JP2011083255A - Yeast for fermenting ethanol from xylose - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a yeast strain for fermenting ethanol from xylose in high productivity. <P>SOLUTION: The yeast includes characteristics of [a] incorporating xylose into cells even in the presence of glucose by transfer of a gene participating in incorporation of xylose into cells and [b] metabolizing xylulose into xylose-5-phosphate and producing ethanol. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、キシロースからのエタノール発酵能が強いエタノール発酵酵母に関する。より詳細には、本発明は、竹等からのバイオエタノール変換に適する耐熱性及び耐酸性を特徴とする、上記のエタノール発酵酵母に関する。   The present invention relates to an ethanol-fermenting yeast having a strong ethanol-fermenting ability from xylose. More specifically, the present invention relates to the above ethanol-fermenting yeast characterized by heat resistance and acid resistance suitable for bioethanol conversion from bamboo or the like.

2030年には日本のガソリン消費量は6000万kLになると予想され、その10%をエタノールでまかなうという新・国家エネルギー戦略(平成18年5月)が建てられた。そこで、本発明者らは、食糧と競合しないセルロース系バイオマス、中でも竹からのエタノール生産を目指している。竹は世界的な未利用バイオマスで、非常に成長が早く、かつ、再生可能である。竹の成分はセルロースの他に、ヘミセルロースを含んでおり、濃硫酸などで糖化した場合、グルコースとキシロースが2:1の割合で生じる。酵母菌はキシロースを発酵できないので、エタノールの収率が悪くなる等の問題点を有している。   In 2030, Japan's gasoline consumption is expected to be 60 million kL, and a new national energy strategy (May 2006) was established to cover 10% of it with ethanol. Therefore, the present inventors aim to produce ethanol from cellulosic biomass that does not compete with food, especially bamboo. Bamboo is a globally unused biomass that is very fast growing and renewable. Bamboo components contain hemicellulose in addition to cellulose, and when saccharified with concentrated sulfuric acid, glucose and xylose are produced at a ratio of 2: 1. Since yeast cannot ferment xylose, it has problems such as poor ethanol yield.

非特許文献1(Van Vleet JH, Jeffries TW, Olsson L. (2008). Deleting the para-nitrophenyl phosphatase (pNPPase), PHO13, in recombinant Saccharomyces cerevisiae improves growth and ethanol production on D-xylose. Metab Eng. Nov;10(6): 360-9.)には、キシロース代謝に関わる遺伝子を操作した株からの自然突然変異株の取得が記載されている。しかしながら、非特許文献1に記載の方法は、キシロース取り込み系をさらに強化した株からの阻害とその回復を利用した方法ではない。また、非特許文献1に記載の株のエタノール発酵性は未だ十分なものではない。   Non-Patent Document 1 (Van Vleet JH, Jeffries TW, Olsson L. (2008). Deleting the para-nitrophenyl phosphatase (pNPPase), PHO13, in recombinant Saccharomyces cerevisiae improves growth and ethanol production on D-xylose. Metab Eng. Nov; 10 (6): 360-9.) Describes the acquisition of spontaneous mutants from strains that have engineered genes involved in xylose metabolism. However, the method described in Non-Patent Document 1 is not a method using inhibition and recovery from a strain further strengthened in the xylose uptake system. Further, the ethanol fermentability of the strain described in Non-Patent Document 1 is not yet sufficient.

また、特許文献1(特開2009−171912号公報)には、エタノール発酵性ホモタリズム酵母から得た耐熱性および耐酸性を備えたエタノール発酵性ヘテロタリズム酵母として、下記[a]〜[e]の特徴を有する酵母が記載されている。
[a]エタノール発酵性である。
[b]ヘテロタリズムである。
[c]胞子形成培地上での胞子形成率が0.5%以上である。
[d]YPD固形培地上での発芽率が50%以上である。
[e]YPD液体培地(pH 3.5)における35℃の温度条件下での比増殖速度は、0.1〜0.7h-1である。
Patent Document 1 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-171912) discloses the following characteristics [a] to [e] as ethanol fermentable heterothalism yeast having heat resistance and acid resistance obtained from ethanol fermentable homothalism yeast. Yeasts having are described.
[A] It is ethanol fermentable.
[B] It is heterotalism.
[C] The sporulation rate on the sporulation medium is 0.5% or more.
[D] Germination rate on YPD solid medium is 50% or more.
[E] The specific growth rate in a YPD liquid medium (pH 3.5) under a temperature condition of 35 ° C. is 0.1 to 0.7 h −1 .

特開2009−171912号公報JP 2009-171912 A

Van Vleet JH, Jeffries TW, Olsson L. (2008). Deleting the para-nitrophenyl phosphatase (pNPPase), PHO13, in recombinant Saccharomyces cerevisiae improves growth and ethanol production on D-xylose. Metab Eng. Nov;10(6): 360-9.Van Vleet JH, Jeffries TW, Olsson L. (2008). Deleting the para-nitrophenyl phosphatase (pNPPase), PHO13, in recombinant Saccharomyces cerevisiae improves growth and ethanol production on D-xylose. Metab Eng. Nov; 10 (6): 360-9.

本発明は、キシロースから高い生産能においてエタノール発酵できる酵母株を提供することを解決すべき課題とした。   This invention made it the subject which should be solved to provide the yeast strain | stump | stock which can be ethanol-fermented in high productivity from xylose.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、エタノール発酵性ホモタリズム酵母から得た耐熱性および耐酸性を備えたエタノール発酵性ヘテロタリズム酵母であって遺伝子操作しやすい形質転換能が高い酵母株を親株として使用し、キシロース取り込み系とキシロース代謝系とを併せ持つ株を構築し、キシロース代謝が強化された株を分離することによって、キシロースからエタノールを高い生産能で発酵できる酵母株を取得することに成功し、本発明を完成するに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors are an ethanol-fermenting heterothalism yeast having heat resistance and acid resistance obtained from ethanol-fermenting homothalism yeast, and having a transformation ability that is easy to genetically manipulate. A yeast strain capable of fermenting ethanol from xylose with high productivity by using a high yeast strain as a parent strain, constructing a strain that has both a xylose uptake system and a xylose metabolism system, and isolating the strain with enhanced xylose metabolism The acquisition was successful and the present invention was completed.

すなわち、本発明によれば、以下の発明が提供される
(1) 下記[a]及び[b]の特徴を有する酵母。
[a]キシロースの細胞内への取り込みに関与する遺伝子が導入されていることにより、グルコース存在下でもキシロースを細胞内へ取り込むことができる。
[b]キシロースをキシルロース-5-リン酸へ代謝し、エタノールを生産できる。
That is, according to the present invention, the following invention is provided. (1) A yeast having the following features [a] and [b].
[A] By introducing a gene involved in xylose uptake into cells, xylose can be taken up into cells even in the presence of glucose.
[B] Metabolizes xylose to xylulose-5-phosphate to produce ethanol.

(2) ヘテロタリズムである、(1)に記載の酵母。
(3) グルコース存在下でもキシロースを細胞内へ取り込むための遺伝子としてHxt7遺伝子、Hxt5遺伝子又はGXS1遺伝子の少なくとも1以上を有する、(1)又は(2)に記載の酵母。
(4) キシロースをキシルロース-5-リン酸へ代謝するための遺伝子として、キシロースレダクターゼ遺伝子、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有する、(1)から(3)の何れかに記載の酵母。
(2) The yeast according to (1), which is heterothalism.
(3) Yeast as described in (1) or (2) which has at least 1 or more of Hxt7 gene, Hxt5 gene, or GXS1 gene as a gene for taking in xylose in a cell also in presence of glucose.
(4) The yeast according to any one of (1) to (3), which has a xylose reductase gene, a xylitol dehydrogenase gene, and a xylulokinase gene as genes for metabolizing xylose to xylulose-5-phosphate.

(5) 70g/Lのグルコース及び30g/Lのキシロースを含むYPDX培地を用いた場合に24時間以内の培養時間で70%以上の収率でエタノールを発酵できる、(1)から(4)の何れかに記載の酵母。
(6) 70g/Lのグルコース及び30g/Lのキシロースを含むYPDX培地を用いた場合に24時間以内の培養時間で80%以上の収率でエタノールを発酵できる、(1)から(5)の何れかに記載の酵母。
(7) サッカロミセス・セルビシエに属する、請求項1から6の何れかに記載の酵母。
(8) 受領番号FERM AP−21839又はFERM AP−21840を有する酵母。
(9) 受領番号FERM AP−21838を有する酵母。
(10) (1)から(8)のいずれか1項に記載の酵母を用いたキシロースからエタノールを生産する方法。
(5) When YPDX medium containing 70 g / L glucose and 30 g / L xylose is used, ethanol can be fermented with a yield of 70% or more in a culture time of 24 hours or less. (1) to (4) The yeast according to any one of the above.
(6) When YPDX medium containing 70 g / L glucose and 30 g / L xylose is used, ethanol can be fermented with a yield of 80% or more in a culture time of 24 hours or less. (1) to (5) The yeast according to any one of the above.
(7) The yeast according to any one of claims 1 to 6, which belongs to Saccharomyces cerevisiae.
(8) Yeast having receipt number FERM AP-21839 or FERM AP-21840.
(9) Yeast with accession number FERM AP-21838.
(10) A method for producing ethanol from xylose using the yeast according to any one of (1) to (8).

本発明の酵母は、キシロースからエタノールを高い生産能で発酵することができる。本発明の酵母を用いることにより、竹などのセルロース系バイオマスおよびその他のバイオマスからバイオエタノールを高い効率で生産することが可能になる。   The yeast of the present invention can ferment ethanol from xylose with high productivity. By using the yeast of the present invention, bioethanol can be produced with high efficiency from cellulosic biomass such as bamboo and other biomass.

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
本発明の酵母は、下記[a]及び[b]の特徴を有することを特徴とする。
[a]グルコース存在下でもキシロースを細胞内へ取り込むことができる。
[b]キシロースをキシルロース-5-リン酸へ代謝し、エタノールを生産できる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
The yeast of the present invention is characterized by having the following features [a] and [b].
[A] Xylose can be taken into cells even in the presence of glucose.
[B] Metabolizes xylose to xylulose-5-phosphate to produce ethanol.

本発明の酵母は、好ましくは、ヘテロタリズムである。   The yeast of the present invention is preferably heterothalism.

本発明の酵母は、グルコース存在下でもキシロースを細胞内へ取り込むために、グルコース存在下でもキシロースを細胞内へ取り込むための遺伝子として、Hxt7遺伝子、Hxt5遺伝子又はGXS1遺伝子の少なくとも1以上を有していることが好ましい。Hxt7遺伝子、Hxt5遺伝子又はGXS1遺伝子の由来は特に限定されないが、好ましくは酵母由来の遺伝子を用いることができ、例えば、Saccharomyces属(Saccharomyces cerevisiaeなど)又はCandida属(例えば、Candida intermediaなど)に由来する遺伝子を用いることができる。   The yeast of the present invention has at least one of the Hxt7 gene, the Hxt5 gene, and the GXS1 gene as a gene for taking xylose into cells even in the presence of glucose in order to take xylose into cells. Preferably it is. The origin of the Hxt7 gene, Hxt5 gene or GXS1 gene is not particularly limited, but preferably a yeast-derived gene can be used, for example, derived from the genus Saccharomyces (such as Saccharomyces cerevisiae) or the genus Candida (such as Candida intermedia). Genes can be used.

Saccharomyces cerevisiae のHxt7遺伝子及びHxt5遺伝子の塩基配列は公知であり、Saccharomyces Genome Database(http://www.yeastgenome.org/) に塩基配列が公開されている。
Candida intermediaのGXS1遺伝子の塩基配列は公知であり、例えば、GenBankに Accession Number, AJ875406として登録されており、またLeandro MJ, Goncalves P, Spencer-Martins I.(2006). Twoglucose/xylose transporter genes from the yeast Candida intermedia:first molecular characterization of a yeast xylose-H+ symporter. Biochem J. 395: 543-549に記載されている。
The base sequences of Hxt7 gene and Hxt5 gene of Saccharomyces cerevisiae are known, and the base sequences are published in Saccharomyces Genome Database (http://www.yeastgenome.org/).
The base sequence of Candida intermedia GXS1 gene is known, for example, registered in GenBank as Accession Number, AJ875406, and Leandro MJ, Goncalves P, Spencer-Martins I. (2006). Twoglucose / xylose transporter genes from the yeast Candida intermedia: first molecular characterization of a yeast xylose-H + symporter. Biochem J. 395: 543-549.

グルコース存在下でもキシロースを細胞内へ取り込むための遺伝子としては、Hxt7遺伝子、Hxt5遺伝子又はGXS1遺伝子をそれぞれ単独で有してもよいし。2種類以上の遺伝子を組み合わせて有していてもよい。例えば、Hxt7遺伝子とGXS1遺伝子とを有していてもよいし、Hxt5遺伝子とGXS1遺伝子とを有していてもよいし、Hxt7遺伝子、Hxt5遺伝子及びGXS1遺伝子の全てを有していてもよい。   As a gene for taking xylose into a cell even in the presence of glucose, each of them may have an Hxt7 gene, an Hxt5 gene, or a GXS1 gene alone. Two or more types of genes may be combined. For example, the Hxt7 gene and the GXS1 gene may be included, the Hxt5 gene and the GXS1 gene may be included, or all of the Hxt7 gene, the Hxt5 gene, and the GXS1 gene may be included.

本発明の酵母は、キシロースをキシルロース-5-リン酸へ代謝するための遺伝子として、キシロースレダクターゼ遺伝子、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有することが好ましい。キシロースレダクターゼの作用により、キシロースからキシリトールが生成し、キシリトールデヒドロゲナーゼの作用により、キシリトールからキシルロースが生成し、キシルロキナーゼの作用により、キシルロースからキシルロース-5-リン酸が生成する。   The yeast of the present invention preferably has a xylose reductase gene, a xylitol dehydrogenase gene, and a xylulokinase gene as genes for metabolizing xylose to xylulose-5-phosphate. Xylose is produced from xylose by the action of xylose reductase, xylulose is produced from xylitol by the action of xylitol dehydrogenase, and xylulose-5-phosphate is produced from xylulose by the action of xylulokinase.

本発明で用いるキシロースレダクターゼ遺伝子、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の由来は特に限定されないが、好ましくは酵母由来の遺伝子を用いることができ、例えば、Pichia属(Pichia stipitis)の当該遺伝子を用いることができる。   The origin of the xylose reductase gene, xylitol dehydrogenase gene and xylulokinase gene used in the present invention is not particularly limited, but preferably a yeast-derived gene can be used, for example, using the gene of the genus Pichia (Pichia stipitis) Can do.

キシロースレダクターゼ遺伝子、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有する酵母は、遺伝子組み換え技術により上記遺伝子を有する組み換えベクターを構築し、遺伝子導入により酵母に導入してもよいし、上記遺伝子を有する酵母との掛け合わせにより上記遺伝子を有する酵母を構築してもよい。   A yeast having a xylose reductase gene, a xylitol dehydrogenase gene and a xylulokinase gene may be constructed by constructing a recombinant vector having the above gene by gene recombination technology, and introduced into the yeast by gene introduction, or with a yeast having the above gene. You may construct | assemble the yeast which has the said gene by crossing.

本発明の酵母は、グルコースの存在下においてもキシロースからエタノールを高い生産能で発酵することができることを特徴とする。好ましくは、70g/Lのグルコース及び30g/Lのキシロースを含むYPDX培地を用いた場合に24時間以内の培養時間で70%以上(更に好ましくは80%以上)の収率でエタノールを発酵できる。   The yeast of the present invention is characterized in that ethanol can be fermented with high productivity from xylose even in the presence of glucose. Preferably, when YPDX medium containing 70 g / L glucose and 30 g / L xylose is used, ethanol can be fermented at a yield of 70% or more (more preferably 80% or more) in a culture time of 24 hours or less.

本明細書にいう「酵母」とは、本明細書において挙げた特徴を有する酵母であれば特に制限されず、例えば、子嚢菌門におけるSaccharomyces属 、Candida属、Torulopsis属、Zygosaccharomyces属、Schizosaccharomyces属、Pichia属、Yarrowia属、Hansenula属、Kluyveromyces属、Debaryomyces属、Geotrichum属、Wickerhamia属、Fellomyces属、Sporobolomyces属、好ましくはSaccharomyces(サッカロミセス)属、より好ましくはSaccharomyces cerevisiae(サッカロミセス・セルビシエ)である。   The `` yeast '' referred to in the present specification is not particularly limited as long as it has the characteristics listed herein, for example, the genus Saccharomyces, Candida, Torulopsis, Zygosaccharomyces, Schizosaccharomyces, Pichia, Yarrowia, Hansenula, Kluyveromyces, Debaryomyces, Geotrichum, Wickerhamia, Fellomyces, Sporobolomyces, preferably Saccharomyces, more preferably Saccharomyces cerevisiae.

本明細書にいう「エタノール発酵性」とは、炭水化物および糖類(好ましくは、キシロース及びグルコース)などの炭素源から好気的または嫌気的にエタノールを生産することができる触媒作用を意味する。   As used herein, “ethanol fermentability” means a catalytic action capable of producing ethanol aerobically or anaerobically from carbon sources such as carbohydrates and sugars (preferably xylose and glucose).

本明細書にいう「ヘテロタリズム」酵母とは、二倍体にした後に胞子を形成させた場合、各胞子を単離培養しても娘細胞の接合変換が起こらず、各胞子から成育した細胞は胞子形成能を有さない一倍体のクローンとして増殖する酵母を意味する。   As used herein, the term “heterothalism” yeast means that when spore formation is performed after diploid formation, even if each spore is isolated and cultured, conjugation conversion of daughter cells does not occur, and the cells grown from each spore are It means yeast that grows as a haploid clone that does not have sporulation ability.

上記した本発明の酵母の具体例としては、以下の実施例において得られた酵母であるNAPX11−55BX及びNAPX22を挙げることができ、これらの酵母はそれぞれ独立行政法人産業技術総合研究所の特許生物寄託センター(〒305−8566 茨城県つくば市東1−1−1 つくばセンター 中央第6)に2009年8月26日付けで受領番号FERM AP−21840(NAPX11−55BX)、及びFERM AP−21839(NAPX22)として寄託されている。   Specific examples of the yeast of the present invention described above include NAPX11-55BX and NAPX22, which are yeasts obtained in the following examples. These yeasts are patent organisms of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, respectively. Deposit number FERM AP-21840 (NAPX11-55BX) and FERM AP-21839 (NAPX22) dated August 26, 2009 to the Deposit Center (Tsukuba Center Chuo 6th Tsukuba City Ibaraki Pref. 305-8586) ).

また、上記酵母を製造する際に使用した酵母株であるNAM34−4Cは、独立行政法人産業技術総合研究所の特許生物寄託センター(〒305−8566 茨城県つくば市東1−1−1 つくばセンター 中央第6)に2009年8月26日付けで受領番号FERM AP−21838として寄託されている。   In addition, NAM34-4C, which is the yeast strain used in the production of the yeast, is a patent biological deposit center of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Tsukuba Center, 1-1-1 East Tsukuba City, Ibaraki Prefecture 305-8586). 6), deposited on August 26, 2009 as receipt number FERM AP-21838.

NAPX11−55BX(受領番号FERM AP−21840)の主な菌学的性質は以下の通りである。
A 培養的・形態的性質
(1)各種培地における生育状態
2%YPD寒天培地で培養する場合、栄養細胞の大きさは5−10μm;形状は楕円状;増殖態様は出芽;菌糸形成は無い;コロニーは白色で円滑である。液体培地では表面発育がなく、液中に凝集する。
(2)単独では子嚢胞子を形成しない
B 生理学的・化学分類学的性質
(1)最適生育条件(pH、温度):pH、 4.5〜6.0; 温度、28℃〜35℃.
(2)生育の範囲(pH、温度):pH、 3.0〜7.0; 温度、25℃〜40℃.
C 炭素源の資化性(特に、*印)
(1)D−キシロース +
(2)D−グルコース +
(3)D−マンノース +
(4)D−ガラクトース +
(5)D−フラクトース +
(6)マルトース +
(7)シュークロース +
(8)セロビオース −
(9)トレハロース +
(9)可溶性デンプン −
(10)DL−乳酸塩 −
The main mycological properties of NAPX11-55BX (accession number FERM AP-21840) are as follows.
A Culture and morphological properties (1) Growth state in various media When cultured on a 2% YPD agar medium, the size of vegetative cells is 5-10 μm; the shape is oval; the growth mode is budding; The colony is white and smooth. In a liquid medium, there is no surface growth and it aggregates in the liquid.
(2) B Ascospores do not form by themselves B Physiological and chemical taxonomic properties (1) Optimal growth conditions (pH, temperature): pH, 4.5-6.0; Temperature, 28 ° C-35 ° C.
(2) Growth range (pH, temperature): pH, 3.0 to 7.0; Temperature, 25 ° C to 40 ° C.
C Carbon source assimilation (especially *)
(1) D-xylose +
(2) D-glucose +
(3) D-Mannose +
(4) D-galactose +
(5) D-fructose +
(6) Maltose +
(7) Shoe close +
(8) Cellobiose −
(9) Trehalose +
(9) Soluble starch-
(10) DL-lactate-

NAPX22(受領番号FERM AP−21839)の主な菌学的性質は以下の通りである。
A 培養的・形態的性質
(1)各種培地における生育状態
2%YPD寒天培地で培養する場合、栄養細胞の大きさは5−10μm;形状は楕円状;増殖態様は出芽;菌糸形成は無い;コロニーは白色で円滑である。液体培地では表面発育がなく、液中に凝集する。
(2)単独では子嚢胞子を形成する
B 生理学的・化学分類学的性質
(1)最適生育条件(pH、温度):pH、 4.5〜6.0; 温度、28℃〜35℃.
(2)生育の範囲(pH、温度):pH、 3.0〜7.0; 温度、25℃〜40℃.
C 炭素源の資化性(特に、*印)
(1)D−キシロース +
(2)D−グルコース +
(3)D−マンノース +
(4)D−ガラクトース +
(5)D−フラクトース +
(6)マルトース +
(7)シュークロース +
(8)セロビオース −
(9)トレハロース +
(9)可溶性デンプン −
(10)DL−乳酸塩 −
The main mycological properties of NAPX22 (accession number FERM AP-21839) are as follows.
A Culture and morphological properties (1) Growth state in various media When cultured on a 2% YPD agar medium, the size of vegetative cells is 5-10 μm; the shape is oval; the growth mode is budding; The colony is white and smooth. In a liquid medium, there is no surface growth and it aggregates in the liquid.
(2) B ascospores alone Physiological and chemical taxonomic properties (1) Optimal growth conditions (pH, temperature): pH, 4.5-6.0; Temperature, 28 ° C-35 ° C.
(2) Growth range (pH, temperature): pH, 3.0 to 7.0; Temperature, 25 ° C to 40 ° C.
C Carbon source assimilation (especially *)
(1) D-xylose +
(2) D-glucose +
(3) D-Mannose +
(4) D-galactose +
(5) D-fructose +
(6) Maltose +
(7) Shoe close +
(8) Cellobiose −
(9) Trehalose +
(9) Soluble starch-
(10) DL-lactate-

NAM34−4Cの主な菌学的性質は以下の通りである。
A 培養的・形態的性質
(1)各種培地における生育状態
2%YPD寒天培地で培養する場合、栄養細胞の大きさは5−10μm;形状は楕円状;増殖態様は出芽;菌糸形成は無い;コロニーは白色で円滑である。液体培地では表面発育がなく、液中に凝集する。
(2)単独では子嚢胞子を形成しない
B 生理学的・化学分類学的性質
(1)最適生育条件(pH、温度):pH、 4.5〜6.0; 温度、28℃〜35℃.
(2)生育の範囲(pH、温度):pH、 3.0〜7.0; 温度、25℃〜40℃.
C 炭素源の資化性(特に、*印)
(1)D−キシロース −
(2)D−グルコース +
(3)D−マンノース +
(4)D−ガラクトース +
(5)D−フラクトース +
(6)マルトース +
(7)シュークロース +
(8)セロビオース −
(9)トレハロース +
(9)可溶性デンプン −
(10)DL−乳酸塩 −
The main bacteriological properties of NAM34-4C are as follows.
A Culture and morphological properties (1) Growth state in various media When cultured on a 2% YPD agar medium, the size of vegetative cells is 5-10 μm; the shape is oval; the growth mode is budding; The colony is white and smooth. In a liquid medium, there is no surface growth and it aggregates in the liquid.
(2) B Ascospores do not form by themselves B Physiological and chemical taxonomic properties (1) Optimal growth conditions (pH, temperature): pH, 4.5-6.0; Temperature, 28 ° C-35 ° C.
(2) Growth range (pH, temperature): pH, 3.0 to 7.0; Temperature, 25 ° C to 40 ° C.
C Carbon source assimilation (especially *)
(1) D-xylose-
(2) D-glucose +
(3) D-Mannose +
(4) D-galactose +
(5) D-fructose +
(6) Maltose +
(7) Shoe close +
(8) Cellobiose −
(9) Trehalose +
(9) Soluble starch-
(10) DL-lactate-

本発明の酵母は、上記特徴を有する酵母を分離できるのであれば特に制限されないが、例えば、本明細書の実施例で示した方法により分離できる。   Although the yeast of this invention will not be restrict | limited especially if the yeast which has the said characteristic can be isolate | separated, For example, it can isolate | separate by the method shown in the Example of this specification.

本発明の酵母は、通常この技術分野で用いられる酵母用の培地および培養条件下で培養することができる。炭素源としては、上記した本発明の酵母が資化できる炭素源であれば特に制限されない。窒素源としては硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウムなどのアンモニウム塩、硝酸塩およびペプトン、肉エキス、コーンスチープリカー、コーングルーテンミール、綿実油、脱脂大豆などの有機物を用いることができる。その他微量の無機金属類、ビタミン類、成長促進因子、たとえばチアミン、ビオチンを含む酵母エキスなどを添加してもよい。これらの培地成分は本発明の酵母の生育を阻害しない濃度であればよく、炭素源は通常0.025〜5.0重量%を用いるのが適当である。窒素源は通常0.05〜1重量%用いるのが適当である。培地は通常pH 4.5〜8.5、好ましくはpH 5.0〜7.5、さらに好ましくはpH 5.5に調整し、滅菌して使用する。培養温度の範囲は本発明の酵母が生育し得る温度であればよく、通常20〜40℃ 、好ましくは30℃が適当である。本発明の酵母を液体培養する場合は、振とう培養または通気撹拌培養するのが好ましい。培養時間は種々の培養条件によって異なるが、振とう培養または通気撹拌培養のばあいは1〜5日間、好ましくは2〜3日間が適当である。   The yeast of the present invention can be cultured under the yeast medium and culture conditions usually used in this technical field. The carbon source is not particularly limited as long as it is a carbon source that can be assimilated by the yeast of the present invention described above. As the nitrogen source, ammonium salts such as ammonium sulfate, ammonium nitrate, and ammonium acetate, organic substances such as nitrate and peptone, meat extract, corn steep liquor, corn glue tenmeal, cottonseed oil, and defatted soybean can be used. In addition, a small amount of inorganic metals, vitamins, growth promoting factors such as thiamine, yeast extract containing biotin and the like may be added. These medium components may be in concentrations that do not inhibit the growth of the yeast of the present invention, and it is appropriate that the carbon source is usually 0.025 to 5.0% by weight. It is appropriate to use 0.05 to 1% by weight of nitrogen source. The medium is usually adjusted to pH 4.5 to 8.5, preferably pH 5.0 to 7.5, more preferably pH 5.5, and sterilized before use. The culture temperature may be any temperature at which the yeast of the present invention can grow, and is usually 20 to 40 ° C, preferably 30 ° C. When the yeast of the present invention is subjected to liquid culture, it is preferable to perform shaking culture or aeration and agitation culture. Although the culture time varies depending on various culture conditions, 1 to 5 days, preferably 2 to 3 days are suitable for shaking culture or aeration and agitation culture.

本発明の酵母を用いてキシロースからエタノールを発酵により効率的に生産することができる。発酵反応は、当業者に公知の方法によって行うことができる。培地に含まれるキシロースの濃度はエタノールを生産できる限り特に限定されないが、0.1〜10%、好ましくは0.1%〜5%であり、また培地に含まれるグルコースの濃度は、0.1〜20%、好ましくは0.5〜15%である。培養温度は25℃〜40℃、好ましくは27℃〜37℃に制御することができ、培地のpHは、3.0〜7.6、好ましくは3.0〜5.0に制御する。発酵は嫌気条件で進行するので、酸素が存在しない状態が好ましく、そのため、発酵させる前に系内の酸素および培地中の溶存酸素を除去する操作、すなわち、窒素ガスを培地中に吹き込む操作を行うことが好ましい。反応は、連続式で行っても、バッチ式で行っても良い。培養開始から1〜192時間、好ましくは1〜96時間、さらに好ましくは8〜24時間後の培地を回収してエタノールを分離することができる。エタノールを分離する方法は、特に限定されず、蒸留又は浸透気化膜を用いる方法などを使用できる。分離したエタノールをさらに精製(例えば、蒸留等による精製)することによって、エタノールを得ることができる。   Ethanol can be efficiently produced from xylose by fermentation using the yeast of the present invention. The fermentation reaction can be performed by methods known to those skilled in the art. The concentration of xylose contained in the medium is not particularly limited as long as ethanol can be produced, but is 0.1 to 10%, preferably 0.1% to 5%. The concentration of glucose contained in the medium is 0.1%. -20%, preferably 0.5-15%. The culture temperature can be controlled to 25 ° C to 40 ° C, preferably 27 ° C to 37 ° C, and the pH of the medium is controlled to 3.0 to 7.6, preferably 3.0 to 5.0. Since fermentation proceeds under anaerobic conditions, it is preferable that oxygen is not present. Therefore, an operation for removing oxygen in the system and dissolved oxygen in the medium before fermentation is performed, that is, an operation for blowing nitrogen gas into the medium. It is preferable. The reaction may be performed continuously or batchwise. The culture medium after 1 to 192 hours, preferably 1 to 96 hours, more preferably 8 to 24 hours after the start of culture can be recovered to separate ethanol. The method for separating ethanol is not particularly limited, and a method using distillation or a pervaporation membrane can be used. By further purifying the separated ethanol (for example, purification by distillation or the like), ethanol can be obtained.

以下の実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は実施例によって限定されるものではない。   The following examples further illustrate the present invention, but the present invention is not limited to the examples.

(A)実験材料と実験方法
(1)使用菌株およびプラスミド
Saccharomyces cerevisiae KF7Mは、次のような遺伝背景を持つ。MATa/MAT α HO/HO trp1/trp1::TEFp-ERG25 TDH3p::TDH3p-BGL1-TRP1 ura3/ura3::URA3-TDH3p-Xyl1-TDH3p-Xyl2-TDH3p-Xks1)。キシロースからキシロース-5-リン酸に代謝変換することができるようにTDH3p-Xyl1 TDH3p-Xyl2 TDH3p-Xks1を持つ。Xyl1とXyl2は、それぞれPichia stipitis由来のキシロースリダクターゼ遺伝子とキシリトルデヒドゲナーゼ遺伝子であり、Xks1は、Saccharomyces cerevisiae由来のキシルロキナーゼ遺伝子である。KF7由来のウラシル要求性株のプラスミドpIUX1X2XKによるURA+形質転換体として分離した株である。そのプラスミドは、pBluescriptにURA3 TDH3p-Xyl1-TDH3t TDH3p-Xyl2-TDH3t TDH3p-Xks1-TDH3tを加えたものである。KFG4-4BとKFG4-6Bは、KF7由来株であり、特開2009−171912号公報(特願2008-015864) に記載されており、それぞれ受託番号FERM P−21478及び受託番号FERM P−21479として、独立行政法人産業技術総合研究所の特許生物寄託センター(〒305−8566 茨城県つくば市東1−1−1 つくばセンター 中央第6)に2007年12月26日付けで寄託されている。
(A) Experimental materials and experimental methods (1) Strains and plasmids used
Saccharomyces cerevisiae KF7M has the following genetic background. MATa / MATαHO / HO trp1 / trp1 :: TEFp-ERG25 TDH3p :: TDH3p-BGL1-TRP1 ura3 /: ura3-TDH3p-Xyl1-TDH3p-Xyl2-TDH3p-Xks1). It has TDH3p-Xyl1 TDH3p-Xyl2 TDH3p-Xks1 so that it can be metabolically converted from xylose to xylose-5-phosphate. Xyl1 and Xyl2 are respectively a xylose reductase gene and a xylittle dehydrogenase gene derived from Pichia stipitis, and Xks1 is a xylulokinase gene derived from Saccharomyces cerevisiae. This is a strain isolated as a URA + transformant by the plasmid pIUX1X2XK of a uracil-requiring strain derived from KF7. The plasmid is obtained by adding URA3 TDH3p-Xyl1-TDH3t TDH3p-Xyl2-TDH3t TDH3p-Xks1-TDH3t to pBluescript. KFG4-4B and KFG4-6B are KF7-derived strains described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-171912 (Japanese Patent Application No. 2008-015864), and have accession number FERM P-21478 and accession number FERM P-21479, respectively. It is deposited on December 26, 2007 at the Patent Organism Depositary Center of the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (Tsukuba Center Chuo 6th, Tsukuba City, Ibaraki Prefecture 305-8586).

(2)培地
YPD培地1Lは,バクトペプトン20 g,バクト酵母エキス10 g,グルコース20gを含む。必要ならばアデニンとウラシルを最終濃度で40 mg/L最終濃度で加えた。固形培地の場合は、寒天を最終濃度20 g/Lで加えた。1 NのHCl溶液で特別な場合を除いてpH5.5に調整した。
(2) Medium
1 L of YPD medium contains 20 g of bactopeptone, 10 g of bacto yeast extract, and 20 g of glucose. If necessary, adenine and uracil were added at a final concentration of 40 mg / L. For solid media, agar was added at a final concentration of 20 g / L. The pH was adjusted to 5.5 with 1 N HCl solution except in special cases.

胞子形成培地1Lは,酢酸カリウム10 g,寒天20 gを含む。1NのHCl溶液でpH5.5に調整した。   1 L of sporulation medium contains 10 g of potassium acetate and 20 g of agar. The pH was adjusted to 5.5 with 1N HCl solution.

LB培地は、水1L当たりバクトトリプトン10 g、バクト酵母エキス5 g、NaCl 10 gを含み、pH7.2に調整した。SOB培地は、バクトトリプトン20 g、バクト酵母エキス5 g、塩化ナトリウム0.5 g、250 mM塩化カリウム溶液10 mlを水1L当たり含み、pH 7.0に調整した。SOC培地は、2 Mマグネシウム溶液(1 M塩化マグネシウム、1 M硫酸マグネシウム) 10 mlと2 Mグルコース溶液10 mlをSOB培地1L当たりに含むよう調整した。固体培地には培地1 L当たり15 gの寒天を加えた。必要に応じて、最終濃度で、チアミンを5 μg/ml、アンピシリンを50 μg/ml、カナマイシンを50 μg/mlとなるように加えた。   The LB medium contained 10 g of bactotryptone, 5 g of bacto yeast extract, and 10 g of NaCl per liter of water, and was adjusted to pH 7.2. The SOB medium contained 20 g of bactotryptone, 5 g of bacto yeast extract, 0.5 g of sodium chloride, and 10 ml of 250 mM potassium chloride solution per liter of water, and was adjusted to pH 7.0. The SOC medium was adjusted to contain 10 ml of 2 M magnesium solution (1 M magnesium chloride, 1 M magnesium sulfate) and 10 ml of 2 M glucose solution per liter of SOB medium. To the solid medium, 15 g of agar was added per 1 L of the medium. If necessary, thiamine was added at a final concentration of 5 μg / ml, ampicillin at 50 μg / ml, and kanamycin at 50 μg / ml.

(3)胞子形成法とその検定法
YPD固形培地上で30℃、1日静置培養した。増殖した被試験酵母菌コロニーを滅菌した爪楊枝で胞子形成培地に移した。30℃、2日〜3日静置培養し、胞子形成させた。
滅菌した爪楊枝でサンプルを取り、スライドガラス上の5 μlの滅菌水中に懸濁した。光学顕微鏡で(300倍、対物レンズx20、接眼レンズx10、中間変倍x1.5、オリンパス光学顕微鏡BH2)胞子形成を観察し、胞子形成を検定した。
(3) Spore formation method and its test method
The culture was statically cultured at 30 ° C. for 1 day on a YPD solid medium. The grown yeast colonies to be tested were transferred to a sporulation medium with a sterilized toothpick. The culture was allowed to stand at 30 ° C. for 2 to 3 days to form spores.
Samples were taken with a sterile toothpick and suspended in 5 μl of sterile water on a glass slide. Spore formation was observed with an optical microscope (300x, objective lens x20, eyepiece x10, intermediate magnification x1.5, Olympus light microscope BH2), and spore formation was examined.

(4)Mass mating法
被試験酵母菌細胞を滅菌した白金線で2 mlのYPD液体培地に植菌した。さらに標準株の酵母菌細胞(例えばBY4849 (MATα ura3-1 leu2-3,112 trp1-1 his3-11,15 ade2-1 can1-100 rad5-535))を滅菌した白金線で同じ培地に植菌した。この混合した2 mlのYPD懸濁液を30℃で数時間静置培養した。さらに30℃で一晩静置培養した。
(4) Mass mating method Yeast cells to be tested were inoculated into a 2 ml YPD liquid medium with a sterilized platinum wire. Furthermore, standard yeast cells (for example, BY4849 (MATα ura3-1 leu2-3,112 trp1-1 his3-11,15 ade2-1 can1-100 rad5-535)) were inoculated into the same medium with a sterilized platinum wire. This mixed 2 ml YPD suspension was incubated at 30 ° C. for several hours. Further, the culture was allowed to stand overnight at 30 ° C.

(5)接合子の判定
mass matingした細胞培養液を滅菌したピペットマンP20で5 μl取り、スライドガラスにのせた。カバーガラスをその上にのせ、光学顕微鏡で観察した。接合子の具体的な図は、例えば、酵母分子遺伝学実験法(学会出版センター、大嶋泰治 編著11ページ図I-3)にある。
(5) Judgment judgment
5 μl of the mass mated cell culture solution was taken with a sterilized Pipetman P20 and placed on a slide glass. A cover glass was placed thereon and observed with an optical microscope. A specific diagram of the zygote can be found in, for example, the Yeast Molecular Genetics Experiment Method (Academic Publishing Center, Taiji Oshima, page 11, Figure I-3)

(6)ミクロマニプレーターによる酵母菌の単細胞分離
被試験菌(例えばKF7)をYPD固形培地に植菌し、30℃で1日静置培養した。生じたコロニーを2mlのYPD液体培地に懸濁し、20 mlのYPD固形培地の上に火炎滅菌した白金耳で載せた。その後、ミクロマニプレーター(シンガーMSMシステム200、Singer Instruments, Roadwater, Watchet, Somerset TA23 0RE, UK)を用いて、顕微鏡下、典型的な二倍体酵母である卵形に近い形の単細胞を分離した。30℃で2日間、静置培養し、単細胞から増殖したコロニーを得た。
(6) Single cell separation of yeast by micromanipulator A test organism (for example, KF7) was inoculated into a YPD solid medium and left to stand at 30 ° C. for 1 day. The resulting colony was suspended in 2 ml of YPD liquid medium and placed on a 20 ml YPD solid medium with a platinum sterilized flame-sterilized ear. Then, using a micromanipulator (Singer MSM System 200, Singer Instruments, Roadwater, Watchet, Somerset TA23 0RE, UK), single cells with a shape close to an egg shape, which is a typical diploid yeast, were isolated under a microscope. did. By static culture at 30 ° C. for 2 days, colonies that grew from single cells were obtained.

(7)子嚢胞子の解剖
胞子形成培地上の細胞を300 μg/ml 最終濃度でzymolyase20 を含む75 μlの0.15 M リン酸カルウム緩衝液pH7.5に懸濁し、30℃で20分保温した。その後、滅菌した白金耳で胞子懸濁液を取り、YPD固形培地上に移した。ミクロマニプレーターで4胞子を単胞子ずつに解剖した後、30℃で2日から3日間、静置培養した。
(7) Anatomy of ascospores Cells on the spore formation medium were suspended in 75 μl of 0.15 M potassium phosphate buffer pH 7.5 containing zymolyase20 at a final concentration of 300 μg / ml, and incubated at 30 ° C. for 20 minutes. Thereafter, the spore suspension was taken with a sterilized platinum loop and transferred onto a YPD solid medium. Four spores were dissected into single spores with a micromanipulator and then statically cultured at 30 ° C. for 2 to 3 days.

(8)使用したプライマー
Hxt5およびHxt7遺伝子発現をグルコース存在下でも行うために次のプライマーを用いた。
(8) Used primers
The following primers were used to perform Hxt5 and Hxt7 gene expression even in the presence of glucose.

HXT5構成化用F-LTKTL(HXT5)とR-TDH3(HXT5)プライマー。
F-LTKTL(HXT5):
TGTGGATGAATATATGGGCATGGGTTAATTAGTTTTAGGGGGCCGCCAGCTGAAGCTTCG(配列番号1)
R-TDH3 (HXT5):CTTCCAAGGGGCCTTGATGAGCGTTTTCAAGTTCCGACATTTTGTTTGTTTATGTGTGTTTATTCGA(配列番号2)
F-LTKTL (HXT5) and R-TDH3 (HXT5) primers for HXT5 construction.
F-LTKTL (HXT5):
TGTGGATGAATATATGGGCATGGGTTAATTAGTTTTAGGGGGCCGCCAGCTGAAGCTTCG (SEQ ID NO: 1)
R-TDH3 (HXT5): CTTCCAAGGGGCCTTGATGAGCGTTTTCAAGTTCCGACATTTTGTTTGTTTATGTGTGTTTATTCGA (SEQ ID NO: 2)

HXT7構成化用F-LTKTL(HXT7)とR-TDH3(HXT7)プライマー。
F-LTKTL(HXT7):
ACATTTGCTTCTGCTGGATAATTTTCAGAGGCAACAAGGAGGCCGCCAGCTGAAGCTTCG(配列番号3)
R-TDH3(HXT7):
CCACAGGAGTTTGCTCTGCAATAGCAGCGTCTTGTGACATTTTGTTTGTTTATGTGTGTTTATTCGA(配列番号4)
F-LTKTL (HXT7) and R-TDH3 (HXT7) primers for HXT7 construction.
F-LTKTL (HXT7):
ACATTTGCTTCTGCTGGATAATTTTCAGAGGCAACAAGGAGGCCGCCAGCTGAAGCTTCG (SEQ ID NO: 3)
R-TDH3 (HXT7):
CCACAGGAGTTTGCTCTGCAATAGCAGCGTCTTGTGACATTTTGTTTGTTTATGTGTGTTTATTCGA (SEQ ID NO: 4)

GXS1を酵母で発現させるために次のGXS1カセット作製用F-GXS1(TDH3-NspV)とR-GXS1(BamH1)プライマーを作成した。
F-GXS1 (TDH3-NspV):
TTAGTTTCGAATAAACACACATAAACAAACAAAATGGGTTTGGAGGACAATAG(配列番号5)
R-GXS1(BamH1):
TTTGGATCCTTAAACAGAAGCTTCTTCAGACA(配列番号6)
In order to express GXS1 in yeast, the following F-GXS1 (TDH3-NspV) and R-GXS1 (BamH1) primers for GXS1 cassette preparation were prepared.
F-GXS1 (TDH3-NspV):
TTAGTTTCGAATAAACACACATAAACAAACAAAATGGGTTTGGAGGACAATAG (SEQ ID NO: 5)
R-GXS1 (BamH1):
TTTGGATCCTTAAACAGAAGCTTCTTCAGACA (SEQ ID NO: 6)

GXS1遺伝子を酵母のHxt16部位に移入するために用いたのがR-GXS1+HXT16とF-pUG6-HXT16-300プライマーである。
R-GXS1+HXT16:
TCAATTAAAACTCTTTGGGAACTTCAAAACTTCTTTCCAGTTAAACAGAAGCTTCTTCAGACA(配列番号7)
F-pUG6-HXT16-300:
GTCAGGCAAGGTAGATGATGTAAACAAACGAGGACTTGTAGGCCGCCAGCTGAAGCTTCG(配列番号8)
R-GXS1 + HXT16 and F-pUG6-HXT16-300 primers were used to transfer the GXS1 gene to the Hxt16 site of yeast.
R-GXS1 + HXT16:
TCAATTAAAACTCTTTGGGAACTTCAAAACTTCTTTCCAGTTAAACAGAAGCTTCTTCAGACA (SEQ ID NO: 7)
F-pUG6-HXT16-300:
GTCAGGCAAGGTAGATGATGTAAACAAACGAGGACTTGTAGGCCGCCAGCTGAAGCTTCG (SEQ ID NO: 8)

(9)DNA抽出、PCR、形質転換、塩基配列決定
大腸菌のプラスミドDNA抽出は、High Pure Plasmid Isolation Kitを用い、添付のプロトコールに従い抽出した。酵母菌のDNA抽出は以下の方法で行った。酵母菌体(YPD培地、30℃、Abs660 nm=1.5)を遠心分離(6,000 × g,2分)し、集めた細胞を緩衝液(0.1 M Tris-HCl、pH8.0、0.1 M NaCl)に懸濁後、0.3 mmビーズを用いて破砕(2,000 rpm、2分)した。上澄みをフェノール-クロロホルウム処理後、遠心分離(1,800 × g、15分)した。水層部分に1/10量の3 M酢酸ナトリウムと0.6量のイソプロピルアルコールを加え,遠心分離(2,800 × g、10分)した。エタノールで沈殿させTE緩衝液を加えDNA溶液とした。PCR反応は,Ready・To・Go PCR Beadsキット(Amersham Pharmacia Biotech Inc製)を用いて行った。
(9) DNA extraction, PCR, transformation, nucleotide sequence determination Plasmid DNA extraction of E. coli was performed using High Pure Plasmid Isolation Kit according to the attached protocol. Yeast DNA extraction was performed by the following method. The yeast cells (YPD medium, 30 ° C, Abs 660 nm = 1.5) are centrifuged (6,000 × g, 2 minutes), and the collected cells are buffered (0.1 M Tris-HCl, pH 8.0, 0.1 M NaCl) And then crushed (2,000 rpm, 2 minutes) using 0.3 mm beads. The supernatant was treated with phenol-chloroform and then centrifuged (1,800 × g, 15 minutes). 1/10 volume of 3M sodium acetate and 0.6 volume of isopropyl alcohol were added to the aqueous layer and centrifuged (2,800 × g, 10 minutes). Precipitate with ethanol and add TE buffer to make a DNA solution. The PCR reaction was performed using a Ready To Go PCR Beads kit (Amersham Pharmacia Biotech Inc).

大腸菌の形質転換は、エレクトロポーレーションを用いて以下の方法で行った。大腸菌DH10B培養菌体(Abs600 nm = 0.5〜0.8)を1 mM HEPES緩衝液で洗浄後、10%グリセロールに懸濁しコンピテント細胞を調製した。Gene Pulser Xcell Electroporation System (2,500 V、Gap:0.2 cm、25 μF、200 Ω)を用いてDNAを移入した。酵母の形質転換は、酢酸リチウム法を用いて行った7)The transformation of E. coli was performed by the following method using electroporation. E. coli DH10B cultured cells (Abs 600 nm = 0.5 to 0.8) were washed with 1 mM HEPES buffer and suspended in 10% glycerol to prepare competent cells. DNA was transferred using Gene Pulser Xcell Electroporation System (2,500 V, Gap: 0.2 cm, 25 μF, 200 Ω). Yeast transformation was performed using the lithium acetate method7 ) .

塩基配列決定は、Applied Biosystems 3130ジェネティックアナライザーとBigDyeTM Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kitを用いて行った。 The nucleotide sequence was determined using Applied Biosystems 3130 Genetic Analyzer and BigDye Terminator v3.1 Cycle Sequencing Kit.

(B)結果
図1の灰色で囲んだ中の下線株KFG5、KFG4-4B、KFG4-6Bは、特開2009−171912号公報(特願2008-015864) に記載されており、それぞれ受託番号FERM P−21480、受託番号FERM P−21478及び受託番号FERM P−21479として、独立行政法人産業技術総合研究所の特許生物寄託センター(〒305−8566 茨城県つくば市東1−1−1 つくばセンター 中央第6)に2007年12月26日付けで寄託されている。これらは、エタノール生産性の強い実用酵母で、耐熱性と耐酸性と掛け合わせ可能な性質を持つ。さらに、形質転換能が高く、遺伝子操作しやすい株がNAM34-4Cである。この株は図1で四角に囲んである。図1の家系図を参照しながら構築過程を説明する。
(B) Results Underlined strains KFG5, KFG4-4B, and KFG4-6B enclosed in gray in FIG. 1 are described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-171912 (Japanese Patent Application No. 2008-015864). As P-21480, accession number FERM P-21478 and accession number FERM P-21479, the National Institute of Advanced Industrial Science and Technology's Patent Biological Deposit Center (1-1-1 Tsukuba, Tsukuba City, Ibaraki Pref. 6) was deposited on December 26, 2007. These are practical yeasts with strong ethanol productivity, and have a property that can be combined with heat resistance and acid resistance. Furthermore, NAM34-4C is a strain that has high transformation ability and is easy to genetically manipulate. This strain is boxed in FIG. The construction process will be described with reference to the family tree of FIG.

KFG5、KFG4-4B、KFG4-6B株を構築する上で生じた株KF7-5Cと実験室酵母SH6710とを掛け合わせ二倍体NAM2を得た。4胞子を形成させ、一倍体の子孫株NAM2-2Bを選抜した。選抜内容は、増殖の良い掛け合わせの優れた性質を持つ株である。この株とKF7-5Cと戻し交配を行いNAM3-15Dを選抜した。このような掛け合わせをさらに5回繰り返しNAM11-9CとNAM11-13Aを得た。この株から得た二倍体NAM15は親株であるKF7に極めて近い遺伝背景を持つと推定できる。その耐酸性と耐熱性の強さを示すYPD培地 pH2.6、35℃での世代時間Gと比増殖速度μを図1示している。   The strain KF7-5C produced in constructing the KFG5, KFG4-4B and KFG4-6B strains was multiplied with the laboratory yeast SH6710 to obtain a diploid NAM2. Four spores were formed and the haploid progeny strain NAM2-2B was selected. The content of the selection is a strain having excellent properties of multiplication with good growth. NAM3-15D was selected by backcrossing with this strain and KF7-5C. Such multiplication was further repeated 5 times to obtain NAM11-9C and NAM11-13A. It can be presumed that the diploid NAM15 obtained from this strain has a genetic background very close to the parent strain KF7. Fig. 1 shows the generation time G and specific growth rate µ at Y2.6 medium pH 2.6, 35 ° C, which shows the strength of acid resistance and heat resistance.

一方、KFG4-6Bから増殖の優れた凝集性のない株KFG4-6BDを選抜した。耐熱性および耐酸性は、NAM15よりも優れていることが図1中の世代時間が2.2時間とNAM15の3.1時間よりも早いことから推定できる。この増殖の良い性質を取り込んだ株がNAM34-4Cである。増殖に要する世代時間は1.3時間と最も増殖が早いことがわかる。また、図2に示したように形質転換能は実験室酵母であるBY4841よりもむしろ高かった。   On the other hand, KFG4-6BD was selected from KFG4-6B. It can be estimated that the heat resistance and acid resistance are superior to NAM15 because the generation time in FIG. 1 is 2.2 hours, which is earlier than 3.1 hours of NAM15. A strain that incorporates this good growth property is NAM34-4C. It can be seen that the generation time required for growth is 1.3 hours, which is the fastest. Moreover, as shown in FIG. 2, the transformation ability was higher than BY4841, which is a laboratory yeast.

NAM34-4Cを親株にしてキシロースからもエタノール発酵できうる酵母を構築した(図2の性質1と2を併せ持つ)。その基本的な遺伝子構造を以下に示す。
(1)TDH3p-Hxt7 TDH3p-GXS1:グルコース存在下でもキシロースを細胞内に取り込みうる。
(2)TDH3p-Xyl1 TDH3p-Xyl2 TDH3p-Xks1:グルコース存在下でもキシロースをキシルロース-5-リン酸に代謝変換できうる。
(3)キシロース資化が非常に高い性質HEX(High Efficiency of Xylose Metabolism)を導く自然突然変異(この性質が本発明の酵母の最大の特徴である)
NAM34-4C was used as a parent strain, and a yeast capable of ethanol fermentation from xylose was constructed (having properties 1 and 2 in FIG. 2 together). The basic gene structure is shown below.
(1) TDH3p-Hxt7 TDH3p-GXS1: Xylose can be taken into cells even in the presence of glucose.
(2) TDH3p-Xyl1 TDH3p-Xyl2 TDH3p-Xks1: It can metabolize xylose to xylulose-5-phosphate even in the presence of glucose.
(3) Spontaneous mutation leading to HEX (High Efficiency of Xylose Metabolism), which is a property with very high utilization of xylose (this property is the greatest feature of the yeast of the present invention)

キシロース資化が十分でなければ、細胞内のキシロースはむしろ阻害的に働いた。従って、(2)ではキシロースは資化できず、(1)と(2)では増殖阻害が起こり、(1)と(2)と(3)が揃った場合のみ、強いキシロース資化が起こり、キシロースからの高いエタノール収率71%が認められた(35 g/Lのキシロースを含むYPX培地 pH 5.5、35℃、約24時間後の収率)。また、グルコースとキシロースからのエタノール収率も84%と高かった(70 g/Lグルコースと30 g/Lキシロースを同時に含むYPDX培地 pH4.0、35℃で、24時間後の収率)。24時間という短時間におけるこのような高い収率は、これまで報告がない。本発明では、上記(1)から(3)の性質を有する菌株NAPX22を取得した。また、NAPX22を得る過程の一倍体株NAPX11-55BXも本発明の範囲内である。一倍体株NAPX11-55BXの遺伝背景も、NAPX22と同様に上記(1)から(3)を有している。   If xylose utilization was not sufficient, intracellular xylose worked rather inhibitory. Therefore, xylose cannot be assimilated in (2), growth inhibition occurs in (1) and (2), and strong xylose assimilation occurs only when (1), (2) and (3) are aligned, A high ethanol yield of 71% from xylose was observed (YPX medium containing 35 g / L xylose, pH 5.5, 35 ° C., yield after about 24 hours). In addition, the ethanol yield from glucose and xylose was as high as 84% (YPDX medium containing 4.0 g of 70 g / L glucose and 30 g / L xylose, pH 4.0, yield after 24 hours at 35 ° C.). Such a high yield in a short time of 24 hours has never been reported. In the present invention, the strain NAPX22 having the properties (1) to (3) above was obtained. Also within the scope of the present invention is the haploid strain NAPX11-55BX in the process of obtaining NAPX22. The genetic background of the haploid strain NAPX11-55BX also has the above (1) to (3) like NAPX22.

菌株構築の手順は次のように行った。
(1)グルコース存在下でもキシロースを細胞に取り込み得る酵母の作製
(a) TDH3p-Hxt7やTDH3p-GXS1などの遺伝子構造を作製するためのカセットベクターの構築(図3)。
loxP-TEFp-Kanmx-TEFt-loxP-TDH3pからなる領域をベクター内に構築した。Hxt7p-Hxt7の構造をTDH3p-Hxt7に換える場合は、Hxt7構造遺伝子の上流配列40 mer +TEF-p領域20 merとTDH3p領域20 mer + Hxt7構造遺伝子上部40 merを購入し、PCR増幅後に直接酵母に移入し、G418耐性転換体として分離すれば構築可能である。塩基配列情報は、酵母のゲノムデータベースから入手した。構築株はキシロースを大量に細胞内に輸送できる潜在能力がある(図4、NAM34- 7H)。Hxt5も同様にして構築可能である(図4、NAM34-5H)。
The procedure for strain construction was as follows.
(1) Production of yeast capable of taking xylose into cells even in the presence of glucose
(a) Construction of a cassette vector for producing gene structures such as TDH3p-Hxt7 and TDH3p-GXS1 (FIG. 3).
A region consisting of loxP-TEFp-Kanmx-TEFt-loxP-TDH3p was constructed in the vector. To change the structure of Hxt7p-Hxt7 to TDH3p-Hxt7, purchase the upstream sequence 40 mer + TEF-p region 20 mer of the Hxt7 structural gene and the 20 mer of TDH3p region 20 mer + the upper 40 mer of the Hxt7 structural gene, and directly after yeast amplification And can be constructed by separating it as a G418 resistant transformant. The nucleotide sequence information was obtained from the yeast genome database. The constructed strain has the potential to transport a large amount of xylose into the cell (FIG. 4, NAM34-7H). Hxt5 can be constructed in the same manner (FIG. 4, NAM34-5H).

(b) グルコース存在下でキシロース輸送できうる遺伝子構造株
カセットベクターを使用してTDH3p-Hxt7とTDH3p-Hxt5株を構築した。細胞外のキシロース濃度が下がった場合、Hxt7輸送系ではKm値が高いため取り込み効率が極端に悪くなる。この問題を解決するためにKm値が0.2 mM(図2)と低いGXS1も次のようにしてクローニングした。NspVより下流のTDH3p領域とCandida intermediaのGXS1をPCR増幅した後、大腸菌内にクローニングした。その後、GXS1をHxt16遺伝領域に組み込んだ(図4、NAM26-15G2)。
(b) Gene structure strain capable of transporting xylose in the presence of glucose TDH3p-Hxt7 and TDH3p-Hxt5 strains were constructed using a cassette vector. When the extracellular xylose concentration decreases, the Hxt7 transport system has a high Km value, so the uptake efficiency becomes extremely poor. In order to solve this problem, GXS1, which has a low Km value of 0.2 mM (FIG. 2), was also cloned as follows. The TDH3p region downstream of NspV and Candida intermedia GXS1 were PCR amplified and cloned into E. coli. Subsequently, GXS1 was integrated into the Hxt16 genetic region (FIG. 4, NAM26-15G2).

続いて、図4で示したように二重株をNAM26-15G2とNAM34-7Hの掛け合わせで構築した。このようにしてキシロース取り込み系株を構築した。   Subsequently, a double strain was constructed by crossing NAM26-15G2 and NAM34-7H as shown in FIG. In this way, a xylose uptake strain was constructed.

(2)キシロースをキシルロース-5-リン酸に変換できうる遺伝子構造株
ホモタリズム株、KF7Mでは、キシロースをキシルロース-5-リン酸に変換できうる株を構築している。構成的にXRとXDとXKを発現する能力があり、ura3領域内に一カ所遺伝子挿入している(図6)。
(2) Gene structure strain capable of converting xylose into xylulose-5-phosphate A homothalism strain, KF7M, has constructed a strain capable of converting xylose into xylulose-5-phosphate. It has the ability to express XR, XD, and XK constitutively, and a single gene is inserted into the ura3 region (FIG. 6).

そこで、掛け合わせを利用してヘテロタリズム株に性質を次のようにして回収した。KF7Mの胞子とNAM11-2Cとを掛け合わせ、そこから4分子のひとつNAM22-6Aを得た。この株は掛け合わせで4分子を得ることができなかった。キシロース資化性がなく、また、キシロース代謝異常が起こっていると推定できた。そこで、キシロースを強く資化する自然突然変異体を分離した(図5、NAM22-6AX)。得られた変異体とNAM27-8Cからは4分子を得ることができた。その一株NAM28-4BをさらにNAM27-8Cと掛け合わせNAM29-1Aを得た。この株は、キシロースの資化性はあるが極端に低かった(図6)。   Therefore, the properties of the heterothalism strain were collected as follows using cross-linking. The KF7M spore and NAM11-2C were crossed to obtain one of the four molecules, NAM22-6A. This strain could not obtain 4 molecules by crossing. It was estimated that there was no xylose assimilation and xylose metabolism abnormality occurred. Therefore, a natural mutant that strongly assimilate xylose was isolated (FIG. 5, NAM22-6AX). Four molecules were obtained from the obtained mutant and NAM27-8C. The strain NAM28-4B was further crossed with NAM27-8C to obtain NAM29-1A. This strain had xylose assimilation but extremely low (FIG. 6).

(3)キシロース代謝系とキシロース取り込み系を併せ持つ株の構築
NAM29-1AとNAPX7-7HGとを掛け合わせて得た株が、NAPX11-55Bである。この株の増殖は、親株のNAM29-1Aと比べると明らかに低い(図6)。従って、細胞内のキシロース代謝が弱いとキシロースによって増殖阻害が起きると推定できる。
(3) Construction of strains having both xylose metabolism and xylose uptake
A strain obtained by multiplying NAM29-1A and NAPX7-7HG is NAPX11-55B. The growth of this strain is clearly lower compared to the parent strain NAM29-1A (FIG. 6). Therefore, it can be estimated that when the intracellular xylose metabolism is weak, growth inhibition is caused by xylose.

(4)キシロース代謝が強化された株の分離
NAPX11-55Bを培養し続けると増殖の良い自然突然変異体が分離できた。単一コロニー分離して得た株が、NAPX11-55BXである。この増殖は、明らかにNAM29-1AやNAPX11-55Bよりも良い(図6)。NAPX11-55BXとNAM51-8Cとを掛け合わせ4分子のひとつNAPX12-10Aを得た。増殖力はNAPX11-55BXに匹敵していた。このNAPX12-10AとNAPX11-55Bとを掛け合わせて得た4分子がNAPX18-1BとNAPX18-10Bであり、増殖能の良い、かつ掛け合わせに優れた株である。この両者を掛け合わせて得た株が、NAPX22二倍体である。
(4) Isolation of strains with enhanced xylose metabolism
When NAPX11-55B was continuously cultured, spontaneous mutants with good growth could be isolated. A strain obtained by separating a single colony is NAPX11-55BX. This proliferation is clearly better than NAM29-1A or NAPX11-55B (FIG. 6). NAPX11-55BX and NAM51-8C were crossed to obtain one of four molecules, NAPX12-10A. The proliferative power was comparable to NAPX11-55BX. Four molecules obtained by multiplying NAPX12-10A and NAPX11-55B are NAPX18-1B and NAPX18-10B, which are strains with good proliferation ability and excellent hybridization. A strain obtained by multiplying both is NAPX22 diploid.

エタノール発酵試験を行ったところ、図7に示すようにグルコースとキシロースから高いエタノール収率84%が、わずか24時間程度の培養で得られた。この発酵力はこれまでの報告の中で最も高い。従って、このNAPX22とNAPX11-55BXを本発明の酵母株の一例として選択した。   As a result of the ethanol fermentation test, as shown in FIG. 7, a high ethanol yield of 84% was obtained from glucose and xylose in culture for only about 24 hours. This fermentative power is the highest reported so far. Therefore, NAPX22 and NAPX11-55BX were selected as examples of the yeast strain of the present invention.

本発明の酵母は、セルロース系バイオマスおよびその他のバイオマスからのバイオエタノールを生産する分野において有用である。   The yeast of the present invention is useful in the field of producing bioethanol from cellulosic biomass and other biomass.

図1は、酵母の改良の過程を示す。FIG. 1 shows the process of yeast improvement. 図2は、キシロース・グルコースからエタノール発酵する実用酵母の育種を示す。FIG. 2 shows breeding of a practical yeast that is ethanol-fermented from xylose / glucose. 図3は、目的の遺伝子を構成的に発現するカセットの構築を示す。FIG. 3 shows the construction of a cassette that constitutively expresses the gene of interest. 図4は、キシロース取り込み系:Hxt5、Hxt7、GXS1を示す。FIG. 4 shows xylose uptake systems: Hxt5, Hxt7, GXS1. 図5は、キシロース代謝系を持つ実用酵母の改良を示す。FIG. 5 shows the improvement of a practical yeast having a xylose metabolic system. 図6は、キシロース培地中での構築実用酵母の増殖曲線を示す。FIG. 6 shows the growth curve of the constructed practical yeast in xylose medium. 図7は、NAPX22株の発酵試験の結果を示す。FIG. 7 shows the results of a fermentation test of NAPX22 strain.

Claims (10)

下記[a]及び[b]の特徴を有する酵母。
[a]キシロースの細胞内への取り込みに関与する遺伝子が導入されていることにより、グルコース存在下でもキシロースを細胞内へ取り込むことができる。
[b]キシロースをキシルロース-5-リン酸へ代謝し、エタノールを生産できる。
A yeast having the following features [a] and [b].
[A] By introducing a gene involved in xylose uptake into cells, xylose can be taken up into cells even in the presence of glucose.
[B] Metabolizes xylose to xylulose-5-phosphate to produce ethanol.
ヘテロタリズムである、請求項1に記載の酵母。 The yeast according to claim 1, which is heterothalism. グルコース存在下でもキシロースを細胞内へ取り込むための遺伝子としてHxt7遺伝子、Hxt5遺伝子又はGXS1遺伝子の少なくとも1以上を有する、請求項1又は2に記載の酵母。 The yeast according to claim 1 or 2, which has at least one of Hxt7 gene, Hxt5 gene and GXS1 gene as a gene for taking xylose into cells even in the presence of glucose. キシロースをキシルロース-5-リン酸へ代謝するための遺伝子として、キシロースレダクターゼ遺伝子、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有する、請求項1から3の何れかに記載の酵母。 The yeast according to any one of claims 1 to 3, which comprises a xylose reductase gene, a xylitol dehydrogenase gene and a xylulokinase gene as genes for metabolizing xylose to xylulose-5-phosphate. 70g/Lのグルコース及び30g/Lのキシロースを含むYPDX培地を用いた場合に24時間以内の培養時間で70%以上の収率でエタノールを発酵できる、請求項1から4の何れかに記載の酵母。 The ethanol can be fermented at a yield of 70% or more in a culture time of 24 hours or less when using a YPDX medium containing 70 g / L glucose and 30 g / L xylose. yeast. 70g/Lのグルコース及び30g/Lのキシロースを含むYPDX培地を用いた場合に24時間以内の培養時間で80%以上の収率でエタノールを発酵できる、請求項1から5の何れかに記載の酵母。 The ethanol can be fermented at a yield of 80% or more in a culture time of 24 hours or less when using a YPDX medium containing 70 g / L glucose and 30 g / L xylose. yeast. サッカロミセス・セルビシエに属する、請求項1から6の何れかに記載の酵母 The yeast according to any one of claims 1 to 6, which belongs to Saccharomyces cerevisiae. 受領番号FERM AP−21839又はFERM AP−21840を有する酵母。 Yeast having the receipt number FERM AP-21839 or FERM AP-21840. 受領番号FERM AP−21838を有する酵母。 Yeast with accession number FERM AP-21838. 請求項1から8のいずれか1項に記載の酵母を用いたキシロースからエタノールを生産する方法。 A method for producing ethanol from xylose using the yeast according to any one of claims 1 to 8.
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