JP2010035556A - Transgenic yeast and method for production of ethanol - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transgenic yeast which has an excellent xylose metabolism rate even in the presence of a co-existing sugar, and to provide a method for producing ethanol by utilizing the transgenic yeast. <P>SOLUTION: The transgenic yeast has two or more copies of a cell-surface-presenting β-glucosidase gene and two or more copies of a xylose-metabolism-related gene introduced into the genome thereof or has a cell-surface-presenting β-glucosidase gene and two or more copies of a xylose-metabolism-related gene introduced into the genome thereof, and has β-glucosidase activity of 0.02 U/OD660=1 or greater. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、所定の遺伝子を導入した組換え酵母及び当該組換え酵母を利用したエタノールの製造方法に関する。   The present invention relates to a recombinant yeast introduced with a predetermined gene and a method for producing ethanol using the recombinant yeast.

地球温暖化を鑑みた場合、木質系バイオマスから製造されるエタノール等の石油代替資源に大きな期待が寄せられている。すなわち、木質系バイオマスは、エタノール等の有用なアルコールや有機酸の原料として有効に利用されている。木質系バイオマスは、主としてセルロース、ヘミセルロース及びリグニンから構成されている。木質系バイオマスからエタノール等液体燃料を製造するためには、セルロースやヘミセルロースを構成単糖にまで加水分解(糖化)し、発酵によって単糖をエタノールに変換する。セルロースは主としてグルコースから構成され、ヘミセルロースは主としてアラビノースとキシロースから構成されている。したがって、木質系バイオマスを利用してエタノールを製造する際には、グルコースのみではなくキシロースも発酵の基質として有効に利用されることが望ましい。   In view of global warming, great expectations are placed on alternative petroleum resources such as ethanol produced from woody biomass. That is, woody biomass is effectively used as a raw material for useful alcohols such as ethanol and organic acids. Woody biomass is mainly composed of cellulose, hemicellulose and lignin. In order to produce a liquid fuel such as ethanol from woody biomass, cellulose or hemicellulose is hydrolyzed (saccharified) into constituent monosaccharides, and the monosaccharides are converted to ethanol by fermentation. Cellulose is mainly composed of glucose, and hemicellulose is mainly composed of arabinose and xylose. Accordingly, when ethanol is produced using woody biomass, it is desirable that not only glucose but also xylose be effectively used as a fermentation substrate.

ところが、エタノール製造に利用される通常の酵母は、基質として6単糖のグルコースしか利用することができない。そこで、キシロース代謝能を付与した酵母を利用してキシロースを基質として利用するといった技術が特許文献1及び2並びに非特許文献1に開示されている。しかしながら、キシロース代謝能を付与された酵母は、グルコースを基質としたエタノール発酵能を有するため、培地中にグルコースとキシロースとが含まれると、グルコース代謝が優先的に進行しキシロースの代謝遅延が発生するといった問題があった。   However, normal yeasts used for ethanol production can only use 6 monosaccharide glucose as a substrate. Therefore, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 disclose a technique in which xylose is used as a substrate using yeast imparted with xylose metabolic ability. However, since yeast with the ability to metabolize xylose has the ability to ferment ethanol using glucose as a substrate, when glucose and xylose are contained in the medium, glucose metabolism preferentially progresses and xylose metabolism is delayed. There was a problem such as.

なお、非特許文献1には、キシロース及びセロオリゴ糖を発酵することができる組換え酵母を開示している。非特許文献1に開示された組換え酵母は、Pichia stipitis由来のキシロースリダクターゼ遺伝子及びキシリトールデヒドロゲナーゼ遺伝子とS. cerevisiae由来のキシルロキナーゼ遺伝子を導入するとともに、Aspegillus aculeatus由来のβグルコシダーゼ遺伝子を細胞表層に提示するかたちで導入した組換え酵母である。しかし、非特許文献1に開示された組換え酵母においても、キシロースの代謝遅延を解消しておらず、上述した問題は解決されていない。   Non-Patent Document 1 discloses a recombinant yeast capable of fermenting xylose and cellooligosaccharide. The recombinant yeast disclosed in Non-Patent Document 1 introduces a xylose reductase gene and a xylitol dehydrogenase gene derived from Pichia stipitis and a xylulokinase gene derived from S. cerevisiae and a β-glucosidase gene derived from Aspegillus aculeatus on the cell surface. Recombinant yeast introduced in the form presented. However, even in the recombinant yeast disclosed in Non-Patent Document 1, the metabolic delay of xylose has not been eliminated, and the above-described problems have not been solved.

特表2000−509988号Special table 2000-509988 特表2008−506383号Special table 2008-506383

S. Katahira et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. (2006) 72: 1136-1143S. Katahira et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. (2006) 72: 1136-1143

そこで、本発明は、上述した実情に鑑み、共存糖の存在下においてもキシロースの代謝速度が優れた組換え酵母及び当該組換え酵母を利用したエタノールの製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the above-described circumstances, an object of the present invention is to provide a recombinant yeast having an excellent metabolic rate of xylose even in the presence of a coexisting sugar, and a method for producing ethanol using the recombinant yeast.

上記目的を達成するため、本発明者らが鋭意検討した結果、キシロース代謝関連遺伝子とともに細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子を導入した酵母において、βグルコシダーゼ活性が高ければキシロース代謝速度が向上するといった新規知見を見いだし、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies by the present inventors in order to achieve the above object, a novel finding that, in a yeast into which a cell surface-presenting β-glucosidase gene has been introduced together with a xylose metabolism-related gene, if the β-glucosidase activity is high, the xylose metabolism rate is improved. As a result, the present invention has been completed.

本発明は以下を包含する。
(1)2コピー以上の細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及び2コピー以上のキシロース代謝関連遺伝子がゲノムに導入された組換え酵母。
The present invention includes the following.
(1) A recombinant yeast in which two or more copies of a cell surface-presenting β-glucosidase gene and two or more copies of a xylose metabolism-related gene have been introduced into the genome.

(2)細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及び2コピー以上のキシロース代謝関連遺伝子がゲノムに導入され、βグルコシダーゼ活性が0.02U/OD660=1以上である組換え酵母。   (2) A recombinant yeast in which a cell surface display-type β-glucosidase gene and two or more copies of a xylose metabolism-related gene are introduced into the genome, and β-glucosidase activity is 0.02U / OD660 = 1 or more.

(3)細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及び2コピー以上のキシロース代謝関連遺伝子がゲノムに導入され、キシロース代謝速度が2.0g/h/L以上である組換え酵母。   (3) A recombinant yeast in which a cell surface display β-glucosidase gene and two or more copies of a xylose metabolism-related gene are introduced into the genome, and the xylose metabolism rate is 2.0 g / h / L or more.

(4)上記キシロース代謝関連遺伝子は、キシロースリダクターゼ遺伝子、キシリトールデヒドロゲナーゼ遺伝子及びキシルロキナーゼ遺伝子であることを特徴とする(1)乃至(3)いずれか1記載の組換え酵母。   (4) The recombinant yeast according to any one of (1) to (3), wherein the xylose metabolism-related gene is a xylose reductase gene, a xylitol dehydrogenase gene, or a xylulokinase gene.

(5)上記表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子は、ゲノムに4コピー導入されていることを特徴とする(1)乃至(3)いずれか1記載の組換え酵母。   (5) The recombinant yeast according to any one of (1) to (3), wherein 4 copies of the surface display β-glucosidase gene are introduced into the genome.

(6)高次倍体の酵母を宿主として上記遺伝子を導入したことを特徴とする(1)乃至(3)いずれか1記載の組換え酵母。   (6) The recombinant yeast according to any one of (1) to (3), wherein the gene is introduced using a higher-ploidy yeast as a host.

(7)上記細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子は、内在する高浸透圧応答7(HOR7)遺伝子の発現制御領域により発現制御されるかたちで導入されたことを特徴とする(1)乃至(3)いずれか1記載の組換え酵母。   (7) The cell surface-presenting β-glucosidase gene is introduced in such a manner that its expression is controlled by the expression control region of the endogenous hyperosmotic response 7 (HOR7) gene (1) to (3) The recombinant yeast according to any one of the above.

(8)Saccharomyces cerevisiae OC-2株(NBRC2260)を宿主として上記遺伝子を導入したことを特徴とする(1)乃至(3)いずれか1記載の組換え酵母。   (8) The recombinant yeast according to any one of (1) to (3), wherein the above gene is introduced using Saccharomyces cerevisiae OC-2 strain (NBRC2260) as a host.

(9)(1)〜(8)いずれか記載の組換え酵母をキシロース含有培地に培養する工程と、上記キシロース含有培地からエタノールを回収する工程とを含むエタノールの製造方法。   (9) A method for producing ethanol, comprising a step of culturing the recombinant yeast according to any one of (1) to (8) in a xylose-containing medium and a step of recovering ethanol from the xylose-containing medium.

(10)上記キシロース含有培地は6単糖を更に含有することを特徴とする(9)記載のエタノールの製造方法。   (10) The method for producing ethanol according to (9), wherein the xylose-containing medium further contains 6 monosaccharides.

(11)上記6単糖はグルコース及び/又はセロビオースであることを特徴とする(10)記載のエタノールの製造方法。   (11) The method for producing ethanol according to (10), wherein the six monosaccharides are glucose and / or cellobiose.

なお、本願発明者らは、先の出願(特願2007-200978号)において、ホモタリック性を有する酵母を利用して、簡便にゲノムへの多コピー遺伝子導入が可能となるといった技術を開示した。例えば、この先願で開示された酵母に細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及びキシロース代謝関連遺伝子を導入することによって、βグルコシダーゼ及びキシロース代謝能を高めることができる。   In addition, the inventors of the present application disclosed in the previous application (Japanese Patent Application No. 2007-200978) a technique that allows a multicopy gene to be introduced into a genome simply by using yeast having homothallic properties. For example, the ability to metabolize β-glucosidase and xylose can be improved by introducing a cell surface display-type β-glucosidase gene and a xylose metabolism-related gene into the yeast disclosed in this prior application.

本発明に係る組換え酵母によれば、キシロースを含有する培地を用いたエタノール発酵においてキシロース代謝速度の向上を達成することができる。したがって、本発明に係る組換え酵母を利用することにより、例えば木質系バイオマスを用いたエタノール発酵をより効率的に、且つ優れた生産性で実施することができる。   According to the recombinant yeast according to the present invention, the xylose metabolism rate can be improved in ethanol fermentation using a medium containing xylose. Therefore, by using the recombinant yeast according to the present invention, for example, ethanol fermentation using woody biomass can be carried out more efficiently and with excellent productivity.

また、本発明に係るエタノールの製造方法によれば、培地に含まれるキシロースを基質とした発酵によりエタノールをより効率的に、且つ高収率で回収することができる。特に、培地にキシロース及びグルコースを含有する場合であっても、キシロース代謝速度の遅延がなく、効率よくエタノールを製造することができる。   Moreover, according to the manufacturing method of ethanol which concerns on this invention, ethanol can be collect | recovered more efficiently and with a high yield by fermentation which used the xylose contained in a culture medium as a substrate. In particular, even when xylose and glucose are contained in the medium, ethanol can be efficiently produced without a delay in the xylose metabolism rate.

本明細書は本願の優先権の基礎である日本国特許出願2008-180434号の明細書及び/又は図面に記載される内容を包含する。   This specification includes the contents described in the specification and / or drawings of Japanese Patent Application No. 2008-180434, which is the basis of the priority of the present application.

本発明を適用してホモタリック性を有する複数の選択マーカーを有する形質転換用酵母を構築する際の工程を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the process at the time of constructing the yeast for transformation which has several selection markers which have homothallic property by applying this invention. YPH500株及びOC-2T株について、培地中の糖濃度とTDH1遺伝子、TDH3遺伝子及びPDC1遺伝子の発現量との関係を測定した結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having measured the relationship between the sugar concentration in a culture medium, and the expression level of TDH1 gene, TDH3 gene, and PDC1 gene about YPH500 strain and OC-2T strain. pIHCS及びpBG211からpIBG13を構築するフローを説明する図である。It is a figure explaining the flow which builds pIBG13 from pIHCS and pBG211. pRS404及びpBlue-BGL1からpIWBGL1を構築するフローを説明する図である。It is a figure explaining the flow which builds pIWBGL1 from pRS404 and pBlue-BGL1. OC-2ABGL4株、OC-2ABGL2株及びOC-2HUTについて、PNPG活性を測定した結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having measured PNPG activity about OC-2ABGL4 strain, OC-2ABGL2 strain, and OC-2HUT. OC-2ABGL4Xyl2株について共存糖の有無及び種類によるキシロース代謝量を測定した結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having measured the xylose metabolism amount by the presence and kind of coexisting sugar about OC-2ABGL4Xyl2 strain. OC-2ABGL4Xyl2株及びOC-2ABGL2Xyl2株について、キシロース代謝量を測定した結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having measured the xylose metabolic rate about OC-2ABGL4Xyl2 strain and OC-2ABGL2Xyl2 strain. OC-2ABGL4Xyl2株について培養プロセスにおける、キシロース濃度、セロビオース濃度及びエタノール濃度を測定した結果を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the result of having measured the xylose density | concentration, the cellobiose density | concentration, and the ethanol density | concentration in a culture process about OC-2ABGL4Xyl2 strain | stump | stock. プラスミドpABGL-TDH3P、pABGL-PDC1P及びpABGL-HOR7Pの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of plasmid pABGL-TDH3P, pABGL-PDC1P, and pABGL-HOR7P. プラスミドpRS404-NotI-s.s-BGL1-3'half a-agglutinin-SphI-TRP1-NotIを作製する工程を示す図である。FIG. 3 is a view showing a step of producing a plasmid pRS404-NotI-s.s-BGL1-3′half a-agglutinin-SphI-TRP1-NotI. プラスミドpUC19-AscI-HOR7promoter-NotI-SalI、pUC19-AscI-PDC1promoter-NotI-SalI及びpUC19-AscI-TDH3promoter-NotI-SalIを作製する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of producing plasmid pUC19-AscI-HOR7promoter-NotI-SalI, pUC19-AscI-PDC1promoter-NotI-SalI, and pUC19-AscI-TDH3promoter-NotI-SalI. プラスミドpABGL-HOR7P、pABGL-PDC1P及びpABGL-TDH3Pを作製する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of producing plasmid pABGL-HOR7P, pABGL-PDC1P, and pABGL-TDH3P. 形質転換酵母OC-2ATDH3PBGL2、OC-2APDC1PBGL2及びOC-2AHOR7PBGL2についてPNPG活性を測定した結果を示す特性図である。It is a characteristic figure which shows the result of having measured PNPG activity about transformed yeast OC-2ATDH3PBGL2, OC-2APDC1PBGL2, and OC-2AHOR7PBGL2. 形質転換酵母OC-2APDC1PBGL2XYL2、OC-2AHOR7PBGL2XYL2、OC-2HUT株、2、4若しくは6コピーのアーミングBGL遺伝子を導入したTDH3PBGL2株、TDH3PBGL4株及びTDH3PBGL6株、OC-2HUT株にpIUX1X2Xkを導入したOC-2HTx2株についてPNPG活性を測定した結果を示す特性図である。Transformed yeast OC-2APDC1PBGL2XYL2, OC-2AHOR7PBGL2XYL2, OC-2HUT strain, TDH3PBGL2 strain, TDH3PBGL4 strain, TDH3PBGL6 strain, OC-2HUT strain introduced OC-2HTUT, OC-2HUT strain into which OC-2HUT was introduced It is a characteristic view which shows the result of having measured the PNPG activity about the strain | stump | stock.

以下、本発明を図面及び実施例を用いてより詳細に説明する。
<組換え酵母>
本発明に係る組換え酵母は、細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及び2コピー以上のキシロース代謝関連遺伝子がゲノムに導入されており、細胞表層に提示されたβグルコシダーゼの活性が高い(例えば0.02 U/OD660=1以上)酵母である。また、本発明に係る組換え酵母は、細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及び2コピー以上のキシロース代謝関連遺伝子がゲノムに導入されており、キシロース代謝速度が高い(例えば2.0g/h/L以上)酵母である。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and examples.
<Recombinant yeast>
In the recombinant yeast according to the present invention, a cell surface-presenting β-glucosidase gene and two or more copies of a xylose metabolism-related gene are introduced into the genome, and the activity of β-glucosidase displayed on the cell surface is high (for example, 0.02 U / OD660 = 1 or higher) Yeast. In addition, the recombinant yeast according to the present invention has a cell surface display-type β-glucosidase gene and two or more copies of xylose metabolism-related genes introduced into the genome, and has a high xylose metabolism rate (eg, 2.0 g / h / L or more). Yeast.

ここで、細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子とは、発現したβグルコシダーゼが細胞の表層にディスプレイされるように、βグルコシダーゼ遺伝子と細胞表層局在タンパク質遺伝子とを融合した遺伝子である。細胞表層局在タンパク質とは、酵母の細胞表層に固定され、細胞表層に存在するタンパク質をいう。例えば、凝集性タンパク質であるα-またはa-アグルチニン、FLOタンパク質などが挙げられる。一般に細胞表層局在タンパク質は、N末端側に分泌シグナル配列及びC末端側にGPIアンカー付着認識シグナルを有している。分泌シグナルを有する点では分泌性タンパク質と共通しているが、細胞表層局在タンパク質はGPIアンカーを介して細胞膜に固定されて輸送される点が分泌性タンパク質と異なる。細胞表層局在タンパク質は、細胞膜通過の際、GPIアンカー付着認識シグナル配列が選択的に切断され、新たに突出したC末端部分でGPIアンカーと結合して細胞膜に固定される。その後ホスファチジルイノシトール依存性ホスホリパーゼC(PI-PLC)によりGPIアンカーの根元部分が切断される。ついで、細胞膜から切り離されたタンパク質は細胞壁に組み込まれて細胞表層に固定され、細胞表層に局在する(例えば、特開2006−174767号公報参照)。   Here, the cell surface-displaying β-glucosidase gene is a gene obtained by fusing a β-glucosidase gene and a cell surface-localized protein gene so that the expressed β-glucosidase is displayed on the surface of the cell. The cell surface localized protein refers to a protein that is fixed on the cell surface layer of yeast and is present on the cell surface layer. For example, α- or a-agglutinin which is an aggregating protein, FLO protein and the like can be mentioned. In general, a cell surface localized protein has a secretory signal sequence on the N-terminal side and a GPI anchor attachment recognition signal on the C-terminal side. Although it has the same secretory protein in that it has a secretion signal, the cell surface localized protein is different from the secreted protein in that it is transported by being immobilized on the cell membrane via a GPI anchor. When the cell surface localized protein passes through the cell membrane, the GPI anchor attachment recognition signal sequence is selectively cleaved, and is bound to the GPI anchor at the newly protruding C-terminal portion and fixed to the cell membrane. Thereafter, the base of the GPI anchor is cleaved by phosphatidylinositol-dependent phospholipase C (PI-PLC). Next, the protein separated from the cell membrane is incorporated into the cell wall, fixed to the cell surface layer, and localized on the cell surface layer (see, for example, JP-A-2006-174767).

細胞表層に提示するβグルコシダーゼをコードするβグルコシダーゼ遺伝子としては、特に限定されないが、例えば、Aspergillus aculeatus由来のβグルコシダーゼ遺伝子(Murai et al., Appl. Environ. Microbiol. 64:4857-4861)を挙げることができる。その他にも、βグルコシダーゼ遺伝子としては、Aspergillus oryzae由来のβグルコシダーゼ遺伝子、Clostridium cellulovorans由来のβグルコシダーゼ遺伝子及びSaccharomycopsis fibligera由来のβグルコシダーゼ遺伝子等を利用することができる。   The β-glucosidase gene encoding β-glucosidase displayed on the cell surface is not particularly limited, and examples thereof include β-glucosidase gene derived from Aspergillus aculeatus (Murai et al., Appl. Environ. Microbiol. 64: 4857-4861). be able to. In addition, as the β-glucosidase gene, a β-glucosidase gene derived from Aspergillus oryzae, a β-glucosidase gene derived from Clostridium cellulovorans, a β-glucosidase gene derived from Saccharomycopsis fibligera, and the like can be used.

また、キシロース代謝関連遺伝子とは、キシロースをキシリトールに変換するキシロースリダクターゼをコードするキシロースリダクターゼ遺伝子、キシリトールをキシルロースに変換するキシリトールデヒドロゲナーゼをコードするキシリトールデヒドロゲナーゼ遺伝子及びキシルロースをリン酸化してキシルロース5-リン酸を生成するキシルロキナーゼをコードするキシルロキナーゼ遺伝子を含む意味である。なお、キシルロキナーゼにより生成されたキシルロース5-リン酸は、ペントースリン酸経路に入り代謝されることとなる。   The xylose metabolism-related gene is a xylose reductase gene encoding xylose reductase that converts xylose into xylitol, a xylitol dehydrogenase gene encoding xylitol dehydrogenase that converts xylitol into xylulose, and xylulose by phosphorylating xylulose 5-phosphate It is meant to include a xylulokinase gene encoding xylulokinase which produces Xylulose 5-phosphate produced by xylulokinase enters the pentose phosphate pathway and is metabolized.

酵母ゲノムに導入されるキシロース代謝関連遺伝子としては、特に限定されないが、Pichia stipitis由来のキシロースリダクターゼ遺伝子及びキシリトールデヒドロゲナーゼ遺伝子、Saccharomyces cerevisiae由来のキシルロキナーゼ遺伝子を挙げることができる(Eliasson A. et al., Appl. Environ. Microbiol, 66:3381-3386及びToivari MN et al., Metab. Eng. 3:236-249参照)。その他にも、キシロースリダクターゼ遺伝子としては、Candida tropicalisやCandida prapsilosis由来のキシロースリダクターゼ遺伝子を利用することができる。キシリトールデヒドロゲナーゼ遺伝子としては、Candida tropicalisやCandida prapsilosis由来のキシリトールデヒドロゲナーゼ遺伝子を利用することができる。キシルロキナーゼ遺伝子としては、Pichia stipitis由来のキシルロキナーゼ遺伝子を利用することもできる。なお、ストレプトマイセスムリナスクラスター由来のキシロースイソメラーゼ遺伝子等を利用することもできる。   The xylose metabolism-related gene introduced into the yeast genome is not particularly limited, and examples thereof include a xylose reductase gene and xylitol dehydrogenase gene derived from Pichia stipitis, and a xylulokinase gene derived from Saccharomyces cerevisiae (Eliasson A. et al. , Appl. Environ. Microbiol, 66: 3381-3386 and Toivari MN et al., Metab. Eng. 3: 236-249). In addition, a xylose reductase gene derived from Candida tropicalis or Candida prapsilosis can be used as the xylose reductase gene. As the xylitol dehydrogenase gene, a xylitol dehydrogenase gene derived from Candida tropicalis or Candida prapsilosis can be used. A xylulokinase gene derived from Pichia stipitis can also be used as the xylulokinase gene. A xylose isomerase gene derived from Streptomyces murinus cluster or the like can also be used.

上述した遺伝子を導入する際には、各遺伝子をそれぞれ2コピー以上導入するか、キシロース代謝関連遺伝子を2コピー以上導入するとともに細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子をβグルコシダーゼ活性が0.02U/OD660=1以上となるように導入する。各遺伝子をそれぞれ2コピー以上導入する方法としては、特に限定されないが、例えば、複数の選抜マーカーを有する酵母のホモタリック性を利用した方法を適用することができる。   When introducing the above-mentioned genes, introduce 2 or more copies of each gene, or introduce 2 or more copies of xylose metabolism-related genes and the β-glucosidase activity of the cell surface display β-glucosidase gene is 0.02U / OD660 = 1. It introduces so that it may become the above. The method for introducing two or more copies of each gene is not particularly limited. For example, a method using the homothallic property of yeast having a plurality of selection markers can be applied.

ホモタリック性を有する酵母とは、ホモタリックな酵母と同義である。ホモタリック性を有する酵母では、HO遺伝子にコードされるエンドヌクレアーゼによる性転換がおこり、一倍体の母細胞から性の異なる娘細胞が出芽することになる。一倍体の酵母にはa細胞とα細胞という2種類の性(接合型)が存在し、a細胞どうし、α細胞どうしは接合しない。a細胞とα細胞はそれぞれaファクターとαファクターという特有の性ホルモン(フェロモン)を分泌しており、お互いが十分に近接して相手のフェロモン細胞膜上の受容体で感知すると、通常の増殖を停止し接合をはじめる。互いの方向に向かい細胞が伸長し、互いの細胞膜、続いて核が融合し、二倍体の細胞となる。したがって、ホモタリック性を有する酵母は、一倍体の母細胞から出芽した娘細胞が、当該母細胞と接合して二倍体となるといった生活環を形成している。この生活環によれば、ホモタリック性を有する一倍体の酵母は、接合型を決定するMAT遺伝子(MATa遺伝子及びMATα遺伝子)以外は全く同一の遺伝子型を有する二倍体酵母へと変化することになる。なお、二倍体酵母は、培地中の窒素源が枯渇する等の栄養飢餓条件になると減数分裂をはじめ胞子を形成する。酵母の胞子は、子嚢という袋状構造のなかに2つのa細胞及び2つのα細胞を有している。胞子は、栄養飢餓条件が解消されると発芽し、一倍体として再び出芽による増殖を開始する。   Yeast having homothallic properties is synonymous with homothallic yeast. In yeast having homothallic properties, sex transition by endonuclease encoded by HO gene occurs, and daughter cells of different sex bud from haploid mother cells. In haploid yeast, there are two types of sex (mating type), a cell and α cell, and a cell and α cell do not join. a cell and α cell secrete a specific sex hormone (pheromone) called a factor and α factor, respectively, and stop normal proliferation when they are detected by receptors on the other pheromone cell membrane in close proximity to each other Then start joining. Cells extend in the direction of each other, and each cell membrane, followed by the nucleus, fuses into a diploid cell. Therefore, yeast having homothallicity forms a life cycle in which daughter cells sprouting from a haploid mother cell join with the mother cell to form a diploid. According to this life cycle, haploid yeast having homothallic properties changes to diploid yeast having exactly the same genotype except for the MAT genes (MATa gene and MATα gene) that determine the mating type. become. In addition, diploid yeast forms spores including meiosis under nutrient starvation conditions such as depletion of nitrogen sources in the medium. Yeast spores have two a cells and two α cells in a sac-like structure called ascosm. The spore germinates when the nutritional starvation condition is resolved, and begins to multiply by budding again as a haploid.

ホモタリック性を有する酵母としては、特に限定されず、如何なる酵母をも使用することができる。ホモタリック性を有する酵母としては、Saccharomyces cerevisiae OC-2株(NBRC2260)を挙げることができるが、これに限定されるものではない。その他にもホモタリック性を有する酵母としては、アルコール酵母(台研396号、NBRC0216)(出典:「アルコール酵母の諸特性」酒研会報、No37、p18-22(1998.8))、ブラジルと沖縄で分離したエタノール生産酵母(出典:「ブラジルと沖縄で分離したSaccharomyces cerevisiae野生株の遺伝学的性質」日本農芸化学会誌、Vol.65、No.4、p759-762(1991.4))及び180(出典「アルコール発酵力の強い酵母のスクリーニング」日本醸造協会誌、Vol.82、No.6、p439-443(1987.6))を挙げることができる。また、ヘテロタリックな表現型を示す酵母においても、HO遺伝子を発現可能に導入することによってホモタリック性を有する酵母として使用することができる。すなわち、本発明において、ホモタリック性を有する酵母とは、HO遺伝子を発現可能に導入された酵母も含む意味である。   The yeast having homothallic properties is not particularly limited, and any yeast can be used. Examples of yeast having homothallic properties include, but are not limited to, Saccharomyces cerevisiae OC-2 strain (NBRC2260). Other yeasts with homothallic properties include alcoholic yeasts (Taken 396, NBRC0216) (Source: “Characteristics of Alcoholic Yeast”, Sakekenkai Bulletin, No37, p18-22 (1998.8)), isolated in Brazil and Okinawa Ethanol producing yeast (Source: “Genetic properties of wild strains of Saccharomyces cerevisiae isolated in Brazil and Okinawa” Journal of Japanese Agricultural Chemical Society, Vol. 65, No. 4, p759-762 (1991.4)) and 180 (Source: Alcohol The screening of yeast having a strong fermenting ability ”, Journal of Japan Brewing Association, Vol.82, No.6, p439-443 (1987.6)). In addition, even a yeast exhibiting a heterothallic phenotype can be used as a yeast having homothallic properties by introducing the HO gene so that it can be expressed. That is, in the present invention, the yeast having homothallic properties is meant to include yeast into which the HO gene has been introduced so as to be expressed.

なかでも、Saccharomyces cerevisiae OC-2株は、従来ワイン醸造の場面で利用されてきた安全性を確認されている菌株であるため好ましい。また、Saccharomyces cerevisiae OC-2株は、後述する実施例で示したように、高糖濃度の条件下におけるプロモーター活性が優れた菌株であるため好ましい。特にSaccharomyces cerevisiae OC-2株は、高糖濃度条件においてピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子(PDC1)のプロモーター活性が優れているため好ましい。   Of these, the Saccharomyces cerevisiae OC-2 strain is preferable because it is a strain that has been confirmed to be safe and has been used in the winemaking scene. Further, the Saccharomyces cerevisiae OC-2 strain is preferable because it has excellent promoter activity under conditions of high sugar concentration, as shown in the Examples described later. In particular, the Saccharomyces cerevisiae OC-2 strain is preferable because it has an excellent promoter activity of the pyruvate decarboxylase gene (PDC1) under high sugar concentration conditions.

本発明に係る形質転換用酵母は、複数の選択マーカーが付与されている。具体的に、選択マーカーとしては、宿主における所定の遺伝子を不機能化することによって、所定の条件下における生育状態が他の条件下における生育状態と区別して観察される表現型を利用するものである。ここで、遺伝子の不機能化とは、当該遺伝子の欠損、当該遺伝子の転写抑制、当該遺伝子の翻訳抑制、当該遺伝子自体の変異等を意味する。なお、高次倍数体においては、全ての染色体における遺伝子が不機能化されることとなる。より具体的に、選択マーカーとしては、生育に必須な栄養成分の生合成に関与する遺伝子を不機能化させることによって付与される栄養要求性等を挙げることができる。栄養要求性としては、酵母におけるURA3遺伝子を不機能化させることで付与されるウラシル要求性、酵母におけるHIS3遺伝子を不機能化させることで付与されるヒスチジン要求性及びTRP1遺伝子を不機能化させることで付与されるトリプトファン要求性を挙げることができる。なお、不機能化させる遺伝子は、URA3遺伝子、HIS3遺伝子及びTRP1遺伝子に限定されず、例えばLeu2遺伝子、Ade2遺伝子、Lys2遺伝子等を挙げることができる。Leu2遺伝子を不機能化させることでロイシン要求性を付与することができ、Ade2遺伝子を不機能化させることでアデニン要求性を付与することができ、またLys2遺伝子を不機能化させることでリジン要求性を付与することができる。   The transformation yeast according to the present invention is provided with a plurality of selection markers. Specifically, the selection marker uses a phenotype that is observed by distinguishing the growth state under a predetermined condition from the growth state under other conditions by defunctionalizing a predetermined gene in the host. is there. Here, the defunctionalization of a gene means a deletion of the gene, transcriptional suppression of the gene, translational suppression of the gene, mutation of the gene itself, and the like. In higher polyploids, genes in all chromosomes are disabled. More specifically, examples of the selection marker include auxotrophy required by defunctionalizing genes involved in biosynthesis of nutrient components essential for growth. As auxotrophy, uracil requirement given by defunctionalizing URA3 gene in yeast, histidine requirement given by defunctionalizing HIS3 gene in yeast, and deactivation of TRP1 gene The tryptophan requirement given in (1) can be mentioned. The genes to be disabled are not limited to URA3 gene, HIS3 gene and TRP1 gene, and examples thereof include Leu2 gene, Ade2 gene, Lys2 gene and the like. By defunctionalizing the Leu2 gene, leucine requirement can be imparted, by defunctionalizing the Ade2 gene, adenine requirement can be imparted, and by lysing the Lys2 gene, lysine requirement Sex can be imparted.

複数の選択マーカーを付与するには、先ず、単独の選択マーカーを有する酵母を準備する。なお、当該酵母は、上述したようにホモタリック性を有するものである。このような単独の選択マーカーを有するホモタリックな酵母としては、例えばApplied and Environmental microbiology, May 2005, p. 2789-2792に開示されたSaccharomyces cerevisiae OC-2T株を使用することができる。このSaccharomyces cerevisiae OC-2T株は、ワイン酵母として知られているSaccharomyces cerevisiae OC-2株における一対のTRP1遺伝子を欠失させた株であり、トリプトファン栄養要求性を選択マーカーとして付与されたホモタリックな酵母である。また、同報に開示されたSaccharomyces cerevisiae OC-2U株を使用することもできる。このSaccharomyces cerevisiae OC-2U株は、Saccharomyces cerevisiae OC-2株における一対のURA3遺伝子を欠失させた株であり、ウラシル栄養要求性を選択マーカーとして付与されたホモタリックな酵母である。   In order to give a plurality of selection markers, first, yeast having a single selection marker is prepared. In addition, the yeast has homothallic properties as described above. As the homothallic yeast having such a single selection marker, for example, the Saccharomyces cerevisiae OC-2T strain disclosed in Applied and Environmental microbiology, May 2005, p. 2789-2792 can be used. This Saccharomyces cerevisiae OC-2T strain is a strain lacking a pair of TRP1 genes in the Saccharomyces cerevisiae OC-2 strain known as wine yeast, and is a homothallic yeast that has been given tryptophan auxotrophy as a selection marker. It is. The Saccharomyces cerevisiae OC-2U strain disclosed in the same report can also be used. This Saccharomyces cerevisiae OC-2U strain is a strain lacking the pair of URA3 genes in the Saccharomyces cerevisiae OC-2 strain, and is a homothallic yeast provided with uracil auxotrophy as a selection marker.

次に、以下のようにして2つ目の選択マーカーを導入する。2つ目の選択マーカーとして、例えば、異なる栄養成分についての栄養要求性を付与する場合、当該栄養成分の生合成に関与する遺伝子を全ての染色体から欠失させる。一例として、ウラシル栄養要求性を付与されたホモタリックな酵母(OC-2U株)に対して、2つ目の選択マーカーとしてヒスチジン栄養要求性を付与する方法を図1に模式的に示す。先ず、宿主のHIS3遺伝子を欠損させるためのDNA断片を準備する。このDNA断片は、宿主におけるHIS3遺伝子の上流領域、URA3遺伝子及び宿主におけるHIS3遺伝子の下流領域をこの順で連結した構造を有している。次に、このDNA断片をウラシル栄養要求性を付与されたホモタリックな酵母に導入すると、図1(a)に示すように、導入したDNA断片に含まれる上流領域及び下流領域において宿主の染色体との間で相同組換えが生じる。DNA断片が染色体に導入されると、URA3遺伝子が発現することでウラシル要求性が消失することとなる。このため、DNA断片で形質転換された酵母は、ウラシル非含有培地において生育することができ、ウラシル要求性の消失を指標として同定することができる。このとき、DNA断片で形質転換された酵母の染色体構造は図1(b)に示すように、一方の染色体におけるHIS3遺伝子に置き換わるようにしてURA3遺伝子が挿入されることとなる。他方の染色体におけるHIS3遺伝子は残存しており、この段階における酵母は栄養要求性を示さない。   Next, the second selection marker is introduced as follows. As a second selection marker, for example, when auxotrophy for different nutrient components is given, a gene involved in biosynthesis of the nutrient component is deleted from all chromosomes. As an example, FIG. 1 schematically shows a method for imparting histidine auxotrophy as a second selection marker to homothallic yeast (OC-2U strain) to which uracil auxotrophy is imparted. First, a DNA fragment for deleting the host HIS3 gene is prepared. This DNA fragment has a structure in which the upstream region of the HIS3 gene in the host, the URA3 gene, and the downstream region of the HIS3 gene in the host are connected in this order. Next, when this DNA fragment is introduced into homothallic yeast imparted with uracil auxotrophy, as shown in FIG. 1 (a), in the upstream region and the downstream region contained in the introduced DNA fragment, Homologous recombination occurs between them. When the DNA fragment is introduced into the chromosome, uracil requirement is lost due to the expression of the URA3 gene. For this reason, the yeast transformed with the DNA fragment can be grown in a uracil-free medium, and the loss of uracil requirement can be identified as an index. At this time, as shown in FIG. 1 (b), the chromosomal structure of yeast transformed with the DNA fragment is inserted into the URA3 gene so as to replace the HIS3 gene in one of the chromosomes. The HIS3 gene in the other chromosome remains and the yeast at this stage does not show auxotrophy.

次に、導入されたURA3遺伝子が脱落した株を選抜する。これは、5-フルオロオロト酸(5-FOAと称す)を含む培地で、ウラシル要求性酵母を培養することでポジティブに選択することができる。すなわち、ウラシルの生合成系を有する酵母を5-FOA存在下で培養すると、5-FOAを基質としてウラシルアナログが合成されることになり、ウラシルの生合成系を有する酵母は致死となる。よって、5-FOAを含む培地で、ウラシル要求性酵母を培養して生育した株は、URA3遺伝子が染色体から脱落したものとして同定できる。URA3遺伝子が染色体から脱落した酵母の染色体構造は、図1(c)に示すように、一方の染色体におけるHIS3遺伝子のみが欠失したものとなる。   Next, a strain from which the introduced URA3 gene has been eliminated is selected. This can be positively selected by culturing uracil-requiring yeast in a medium containing 5-fluoroorotic acid (referred to as 5-FOA). That is, when a yeast having a uracil biosynthesis system is cultured in the presence of 5-FOA, a uracil analog is synthesized using 5-FOA as a substrate, and the yeast having a uracil biosynthesis system is lethal. Therefore, a strain grown by culturing uracil-requiring yeast in a medium containing 5-FOA can be identified as having the URA3 gene dropped from the chromosome. As shown in FIG. 1 (c), the chromosomal structure of the yeast in which the URA3 gene has been dropped from the chromosome is a deletion of only the HIS3 gene in one chromosome.

次に、図1(c)に示した染色体構成を有する酵母を胞子形成培地において培養し、減数分裂を経て胞子を形成させる。胞子形成培地としては、特に限定されず、従来公知の組成の培地を使用することができる。次に、例えばマイクロマニュピレーター等の機器を利用して、培地から胞子(子嚢)を分離する。分離した子嚢には、図1(c)に示した一対の染色体のうちいずれか一方の染色体を含む胞子(一倍体)が2個と、他方の染色体を含む胞子(一倍体)が2個含まれることとなる。次に、胞子を発芽培地において培養することで、個々の胞子を栄養増殖の生活環で増殖する。このとき、ホモタリック性を有する酵母では、一倍体の母細胞から出芽した娘細胞が、当該母細胞と接合して二倍体となるといった生活環を示すため、接合型を決定するMAT遺伝子(MATa遺伝子及びMATα遺伝子)以外は全く同一の遺伝子型を有する二倍体酵母へと変化する。したがって、図1(c)に示した染色体構成を有するホモタリックな酵母を、胞子形成の後に発芽させることによって、図1(d)に示すような染色体構成を有する2種類の酵母を取得することができる。一方の2倍体酵母はウラシル栄養要求性のみを示し、他方の2倍体酵母はウラシル栄養要求性に加えてヒスチジン栄養要求性が付与されものとなる。よって、ウラシル及びヒスチジン含有培地で生育するが、ウラシル及びヒスチジン非含有培地で生育しない株として、2つ目の選択マーカーとしてヒスチジン栄養要求性が付与されたホモタリックな酵母を作製することができる。   Next, yeast having the chromosomal structure shown in FIG. 1 (c) is cultured in a spore formation medium to form spores via meiosis. The spore formation medium is not particularly limited, and a medium having a conventionally known composition can be used. Next, using a device such as a micromanipulator, for example, the spores (ascombs) are separated from the culture medium. In the separated ascension, there are two spores (haploids) containing any one of the pair of chromosomes shown in FIG. 1 (c) and spores (haploids) containing the other chromosome. Two will be included. Next, the spores are cultured in a germination medium, whereby individual spores are grown in the life cycle of vegetative growth. At this time, in the yeast having homothallic properties, a daughter cell sprouting from a haploid mother cell shows a life cycle in which the daughter cell joins with the mother cell to become a diploid, so that the MAT gene that determines the mating type ( The diploid yeast has exactly the same genotype except for the MATa gene and the MATα gene. Therefore, it is possible to obtain two types of yeasts having a chromosome structure as shown in FIG. 1 (d) by germinating homothallic yeast having the chromosome structure shown in FIG. 1 (c) after sporulation. it can. One diploid yeast shows only uracil auxotrophy, and the other diploid yeast is given histidine auxotrophy in addition to uracil auxotrophy. Therefore, a homothallic yeast to which histidine auxotrophy is imparted as a second selection marker can be produced as a strain that grows on a uracil and histidine-containing medium but does not grow on a uracil and histidine-free medium.

なお、上述した手法を繰り返すことによって、3つ目の選択マーカーを付与できることは説明するまでもないことである。すなわち、上述した手法を採用することで、ホモタリック性を有する酵母に複数の選択マーカーを順次付与することができる。上述した手法は、ホモタリック性といった特徴的な生活環及びURA3遺伝子の脱落といった現象を効果的に利用した方法である。なお、上述の説明においては、HIS3遺伝子を欠失させるためのDNA断片にURA3遺伝子を利用し、当該URA3遺伝子の脱落を判別するために5-FOAを利用する系を説明したが、欠失対象の遺伝子はHIS3遺伝子に限定されないが、マーカーリサイクル用マーカーはURA3遺伝子が好ましい。これはウラシル要求性株を選択的に取得する事を可能とする5-FOAを利用しているためである。なお、上述したHIS3遺伝子を欠失させるためのDNA断片は、マーカーリサイクル法に利用する目的でRinji Akadaらの論文(Yeast,Volume 23,Issue 5, Pages 399-405)にも開示されている。   It goes without saying that the third selection marker can be given by repeating the above-described method. That is, by adopting the above-described method, a plurality of selection markers can be sequentially given to yeast having homothallic properties. The above-described method is a method that effectively utilizes a characteristic life cycle such as homothallic property and a phenomenon such as loss of the URA3 gene. In the above explanation, a system that uses the URA3 gene as a DNA fragment for deleting the HIS3 gene and uses 5-FOA to determine the loss of the URA3 gene has been described. This gene is not limited to the HIS3 gene, but the marker recycling marker is preferably the URA3 gene. This is because 5-FOA that enables selective acquisition of uracil-requiring strains is used. The above-mentioned DNA fragment for deleting the HIS3 gene is also disclosed in a paper by Rinji Akada et al. (Yeast, Volume 23, Issue 5, Pages 399-405) for the purpose of use in the marker recycling method.

以上の説明から、複数の選抜マーカーを有する酵母のホモタリック性を利用することで、上述した細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子やキシロース代謝関連遺伝子を2コピー以上導入できることが理解される。なお、上述した細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子は、必ずしも2コピー以上導入する必要はなく、細胞表層に提示されたβグルコシダーゼの活性が0.02U/OD660=1以上、又はキシロース代謝速度が2.0g/h/L以上となるように導入されても良い。すなわち、酵母の宿主に導入された細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子が高発現するのであれば、当該βグルコシダーゼの活性を0.02U/OD660=1以上又はキシロース代謝速度が2.0g/h/L以上に制御することができる。例えば、細胞提示型βグルコシダーゼ遺伝子のプロモーターを高発現型プロモーターとすることで、当該βグルコシダーゼの活性を0.02U/OD660=1以上又はキシロース代謝速度が2.0g/h/L以上とすることができる。プロモーターとしては、例えばグリセルアルデヒド3リン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子(TDH3)のプロモーター、3-ホスホグリセレートキナーゼ遺伝子(PGK1)のプロモーター、高浸透圧応答7遺伝子(HOR7)のプロモーターなどが利用可能である。なかでもピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子(PDC1)のプロモーターが下流の目的遺伝子を高発現させる能力が高いために好ましい。   From the above description, it is understood that two or more copies of the above-described cell surface display β-glucosidase gene and xylose metabolism-related gene can be introduced by utilizing the homothallic property of yeast having a plurality of selection markers. In addition, it is not always necessary to introduce two or more copies of the above-described cell surface-presenting β-glucosidase gene, the activity of β-glucosidase displayed on the cell surface is 0.02 U / OD660 = 1 or more, or the xylose metabolic rate is 2.0 g / You may introduce | transduce so that it may become more than h / L. That is, if the cell surface display β-glucosidase gene introduced into the yeast host is highly expressed, the activity of the β-glucosidase is 0.02 U / OD660 = 1 or more or the xylose metabolism rate is 2.0 g / h / L or more. Can be controlled. For example, by making the promoter of the cell-presenting β-glucosidase gene a high-expression promoter, the activity of the β-glucosidase can be 0.02U / OD660 = 1 or higher or the xylose metabolic rate can be 2.0 g / h / L or higher. . As the promoter, for example, a promoter of glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase gene (TDH3), a promoter of 3-phosphoglycerate kinase gene (PGK1), a promoter of hyperosmotic response 7 gene (HOR7), and the like can be used. Of these, the pyruvate decarboxylase gene (PDC1) promoter is preferred because of its high ability to highly express a downstream target gene.

すなわち、細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子は、その発現を制御するプロモーターやその他の発現制御領域とともに、ホモタリック性を有する酵母のゲノムに導入してもよい。または、細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子は、ホモタリック性を有する酵母のゲノムに本来的に存在する遺伝子のプロモーターやその他の発現制御領域により発現制御されるように導入してもよい。特に、ホモタリック性を有する酵母における高浸透圧応答7(HOR7)遺伝子のプロモーターを含む発現制御領域の下流に、すなわち、当該発現制御領域により発現制御されるように細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子を導入することが好ましい。HOR7遺伝子の発現制御領域により細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子の発現を制御した場合には、より高いβグルコシダーゼ活性を達成することができる。   That is, the cell surface-presenting β-glucosidase gene may be introduced into the genome of yeast having homothallic properties together with a promoter controlling the expression and other expression control regions. Alternatively, the cell surface display-type β-glucosidase gene may be introduced so that expression is controlled by a promoter of a gene originally present in the genome of yeast having homothallic properties or other expression control regions. In particular, the cell surface display-type β-glucosidase gene is introduced downstream of the expression control region containing the promoter of the hyperosmotic response 7 (HOR7) gene in yeast having homothallic properties, that is, the expression is controlled by the expression control region. It is preferable to do. When the expression of the cell surface-presenting β-glucosidase gene is controlled by the expression control region of the HOR7 gene, higher β-glucosidase activity can be achieved.

なお、細胞表層にβグルコシダーゼを提示する酵母は、いわゆるアーミング酵母である。アーミング酵母とは、細胞表層局在タンパク質と種々の機能性タンパク質(酵素・抗原・抗体・レポータータンパク質など)やペプチドを融合させ、細胞表層にディスプレイさせることにより、通常の酵母では有していない新しい機能を有する、あるいは元来有している機能を増強した酵母細胞のことをいう。また、細胞表層とは、細胞膜・細胞壁ならびにその間の空間であるペリプラズムのことであり、これらの層を利用し上記の様な要件を満たす酵母細胞をアーミング酵母という。すなわち、細胞表層にβグルコシダーゼを提示する酵母は、アーミング酵母の創製について詳述された公開特許公報(特開平11-290078、WO02/085935)に基づいて創製することができる。   The yeast that presents β-glucosidase on the cell surface is a so-called arming yeast. Arming yeast is a new type that does not exist in normal yeast by fusing cell surface localized proteins with various functional proteins (enzymes, antigens, antibodies, reporter proteins, etc.) and peptides and displaying them on the cell surface. A yeast cell having a function or having an originally enhanced function. The cell surface layer is a periplasm which is a cell membrane, a cell wall, and a space between them, and a yeast cell that uses these layers and satisfies the above requirements is called an arming yeast. That is, a yeast that presents β-glucosidase on the cell surface layer can be created based on published patent publications (JP-A-11-290078, WO02 / 085935) that details the creation of arming yeast.

一方、上述したキシロース代謝関連遺伝子については、2コピー以上の各遺伝子が酵母ゲノムに発現可能に組み込まれていればよい。すなわち、キシロース代謝関連遺伝子の発現を制御するプロモーターやその他の発現制御領域とともに導入すればよい。キシロース代謝関連遺伝子のプロモーターとしては、上記で列挙した各種プロモーターを適宜使用することができる。   On the other hand, as for the xylose metabolism-related genes described above, it is sufficient that two or more copies of each gene are incorporated into the yeast genome so that they can be expressed. That is, it may be introduced together with a promoter that controls the expression of a gene related to xylose metabolism and other expression control regions. As promoters for genes related to xylose metabolism, various promoters listed above can be used as appropriate.

また、細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及びキシロース代謝関連遺伝子を導入する方法としては、酵母の形質転換方法として知られている従来公知のいかなる手法をも適用することができる。具体的には、例えば、例えば、エレクトロポレーション法“Meth. Enzym., 194, p182 (1990)”、スフェロプラスト法“Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75 p1929(1978)”、酢酸リチウム法“J.Bacteriology, 153, p163(1983)”、Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75 p1929 (1978)、Methods in yeast genetics, 2000 Edition : A Cold Spring Harbor Laboratory Course Manualなどに記載の方法で実施可能であるが、これに限定されない。   As a method for introducing the cell surface-displaying β-glucosidase gene and the xylose metabolism-related gene, any conventionally known method known as a yeast transformation method can be applied. Specifically, for example, electroporation method “Meth. Enzym., 194, p182 (1990)”, spheroplast method “Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75 p1929 (1978)”, acetic acid Lithium method “J. Bacteriology, 153, p163 (1983)”, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75 p1929 (1978), Methods in yeast genetics, 2000 Edition: A Cold Spring Harbor Laboratory Course Manual, etc. The method can be implemented, but is not limited thereto.

ここで、ホモタリック性を有する酵母に対して細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及びキシロース代謝関連遺伝子を導入する際には、まずいずれか一方の遺伝子を有する発現ベクターを、酵母に付与された複数の選択マーカーのうち1つを利用して導入する。利用する選択マーカーが栄養要求性である場合には、発現ベクターに目的遺伝子とともに栄養要求性を消失させる遺伝子を導入し、栄養要求性の消失を指標として株を選択することができる。また、その後、当該株の子嚢を分離し、一倍体の胞子を発芽培地で培養する。これにより、ホモタリック性を有する酵母では、一倍体の母細胞から出芽した娘細胞が、当該母細胞と接合して二倍体となるといった生活環を示すため、接合型を決定するMAT遺伝子(MATa遺伝子及びMATα遺伝子)以外は全く同一の遺伝子型を有する二倍体酵母へと変化する。これにより目的遺伝子は、全ての染色体に導入されることとなるため、一回の形質転換によって多コピーで染色体に導入されることとなる。これに対して、ヘテロタリックな酵母を使用した場合には、一回の形質転換によって目的遺伝子を1コピーしか導入できない。   Here, when introducing a cell surface display β-glucosidase gene and a xylose metabolism-related gene into yeast having homothallic properties, first, an expression vector having either one of the genes is selected from a plurality of selection vectors assigned to the yeast. Introduce using one of the markers. When the selection marker to be used is auxotrophic, a gene that eliminates auxotrophy as well as the target gene is introduced into the expression vector, and a strain can be selected using the loss of auxotrophy as an index. Thereafter, the ascomb of the strain is isolated and haploid spores are cultured in a germination medium. As a result, in yeast having homothallic properties, a daughter cell sprouting from a haploid mother cell shows a life cycle in which the daughter cell joins with the mother cell to become a diploid, and therefore, the MAT gene that determines the mating type ( The diploid yeast has exactly the same genotype except for the MATa gene and the MATα gene. Thus, since the target gene is introduced into all chromosomes, it is introduced into the chromosome in multiple copies by one transformation. On the other hand, when heterothallic yeast is used, only one copy of the target gene can be introduced by one transformation.

次に、細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及びキシロース代謝関連遺伝子のうちいずれか他方の遺伝子を有する発現ベクターを、酵母に付与された複数の選択マーカーのうち、先の処理で使用したものを除く選択マーカーを利用して導入する。これにより、上述したメカニズムと同様にして、当該他方の遺伝子についても、一回の形質転換によって多コピーで染色体に導入することができる。   Next, an expression vector having either one of the cell surface display β-glucosidase gene and the xylose metabolism-related gene is selected from a plurality of selection markers given to yeast, excluding those used in the previous treatment. Introduce using markers. Thus, in the same manner as the mechanism described above, the other gene can also be introduced into the chromosome in multiple copies by a single transformation.

このように、複数の選択マーカーが導入されたホモタリック性を有する酵母を利用することによって、簡便な手法によって選択マーカーの数に応じて複数の目的遺伝子を導入することができる。したがって、選択マーカーが残存していれば、細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及びキシロース代謝関連遺伝子をさらに導入することができ、これら遺伝子の更なる高発現を達成することができる。   Thus, by using yeast having homothallic properties into which a plurality of selection markers are introduced, a plurality of target genes can be introduced according to the number of selection markers by a simple technique. Therefore, if the selection marker remains, the cell surface display β-glucosidase gene and the xylose metabolism-related gene can be further introduced, and further high expression of these genes can be achieved.

以上のように作製された組換え酵母は、細胞表層に提示されたβグルコシダーゼを有し、優れたβグルコシダーゼ活性を示し、優れたキシロース代謝速度を示すこととなる。ここで、βグルコシダーゼ活性は、β-グルコシダーゼがPNPGを基質としてp-nitrophenolとD-glucoseを生成するので、生成したp-nitrophenol量に基づいて定義することができる(PNPG活性)。なお、所定の条件で1分間に1マイクロモルのp-nitrophenolを生成する酵素量を1Uと定義し、OD660nmで測定される細胞濃度を所与の値(例えばOD660=1)として酵素量あたりの活性値(U/OD660=1)を測定することができる。また、キシロース代謝速度は、培地中のキシロース量を例えばHPLC等により定量し、キシロース消費量と培養時間とから算出することができる。   The recombinant yeast produced as described above has β-glucosidase presented on the cell surface, exhibits excellent β-glucosidase activity, and exhibits excellent xylose metabolism rate. Here, since β-glucosidase generates p-nitrophenol and D-glucose using PNPG as a substrate, β-glucosidase activity can be defined based on the amount of p-nitrophenol generated (PNPG activity). The amount of enzyme that produces 1 micromole of p-nitrophenol per minute under the specified conditions is defined as 1 U, and the cell concentration measured at OD660nm is a given value (for example, OD660 = 1) per enzyme amount. The activity value (U / OD660 = 1) can be measured. The xylose metabolism rate can be calculated from the amount of xylose consumed and the culture time by quantifying the amount of xylose in the medium by, for example, HPLC.

<エタノール製造>
以上で説明した組換え酵母を利用することで、キシロース等の糖を基質としたエタノール発酵を行うことができる。特に、上述した組換え酵母は、キシロースを基質とした発酵におけるキシロース代謝速度か非常に向上しているため、キシロースを構成糖として含有する木質系バイオマスを利用したエタノール製造に好適である。
<Ethanol production>
By using the recombinant yeast described above, ethanol fermentation using a sugar such as xylose as a substrate can be performed. In particular, the above-mentioned recombinant yeast is suitable for ethanol production using woody biomass containing xylose as a constituent sugar because the xylose metabolism rate in fermentation using xylose as a substrate is greatly improved.

木質系バイオマスを用いたエタノールの製造するためには、まず、セルロースやヘミセルロースを構成単糖にまで加水分解(糖化)する。なお、糖化に先立って、木質系バイオマスに対して従来公知の前処理を施しても良い。前処理としては、特に限定されないが、例えば、リグニンを微生物によって分解する処理や、木質系バイオマスの粉砕処理等を挙げることができる。   In order to produce ethanol using woody biomass, first, cellulose or hemicellulose is hydrolyzed (saccharified) to constituent monosaccharides. Prior to saccharification, the woody biomass may be subjected to a conventionally known pretreatment. Although it does not specifically limit as pre-processing, For example, the process which decomposes | disassembles a lignin with microorganisms, the grinding | pulverization process of wood type biomass, etc. can be mentioned.

次に、木質系バイオマスを糖化してセルロースやヘミセルロースを構成する単糖を収集する。糖化方法としては、特に限定されず従来公知の手法をなんら限定されることなく利用することができる。糖化方法としては、例えば、希硫酸又は濃硫酸を利用する硫酸法、セルラーゼやヘミセルラーゼを利用する酵素法等を挙げることができる。糖化処理により、木質系バイオマスを構成する成分に由来する単糖を得ることができるが、単糖以外の二糖及びオリゴ糖を同時に収集してもよい。すなわち、単糖以外の二糖及びオリゴ糖を積極的に除去する必要はない。   Next, monosaccharides constituting cellulose and hemicellulose are collected by saccharifying woody biomass. The saccharification method is not particularly limited, and a conventionally known method can be used without any limitation. Examples of the saccharification method include a sulfuric acid method using dilute sulfuric acid or concentrated sulfuric acid, and an enzymatic method using cellulase or hemicellulase. By saccharification treatment, monosaccharides derived from components constituting woody biomass can be obtained, but disaccharides other than monosaccharides and oligosaccharides may be collected simultaneously. That is, it is not necessary to positively remove disaccharides and oligosaccharides other than monosaccharides.

次に、上述した組換え酵母を用いてエタノール発酵を行う。エタノール発酵に際しては、上述した組換え酵母を至適条件下で培養することが好ましい。上記組換え酵母の培養条件としては、例えば、温度を25〜35℃とし、pHを4〜6とすることが好ましい。また、培養に際して、攪拌や振とうしてもよい。   Next, ethanol fermentation is performed using the above-described recombinant yeast. In ethanol fermentation, it is preferable to culture the recombinant yeast described above under optimum conditions. As the culture conditions for the recombinant yeast, for example, it is preferable that the temperature is 25 to 35 ° C. and the pH is 4 to 6. Moreover, you may stir and shake in the case of culture | cultivation.

特に、このエタノール発酵では上述した組換え酵母を使用しているため、培地に含まれるキシロースの代謝速度が向上することとなる。これに対して、S. Katahira et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. (2006) 72: 1136-1143に開示された組換え酵母においては、細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及びキシロース代謝関連遺伝子が1コピーずつしか導入されていなため、キシロースの代謝速度は低いままである。   In particular, since the above-described recombinant yeast is used in this ethanol fermentation, the metabolic rate of xylose contained in the medium is improved. In contrast, in the recombinant yeast disclosed in S. Katahira et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. (2006) 72: 1136-1143, the cell surface display β-glucosidase gene and xylose metabolism-related gene are 1 Since only copies are introduced, the metabolic rate of xylose remains low.

また、上述した組換え酵母は、グルコース糖のキシロース以外の糖成分(共存糖)が含まれた培地において特にキシロース代謝速度が向上したものとなっている。木質系バイオマスに由来する糖成分は、上述したようにキシロース及びキシロース以外のグルコースなどの共存糖が多く含まれる。したがって、上述した組換え酵母は、木質系バイオマスからエタノールを高効率で製造する際に特に有効であるといえる。   In addition, the above-described recombinant yeast has a particularly improved xylose metabolism rate in a medium containing a sugar component (coexisting sugar) other than glucose sugar xylose. As described above, the sugar component derived from the woody biomass contains a lot of coexisting sugars such as xylose and glucose other than xylose. Therefore, it can be said that the above-mentioned recombinant yeast is particularly effective when ethanol is produced from woody biomass with high efficiency.

次に、培地からエタノールを回収する。エタノールの回収方法は、特に限定されず、従来公知のいかなる方法も適用することができる。例えば、上述したエタノール発酵が終了した後、固液分離操作によってエタノールを含む液層と、組換え酵母や固形成分を含有する固層とを分離する。その後、液層に含まれるエタノールを蒸留法によって分離・精製することで、純度の高いエタノールを回収することができる。なお、エタノールの精製度は、エタノールの使用目的にあわせて適宜調整することができる。   Next, ethanol is collected from the medium. The method for recovering ethanol is not particularly limited, and any conventionally known method can be applied. For example, after the above-described ethanol fermentation is completed, a liquid layer containing ethanol and a solid layer containing recombinant yeast and solid components are separated by solid-liquid separation operation. Thereafter, ethanol contained in the liquid layer is separated and purified by a distillation method, whereby high purity ethanol can be recovered. The purity of ethanol can be adjusted as appropriate according to the intended use of ethanol.

以下、実施例を用いて本発明をより詳細に説明するが、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではない。
〔実施例1〕
本実施例では、Saccharomyces cerevisiae OC-2株にウラシル要求性を付与したSaccharomyces cerevisiae OC-2U株(Saitoら、Journal of Ferment. Bioeng.81:98-103 (1996))を宿主として、2つ目の選択マーカーとして更にヒスチジン要求性を付与した(図1(a)〜(d)参照)。
EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated in detail using an Example, the technical scope of this invention is not limited to a following example.
[Example 1]
In this example, a second Saccharomyces cerevisiae OC-2U strain (Saito et al., Journal of Ferment. Bioeng. 81: 98-103 (1996)), which has been given uracil requirement to the Saccharomyces cerevisiae OC-2 strain, is used as the second one. As a selection marker, histidine requirement was further imparted (see FIGS. 1A to 1D).

先ず、AkadaらYeast 2006 23:399-405に記載のHIS3破壊DNA断片(PCR fragment that consisted of a URA3 marker attached to a 40 base repeated-generating sequence franked by the HIS3 targeteing sequence at both ends.)を作製し、OC-2U株をFrozen EZ transformation kitII:Zymo Research社により、形質転換を行い、SDプレートで生育するコロニーを分離した。SD培地は、ウラシル要求性株は生育できず、ウラシル要求性が消失した株が生育可能なプレート、すなわち、HIS3破壊DNA断片に含まれるURA3遺伝子の発現に起因するウラシル要求性の消失を指標として、形質転換体を選抜した。   First, the HIS3-disrupted DNA fragment described in Akada et al. Yeast 2006 23: 399-405 (PCR fragment that consisted of a URA3 marker attached to a 40 base repeated-generating sequence franked by the HIS3 targeteing sequence at both ends.) The OC-2U strain was transformed by Frozen EZ transformation kit II: Zymo Research, and colonies that grew on the SD plate were isolated. The SD medium cannot grow uracil auxotrophic strains, but can be used to grow uracil auxotrophic strains, that is, the loss of uracil auxotrophy caused by the expression of the URA3 gene contained in the HIS3-disrupted DNA fragment. The transformant was selected.

次に、得られたコロニーをSDプレートにてシングルコロニーにした後、YPD液体培地で30℃1日培養を行い、培養液0.2mlをFOAプレートに撒いた。ここで、FOAプレートの組成は、Bacto yeast nitrogen baseを0.67%、グルコースを2%、ウラシルを50μg/ml、及び5-FOAを0.1%である。このFOAプレートで生育したコロニーは、導入された遺伝子断片に含まれるURA3遺伝子が脱落し、OC-2U株本来のウラシル要求性が回復した株である。   Next, the obtained colony was made into a single colony using an SD plate, and then cultured in a YPD liquid medium at 30 ° C. for 1 day, and 0.2 ml of the culture solution was plated on a FOA plate. Here, the composition of the FOA plate is Bacto yeast nitrogen base 0.67%, glucose 2%, uracil 50 μg / ml, and 5-FOA 0.1%. The colonies grown on this FOA plate are strains in which the URA3 gene contained in the introduced gene fragment has been lost and the original uracil requirement of the OC-2U strain has been restored.

次に、FOAプレートで生育したコロニーをYPDプレートで30℃1日、前培養した。その後に、胞子形成培地であるShermanプレートに接種し、25℃で3日間培養を行い、胞子形成を確認した。そして、株式会社ナリシゲ社製のマイクロマニュピレーターを用いて胞子分離を行った。   Next, colonies that grew on the FOA plate were pre-cultured on the YPD plate at 30 ° C. for 1 day. Thereafter, the Sherman plate, which is a spore formation medium, was inoculated and cultured at 25 ° C. for 3 days to confirm spore formation. Then, spore separation was performed using a micromanipulator manufactured by Narishige Co., Ltd.

得られた子嚢には、胞子が3個ないし4個含まれていた。OC-2U株は、本来、酵母の性を変換するHO遺伝子を有するホモタリック性を有するため、減数分裂後1倍体の胞子が栄養細胞化に伴い2倍体化する。このため、形質転換株の4胞子のうち2胞子については、URA3遺伝子が抜け落ちHIS3遺伝子が破壊され、ウラシル要求性が回復したため、ウラシル要求性、ヒスチジン要求性を併せ持つ株として分離した。残りの2個については、正常なHIS3遺伝子をもつためウラシル要求性のみをもつ株となる。   The obtained ascomb contained 3 to 4 spores. Since the OC-2U strain originally has homothallic properties having the HO gene that converts the sex of yeast, haploid spores are diploidized with vegetative cells after meiosis. For this reason, 2 spores out of the 4 spores of the transformed strain were isolated as a strain having both uracil requirement and histidine requirement because the URA3 gene was lost and the HIS3 gene was destroyed and uracil requirement was restored. The remaining two strains have normal HIS3 gene and have only uracil requirement.

そこで、得られた4胞子をSDプレート、SDプレート+ウラシル(20mg/L)、SDプレート+ヒスチジン(20mg/L)、SDプレート+ウラシル+ヒスチジンの4種のプレートにてそれぞれ培養を行った。その結果、SD+ウラシル+ヒスチジンプレートでのみ生育する菌株を単離することに成功した。すなわち、ウラシル要求性に加えて、ヒスチジン要求性を付与されたSaccharomyces cerevisiae OC-2U株を作製することに成功した。本実施例で作製したウラシル要求性及びヒスチジン要求性を合わせもつホモタリックな酵母をSaccharomyces cerevisiae OC-2HU株と命名した。   Therefore, the obtained 4 spores were cultured on four plates of SD plate, SD plate + uracil (20 mg / L), SD plate + histidine (20 mg / L) and SD plate + uracil + histidine, respectively. As a result, we succeeded in isolating strains that grow only on SD + uracil + histidine plates. That is, Saccharomyces cerevisiae OC-2U strain having histidine requirement in addition to uracil requirement has been successfully produced. The homothallic yeast having both uracil requirement and histidine requirement prepared in this example was named Saccharomyces cerevisiae OC-2HU strain.

〔実施例2〕
本実施例では、Saccharomyces cerevisiae OC-2株に由来する菌株が物質生産における生産性に優れることを検証した。すなわち、異種遺伝子を形質転換により導入して高い物質生産性を目的とした場合、高発現プロモーターを活用する必要がある。プロモーターには、恒常性プロモーター、誘導性プロモーターがあるが、いずれのプロモーターを使用する場合でも高生産性を目的とする場合には、高糖濃度でのプロモーター発現量の高いものを選択する必要がある。そこで、YPH500株(実験室酵母)、OC-2T株(Saitoら、Journal of Ferment. Bioeng.81:98-103 (1996))について、酵母の遺伝子組換え技術において一般的に使用されるTDH1プロモーター、TDH3プロモーター及びPDC1プロモーターのプロモーター活性を、それぞれのプロモーターによって転写される遺伝子の発現量を比較することで検討した。
[Example 2]
In this example, it was verified that a strain derived from the Saccharomyces cerevisiae OC-2 strain was excellent in productivity in substance production. That is, when a heterologous gene is introduced by transformation for the purpose of high substance productivity, it is necessary to utilize a high expression promoter. Promoters include constitutive promoters and inducible promoters. When using either promoter, it is necessary to select a promoter with high promoter expression at a high sugar concentration. is there. Therefore, for the YPH500 strain (laboratory yeast) and the OC-2T strain (Saito et al., Journal of Ferment. Bioeng. 81: 98-103 (1996)), the TDH1 promoter commonly used in yeast genetic recombination technology. The promoter activities of the TDH3 promoter and the PDC1 promoter were examined by comparing the expression levels of genes transcribed by the respective promoters.

先ず、YPH500株及びOC-2T株について、グルコース量2%或いは10%の2水準でYPD液体培養(しんとう)を行った。得られた培養菌体をサンプリングしRoche製、1ststrand cDNA synthesis kit for RT-PCRを用いてcDNAを調整し、以下のプライマーによりTDH1遺伝子、TDH3遺伝子及びPDC1遺伝子の発現量を、Roche Light cycler 330を用いて定量PCRを行った。使用したプライマー配列を表1に示す。   First, YPD liquid culture (shinto) was performed on the YPH500 strain and the OC-2T strain at two levels of 2% or 10% glucose. The obtained cultured cells are sampled and cDNA is prepared using Roche's 1ststrand cDNA synthesis kit for RT-PCR, and the expression levels of TDH1, TDH3, and PDC1 genes are determined using the following primers using Roche Light cycler 330. Quantitative PCR was performed. The primer sequences used are shown in Table 1.

Figure 2010035556
Figure 2010035556

また、図2(a)にYPH500株、図2(b)にOC-2T株のグルコース濃度の違いによるTDH1遺伝子、TDH3遺伝子及びPDC1遺伝子の発現量を示した。実験室酵母であるYPH500株はグルコース濃度を2%から10%へ上昇させた場合、実験に供したTDH3遺伝子及びPDC1遺伝子については、全て発現量が下がる傾向を示した。これに対して、OC-2T株では、逆にグルコース濃度を2%から10%へ上昇させるとTDH1遺伝子、TDH3遺伝子及びPDC1遺伝子の全てにおいて発現量が増大する傾向を示した。この結果からは、YPH500株が本来、実験室酵母としてきて使用されてきたため、通常の2%グルコース含有YPD培地では、十分な性能は発揮できる株が選択されてきたのに対して、OC-2株は、従来日本国内のワイン醸造等に使用されてきた酵母であるため糖濃度が高い培地で、菌株の性能を発揮しやすくなっている事をサポートしているものと考えられる。   2 (a) shows the expression levels of the TDH1 gene, TDH3 gene and PDC1 gene depending on the glucose concentration of the YPH500 strain and FIG. 2 (b) shows the OC-2T strain. When the glucose concentration was increased from 2% to 10%, the YPH500 strain, which is a laboratory yeast, showed a tendency that the expression levels of the TDH3 gene and the PDC1 gene used in the experiment all decreased. In contrast, in the OC-2T strain, conversely, when the glucose concentration was increased from 2% to 10%, the expression levels of all of the TDH1 gene, TDH3 gene, and PDC1 gene tended to increase. From this result, since the YPH500 strain was originally used as a laboratory yeast, a strain capable of exhibiting sufficient performance in a normal 2% glucose-containing YPD medium has been selected. The two strains are yeasts that have been used for wine brewing in Japan and so on, so it is thought that they support the ability of the strains to easily exert their performance in a medium with a high sugar concentration.

以上の結果及び考察からすると、実施例1で作製したOC-2HU株は、物質の生産性に優れるため実用酵母として有益であるといえる。   From the above results and discussion, it can be said that the OC-2HU strain prepared in Example 1 is useful as a practical yeast because it is excellent in substance productivity.

〔実施例3〕
本実施例では、実施例1で作製したOC-2HU株の胞子形成率を確認した。なお胞子形成率が0.1%以上である場合には、後述の実施例で説明するように、マイクロマニュピレーターを用いて子嚢を分離する作業を行いやすいため好ましい。実施例1で作製したOC-2HU株をグルコース2%含有するYPDプレートにて画線し、30℃で1日培養した後、胞子形成培地であるShermanプレートに培養菌体を移し、25℃で3〜4日間培養し顕微鏡にて胞子形成を確認した。OC-2HU株の胞子形成率を表2に示した。なお、胞子形成率は以下の式に従って算出した。
胞子形成率=(胞子数)×100/(計測細胞数)
Example 3
In this example, the spore formation rate of the OC-2HU strain prepared in Example 1 was confirmed. It is preferable that the spore formation rate is 0.1% or more because it is easy to perform the operation of separating the ascomy using a micromanipulator, as will be described in Examples below. The OC-2HU strain prepared in Example 1 was streaked on a YPD plate containing 2% glucose and cultured at 30 ° C. for 1 day, and then the cultured cells were transferred to a Sherman plate, which is a sporulation medium, at 25 ° C. After culturing for 3 to 4 days, sporulation was confirmed with a microscope. Table 2 shows the sporulation rate of the OC-2HU strain. The spore formation rate was calculated according to the following formula.
Spore formation rate = (spore count) × 100 / (measured cell count)

Figure 2010035556
Figure 2010035556

本実施例の結果から、実施例1で作製したOC-2HU株は、培養開始から2日目程度でマイクロマニュピレーターを用いた子嚢分離を行えることが明らかとなった。   From the results of this example, it was clarified that the OC-2HU strain prepared in Example 1 can perform ascending separation using a micromanipulator about 2 days after the start of culture.

〔実施例4〕
本実施例では、実施例1で作製したSaccharomyces cerevisiae OC-2HU株を宿主として、3つ目の選択マーカーとして更にトリプトファン要求性を付与した。本例では、トリプトファン要求性を付与するため、以下に示すプライマーを用いてTRP1破壊断片を作製し、OC-2HUT(トリプルマーカー)株を作製した。
Example 4
In this example, tryptophan requirement was further imparted as a third selection marker using the Saccharomyces cerevisiae OC-2HU strain prepared in Example 1 as a host. In this example, in order to confer tryptophan requirement, a TRP1 disruption fragment was prepared using the primers shown below to prepare an OC-2HUT (triple marker) strain.

Figure 2010035556
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具体的には、TRP1-998及びTRP1-28rを用いて1stPCRを行い、TRP1-URA3及びTRP1-40rを用いて2ndPCRを行い、そして、1stPCRで増幅したDNA断片及び2ndPCRで増幅したDNA断片を鋳型とし、TRP1-998及びTRP1-40rを用いてannealing PCRを行ってTRP1破壊断片を取得した。1stPCRでは、鋳型としてOC-2T株(Saitoら、Journal of Ferment. Bioeng.81:98-103 (1996))のゲノムDNAを使用した。2nedPCRでは、URA3遺伝子を有するStratagene社製のpRS406を鋳型として使用した。1stPCR及び2ndPCRにおける温度条件は、94℃で5分間維持した後、94℃で20秒間、50℃で30秒間及び68℃で1分間を1サイクルとして30サイクル行った後、68℃で2分間維持する条件とした。annealing PCRにおける温度条件は、94℃で5分間維持した後、94℃で20秒間、50℃で30秒間及び68℃で2分間を1サイクルとして35サイクル行った後、68℃で2分間維持する条件とした。   Specifically, 1stPCR is performed using TRP1-998 and TRP1-28r, 2ndPCR is performed using TRP1-URA3 and TRP1-40r, and the DNA fragment amplified by 1stPCR and the DNA fragment amplified by 2ndPCR are used as templates. Then, TRP1-998 and TRP1-40r were used for annealing PCR to obtain a TRP1-disrupted fragment. In 1st PCR, genomic DNA of OC-2T strain (Saito et al., Journal of Ferment. Bioeng. 81: 98-103 (1996)) was used as a template. In 2ned PCR, pRS406 manufactured by Stratagene having the URA3 gene was used as a template. The temperature conditions in 1st PCR and 2nd PCR are maintained at 94 ° C for 5 minutes, followed by 30 cycles of 94 ° C for 20 seconds, 50 ° C for 30 seconds and 68 ° C for 1 minute, and then maintained at 68 ° C for 2 minutes. The condition was Temperature conditions in annealing PCR are maintained at 94 ° C for 5 minutes, followed by 35 cycles of 94 ° C for 20 seconds, 50 ° C for 30 seconds and 68 ° C for 2 minutes, and then maintained at 68 ° C for 2 minutes. Condition.

annealing PCRの結果として得られたTRP1破壊断片は、URA3遺伝子を含み、その両末端に相同組換え領域を付加した構成となっている。TRP1破壊断片を導入した組換え酵母を5-FOAを含む培地で培養すると、URA3遺伝子が脱落することとなる。   The TRP1-disrupted fragment obtained as a result of annealing PCR contains the URA3 gene and has a structure in which homologous recombination regions are added to both ends. When the recombinant yeast introduced with the TRP1-disrupted fragment is cultured in a medium containing 5-FOA, the URA3 gene will be lost.

得られたTRP1破壊断片を実施例1に示したOC-2HU株(ヒスチジン要求性及びウラシル要求性酵母)を宿主として、実施例1に示した方法と同様にして形質転換を行い、ウラシル要求性を相補する株を単離した。次に、得られた株を、5-FOAを含有するプレート(以下、FOAプレート)に適当量塗抹し、その後、出現したコロニーを単離した。FOAプレートはウラシル要求性株をポジティブセレクションできるため、単離されたコロニーに含まれる株は、形質転換されたTRP1破壊断片からURA3遺伝子が脱落した株であると考えられる。   The obtained TRP1 disruption fragment was transformed in the same manner as in Example 1 using the OC-2HU strain (histidine-requiring yeast and uracil-requiring yeast) shown in Example 1 as a host, and uracil-requiring A strain complementary to was isolated. Next, an appropriate amount of the obtained strain was smeared on a plate containing 5-FOA (hereinafter referred to as FOA plate), and then colonies that appeared were isolated. Since the FOA plate can positively select uracil-requiring strains, the strain contained in the isolated colony is considered to be a strain in which the URA3 gene has been removed from the transformed TRP1-disrupted fragment.

さらに、胞子形成培地であるShermanプレートにおいて胞子形成を行い、胞子形成を確認した後、顕微鏡下にてマイクロマニュピレータを用いて胞子分離を行った。得られた四胞子は、染色体上にTRP1破壊断片をホモに有する株と正常なTRP1遺伝子をホモに有する株が2:2となる。このため、SDプレートを用いてmトリプトファン要求性株を分離すれば、トリプトファン要求性、ヒスチジン要求性及びウラシル要求性を併せ持つトリプルマーカー株を取得することができる。   Furthermore, spore formation was performed on a Sherman plate, which is a spore formation medium, and after spore formation was confirmed, spore separation was performed using a micromanipulator under a microscope. The resulting four spores have a 2: 2 strain that has a TRP1 disruption fragment homologously on the chromosome and a strain that has a normal TRP1 gene homology. For this reason, if m tryptophan auxotrophic strain is isolate | separated using SD plate, the triple marker strain | stump | stock which has tryptophan requirement, histidine requirement, and uracil requirement can be acquired.

なお、得られた胞子は、SDプレート、SDプレート+ウラシル、SDプレート+ヒスチジン、SDプレート+トリプトファン、SDプレート+ウラシル+ヒスチジン、SDプレート+ウラシル+トリプトファン、SDプレート+トリプトファン+ヒスチジン、SDプレート+ウラシル+ヒスチジン+トリプトファンの8種のプレートにてそれぞれ培養を行った。その結果、SD+ウラシル+ヒスチジン+トリプトファンプレートでのみ生育する菌株を単離することに成功した。すなわち、ウラシル要求性及びヒスチジン要求性に加えて、トリプトファン要求性を付与されたSaccharomyces cerevisiae OC-2HU株を作製することに成功した。本実施例で作製したウラシル要求性、ヒスチジン要求性及びトリプトファン要求性を合わせもつホモタリックな酵母をSaccharomyces cerevisiae OC-2HUT株と命名した。   The obtained spores were SD plate, SD plate + uracil, SD plate + histidine, SD plate + tryptophan, SD plate + uracil + histidine, SD plate + uracil + tryptophan, SD plate + tryptophan + histidine, SD plate + Cultivation was performed on 8 types of plates of uracil + histidine + tryptophan. As a result, we succeeded in isolating strains that grow only on SD + uracil + histidine + tryptophan plates. That is, the present inventors succeeded in producing a Saccharomyces cerevisiae OC-2HU strain imparted with tryptophan requirement in addition to uracil requirement and histidine requirement. The homothallic yeast having the uracil requirement, the histidine requirement and the tryptophan requirement produced in this example was named Saccharomyces cerevisiae OC-2HUT strain.

〔実施例5〕
本実施例では、実施例4で作製したOC-2HUT株を形質転換用酵母として用い、目的遺伝子として表層提示型BGL遺伝子を4コピー導入した。
(1)アーミングBGL2コピー導入株の作製
先ず、実施例4で作製したOC-2HUT株に、以下のようにして構築したアーミングBGL-DNAであるpIBG13(HIS3マーカー)を制限酵素NdeIで線状化したプラスミドにより、Frozen-EZ Yeast Transformation II(Zymo Research社)により形質転換を行った。選択プレートはSD+トリプトファン+ウラシルプレートを用いた。形質転換により得られたコロニーを同じプレートを用いて分離し、擬陽性株を排除した。
Example 5
In this example, the OC-2HUT strain prepared in Example 4 was used as a yeast for transformation, and 4 copies of the surface-presented BGL gene were introduced as the target gene.
(1) Preparation of arming BGL 2-copy-introduced strain First, the arming BGL-DNA pIBG13 (HIS3 marker) constructed as described below was linearized with the restriction enzyme NdeI in the OC-2HUT strain prepared in Example 4. The resulting plasmid was transformed by Frozen-EZ Yeast Transformation II (Zymo Research). SD + tryptophan + uracil plate was used as the selection plate. Colonies obtained by transformation were isolated using the same plate to eliminate false positive strains.

次に、得られたコロニーをYPDプレートにて30℃で1日培養を行った後、胞子形成培地(sherman)に菌体を塗り、25℃でプレート培養を行い、培養3日目に胞子形成を確認し、ナリシゲ製マイクロマニュピレーターを用いて子嚢に含まれる4胞子を分離した。これにより、2コピーpIBG13が導入された株と、pIBG13が脱落した株が2:2に分離することになる。そこで、得られた胞子をSD培地にて30℃2日間培養し、ヒスチジン要求性が消失した株を同定した。得られた株は、pIBG13が2コピー導入された株でありOC-2ABGL2と命名した。   Next, the obtained colonies were cultured on a YPD plate at 30 ° C. for 1 day, and then the spore-forming medium (sherman) was applied to the spore-forming medium (sherman), followed by plate culture at 25 ° C. Then, four spores contained in the ascending were separated using a Narishige micromanipulator. As a result, the strain into which 2 copies of pIBG13 have been introduced and the strain from which pIBG13 has been dropped are separated into 2: 2. Therefore, the obtained spore was cultured in SD medium at 30 ° C. for 2 days, and a strain in which histidine requirement disappeared was identified. The obtained strain was a strain into which 2 copies of pIBG13 had been introduced and was named OC-2ABGL2.

なお、pIBG13は、図3に示すように、pIHCS(Yasuya Fujitaら"Direct and Efficient Production of Ethanol from Cellulosic Material with a Yeast Strain Displaying Cellulolytic Enzymes" Appl Environ Microbiol. 2002 October; 68(10): 5136-5141参照)とpBG211(Murai, Tら"Assimilation of cellooligosaccharides by a cell surface-engineered yeast expressing β-glucosidase and carboxymethylcellulase from Aspergillus aculeatusAspergillus aculeatus." Appl. Environ. Microbiol. 1998 64:4857-4861参照)とから構築した。具体的には、pBG211を鋳型として以下の一対のプライマーセットを用いたPCRによってNcoI/XhoIサイトを両末端に持つBGL1断片(2.5kbp)を増幅した。
5′-GATCTCCATGGCTGATGAACTGGCGTTCTCTCCTCCTTTC-3′(配列番号7)
5′-TGGCGCTCGAGCCTTGCACCTTCGGGAGCGCCGCGTGAAG-3′(配列番号8)
増幅したBGL1断片は、NcoI/XhoIで処理した。また、pIHCSをNcoI/XhoIで処理し、NcoI/XhoI処理後のBGL1断片とライゲーションすることによってpIBG13を構築した。
In addition, as shown in FIG. 3, pIBG13 is pIHCS (Yasuya Fujita et al. “Direct and Efficient Production of Ethanol from Cellulosic Material with a Yeast Strain Displaying Cellulolytic Enzymes” Appl Environ Microbiol. 2002 October; 68 (10): 5136-5141 And pBG211 (see Murai, T et al. “Assimilation of cellooligosaccharides by a cell surface-engineered yeast expressing β-glucosidase and carboxymethylcellulase from Aspergillus aculeatus Aspergillus aculeatus.” Appl. Environ. Microbiol. 1998 64: 4857-4861) . Specifically, a BGL1 fragment (2.5 kbp) having NcoI / XhoI sites at both ends was amplified by PCR using pBG211 as a template and the following pair of primer sets.
5'-GATCTCCATGGCTGATGAACTGGCGTTCTCTCCTCCTTTC-3 '(SEQ ID NO: 7)
5'-TGGCGCTCGAGCCTTGCACCTTCGGGAGCGCCGCGTGAAG-3 '(SEQ ID NO: 8)
The amplified BGL1 fragment was treated with NcoI / XhoI. Also, pIBG13 was constructed by treating pIHCS with NcoI / XhoI and ligating it with the BGL1 fragment after NcoI / XhoI treatment.

(2)アーミングBGL4コピー導入株の作製
上記(1)で作製したOC-2ABGL2を用いて、以下のようにして構築したpIWBGL1(TRP1マーカー)を制限酵素Bst1107Iで線状化したプラスミドにより、Frozen-EZ Yeast Transformation II(Zymo Research社)により形質転換を行った。選択プレートはSD+ウラシルプレートを用いた。形質転換により得られたコロニーを同じプレートに分離し、擬陽性株を排除した。
(2) Preparation of an arming BGL4 copy-introduced strain Using the OC-2ABGL2 prepared in (1) above, a pIWBGL1 (TRP1 marker) constructed as described below was linearized with a restriction enzyme Bst1107I using a frozen- Transformation was performed by EZ Yeast Transformation II (Zymo Research). SD + uracil plate was used as the selection plate. Colonies obtained by transformation were separated on the same plate and false positive strains were excluded.

次に、得られたコロニーをYPDプレートにて30℃で1日培養を行った後、胞子形成培地であるshermanプレートに菌体を塗り、25℃でプレート培養を行い、培養3日目に胞子形成を確認し、ナリシゲ製マイクロマニュピレータを用いて子嚢に含まれる4胞子を分離した。そして、得られた胞子をSD培地にて30℃2日間培養し、トリプトファン要求性が消失した株を同定した。同定した株は、2コピーのpIBG13と2コピーのpIWBGL1が導入され、合計でゲノムへ4コピーのアーミングBGL遺伝子断片が導入された株であり、OC-2ABGL4と命名した。   Next, the obtained colonies were cultured on a YPD plate at 30 ° C. for 1 day, and then the cells were applied to a sherman plate, which is a spore-forming medium, and the plate was cultured at 25 ° C. The formation was confirmed, and the 4 spores contained in the ascomy were separated using a Narishige micromanipulator. The obtained spores were cultured in SD medium for 2 days at 30 ° C., and a strain in which tryptophan requirement disappeared was identified. The identified strain was a strain in which 2 copies of pIBG13 and 2 copies of pIWBGL1 were introduced, and a total of 4 copies of the arming BGL gene fragment were introduced into the genome, and was named OC-2ABGL4.

なお、pIWBGL1は、図4に示すように、pRS404(ATCC Number: 87515)及びpIBG13から構築した。pIWBGL1を構築する際には、先ず、pRS404をNotIで処理した後にアルカリフォスファターゼ処理を行った。そして、pIBG13をNotI処理することによってGAPDH promoter-BGL1 gene-3'half of a-agglutinin geneを切り出し、NotI処理及びアルカリフォスファターゼ処理後のpRS404とライゲーションした。これによりpIWBGL1を構築した。   PIWBGL1 was constructed from pRS404 (ATCC Number: 87515) and pIBG13 as shown in FIG. When constructing pIWBGL1, first, pRS404 was treated with NotI, followed by alkaline phosphatase treatment. Then, pIBG13 was digested with NotI to excise the GAPDH promoter-BGL1 gene-3'half of a-agglutinin gene and ligated with pRS404 after NotI treatment and alkaline phosphatase treatment. This constructed pIWBGL1.

(3)アーミングBGL4コピー及びキシロース代謝関連遺伝子2コピー導入株の作製
上記(2)で作製したOC-2ABGL4を用いて、pIUX1X2Xk(URA3マーカー)を制限酵素NcoIで線状化したプラスミドにより、Frozen-EZ Yeast Transformation II(Zymo Research社)により形質転換を行った。選択プレートはSDプレートを用いた。形質転換により得られたコロニーを同じプレートに分離し、擬陽性株を排除した。なお、pIUX1X2Xkについては、S. Katahira et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. (2006) 72: 1136-1143に開示されており、キシロースリダクターゼ遺伝子、キシリトールデヒドロゲナーゼ遺伝子及びキシルロキナーゼ遺伝子がそれぞれGAPDHプロモーターの制御下に発現可能に導入されたプラスミドである。
(3) Preparation of an arming BGL4 copy and a xylose metabolism-related gene 2 copy-introduced strain Using the OC-2ABGL4 prepared in (2) above, pIUX1X2Xk (URA3 marker) was linearized with the restriction enzyme NcoI. Transformation was performed by EZ Yeast Transformation II (Zymo Research). SD plates were used as selection plates. Colonies obtained by transformation were separated on the same plate and false positive strains were excluded. PIUX1X2Xk is disclosed in S. Katahira et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. (2006) 72: 1136-1143, and the xylose reductase gene, the xylitol dehydrogenase gene and the xylulokinase gene are each of the GAPDH promoter. It is a plasmid introduced so that it can be expressed under control.

次に、得られたコロニーをYPDプレートにて30℃で1日培養を行った後、胞子形成培地であるshermanプレートに菌体を塗り、25℃でプレート培養を行い、培養3日目に胞子形成を確認し、ナリシゲ製マイクロマニュピレーターを用いて子嚢に含まれる4胞子を分離した。そして、得られた胞子をSD培地にて30℃2日間培養し、ウラシル要求性が消失した株を同定した。同定した株は、2コピーのpIBG13と2コピーのpIWBGL1と2コピーのpIUX1X2Xkとが導入され、合計でゲノムへ4コピーのアーミングBGL遺伝子断片及び2コピーのキシロース代謝関連遺伝子が導入された株であり、OC-2ABGL4Xyl2と命名した。   Next, the obtained colonies were cultured on a YPD plate at 30 ° C. for 1 day, and then the cells were applied to a sherman plate, which is a spore-forming medium, and the plate was cultured at 25 ° C. The formation was confirmed, and the 4 spores contained in the ascomy were separated using a micromanipulator manufactured by Narishige. The obtained spore was cultured in SD medium at 30 ° C. for 2 days, and a strain in which uracil requirement was lost was identified. The identified strain is a strain into which 2 copies of pIBG13, 2 copies of pIWBGL1 and 2 copies of pIUX1X2Xk have been introduced, and a total of 4 copies of arming BGL gene fragments and 2 copies of xylose metabolism-related genes have been introduced into the genome. , Named OC-2ABGL4Xyl2.

なお、上述した方法に準じて、上記(1)で作製したOC-2ABGL2に対してキシロース代謝関連遺伝子を2コピー導入した株を作製した(OC-2ABGL2Xyl2)。   According to the method described above, a strain was prepared by introducing two copies of xylose metabolism-related gene into OC-2ABGL2 prepared in (1) (OC-2ABGL2Xyl2).

(4)p-ニトロフェニル-β-D-グルコシド(PNPG)活性の測定
次に、上記(1)で作製したOC-2ABGL2及び上記(2)で作製したOC-2ABGL4における、BGL遺伝子産物であるβ-グルコシダーゼ活性を評価した。具体的には、β-グルコシダーゼがPNPGを基質としてp-nitrophenolとD-glucoseを生成するので、p-nitrophenol量を測定(PNPG活性)して評価した。なお、下記の条件で1分間に1マイクロモルのp-nitrophenolを生成する酵素量を1Uと定義した。
(4) Measurement of p-nitrophenyl-β-D-glucoside (PNPG) activity Next, it is the BGL gene product in OC-2ABGL2 prepared in (1) above and OC-2ABGL4 prepared in (2) above β-glucosidase activity was evaluated. Specifically, since β-glucosidase generates p-nitrophenol and D-glucose using PNPG as a substrate, the amount of p-nitrophenol was measured (PNPG activity) and evaluated. The amount of enzyme that produces 1 micromole of p-nitrophenol per minute under the following conditions was defined as 1U.

測定に使用する試薬は下記の通りである。
・0.1M 酢酸緩衝液 pH5.0(25℃)
・20mM PNPG水溶液(603mgのPNPGを100mlの蒸留水に溶解)
・0.2M Na2CO3溶液(21.2gの無水炭酸ナトリウムを蒸留水に溶解)
The reagents used for the measurement are as follows.
・ 0.1M acetate buffer pH5.0 (25 ℃)
・ 20mM PNPG aqueous solution (603mg PNPG dissolved in 100ml distilled water)
・ 0.2MN a2 CO 3 solution (21.2 g of anhydrous sodium carbonate dissolved in distilled water)

測定の手順は、先ず試験管に反応混液(1.0mlの0.1M酢酸緩衝液及び0.5mlのPNPG水溶液)を調整し、37℃で約5分間予備加温した。次に、希釈した培養液を0.5ml加え、反応を開始した。次に、37℃で正確に15分間反応させた後、Na2CO3溶液2mlを加え、反応を停止した。次に、反応液における400nm吸光度を測定した。盲検は反応液を37℃で15分間放置後、Na2CO3溶液2mlを加えて混和し、次いで酵素溶液0.5mlを加えて調整した。 The measurement procedure was as follows. First, a reaction mixture (1.0 ml of 0.1 M acetate buffer and 0.5 ml of PNPG aqueous solution) was prepared in a test tube, and pre-warmed at 37 ° C. for about 5 minutes. Next, 0.5 ml of the diluted culture solution was added to start the reaction. Then, after exactly allowed to react for 15 minutes at 37 ° C., added N a2 CO 3 solution 2 ml, the reaction was stopped. Next, the absorbance at 400 nm in the reaction solution was measured. In the blind test, the reaction solution was allowed to stand at 37 ° C. for 15 minutes, 2 ml of Na 2 CO 3 solution was added and mixed, and then 0.5 ml of enzyme solution was added and adjusted.

なお、本実施例では希釈した培養液として以下を調製した。すなわち、先ず、YPD培地でOD660=20となるよう培養組成を調整し、セロビオース5%、イーストエキス1%及びペプトン2%添加した培地に上記(1)で作製したOC-2ABGL2若しくは上記(2)で作製したOC-2ABGL4を接種し全量20mlとし、30℃、60rpmの条件でしんとう培養を行った。培養開始1日目及び2日目に培地を1ml採取し、これを50倍に希釈して本実験に供した。結果を図5に示した。   In the present example, the following was prepared as a diluted culture solution. That is, first, the culture composition was adjusted so that OD660 = 20 in the YPD medium, and OC-2ABGL2 prepared in (1) above or (2) above in a medium supplemented with 5% cellobiose, 1% yeast extract and 2% peptone. OC-2ABGL4 prepared in the above was inoculated to a total volume of 20 ml, and cultured under conditions of 30 ° C. and 60 rpm. On the first day and the second day of the culture, 1 ml of the medium was collected, diluted 50 times, and used for this experiment. The results are shown in FIG.

図5から明らかなように、アーミングBGL遺伝子が導入されていない親株(OC-2HUT株)については、PNPG活性が検出されていないのに対して、アーミングBGL遺伝子数の増加に伴い、PNPG活性は顕著に向上した。   As is clear from FIG. 5, the PNPG activity was not detected in the parent strain (OC-2HUT strain) into which the arming BGL gene was not introduced, whereas the PNPG activity increased as the number of arming BGL genes increased. Remarkably improved.

〔実施例6〕
本実施例では、実施例5(3)で作製したOC-2ABGL4Xyl2株について、共存糖の違いによるキシロース代謝速度への影響を評価した。先ず、YP培地をベースに、(1)グルコース9%+キシロース6%、(2)セロビオース9%+キシロース6%、及び(3)キシロース6%を含有する3種類の培地を作製した。これら3種類の培地に対してOC-2ABGL4Xyl2株をそれぞれ接種し、30℃、60rpmの条件でしんとう培養を行った。
Example 6
In this example, the OC-2ABGL4Xyl2 strain prepared in Example 5 (3) was evaluated for the effect on the xylose metabolism rate due to the difference in coexisting sugars. First, based on the YP medium, three types of media containing (1) glucose 9% + xylose 6%, (2) cellobiose 9% + xylose 6%, and (3) xylose 6% were prepared. These three types of medium were inoculated with OC-2ABGL4Xyl2 strain, respectively, and cultured under conditions of 30 ° C. and 60 rpm.

そして、培養液に含まれるキシロース濃度を、培養開始から24時間の間、経時的に測定した。キシロース濃度は、HPLCで測定した。その測定結果を図6に示した。   Then, the xylose concentration contained in the culture solution was measured over time for 24 hours from the start of the culture. The xylose concentration was measured by HPLC. The measurement results are shown in FIG.

図6に示すように、OC-2ABGL4Xyl2株のキシロース代謝量は、培地にキシロースのみ含有する場合には1.83%にすぎなかった。これに対して、培地にキシロースに加えてグルコースやセロビオースといった共存糖が含まれている場合には、キシロース代謝量がそれぞれ4.34%及び4.92%まで向上していた。なお、ここでキシロース代謝量とは、培養開始時において培地に含まれるキシロース濃度から、培養開始24時間において培地に含まれるキシロース濃度を引いた値(%)として示している。   As shown in FIG. 6, the xylose metabolism of the OC-2ABGL4Xyl2 strain was only 1.83% when the medium contained only xylose. In contrast, when the medium contained coexisting sugars such as glucose and cellobiose in addition to xylose, the xylose metabolism was improved to 4.34% and 4.92%, respectively. Here, the xylose metabolism is shown as a value (%) obtained by subtracting the xylose concentration contained in the medium at 24 hours from the start of cultivation from the xylose concentration contained in the medium at the start of cultivation.

この結果から、実施例3で作製したOC-2ABGL4Xyl2株は、特に共存糖が存在する場合にキシロース代謝速度がより向上するといった特徴を有していることが明らかとなった。さらに、共存糖としては、グルコースよりもセロビオースの方がキシロース代謝速度の観点でより好ましいことが明らかとなった。   From this result, it was clarified that the OC-2ABGL4Xyl2 strain prepared in Example 3 has a characteristic that the xylose metabolism rate is further improved particularly when a coexisting sugar is present. Furthermore, as a coexisting sugar, cellobiose was found to be more preferable than glucose from the viewpoint of xylose metabolism rate.

〔実施例7〕
本実施例では、実施例5(3)で作製したOC-2ABGL4Xyl0032株及びOC-2ABGL2Xyl2株を用いて、BGL遺伝子のコピー数の違いによるキシロース代謝速度への影響を評価した。先ず、先ず、YP培地をベースに、セロビオース9%+キシロース6%を含有する培地を作製した。この培地に対してOC-2ABGL4Xyl2株又はOC-2ABGL2Xyl2株を接種し、30℃、60rpmの条件でしんとう培養を行った。
Example 7
In this example, using the OC-2ABGL4Xyl0032 and OC-2ABGL2Xyl2 strains prepared in Example 5 (3), the influence on the xylose metabolism rate due to the difference in the copy number of the BGL gene was evaluated. First, based on the YP medium, a medium containing cellobiose 9% + xylose 6% was prepared. This medium was inoculated with the OC-2ABGL4Xyl2 strain or OC-2ABGL2Xyl2 strain and cultured under conditions of 30 ° C. and 60 rpm.

そして、培養液に含まれるキシロース濃度を、培養開始から24時間の間、経時的に測定した。キシロース濃度は、実施例4と同様にして測定した。その測定結果を図7に示した。   Then, the xylose concentration contained in the culture solution was measured over time for 24 hours from the start of the culture. The xylose concentration was measured in the same manner as in Example 4. The measurement results are shown in FIG.

図7に示すように、OC-2ABGL2Xyl2株では培養開始24時間後のキシロース代謝量が3.38%であったのに対して、OC-2ABGL4Xyl2株では培養開始24時間後のキシロース代謝量が4.92%であった。なお、ここでキシロース代謝量とは、培養開始時において培地に含まれるキシロース濃度から、培養開始24時間において培地に含まれるキシロース濃度を引いた値(%)として示している。   As shown in FIG. 7, the OC-2ABGL2Xyl2 strain had a xylose metabolism of 3.38% 24 hours after the start of culture, whereas the OC-2ABGL4Xyl2 strain had a xylose metabolism of 4.92% 24 hours after the start of culture. there were. Here, the xylose metabolism is shown as a value (%) obtained by subtracting the xylose concentration contained in the medium at 24 hours from the start of cultivation from the xylose concentration contained in the medium at the start of cultivation.

この結果から、表面提示型BGL遺伝子を4コピー導入した場合には、表面提示型BGL遺伝子を2コピー導入した株と比較して、キシロース代謝速度が約5割以上向上することが明らかとなった。   From this result, it was clarified that when 4 copies of the surface-presenting BGL gene were introduced, the xylose metabolic rate was improved by about 50% or more compared to the strain into which 2 copies of the surface-presenting BGL gene were introduced. .

〔実施例8〕
本実施例では、実施例5(3)で作製したOC-2ABGL4Xyl2株を用いてキシロース代謝速度を評価した。先ず、先ず、YP培地をベースに、セロビオース9%+キシロース6%を含有する培地を作製した。この培地に対してOC-2ABGL4Xyl2株を接種し、30℃、120rpmの条件でしんとう培養を行った。
Example 8
In this example, the xylose metabolic rate was evaluated using the OC-2ABGL4Xyl2 strain prepared in Example 5 (3). First, based on the YP medium, a medium containing cellobiose 9% + xylose 6% was prepared. This medium was inoculated with OC-2ABGL4Xyl2 strain and cultured under conditions of 30 ° C. and 120 rpm.

そして、培養液に含まれるキシロース濃度、セロビオース濃度及びエタノール濃度を、培養開始から24時間の間、経時的に測定した。キシロース濃度は、実施例4と同様にして測定した。セロビオース濃度はHPLCで測定した。エタノール濃度は、酵素センサー(王子計測機器株式会社製、型番BF4)を使用して測定した。その測定結果を図8に示した。   Then, the xylose concentration, cellobiose concentration and ethanol concentration contained in the culture solution were measured over time for 24 hours from the start of the culture. The xylose concentration was measured in the same manner as in Example 4. Cellobiose concentration was measured by HPLC. The ethanol concentration was measured using an enzyme sensor (manufactured by Oji Scientific Instruments, model number BF4). The measurement results are shown in FIG.

図8に示すように、OC-2ABGL4Xyl2株は、培養開始24時間以内にセロビオース8.2%及びキシロース5%をほぼ完全に代謝し、5.8%のエタノールを生成することができた。なお、図8に示した結果からOC-2ABGL4Xyl2株のキシロース代謝速度は2.0g/h/Lであることが明らかとなった。この結果から、OC-2ABGL4Xyl2株を使用することによって、木質系バイオマスを用いたエタノール製造においてキシロースを有効に利用してエタノールを効率よく製造できることが明らかとなった。   As shown in FIG. 8, the OC-2ABGL4Xyl2 strain was able to almost completely metabolize cellobiose 8.2% and xylose 5% within 24 hours from the start of culture, and produce 5.8% ethanol. The results shown in FIG. 8 revealed that the OC-2ABGL4Xyl2 strain had a xylose metabolic rate of 2.0 g / h / L. From this result, it became clear that by using OC-2ABGL4Xyl2 strain, ethanol can be efficiently produced by effectively using xylose in ethanol production using woody biomass.

〔実施例9〕
本実施例では、β-グルコシダーゼ活性をより向上させるべく、BGL遺伝子の発現を制御する発現制御領域について検討した。具体的に、本実施例では、実施例4で作製したOC-2HUT株に内在するグリセルアルデヒド3リン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子(TDH3)、ピルビン酸脱炭酸酵素遺伝子(PDC1)又は高浸透圧応答7遺伝子(HOR7)の発現制御領域の下流にアーミングBGL遺伝子を導入し、β-グルコシダーゼ活性を検討した。
Example 9
In this example, an expression control region that controls the expression of the BGL gene was examined in order to further improve β-glucosidase activity. Specifically, in this example, the glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase gene (TDH3), pyruvate decarboxylase gene (PDC1), or the hyperosmotic response 7 gene endogenous to the OC-2HUT strain prepared in Example 4 was used. An arming BGL gene was introduced downstream of the expression control region of (HOR7), and β-glucosidase activity was examined.

先ず、TDH3遺伝子の発現制御領域の下流にアーミングBGL遺伝子を導入するためのプラスミドpABGL-TDH3P、PDC1遺伝子の発現制御領域の下流にアーミングBGL遺伝子を導入するためのプラスミドpABGL-PDC1P及びHOR7遺伝子の発現制御領域の下流にアーミングBGL遺伝子を導入するためのプラスミドpABGL-HOR7Pを構築した(図9参照)。使用したプライマーを下記表4に示す。   First, expression of plasmid pABGL-TDH3P for introducing arming BGL gene downstream of the expression control region of TDH3 gene, expression of plasmid pABGL-PDC1P and HOR7 gene for introducing arming BGL gene downstream of the expression control region of PDC1 gene Plasmid pABGL-HOR7P for introducing the arming BGL gene was constructed downstream of the control region (see FIG. 9). The primers used are shown in Table 4 below.

Figure 2010035556
Figure 2010035556

先ず、図3に示したプラスミドpIBG13を鋳型とし、プライマー(1)及び(2)を用いたPCRを行った。得られたPCR断片を制限酵素BssHIIで処理した。そして、得られたDNA断片と、制限酵素BssHIIで処理したStratagene社製のpRS403とをライゲーションし、プラスミドpRS404-NotI-s.s-BGL1-3'half a-agglutinin-SphIを作製した。また、S. cerevisiaeのゲノムDNAを鋳型とし、プライマー(3)及び(4)を用いたPCRを行い、得られたPCR断片を制限酵素SphIで処理した。そして、得られたDNA断片と、制限酵素SphIで処理したプラスミドpRS404-NotI-s.s-BGL1-3'half a-agglutinin-SphIとをライゲーションし、プラスミドpRS404-NotI-s.s-BGL1-3'half a-agglutinin-SphI-TRP1-NotIを作製した(図10)。   First, PCR was performed using the plasmid pIBG13 shown in FIG. 3 as a template and primers (1) and (2). The obtained PCR fragment was treated with the restriction enzyme BssHII. Then, the obtained DNA fragment was ligated with pRS403 (Stratagene) treated with restriction enzyme BssHII to prepare plasmid pRS404-NotI-s.s-BGL1-3′half a-agglutinin-SphI. Further, PCR was performed using the genomic DNA of S. cerevisiae as a template and primers (3) and (4), and the resulting PCR fragment was treated with the restriction enzyme SphI. Then, the obtained DNA fragment was ligated with plasmid pRS404-NotI-ss-BGL1-3′half a-agglutinin-SphI treated with restriction enzyme SphI, and plasmid pRS404-NotI-ss-BGL1-3′half a -agglutinin-SphI-TRP1-NotI was prepared (FIG. 10).

一方、S. cerevisiaeのゲノムDNAを鋳型とし、プライマー(5)及び(8)を用いたPCRによりHOR7プロモーター領域を含むDNA断片を増幅した。また、S. cerevisiaeのゲノムDNAを鋳型とし、プライマー(6)及び(9)を用いたPCRによりPDC1プロモーター領域を含むDNA断片を増幅した。さらに、S. cerevisiaeのゲノムDNAを鋳型とし、プライマー(7)及び(10)を用いたPCRによりTDH3プロモーター領域を含むDNA断片を増幅した。これらHOR7プロモーター領域を含むDNA断片、PDC1プロモーター領域を含むDNA断片及びTDH3プロモーター領域を含むDNA断片をそれぞれ、制限酵素EcoRI及びSalIにて処理した。そして、得られた3種類のDNA断片と、制限酵素EcoRI及びSalIにて処理したpUC19とをライゲーションし、3種類のプラスミドpUC19-AscI-HOR7promoter-NotI-SalI、pUC19-AscI-PDC1promoter-NotI-SalI及びpUC19-AscI-TDH3promoter-NotI-SalIを作製した(図11)。   On the other hand, a DNA fragment containing the HOR7 promoter region was amplified by PCR using the genomic DNA of S. cerevisiae as a template and primers (5) and (8). In addition, a DNA fragment containing the PDC1 promoter region was amplified by PCR using the genomic DNA of S. cerevisiae as a template and primers (6) and (9). Further, a DNA fragment containing the TDH3 promoter region was amplified by PCR using the genomic DNA of S. cerevisiae as a template and primers (7) and (10). The DNA fragment containing the HOR7 promoter region, the DNA fragment containing the PDC1 promoter region, and the DNA fragment containing the TDH3 promoter region were treated with restriction enzymes EcoRI and SalI, respectively. Then, the obtained three kinds of DNA fragments were ligated with pUC19 treated with restriction enzymes EcoRI and SalI, and three kinds of plasmids pUC19-AscI-HOR7promoter-NotI-SalI, pUC19-AscI-PDC1promoter-NotI-SalI PUC19-AscI-TDH3promoter-NotI-SalI was prepared (FIG. 11).

次に、S. cerevisiaeのゲノムDNAを鋳型とし、プライマー(11)及び(14)を用いたPCRによりHOR7遺伝子のコーディング領域の一部を含むDNA断片を増幅した。また、S. cerevisiaeのゲノムDNAを鋳型とし、プライマー(12)及び(15)を用いたPCRによりPDC1遺伝子のコーディング領域の一部を含むDNA断片を増幅した。さらに、S. cerevisiaeのゲノムDNAを鋳型とし、プライマー(13)及び(16)を用いたPCRによりTDH3遺伝子のコーディング領域の一部を含むDNA断片を増幅した。これら3種類のDNA断片をそれぞれ制限酵素NotI及びSalIにて処理した。そして、得られたHOR7遺伝子のコーディング領域の一部を含むDNA断片(NotI-SalI断片)と、制限酵素NotI及びSalIにて処理したプラスミドpUC19-AscI-HOR7promoter-NotI-SalIをライゲーションし、プラスミドpUC19-AscI-HOR7promoter-NotI-truncated-AscIを作製した。また、得られたPDC1遺伝子のコーディング領域の一部を含むDNA断片(NotI-SalI断片)と、制限酵素NotI及びSalIにて処理したプラスミドpUC19-AscI-PDC1promoter-NotI-SalIをライゲーションし、プラスミドpUC19-AscI-PDC1promoter-NotI-truncated-AscIを作製した。さらに、得られたTDH3遺伝子のコーディング領域の一部を含むDNA断片(NotI-SalI断片)と、制限酵素NotI及びSalIにて処理したプラスミドpUC19-AscI-TDH3promoter-NotI-SalIをライゲーションし、プラスミドpUC19-AscI-TDH3promoter-NotI-truncated-AscIを作製した(図11)。   Next, a DNA fragment containing a part of the coding region of the HOR7 gene was amplified by PCR using the genomic DNA of S. cerevisiae as a template and primers (11) and (14). Further, a DNA fragment containing a part of the coding region of the PDC1 gene was amplified by PCR using the genomic DNA of S. cerevisiae as a template and primers (12) and (15). Furthermore, a DNA fragment containing a part of the coding region of the TDH3 gene was amplified by PCR using the genomic DNA of S. cerevisiae as a template and primers (13) and (16). These three types of DNA fragments were treated with restriction enzymes NotI and SalI, respectively. Then, the obtained DNA fragment containing a part of the coding region of HOR7 gene (NotI-SalI fragment) and plasmid pUC19-AscI-HOR7promoter-NotI-SalI treated with restriction enzymes NotI and SalI were ligated, and plasmid pUC19 -AscI-HOR7promoter-NotI-truncated-AscI was prepared. Further, the obtained DNA fragment containing a part of the coding region of PDC1 gene (NotI-SalI fragment) was ligated with plasmid pUC19-AscI-PDC1promoter-NotI-SalI treated with restriction enzymes NotI and SalI, and plasmid pUC19 -AscI-PDC1promoter-NotI-truncated-AscI was prepared. Further, the obtained DNA fragment containing a part of the coding region of the TDH3 gene (NotI-SalI fragment) was ligated with plasmid pUC19-AscI-TDH3promoter-NotI-SalI treated with restriction enzymes NotI and SalI, and plasmid pUC19 -AscI-TDH3promoter-NotI-truncated-AscI was produced (FIG. 11).

最後に、図10に示したプラスミドpRS404-NotI-s.s-BGL1-3'half a-agglutinin-SphI-TRP1-NotIをNotIで処理し、BGL遺伝子、3'half a-agglutinin及びTRP1遺伝子を含むDNA断片(NotI断片)を切り出した。そして、得られたDNA断片と、制限酵素NotIで処理した3種類のプラスミドpUC19-AscI-HOR7promoter-NotI-truncated-AscI、pUC19-AscI-PDC1promoter-NotI-truncated-AscI及びpUC19-AscI-TDH3promoter-NotI-truncated-AscIとをライゲーションし、プラスミドpABGL-HOR7P、pABGL-PDC1P及びpABGL-TDH3Pを作製した(図12)。これらプラスミドpABGL-HOR7P、pABGL-PDC1P及びpABGL-TDH3Pは、制限酵素AscIで処理することで、細胞表層提示型β-グルコシダーゼ遺伝子及び選択マーカーであるTRP1遺伝子を、染色体への相同組換え領域を含むDNA断片として切り出すことができる。   Finally, the plasmid pRS404-NotI-ss-BGL1-3′half a-agglutinin-SphI-TRP1-NotI shown in FIG. 10 is treated with NotI, and DNA containing the BGL gene, 3′half a-agglutinin and TRP1 gene A fragment (NotI fragment) was excised. The obtained DNA fragment and three kinds of plasmids pUC19-AscI-HOR7promoter-NotI-truncated-AscI, pUC19-AscI-PDC1promoter-NotI-truncated-AscI and pUC19-AscI-TDH3promoter-NotI treated with restriction enzyme NotI -truncated-AscI was ligated to prepare plasmids pABGL-HOR7P, pABGL-PDC1P, and pABGL-TDH3P (FIG. 12). These plasmids pABGL-HOR7P, pABGL-PDC1P and pABGL-TDH3P are treated with the restriction enzyme AscI, so that the cell surface-displayed β-glucosidase gene and the TRP1 gene, which is a selection marker, contain a homologous recombination region to the chromosome It can be cut out as a DNA fragment.

なお、これらプラスミドpABGL-HOR7P、pABGL-PDC1P及びpABGL-TDH3Pには、所望の領域に相同組換えを生じるように一対のDNA断片がそれぞれ含まれている。詳細には、プラスミドpABGL-TDH3Pには、TDH3遺伝子の上流に位置する約300bpの領域(配列番号9)及びTDH3遺伝子のコーディング領域に含まれる約300bpの領域(配列番号10)が含まれている。プラスミドpABGL-PDC1Pには、PDC1遺伝子の上流に位置する約300bpの領域(配列番号11)及びPDC1遺伝子のコーディング領域に含まれる約300bpの領域(配列番号12)が含まれている。同様に、プラスミドpABGL-HOR7Pには、HOR7遺伝子の上流に位置する約300bpの領域(配列番号13)及びHOR7遺伝子のコーディング領域に含まれる約300bpの領域(配列番号14)が含まれている。   These plasmids pABGL-HOR7P, pABGL-PDC1P, and pABGL-TDH3P each contain a pair of DNA fragments so that homologous recombination occurs in a desired region. Specifically, the plasmid pABGL-TDH3P includes an approximately 300 bp region (SEQ ID NO: 9) located upstream of the TDH3 gene and an approximately 300 bp region (SEQ ID NO: 10) contained in the coding region of the TDH3 gene. . The plasmid pABGL-PDC1P includes an approximately 300 bp region (SEQ ID NO: 11) located upstream of the PDC1 gene and an approximately 300 bp region (SEQ ID NO: 12) contained in the coding region of the PDC1 gene. Similarly, the plasmid pABGL-HOR7P contains an approximately 300 bp region (SEQ ID NO: 13) located upstream of the HOR7 gene and an approximately 300 bp region (SEQ ID NO: 14) contained in the coding region of the HOR7 gene.

以上のように構築したこれらプラスミドpABGL-HOR7P、pABGL-PDC1P及びpABGL-TDH3Pを用いて、実施例4で作製したOC-2HUT株に形質転換した。先ず、各プラスミドを制限酵素AscIで処理した後、Frozen-EZ Yeast Transformation II(Zymo Research社)により形質転換を行った。選択プレートはSD+ヒスチジン+ウラシルプレートを用いた。形質転換により得られたコロニーを同じプレートを用いて分離し、擬陽性株を排除した。   These plasmids pABGL-HOR7P, pABGL-PDC1P and pABGL-TDH3P constructed as described above were transformed into the OC-2HUT strain prepared in Example 4. First, each plasmid was treated with the restriction enzyme AscI and then transformed with Frozen-EZ Yeast Transformation II (Zymo Research). SD + histidine + uracil plate was used as the selection plate. Colonies obtained by transformation were isolated using the same plate to eliminate false positive strains.

次に、得られたコロニーをYPDプレートにて30℃で2日培養を行った後、胞子形成培地(sherman)に菌体を塗り、25℃でプレート培養を行い、培養3日目に胞子形成を確認し、ナリシゲ製マイクロマニュピレーターを用いて子嚢に含まれる4胞子を分離した。これにより、2コピーの上記プラスミドが導入された株と、pIBG13が脱落した株が2:2に分離することになる。そこで、得られた胞子をSD培地にて30℃2日間培養し、トリプトファン要求性が消失した株を同定した。2コピーのプラスミドpABGL-TDH3Pが導入された株をOC-2ATDH37PBGL2と命名し、2コピーのプラスミドpABGL-PDC1Pが導入された株をOC-2APDC1PBGL2と命名し、2コピーのプラスミドpABGL-HOR7Pが導入された株をOC-2AHOR7PBGL2と命名した。   Next, the obtained colonies were cultured on a YPD plate at 30 ° C. for 2 days, and then the spore formation medium (sherman) was applied to the spore-forming medium (sherman), followed by plate culture at 25 ° C. Then, four spores contained in the ascending were separated using a Narishige micromanipulator. As a result, a strain into which 2 copies of the above plasmid have been introduced and a strain from which pIBG13 has been removed are separated into 2: 2. Therefore, the obtained spores were cultured in SD medium at 30 ° C. for 2 days, and a strain in which the tryptophan requirement disappeared was identified. The strain introduced with 2 copies of plasmid pABGL-TDH3P was named OC-2ATDH37PBGL2, the strain introduced with 2 copies of plasmid pABGL-PDC1P was named OC-2APDC1PBGL2, and 2 copies of plasmid pABGL-HOR7P were introduced. This strain was named OC-2AHOR7PBGL2.

得られた3種の形質転換酵母OC-2ATDH37PBGL2、OC-2APDC1PBGL2及びOC-2AHOR7PBGL2について、実施例5(4)に記載した方法に準じてPNPG活性を測定した。その結果を図13に示した。図13から分かるように、全ての形質転換酵母において、導入したアーミングBGL遺伝子に起因するβ-グルコシダーゼ活性を確認することができた。特に、OC-2AHOR7PBGL2においては、他の形質転換酵母と比較して優れたβ-グルコシダーゼ活性を示すことが分かった。この結果から、HOR7遺伝子の発現制御領域により発現制御されるようにアーミングBGL遺伝子を導入することが、β-グルコシダーゼ活性を向上させる点で非常に優れていることが判明した。   The PNPG activity of the obtained three transformed yeasts OC-2ATDH37PBGL2, OC-2APDC1PBGL2, and OC-2AHOR7PBGL2 was measured according to the method described in Example 5 (4). The results are shown in FIG. As can be seen from FIG. 13, β-glucosidase activity caused by the introduced arming BGL gene could be confirmed in all transformed yeasts. In particular, OC-2AHOR7PBGL2 was found to exhibit β-glucosidase activity superior to that of other transformed yeasts. From these results, it was found that introducing the arming BGL gene so that the expression is controlled by the expression control region of the HOR7 gene is very excellent in improving the β-glucosidase activity.

〔実施例10〕
本実施例では、実施例9で作製した形質転換酵母OC-2APDC1PBGL2及びOC-2AHOR7PBGL2に、実施例5(3)で使用したpIUX1X2Xkを用いて、キシロースリダクターゼ遺伝子、キシリトールデヒドロゲナーゼ遺伝子及びキシルロキナーゼ遺伝子をGAPDHプロモーターの制御下に発現可能に導入した。なお、pIUX1X2Xkについては、S. Katahira et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. (2006) 72: 1136-1143に開示されており、キシロースリダクターゼ遺伝子、キシリトールデヒドロゲナーゼ遺伝子及びキシルロキナーゼ遺伝子がそれぞれGAPDHプロモーターの制御下に発現可能に導入されたプラスミドである。
Example 10
In this example, the transformed yeasts OC-2APDC1PBGL2 and OC-2AHOR7PBGL2 prepared in Example 9 were used for the xylose reductase gene, xylitol dehydrogenase gene and xylulokinase gene using pIUX1X2Xk used in Example 5 (3). It was introduced so that expression was possible under the control of the GAPDH promoter. PIUX1X2Xk is disclosed in S. Katahira et al., Appl. Microbiol. Biotechnol. (2006) 72: 1136-1143, and the xylose reductase gene, the xylitol dehydrogenase gene and the xylulokinase gene are each of the GAPDH promoter. It is a plasmid introduced so that it can be expressed under control.

先ず、pIUX1X2Xk(URA3マーカー)を制限酵素PstIで線状化したプラスミドにより、Frozen-EZ Yeast Transformation II(Zymo Research社)を用いて形質転換を行った。選択プレートはSD(G)+ヒスチジンプレートを用いた。形質転換により得られたコロニーを同じプレートに分離し、擬陽性株を排除した。   First, a plasmid obtained by linearizing pIUX1X2Xk (URA3 marker) with the restriction enzyme PstI was transformed using Frozen-EZ Yeast Transformation II (Zymo Research). The selection plate used was an SD (G) + histidine plate. Colonies obtained by transformation were separated on the same plate and false positive strains were excluded.

次に、実施例5(3)に記載された方法に準じて時と同様に、実施例9で作製した形質転換酵母OC-2APDC1PBGL2及びOC-2AHOR7PBGL2に2コピーのpIUX1X2Xkが導入された形質転換酵母をそれぞれOC-2APDC1PBGL2XYL2及びOC-2AHOR7PBGL2XYL2と命名した。   Next, according to the method described in Example 5 (3), the transformed yeast in which 2 copies of pIUX1X2Xk were introduced into the transformed yeasts OC-2APDC1PBGL2 and OC-2AHOR7PBGL2 produced in Example 9 in the same manner as at the time. Were named OC-2APDC1PBGL2XYL2 and OC-2AHOR7PBGL2XYL2, respectively.

得られた2種の形質転換酵母OC-2APDC1PBGL2XYL2及びOC-2AHOR7PBGL2XYL2について、実施例5(4)に記載した方法に準じてPNPG活性を測定した。その結果を図14及び表5に示した。なお、図14には、比較のため、OC-2HUT株、OC-2HUT株に2、4若しくは6コピーのアーミングBGL遺伝子を導入したTDH3PBGL2株、TDH3PBGL4株及びTDH3PBGL6株、OC-2HUT株にpIUX1X2Xkを導入したOC-2HTx2株について測定したPNPG活性も併せて示した。   The PNPG activity of the obtained two transformed yeasts OC-2APDC1PBGL2XYL2 and OC-2AHOR7PBGL2XYL2 was measured according to the method described in Example 5 (4). The results are shown in FIG. For comparison, FIG. 14 shows pIUX1X2Xk for the TDH3PBGL2 strain, TDH3PBGL4 strain, TDH3PBGL4 strain, TDH3PBGL6 strain, and OC-2HUT strain introduced with 2, 4 or 6 copies of arming BGL gene in the OC-2HUT strain or OC-2HUT strain. The PNPG activity measured for the introduced OC-2HTx2 strain is also shown.

Figure 2010035556
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図14から分かるように、HOR7遺伝子の発現制御領域により発現制御されるようにアーミングBGL遺伝子を導入した株においては、アーミングBGL遺伝子を6コピー導入した株よりも優れたβ-グルコシダーゼ活性を示した。また、表5から分かるように、PDC1遺伝子の発現制御領域により発現制御されるようにアーミングBGL遺伝子を導入するとともにキシロース代謝関連遺伝子を導入した株においては、PDC1遺伝子の発現制御領域により発現制御されるようにアーミングBGL遺伝子を導入し株と同等のβ-グルコシダーゼ活性を示した。これに対して、HOR7遺伝子の発現制御領域により発現制御されるようにアーミングBGL遺伝子を導入するとともにキシロース代謝関連遺伝子を導入した株においては、HOR7遺伝子の発現制御領域により発現制御されるようにアーミングBGL遺伝子を導入した株と比較して更に優れたβ-グルコシダーゼ活性を示した。この結果から、詳細なメカニズムは不明ではあるが、HOR7遺伝子の発現制御領域により発現制御されるようにアーミングBGL遺伝子を導入するとともにキシロース代謝関連遺伝子を導入した株では、予測の範囲を超える優れたβ-グルコシダーゼ活性を示すことが分かった。   As can be seen from FIG. 14, the strain into which the arming BGL gene was introduced so that the expression was controlled by the expression control region of the HOR7 gene showed β-glucosidase activity superior to the strain into which 6 copies of the arming BGL gene were introduced. . In addition, as can be seen from Table 5, in the strain into which the arming BGL gene was introduced and the xylose metabolism-related gene was introduced so that the expression was controlled by the expression control region of the PDC1 gene, the expression was controlled by the expression control region of the PDC1 gene. Thus, the arming BGL gene was introduced, and β-glucosidase activity equivalent to that of the strain was shown. On the other hand, in the strain in which the armored BGL gene is introduced so that the expression is controlled by the expression control region of the HOR7 gene and the xylose metabolism-related gene is introduced, the arming is controlled so that the expression is controlled by the expression control region of the HOR7 gene. Compared with the strain into which the BGL gene was introduced, the β-glucosidase activity was further improved. Although the detailed mechanism is unknown from this result, the strain that introduced the arming BGL gene so that its expression was controlled by the expression control region of the HOR7 gene and introduced a gene related to xylose metabolism was superior to the predicted range. It was found to exhibit β-glucosidase activity.

本明細書で引用した全ての刊行物、特許および特許出願をそのまま参考として本明細書にとり入れるものとする。   All publications, patents and patent applications cited herein are incorporated herein by reference in their entirety.

Claims (11)

2コピー以上の細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及び2コピー以上のキシロース代謝関連遺伝子がゲノムに導入された組換え酵母。   A recombinant yeast in which two or more copies of a cell surface-displaying β-glucosidase gene and two or more copies of a xylose metabolism-related gene have been introduced into the genome. 細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及び2コピー以上のキシロース代謝関連遺伝子がゲノムに導入され、βグルコシダーゼ活性が0.02U/OD660=1以上である組換え酵母。   A recombinant yeast in which a cell surface display β-glucosidase gene and two or more copies of a xylose metabolism-related gene are introduced into the genome, and β-glucosidase activity is 0.02U / OD660 = 1 or more. 細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子及び2コピー以上のキシロース代謝関連遺伝子がゲノムに導入され、キシロース代謝速度が2.0g/h/L以上である組換え酵母。   A recombinant yeast in which a cell surface display β-glucosidase gene and two or more copies of a xylose metabolism-related gene are introduced into the genome, and the xylose metabolism rate is 2.0 g / h / L or more. 上記キシロース代謝関連遺伝子は、キシロースリダクターゼ遺伝子、キシリトールデヒドロゲナーゼ遺伝子及びキシルロキナーゼ遺伝子であることを特徴とする請求項1乃至3いずれか一項記載の組換え酵母。   The recombinant yeast according to any one of claims 1 to 3, wherein the xylose metabolism-related gene is a xylose reductase gene, a xylitol dehydrogenase gene, or a xylulokinase gene. 上記表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子は、ゲノムに4コピー導入されていることを特徴とする請求項1乃至3いずれか一項記載の組換え酵母。   The recombinant yeast according to any one of claims 1 to 3, wherein 4 copies of the surface-presenting β-glucosidase gene are introduced into the genome. 高次倍体の酵母を宿主として上記遺伝子を導入したことを特徴とする請求項1乃至3いずれか一項記載の組換え酵母。   The recombinant yeast according to any one of claims 1 to 3, wherein the gene is introduced using a higher-ploidy yeast as a host. 上記細胞表層提示型βグルコシダーゼ遺伝子は、内在する高浸透圧応答7(HOR7)遺伝子の発現制御領域により発現制御されるかたちで導入されたことを特徴とする請求項1乃至3いずれか一項記載の組換え酵母。   4. The cell surface display β-glucosidase gene is introduced in such a manner that its expression is controlled by an expression control region of an endogenous hyperosmotic response 7 (HOR7) gene. Recombinant yeast. Saccharomyces cerevisiae OC-2株(NBRC2260)を宿主として上記遺伝子を導入したことを特徴とする請求項1乃至3いずれか一項記載の組換え酵母。   The recombinant yeast according to any one of claims 1 to 3, wherein the gene is introduced using Saccharomyces cerevisiae OC-2 strain (NBRC2260) as a host. 請求項1乃至8いずれか一項記載の組換え酵母をキシロース含有培地に培養する工程と、
上記キシロース含有培地からエタノールを回収する工程とを含むエタノールの製造方法。
Culturing the recombinant yeast according to any one of claims 1 to 8 in a xylose-containing medium;
And a step of recovering ethanol from the xylose-containing medium.
上記キシロース含有培地は6単糖を更に含有することを特徴とする請求項9記載のエタノールの製造方法。   The method for producing ethanol according to claim 9, wherein the xylose-containing medium further contains 6 monosaccharides. 上記6単糖はグルコース及び/又はセロビオースであることを特徴とする請求項10記載のエタノールの製造方法。   The method for producing ethanol according to claim 10, wherein the six monosaccharides are glucose and / or cellobiose.
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