、光合成細菌用培地(RCVB培地)で2回それぞれ洗浄し、次いで寒天プレート(Rifampicin 80μg/ml含有)に植菌し、32℃、暗条件下で培養し、得られた培養物から緑色の菌株(突然変異体)を分取した。
このロドビュラム スルフィドフィラムの突然変異体については、ロドビュラム スルフィドフィラム(Rhodovulum sulfidophilum)NKPB160471RMと命名され、発明者 松永 是により2004年9月7日付けで独立行政法人製品評価技術基盤機構特許生物寄託センターに寄託番号「NITE AP-21」として寄託された。
[Step 4] Rhodovulum sulfidophilum
Preparation of a mutant of 1. Ethyl sulfonic acid (EMS) is added to 1.5 ml of rhodobulum sulfide filam NKPB160471R adjusted to a cell concentration of 1 × 10 9 cells / ml to a concentration of 4% by weight at room temperature. Incubate for 5 minutes, then wash the cells 4 times with phosphate buffer (pH 7.0) and 2 times with photosynthetic bacteria medium (RCVB medium), then put on agar plates (containing Rifampicin 80 μg / ml) Inoculated and cultured at 32 ° C. in the dark, and a green strain (mutant) was collected from the resulting culture.
This mutant of rhodobulum sulfide filam is named Rhodovulum sulfidophilum NKPB160471RM, and is dated September 7, 2004 by the inventor Satoshi Matsunaga, the Center for Patent Biological Deposits, National Institute of Technology and Evaluation. Was deposited under the deposit number “NITE AP-21”.

〔工程5〕ロドビュラム スルフィドフィラムの形質転換
上記工程3で得られた組換えベクタープラスミド(pRKY415WZ)をエレクトロポレーション法(2.5V, 25uFD, 200Ω, Biorad社製Gene Pulser)により大腸菌E. coli S17-1に導入した。得られたE. coli S17-1の形質転換体(1.0×1010cells/ml)とロドビュラム スルフィドフィラムNKPB160471RM(1.0×1010cells/ml)とを1:10の割合で混合し、RCVBプレートにスポットして32℃、暗条件下に24時間インキュベートした。
得られたロドビュラム スルフィドフィラムの形質転換体については、ロドビュラム スルフィドフィラム(Rhodovulum sulfidophilum)NKPB160471RM(pRKY415WZ)と命名され、発明者 松永 是により2004年9月7日に独立行政法人製品評価技術基盤機構特許生物寄託センターへ寄託番号「NITE AP-22」として寄託された。
[Step 5] Transformation of Rhodobulum Sulfide Filam The recombinant vector plasmid (pRKY415WZ) obtained in Step 3 above was transformed into E. coli S17 by electroporation (2.5 V, 25 uFD, 200Ω, Gene Pulser, Biorad). -1 introduced. The obtained E. coli S17-1 transformant (1.0 × 10 10 cells / ml) and rhodobulum sulfide phyllum NKPB160471RM (1.0 × 10 10 cells / ml) were mixed at a ratio of 1:10, and the RCVB plate was mixed. And incubated at 32 ° C. under dark conditions for 24 hours.
The resulting transformant of rhodobulum sulfide phyllum was named Rhodovulum sulfidophilum NKPB160471RM (pRKY415WZ). On September 7, 2004 by the inventor, Makoto Matsunaga. Deposited to the Patent Biological Deposit Center under the deposit number “NITE AP-22”.

〔工程6〕カロテノイドの抽出及び測定
上記工程5で得られたロドビュラム スルフィドフィラム突然変異体(NKPB160471RM)の形質転換体{NKPB160471RM(pRKY415WZ)}を、RCVB液体培地にカナマイシン(Kanamycin)30μg/mlを添加して調製したRCVBN液体培地10Lに接種し、32℃、明所好気条件で8日間培養した後、菌体を遠心回収して回収し、凍結乾燥を行った。
[Step 6] Extraction and measurement of carotenoid The transformant {NKPB160471RM (pRKY415WZ)} of rhodobulum sulfide phyllum mutant (NKPB160471RM) obtained in Step 5 above was added to RCVB liquid medium at 30 μg / ml kanamycin. After inoculating 10 L of RCVBN liquid medium prepared by addition and culturing for 8 days at 32 ° C. under aerobic conditions, the cells were collected by centrifugation and freeze-dried.

得られた凍結乾燥菌体0.5gに抽出溶剤のアセトン5mlを加えて色素を抽出し、得られたアセトン抽出物について、カラムとしてウォーターズ シンメトリー(Waters Symmetry)C18 カラム(150mm×3.9 mm; 5μm)を用い、溶出溶剤としてアセトニトリル:メタノール:2-プロパノール(90:6:4)を用い、HPLC分析(1ml/min、40℃)を行った。   Extract the dye by adding 5 ml of extraction solvent acetone to 0.5 g of the resulting freeze-dried cells, and use the resulting acetone extract as a Waters Symmetry C18 column (150 mm × 3.9 mm; 5 μm). And HPLC analysis (1 ml / min, 40 ° C.) using acetonitrile: methanol: 2-propanol (90: 6: 4) as an elution solvent.

保持時間3.7分に最大吸収480nmのピークが得られ、分画して質量分析を行ったところ597の分子量が示され、アスタキサンチンの標準品(シグマ社製)とよく一致し、アスタキサンチンが生成していることを確認した。
この実施例1で得られたアセトン抽出物におけるカロテノイド組成を以下の表5に示す。
A peak with a maximum absorption of 480 nm was obtained at a retention time of 3.7 minutes. When fractionated and subjected to mass spectrometry, a molecular weight of 597 was shown, which was in good agreement with a standard product of astaxanthin (manufactured by Sigma) and produced astaxanthin I confirmed that
The carotenoid composition in the acetone extract obtained in Example 1 is shown in Table 5 below.

[実施例2]
組換えベクタープラスミドとして上記のpRKY415(pufプロモーター、Erythrobacter longus OCh101由来のcrtI及びcrtYが組み込まれているベクター)を用いた以外は、上記実施例1と同様にして、ロドビュラム スルフィドフィラム(Rhodovulum sulfidophilum)NKPB160471RMの形質転換を行い、その形質転換体{NKPB160471RM(pRKY415)}を得た。得られた形質転換体{NKPB160471RM(pRKY415)}について、上記実施例1と同様にして培養した後、カロテノイドの抽出及び測定を行った。結果を表5に示す。
[Example 2]
Rhodovulum sulfidophilum (Rhodovulum sulfidophilum) in the same manner as in Example 1 except that the above-described pRKY415 (a vector in which crfI and crtY derived from Erythrobacter longus OCh101 are incorporated) was used as a recombinant vector plasmid. NKPB160471RM was transformed to obtain a transformant {NKPB160471RM (pRKY415)}. The obtained transformant {NKPB160471RM (pRKY415)} was cultured in the same manner as in Example 1, and then carotenoids were extracted and measured. The results are shown in Table 5.

[実施例3]
上記の実施例1において、その工程3で切り出された遺伝子crtZを用いてcrtI、crtY、及びcrtZが組み込まれた組換えベクタープラスミド(pRKY415Z)を構築した以外は、上記実施例1と同様にして形質転換体{NKPB160471RM(pRKY415Z)}を作製し、上記実施例1と同様にして培養した後、カロテノイドの抽出及び測定を行った。結果を表5に示す。
[Example 3]
In Example 1 above, a recombinant vector plasmid (pRKY415Z) incorporating crtI, crtY, and crtZ was constructed using the gene crtZ excised in step 3 above, in the same manner as in Example 1 above. A transformant {NKPB160471RM (pRKY415Z)} was prepared and cultured in the same manner as in Example 1, and then carotenoids were extracted and measured. The results are shown in Table 5.

[実施例4]
上記の実施例1において、その工程3で切り出された遺伝子crtWを用いてcrtI、crtY、及びcrtWが組み込まれた組換えベクタープラスミド(pRKY415W)を構築した以外は、上記実施例1と同様にして形質転換体{NKPB160471RM(pRKY415W)}を作製し、上記実施例1と同様にして培養した後、カロテノイドの抽出及び測定を行った。結果を表5に示す。
[Example 4]
In Example 1 above, a recombinant vector plasmid (pRKY415W) incorporating crtI, crtY, and crtW was constructed using the gene crtW excised in step 3 above, in the same manner as in Example 1 above. A transformant {NKPB160471RM (pRKY415W)} was prepared and cultured in the same manner as in Example 1, and then carotenoids were extracted and measured. The results are shown in Table 5.

[比較例1]
突然変異及び形質転換の操作をしていないロドビュラム スルフィドフィラムNKPB160471Rそれ自体について、上記実施例1と同様にして培養した後、カロテノイドの抽出及び測定を行った。結果を表5に示す。
[Comparative Example 1]
Rhodobulum sulfide phyllum NKPB160471R itself, which has not been subjected to mutation and transformation procedures, was cultured in the same manner as in Example 1 above, and carotenoids were extracted and measured. The results are shown in Table 5.

[比較例2]
上記実施例1の工程4で得られたロドビュラム スルフィドフィラムの突然変異体NKPB160471RM(受付番号:NITE AP-21)について、上記実施例1と同様にして培養した後、カロテノイドの抽出及び測定を行った。結果を表5に示す。
[Comparative Example 2]
The rhodobulum sulfide phyllum mutant NKPB160471RM (accession number: NITE AP-21) obtained in Step 4 of Example 1 was cultured in the same manner as in Example 1 and carotenoids were extracted and measured. It was. The results are shown in Table 5.

[比較例3]
〔工程1〕Haematococcus pluvialisからのcrtO及びcrtZ遺伝子の抽出
表3に示す組成のbasal培地(1l, pH6.8)を用いH. pluvialis を12−12時間明暗周期(20μmol photons/m2/s)で4日間培養を行った。酢酸ナトリウム及び硫酸鉄を、それぞれ終濃度45 mM及び450 μMとなるよう添加し、スターラーで攪拌を行いながら強光(125μmol photons/m2/s)で藻体のシスト化を促す培養を8時間行った。シスト化したH. pluvialisから、ホットフェノール法を用いてtotal-RNAの抽出を行い、Oligo dTカラム(TaKaRa社製)によりmRNAを精製した。
[Comparative Example 3]
[Step 1] Extraction of crtO and crtZ genes from Haematococcus pluvialis Using a basal medium (1 liter, pH 6.8) with the composition shown in Table 3, H. pluvialis is subjected to a 12-12 hour light-dark cycle (20 μmol photons / m 2 / s) Incubated for 4 days. Add sodium acetate and iron sulfate to a final concentration of 45 mM and 450 μM, respectively, and stir with a stirrer for 8 hours to promote cyst formation of algae with intense light (125 μmol photons / m 2 / s) went. Total-RNA was extracted from the cystized H. pluvialis using the hot phenol method, and mRNA was purified using an Oligo dT column (TaKaRa).

Figure 2006075097
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〔工程2〕crtO及びcrtZの増幅
得られたmRNAをテンプレートとし、RT-PCR kit ReverTra Dash (TOYOBO)を用いて逆転写を行った。このとき、プライマーはRandom primerを用いた。逆転写反応の前処理として、mRNAとプライマーの混合液を70℃、10分のインキュベートを行った。
30℃で10分、42℃で20分、99℃で5分、及び4℃で5分の逆転写反応により得られたcDNAをテンプレートとし、37℃、20分のRNase処理後、スピンカラムで精製し、DNAポリメラーゼにAmpliTaq Gold(Applied Biosystems)を用いてPCRを行った。PCR反応は熱変性;95℃で30秒、アニーリング;55℃で1分、伸長;72℃で1分を1サイクルとして30サイクル行った。プライマーは表4に示すcrtO及びcrtZに特異的なプライマー〔crtO及びcrtZ特異的RT-nested PCR プライマー(RBS及び制限酵素サイト付き)〕を用いた。
[Step 2] Amplification of crtO and crtZ Using the obtained mRNA as a template, reverse transcription was performed using RT-PCR kit ReverTra Dash (TOYOBO). At this time, Random primer was used as a primer. As a pretreatment for the reverse transcription reaction, a mixed solution of mRNA and primer was incubated at 70 ° C. for 10 minutes.
Using cDNA obtained by reverse transcription reaction at 30 ° C for 10 minutes, 42 ° C for 20 minutes, 99 ° C for 5 minutes, and 4 ° C for 5 minutes, after RNase treatment at 37 ° C for 20 minutes, spin column After purification, PCR was performed using AmpliTaq Gold (Applied Biosystems) as the DNA polymerase. The PCR reaction was performed by heat denaturation; 95 ° C. for 30 seconds, annealing; 55 ° C. for 1 minute, extension; 72 ° C. for 1 minute for 30 cycles. Primers specific to crtO and crtZ shown in Table 4 [crtO and crtZ-specific RT-nested PCR primers (with RBS and restriction enzyme sites)] were used.

Figure 2006075097
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〔工程3〕組換えベクタープラスミドの構築
H. pluvialis NISE 144からRT-PCRにより得られたcrtO及びcrtZをPromega社のpGEM-T Easy Vector System Iを用い、TAクローニングを行った。EcoR I(DNA1ugに対して1U)を用いた制限酵素消化(37℃、1時間)によりpGEMからcrtOあるいはcrtZを切り出し、crtO及びcrtZ(等モル量、Takara社製ligation kit ver.2)のライゲーション(16℃、30分)を行った。次に、そのライゲーション産物(crtOZ)とKpnI(DNA1ugに対して1U)で消化した組換えベクタープラスミドpRKY415とのライゲーション(ベクター:インサート=1:10、Takara社製ligation kit ver.2)を行い、crtI、crtY、crtO、及びcrtZが組み込まれた組換えベクタープラスミドpRKY415OZを構築した。
[Step 3] Construction of recombinant vector plasmid
The crtO and crtZ obtained by RT-PCR from H. pluvialis NISE 144 were TA cloned using pGEM-T Easy Vector System I from Promega. CrtO or crtZ was excised from pGEM by restriction enzyme digestion (37 ° C, 1 hour) using EcoR I (1U for 1ug of DNA), and ligation of crtO and crtZ (equimolar amount, Takara ligation kit ver.2) (16 ° C., 30 minutes). Next, ligation of the ligation product (crtOZ) and the recombinant vector plasmid pRKY415 digested with KpnI (1 U against 1 ug of DNA) (vector: insert = 1: 10, Takara ligation kit ver.2), A recombinant vector plasmid pRKY415OZ incorporating crtI, crtY, crtO and crtZ was constructed.

〔工程4〕ロドビュラム スルフィドフィラムの形質転換
上記の工程3で得られた組換えベクタープラスミドpRKY415OZをエレクトロポレーション法(2.5V, 25uFD, 200Ω,Biorad社製Gene Pulser)によりE. coli S17-1に導入した。得られた形質転換体(1.0×1010cells/ml)をロドビュラム スルフィドフィラムNKPB 160471R(1.0×1010cells/ml)と1:10の割合で混合し、RCVBプレートにスポットし24時間、暗条件下、32℃でインキュベートした。
[Step 4] Transformation of rhodobulum sulfide phyllum The recombinant vector plasmid pRKY415OZ obtained in the above step 3 was transformed into E. coli S17-1 by electroporation (2.5 V, 25 uFD, 200Ω, Gene Pulser manufactured by Biorad). Introduced. The obtained transformant (1.0 × 10 10 cells / ml) was mixed with rhodobulum sulfide filam NKPB 160471R (1.0 × 10 10 cells / ml) at a ratio of 1:10, spotted on an RCVB plate, and darkened for 24 hours. Incubate at 32 ° C under conditions.

〔工程5〕カロテノイドの抽出及び測定
上記の工程4で得られたロドビュラム スルフィドフィラムの形質転換体{NKPB 160471R(pRKY415OZ)}を、RCVB液体培地に30μg/mlのカナマイシンを添加して調製したRCVBN培地で培養した後、菌体を遠心回収し凍結乾燥を行った。色素をアセトンによる抽出後、Waters Symmetry C18 カラム(150mm×3.9mm; 5μm)を用いアセトニトリル:メタノール:2-プロパノール(90:6:4)によりHPLC分析(1ml/min、40℃)を行った。β-caroteneのピークのみが示され、導入したCrtO及びZの活性は確認されなかった。結果を表5に示す。
[Step 5] Carotenoid Extraction and Measurement RCVBN prepared by adding the rhodobulum sulfide filam transformant {NKPB 160471R (pRKY415OZ)} obtained in Step 4 above to RCVB liquid medium with 30 μg / ml kanamycin. After culturing in the medium, the cells were collected by centrifugation and freeze-dried. After the dye was extracted with acetone, HPLC analysis (1 ml / min, 40 ° C.) was performed with acetonitrile: methanol: 2-propanol (90: 6: 4) using a Waters Symmetry C18 column (150 mm × 3.9 mm; 5 μm). Only the β-carotene peak was shown, and the activity of the introduced CrtO and Z was not confirmed. The results are shown in Table 5.

Figure 2006075097
Figure 2006075097

本発明のカロテノイド生産能を有する新規な形質転換体及び新規なカロテノイドの生産方法は、宿主の光合成細菌が有するカロテノイド合成のための前駆体を有効に利用し、かつ、新たに導入した遺伝子の種類に応じてアスタキサンチンまでの種々のカロテノイドを選択的に生合成することができるものであり、種々のカロテノイドの選択的合成の可能性を示しており、今後のカロテノイドの工業的生産に寄与するものである。   The novel transformant having the ability to produce carotenoid and the method for producing the carotenoid of the present invention effectively use the precursor for carotenoid synthesis possessed by the photosynthetic bacterium of the host, and the newly introduced gene type It is possible to selectively biosynthesize various carotenoids up to astaxanthin according to the above, and it shows the possibility of selective synthesis of various carotenoids, contributing to the future industrial production of carotenoids. is there.

図1は、実施例1において、組換えベクタープラスミドの構築に用いたベクター(pRKY415)と構築された組換えベクタープラスミド(pRKY415WZ)を示す概念図である。FIG. 1 is a conceptual diagram showing the vector (pRKY415) used for the construction of the recombinant vector plasmid and the constructed recombinant vector plasmid (pRKY415WZ) in Example 1.

Claims (5)

フィトエンデサチュラーゼ(Phytoene desaturase)をコードする遺伝子と、リコペンサイクラーゼ(Lycopene cyclase)をコードする遺伝子と、β-カロテンハイドロキシラーゼ(β-carotene hydroxylase)をコードする遺伝子と、β-カロテン-C(4)-オキシゲナーゼ(β-carotene C(4)oxygenase)をコードする原核生物由来の遺伝子とを含む組換えベクタープラスミドを宿主のカロテノイド生産能を有する光合成細菌に導入して形質転換させることにより得られたカロテノイド生産能を有する形質転換体。   A gene encoding phytoene desaturase, a gene encoding lycopene cyclase, a gene encoding β-carotene hydroxylase, and β-carotene-C (4) -Carotenoids obtained by transforming by introducing a recombinant vector plasmid containing a prokaryotic gene encoding oxygenase (β-carotene C (4) oxygenase) into a host photosynthetic bacterium capable of producing carotenoids A transformant having a production ability. 宿主の光合成細菌が、海洋光合成細菌のロドビュラム スルフィドフィラム(Rhodovulum sulfidophilum)である請求項1に記載の形質転換体。   The transformant according to claim 1, wherein the host photosynthetic bacterium is a marine photosynthetic bacterium Rhodovulum sulfidophilum. 宿主の海洋光合成細菌が、ニューロスポレン(Neurosporene)以降のカロテノイド合成経路が失活したロドビュラム スルフィドフィラムの突然変異体である請求項2に記載の形質転換体。   The transformant according to claim 2, wherein the host marine photosynthetic bacterium is a mutant of rhodobulum sulfide phyllum in which the carotenoid synthesis pathway after Neurosporene has been inactivated. フィトエンデサチュラーゼをコードする遺伝子が原核生物由来のcrtIであり、リコペンサイクラーゼをコードする遺伝子が原核生物由来のcrtYであり、かつ、β-カロテンハイドロキシラーゼをコードする遺伝子が原核生物由来のcrtZであって、β-カロテン-C(4)-オキシゲナーゼをコードする遺伝子が原核生物由来のcrtWである請求項1〜3のいずれかに記載の形質転換体。   The gene encoding phytoene desaturase is crtI derived from prokaryotes, the gene encoding lycopene cyclase is crtY derived from prokaryotes, and the gene encoding β-carotene hydroxylase is crtZ derived from prokaryotes. The transformant according to any one of claims 1 to 3, wherein the gene encoding β-carotene-C (4) -oxygenase is prokaryotic-derived crtW. ニューロスポレン(Neurosporene)以降のカロテノイド合成経路が失活した海洋光合成細菌であるロドビュラム スルフィドフィラム(Rhodovulum sulfidophilum)の突然変異体を宿主とし、この宿主のロドビュラム スルフィドフィラムの突然変異体に、フィトエンデサチュラーゼ(Phytoene desaturase)をコードする遺伝子crtIを含む組換えベクタープラスミド、前記遺伝子crtIとリコペンサイクラーゼ(Lycopene cyclase)をコードする遺伝子crtYとを含む組換えベクタープラスミド、前記遺伝子crtI及び前記遺伝子crtYとβ-カロテンハイドロキシラーゼ(β-carotene hydroxylase)をコードする遺伝子crtZ及び/又は原核生物由来のβ-カロテン-C(4)-オキシゲナーゼ(β-carotene C(4)oxygenase)をコードする遺伝子crtWとを含む組換えベクタープラスミドから選ばれた何れかの組換えベクタープラスミドを導入して形質転換させ、得られた形質転換体を用いて導入した遺伝子の種類に応じたカロテノイドを生産することを特徴とするカロテノイドの生産方法。
A mutant of Rhodovulum sulfidophilum, a marine photosynthetic bacterium with inactivated carotenoid synthesis pathway after Neurosporene, is used as a host, and the mutant of Rhodobulum sulfidophilum of this host is used as a phytoene. A recombinant vector plasmid containing a gene crtI encoding a desaturase (Phytoene desaturase), a recombinant vector plasmid containing the gene crtI and a gene crtY encoding a lycopene cyclase, the gene crtI and the genes crtY and β A gene crtZ encoding β-carotene hydroxylase and / or a gene crtW encoding β-carotene C (4) -oxygenase derived from prokaryotes Any one selected from recombinant vector plasmids A method for producing carotenoids, characterized by producing a carotenoid according to the type of gene introduced using a transformant obtained by introducing a recombinant vector plasmid.
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