JP2013034448A - Method for imparting acetic acid tolerance, method for producing acetic acid-tolerant yeast and method for producing ethanol by using acetic acid-tolerant yeast - Google Patents

Method for imparting acetic acid tolerance, method for producing acetic acid-tolerant yeast and method for producing ethanol by using acetic acid-tolerant yeast Download PDF

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純二 伊藤
Tateo Tokuhiro
健郎 徳弘
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve acetic acid tolerance of yeast having ethanol fermentative ability.SOLUTION: The YOL046C gene and/or a gene functionally equivalent to the YOL046C gene are introduced into yeast having ethanol fermentative ability, or the expression level of the gene in the yeast is improved.

Description

本発明は、エタノール発酵に利用される酵母に対する酢酸耐性付与方法、酢酸耐性酵母の製造方法及び酢酸耐性酵母を用いたエタノールの製造方法に関する。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method for imparting acetic acid resistance to yeast used for ethanol fermentation, a method for producing acetic acid resistant yeast, and a method for producing ethanol using acetic acid resistant yeast.

酵母によるエタノール発酵は、古くからの醸造のみならず、近年においてはバイオマスを利用した反応系にまで応用されている。従来、酵母のエタノール発酵能を向上させる試みが検討されている。一例として、酵母の酢酸耐性を向上させることで、培養環境中に存在する酢酸による酵母の増殖阻害を防止するといった技術が知られている(非特許文献1)。この非特許文献1に開示された方法は、可溶性低分子を細胞内に取り込む機能を有するFPS1遺伝子を破壊するといった方法である。FPS1遺伝子を破壊した酵母は、細胞内に酢酸を取り込みにくくなるため、酢酸を含有する培地において増殖できる。   Ethanol fermentation by yeast has been applied not only to brewing since ancient times, but also to reaction systems using biomass in recent years. In the past, attempts have been made to improve the ethanol fermentation ability of yeast. As an example, a technique is known in which yeast growth inhibition by acetic acid present in a culture environment is prevented by improving the acetic acid resistance of yeast (Non-patent Document 1). The method disclosed in Non-Patent Document 1 is a method of destroying an FPS1 gene having a function of taking a soluble small molecule into a cell. Yeast having disrupted the FPS1 gene is less likely to take up acetic acid into cells, and thus can grow in a medium containing acetic acid.

このように、遺伝子破壊により酵母に酢酸耐性を付与することはできるものの、酢酸耐性の程度としては未だ十分とは言えない。   Thus, although acetic acid resistance can be imparted to yeast by gene disruption, it cannot be said that the degree of acetic acid resistance is still sufficient.

Molecular and Cellular Biology, 2007, Vol. 27, p. 6446-6456Molecular and Cellular Biology, 2007, Vol. 27, p. 6446-6456

そこで、本発明は、上述した実情に鑑み、特に、エタノール発酵能を有する酵母における酢酸耐性を向上させる酢酸耐性能付与方法、酢酸耐性酵母の製造方法及び酢酸耐性酵母を用い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, the present invention particularly provides an acetic acid resistance imparting method for improving acetic acid resistance in a yeast having ethanol fermentation ability, a method for producing acetic acid resistant yeast, and a method for producing ethanol using acetic acid resistant yeast. The purpose is to provide.

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、エタノール発酵能を有する酵母に、機能未知の所定の遺伝子を導入する又は当該遺伝子の発現量を向上させることで当該酵母の酢酸耐性を向上できることを見いだし、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, acetic acid resistance of the yeast by introducing a predetermined gene whose function is unknown or improving the expression level of the gene into yeast having ethanol fermentation ability As a result, the present invention has been completed.

すなわち、本発明に係る酵母における酢酸耐性向上方法は、エタノール発酵能を有する酵母に対して、YOL046C遺伝子及び/又は当該YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子を導入する、又は当該酵母に対して当該遺伝子の発現量を向上させる方法である。   That is, the method for improving acetic acid resistance in yeast according to the present invention introduces a YOL046C gene and / or a gene functionally equivalent to the YOL046C gene into a yeast having ethanol fermentation ability, or the yeast This is a method for improving the expression level of a gene.

また、本発明に係る酢酸耐性酵母の製造方法は、エタノール発酵能を有する酵母に対して、YOL046C遺伝子及び/又は当該YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子を導入する、又は当該酵母に対して当該遺伝子の発現量を向上させる方法である。   The method for producing acetic acid-resistant yeast according to the present invention introduces a YOL046C gene and / or a gene functionally equivalent to the YOL046C gene into a yeast having ethanol fermentation ability, or the yeast This is a method for improving the expression level of a gene.

さらに、本発明に係る酢酸耐性酵母を用いたエタノールの製造方法は、エタノール発酵能を有する酵母に対して、YOL046C遺伝子及び/又は当該YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子を導入する、又は当該酵母に対して当該遺伝子の発現量を向上させた酵母を培地に培養し、培地からエタノールを回収する方法である。   Furthermore, the method for producing ethanol using acetic acid resistant yeast according to the present invention introduces a YOL046C gene and / or a gene functionally equivalent to the YOL046C gene into a yeast having ethanol fermentation ability, or the yeast On the other hand, yeast in which the expression level of the gene is improved is cultured in a medium, and ethanol is recovered from the medium.

本発明において、 YOL046C遺伝子及び当該YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子は、以下の(a)〜(c)のいずれかの遺伝子であることが好ましい。
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列に対して80%以上の一致度を有するアミノ酸配列を含むタンパク質をコードし、宿主酵母に導入することで酢酸耐性を向上する機能を有する遺伝子
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列に対して1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、不可又は挿入されたアミノ酸配列を含むタンパク質をコードし、宿主酵母に導入することで酢酸耐性を向上する機能を有する遺伝子
(c)配列番号1に示す塩基配列に対する相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドの一部又は全部に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができ、宿主酵母に導入することで酢酸耐性を向上する機能を有する遺伝子
また、本発明においてエタノール発酵能を有する酵母としてはSaccharomyces cerevisiaeを使用することができる。
In the present invention, the YOL046C gene and the gene functionally equivalent to the YOL046C gene are preferably any of the following genes (a) to (c).
(a) a gene that encodes a protein comprising an amino acid sequence having 80% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and has a function of improving acetic acid resistance by introduction into a host yeast
(b) Encodes a protein containing an amino acid sequence in which one or more amino acids have been deleted, substituted, disabled or inserted with respect to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and introduced into host yeast to improve acetic acid resistance Genes that function
(c) It can hybridize under stringent conditions to part or all of a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and is resistant to acetic acid when introduced into a host yeast. Further, in the present invention, Saccharomyces cerevisiae can be used as the yeast having ethanol fermentation ability.

本発明によれば、エタノール発酵能を有する酵母における酢酸耐性を付与又は向上させることができる。すなわち、本発明によれば、酢酸耐性に優れた酵母を作出することができ、酢酸存在下におけるエタノール収率を向上させることができる。したがって、本発明を適用することによって、例えば、バイオマスを利用した酵母によるエタノール発酵を効率化することができ、その結果、エタノールの生産性を改善することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the acetic acid tolerance in the yeast which has ethanol fermentation ability can be provided or improved. That is, according to the present invention, yeast excellent in acetic acid resistance can be produced, and the ethanol yield in the presence of acetic acid can be improved. Therefore, by applying the present invention, for example, ethanol fermentation by yeast using biomass can be made efficient, and as a result, ethanol productivity can be improved.

各種濃度の酢酸存在下における、コントロール株のOD600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 OD600 of the control strain in the presence of various concentrations of acetic acid. 各種濃度の酢酸存在下における、OC-2Δfps1株のOD600を測定した結果を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing the results of measuring OD600 of OC-2Δfps1 strain in the presence of various concentrations of acetic acid. 各種濃度の酢酸存在下における、ORF過剰発現酵母ライブラリについてOD600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 OD600 about the ORF overexpression yeast library in various acetic acid presence. 120mMの酢酸存在下における、単離株No.1〜No.4及びコントロール酵母のOD600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 OD600 of isolate No.1-No.4 and control yeast in the presence of 120 mM acetic acid.

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。
本発明に係る酢酸耐性付与方法は、エタノール発酵能を有する酵母に所定の遺伝子を導入する又は当該遺伝子の発現量を向上させるといった特徴を有する。換言すると、エタノール発酵能を有する酵母に対して当該遺伝子を導入する又は当該遺伝子の発現量を向上させることで酢酸耐性に優れた酵母を製造できる。ここで、上記所定の遺伝子とは、Saccharomyces cerevisiaeにおけるYOL046C遺伝子及びYOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子である。また、遺伝子の発現量を向上させるには、一例として、当該遺伝子の発現制御領域を改変する手法を挙げることができる。発現制御領域とは、RNAポリメラーゼが結合するプロモーター領域及びその他の転写因子が結合する領域を含む意味である。転写制御領域の改変としては、内在する転写制御領域のうち例えばプロモーター領域を、より高発現が可能なプロモーター領域に置換することが好ましい。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings and examples.
The method for imparting acetic acid resistance according to the present invention is characterized in that a predetermined gene is introduced into yeast having ethanol fermentation ability or the expression level of the gene is improved. In other words, a yeast excellent in acetic acid resistance can be produced by introducing the gene into yeast having ethanol fermentation ability or improving the expression level of the gene. Here, the predetermined gene is a gene functionally equivalent to the YOL046C gene and the YOL046C gene in Saccharomyces cerevisiae. Moreover, in order to improve the expression level of a gene, the technique which modifies the expression control area | region of the said gene can be mentioned as an example. The expression control region is meant to include a promoter region to which RNA polymerase binds and a region to which other transcription factors bind. As a modification of the transcription control region, it is preferable to replace, for example, the promoter region in the endogenous transcription control region with a promoter region capable of higher expression.

<YOL046C遺伝子>
YOL046C遺伝子とは、Saccharomyces cerevisiaeにおいて機能未知の遺伝子として同定されている遺伝子である。YOL046C遺伝子に関する文献としてはMolecular Biology of the Cell, Vol. 19, 284-296, January 2008が挙げられる。当該文献は、菌糸成長について調査するために、菌糸を伸ばすSaccharomyces cerevisiae Σ1278b株の遺伝子破壊もしくはORF過剰発現株のライブラリを作製し、評価している。そして、YOL046C遺伝子の過剰発現株では、菌糸の成長が野生型と比較して促進するといった表現型を示すことが明らかになっている。しかし、当該文献やその他の知見から、YOL046C遺伝子が酵母における酢酸の取り込みや代謝など酢酸耐性に関与することは示唆されていない。
<YOL046C gene>
The YOL046C gene is a gene that has been identified as a function-unknown gene in Saccharomyces cerevisiae. References on the YOL046C gene include Molecular Biology of the Cell, Vol. 19, 284-296, January 2008. In order to investigate hyphal growth, this document produces and evaluates a gene disruption or ORF overexpression strain library of Saccharomyces cerevisiae Σ1278b strain that extends mycelia. And it has been clarified that the strain overexpressing the YOL046C gene exhibits a phenotype in which hyphal growth is promoted as compared with the wild type. However, the literature and other findings do not suggest that the YOL046C gene is involved in acetic acid resistance such as acetic acid uptake and metabolism in yeast.

YOL046C遺伝子におけるコーディング領域の塩基配列を配列番号1に示す。また、YOL046C遺伝子がコードするタンパク質のアミノ酸配列を配列番号2に示す。ただし、これら具体的な塩基配列及びアミノ酸配列は、Saccharomyces cerevisiaeにおける標準株にて同定されたものであり、他のSaccharomyces cerevisiaeのYOL046C遺伝子は、配列番号1の塩基配列とは異なる塩基配列を有するか、配列番号2のアミノ酸配列とは異なるアミノ酸配列のタンパク質をコードすることもある。すなわち、Saccharomyces cerevisiaeのYOL046C遺伝子という場合でも、配列番号1の塩基配列からなるコーディング領域を有するもの、或いは配列番号2のアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするものに限定されない。   The base sequence of the coding region in the YOL046C gene is shown in SEQ ID NO: 1. The amino acid sequence of the protein encoded by the YOL046C gene is shown in SEQ ID NO: 2. However, these specific nucleotide sequences and amino acid sequences have been identified in standard strains in Saccharomyces cerevisiae, and other Saccharomyces cerevisiae YOL046C genes have different nucleotide sequences from the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. In some cases, it encodes a protein having an amino acid sequence different from the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. That is, even in the case of the YOL046C gene of Saccharomyces cerevisiae, it is not limited to the one having the coding region consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1 or the one encoding the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2.

YOL046C遺伝子としては、配列番号2のアミノ酸配列に対して高い類似性を有するアミノ酸配列を有し、宿主酵母において過剰発現させたときに酢酸耐性を向上させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。ここで、高い類似性とは、例えば80%以上の一致度を意味し、好ましくは90%以上の一致度、より好ましくは95%以上の一致度、最も好ましくは97%以上の一致度を意味する。なお、一致度の値は、配列類似性を検索するプログラム(相同性検索プログラムと称される場合もある)を用いて、配列番号2のアミノ酸配列と他のアミノ酸配列とをアライメントした際に、当該他のアミノ酸配列における、配列番号2のアミノ酸配列に対して一致したアミノ酸残基の割合として算出される値である。   YOL046C gene is a gene encoding a protein having an amino acid sequence having high similarity to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 and having a function of improving acetic acid resistance when overexpressed in a host yeast. Also good. Here, high similarity means, for example, a degree of coincidence of 80% or more, preferably a degree of coincidence of 90% or more, more preferably a degree of coincidence of 95% or more, and most preferably a degree of coincidence of 97% or more. To do. The coincidence value is obtained by aligning the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 with another amino acid sequence using a program for searching for sequence similarity (sometimes referred to as a homology search program). This is a value calculated as the ratio of amino acid residues that coincide with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 in the other amino acid sequences.

また、YOL046C遺伝子としては、配列番号2のアミノ酸配列における1又は複数個のアミノ酸が置換、欠失、付加又は挿入されたアミノ酸配列を有するタンパク質であって、宿主酵母において過剰発現させたときに酢酸耐性を向上させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子であってもよい。ここで、複数個のアミノ酸とは、例えば2〜30個のアミノ酸を意味し、好ましくは2〜20個、より好ましくは2〜10個、最も好ましくは2〜5個のアミノ酸を意味する。   The YOL046C gene is a protein having an amino acid sequence in which one or more amino acids in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 have been substituted, deleted, added or inserted, and when overexpressed in host yeast, It may be a gene encoding a protein having a function of improving resistance. Here, a plurality of amino acids means, for example, 2 to 30 amino acids, preferably 2 to 20, more preferably 2 to 10, and most preferably 2 to 5 amino acids.

さらに、YOL046C遺伝子としては、配列番号1の塩基配列に対して相補的な塩基配列を含むポリヌクレオチドの一部又は全部に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチドであって、宿主酵母において過剰発現させたときに酢酸耐性を向上させる機能を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドであってもよい。ここで、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするとは、60℃で2×SSC洗浄条件下で結合を維持することを意味する。ハイブリダイゼーションは、J. Sambrook et al. Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory(1989)に記載されている方法等、従来公知の方法で行うことができる。   Furthermore, the YOL046C gene is a polynucleotide that hybridizes under stringent conditions to part or all of a polynucleotide containing a base sequence complementary to the base sequence of SEQ ID NO: 1, It may be a polynucleotide encoding a protein having a function of improving acetic acid resistance when overexpressed in. Here, hybridizing under stringent conditions means maintaining binding at 60 ° C. under 2 × SSC washing conditions. Hybridization can be performed by a conventionally known method such as the method described in J. Sambrook et al. Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory (1989).

上述したような、配列番号1の塩基配列とは異なる塩基配列、配列番号2のアミノ酸配列とは異なるアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするYOL046C遺伝子は、Saccharomyces cerevisiaeに分類される各種の株から単離することができる。或いは、配列番号1の塩基配列とは異なる塩基配列、配列番号2のアミノ酸配列とは異なるアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするYOL046C遺伝子は、例えば、配列番号1の塩基配列を含むポリヌクレオチドを、当該技術分野で公知の手法によって人為的に改変することによって取得することもできる。塩基配列に変異を導入するには、Kunkel法またはGapped duplex法等の公知手法又はこれに準ずる方法により行うことができ、例えば部位特異的突然変異誘発法を利用した変異導入用キット(例えばMutant-KやMutant-G(何れも商品名、TAKARA社製))等を用いて、あるいはLA PCR in vitro Mutagenesisシリーズキット(商品名、TAKARA社製)を用いて変異が導入される。   As described above, the YOL046C gene encoding a protein having a nucleotide sequence different from the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and an amino acid sequence different from the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is isolated from various strains classified as Saccharomyces cerevisiae. can do. Alternatively, the YOL046C gene encoding a protein having a nucleotide sequence different from the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and an amino acid sequence different from the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is, for example, a polynucleotide comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 It can also be obtained by artificial modification by a technique known in the technical field. Mutation can be introduced into a base sequence by a known method such as Kunkel method or Gapped duplex method or a method according thereto, for example, a mutation introduction kit (for example, Mutant-) using site-directed mutagenesis. Mutations are introduced using K, Mutant-G (both trade names, manufactured by TAKARA) or the like, or LA PCR in vitro Mutagenesis series kit (trade name, manufactured by TAKARA).

配列番号1の塩基配列とは異なる塩基配列を含むポリヌクレオチド、配列番号2のアミノ酸配列とは異なるアミノ酸配列を有するタンパク質をコードするポリヌクレオチドについては、当該ポリヌクレオチドを宿主酵母に導入して過剰発現させ、酢酸含有培地における増殖能を検証することで、当該ポリヌクレオチド導入酵母における酢酸耐性を評価できる。このように評価できる酢酸耐性が宿主酵母より有意に向上している場合、宿主酵母に導入したポリヌクレオチドをYOL046C遺伝子であると判断することができる。   For a polynucleotide comprising a nucleotide sequence different from the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 and a polynucleotide encoding a protein having an amino acid sequence different from the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, the polynucleotide is introduced into a host yeast and overexpressed. And acetic acid resistance in the polynucleotide-introduced yeast can be evaluated by verifying the growth ability in the acetic acid-containing medium. When the acetic acid resistance that can be evaluated in this way is significantly improved over the host yeast, the polynucleotide introduced into the host yeast can be determined to be the YOL046C gene.

また、YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子とは、Saccharomyces cerevisiae以外の生物由来であって、宿主酵母において過剰発現させたときに酢酸耐性を向上させる機能を有するタンパク質をコードする遺伝子を意味する。すなわち、YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子とは、Saccharomyces cerevisiaeにおけるYOL046C遺伝子に対する広義のホモログの関係にある遺伝子又はオルソログの関係にある遺伝子を意味する。   The gene functionally equivalent to the YOL046C gene means a gene encoding a protein that is derived from an organism other than Saccharomyces cerevisiae and has a function of improving acetic acid resistance when overexpressed in a host yeast. That is, the gene functionally equivalent to the YOL046C gene means a gene having a broad homologous relationship to the YOL046C gene in Saccharomyces cerevisiae or a gene having an orthologous relationship.

このようなYOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子は、Saccharomyces cerevisiae以外の生物由来に関するゲノムDNAの配列情報を格納したデータベースを検索することによって特定することができる。ここで、データベースとしては、MBGD、GenBank、DDBJ及びEMBL等のデータベースを挙げることができる。ただし、YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子を検索するに際して、使用するデータベースには何ら制限はない。特に、データベースとしては、1つの種について1つのゲノム情報を検索対象としたシステムを実装しているMBGDを使用することが好ましい。データベースを用いたYOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子の検索は、配列番号1の塩基配列及び/又は配列番号2のアミノ酸配列をクエリー配列として上述した配列類似性の値に基づいて実行できる。このような検索においては、上述した配列類似性は相同性と同義となる。このような検索において、例えば、配列番号2のアミノ酸配列に対して、好ましくは80%以上、より好ましくは85%以上、更に好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上の相同性(配列類似性)を有するアミノ酸配列を有するタンパク質をコードする遺伝子をYOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子として特定できる。   Such a gene functionally equivalent to the YOL046C gene can be identified by searching a database storing sequence information of genomic DNA related to organisms other than Saccharomyces cerevisiae. Here, examples of the database include databases such as MBGD, GenBank, DDBJ, and EMBL. However, when searching for a gene functionally equivalent to the YOL046C gene, there is no limitation on the database to be used. In particular, as the database, it is preferable to use an MBGD equipped with a system that searches one genome information for one species. A search for a gene functionally equivalent to the YOL046C gene using a database can be performed based on the sequence similarity value described above using the base sequence of SEQ ID NO: 1 and / or the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 as a query sequence. In such a search, the sequence similarity described above is synonymous with homology. In such a search, for example, the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is preferably 80% or more, more preferably 85% or more, still more preferably 90% or more, and most preferably 95% or more. A gene encoding a protein having an amino acid sequence having a sex) can be specified as a gene functionally equivalent to the YOL046C gene.

また、YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子は、例えば、配列番号2のアミノ酸配列に対して、1又は数個のアミノ酸が置換、欠失、挿入又は付加されたアミノ酸配列を有し、宿主酵母において過剰発現させたときに酢酸耐性を向上させる機能を有するタンパク質をコードするものでも良い。ここで、数個とは、例えば、2〜30個、好ましくは2〜20個、より好ましくは2〜10個、最も好ましくは2〜5個である。   The gene functionally equivalent to the YOL046C gene has an amino acid sequence in which one or several amino acids are substituted, deleted, inserted or added to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, for example, It may encode a protein having a function of improving acetic acid resistance when overexpressed in. Here, the term “several” refers to, for example, 2 to 30, preferably 2 to 20, more preferably 2 to 10, and most preferably 2 to 5.

さらにまた、YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子、例えば、配列番号1の塩基配列からなるDNAの相補鎖の全部又は一部に対して、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ宿主酵母において過剰発現させたときに酢酸耐性を向上させる機能を有するタンパク質をコードするものでもよい。ここでいう「ストリンジェントな条件」とはいわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件を意味し、例えばMolecular Cloning: A Laboratory Manual(Third Edition)を参照して適宜決定することができる。具体的には、サザンハイブリダイゼーションの際の温度や溶液に含まれる塩濃度、及びサザンハイブリダイゼーションの洗浄工程の際の温度や溶液に含まれる塩濃度によりストリンジェンシーを設定することができる。   Furthermore, it hybridizes under stringent conditions to a gene functionally equivalent to the YOL046C gene, for example, all or part of the complementary strand of DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and in host yeast It may encode a protein having a function of improving acetic acid resistance when overexpressed. The term “stringent conditions” as used herein means the conditions under which a so-called specific hybrid is formed and a non-specific hybrid is not formed, and is determined appropriately with reference to, for example, Molecular Cloning: A Laboratory Manual (Third Edition). can do. Specifically, the stringency can be set according to the temperature at the time of Southern hybridization and the salt concentration contained in the solution, and the temperature at the time of the washing step of Southern hybridization and the salt concentration contained in the solution.

<エタノール発酵能を有する酵母>
上述したYOL046C遺伝子及び/又はYOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子を導入する又は当該遺伝子の発現量を向上させる対象としては、エタノール発酵能を有する酵母を挙げることができる。このような酵母としては、特に限定されないが、Candida Shehatae、Pichia stipitis、Pachysolen tannophilus、Saccharomyces cerevisiae及びSchizosaccaromyces pombeなどの酵母が挙げられ、特にSaccharomyces cerevisiaeが好ましい。また、酵母としては、実験面での利便性のために使われる実験株でも良いし、実用面での有用性のために使われている工業株(実用株)でも良い。工業株としては、例えば、ワイン、清酒や焼酎作りに用いられる酵母株を挙げることができる。
<Yeast having ethanol fermentation ability>
Examples of the target for introducing a gene functionally equivalent to the YOL046C gene and / or the YOL046C gene described above or improving the expression level of the gene include yeast having ethanol fermentation ability. Examples of such yeast include, but are not limited to, yeasts such as Candida Shehatae, Pichia stipitis, Pachysolen tannophilus, Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccaromyces pombe, and Saccharomyces cerevisiae is particularly preferable. The yeast may be an experimental strain used for experimental convenience, or an industrial strain (practical strain) used for practical utility. Examples of industrial strains include yeast strains used for wine, sake and shochu making.

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.

また、導入する遺伝子のプロモーターとしては、特に限定されないが、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。その他にも、TEF1遺伝子プロモーター、ADH1遺伝子プロモーター、TPI1遺伝子プロモーター、HXT7遺伝子プロモーター及びPYK1遺伝子プロモーターを使用することができる。   Further, the promoter of the gene to be introduced is not particularly limited. For example, the promoter of glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase gene (TDH3), the promoter of 3-phosphoglycerate kinase gene (PGK1), the hyperosmotic response 7 gene ( HOR7) promoters 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. In addition, TEF1 gene promoter, ADH1 gene promoter, TPI1 gene promoter, HXT7 gene promoter, and PYK1 gene promoter can be used.

すなわち、上述した遺伝子は、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酵母のゲノムに導入してもよい。または、上述した遺伝子は、宿主とな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。   That is, the above-described gene may be introduced into the yeast genome together with a promoter controlling expression and other expression control regions. Alternatively, the above-described gene may be introduced so that the expression is controlled by a promoter of a gene originally present in the genome of yeast as a host or other expression control regions.

また、上述した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。   In addition, as a method for introducing the above-described gene, any conventionally known technique 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.

一方、エタノール発酵能を有する酵母に内在するYOL046C遺伝子及び/又はYOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子について、その発現制御領域を改変する方法により遺伝子の発現量を向上させることもできる。すなわち、YOL046C遺伝子や、当該YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子の発現制御領域(例えばプロモーター)を、より高発現可能なものに置換する方法、所定の遺伝子の発現を上昇させるようなレギュレーターを導入する方法などを使用することができる。高発現可能なプロモーターとしては、特に限定されず、上記で列挙したプロモーターを適宜使用することができる。また、内在する発現制御領域に突然変異を導入し、より高発現できるものに改変することも可能である。   On the other hand, the expression level of a gene functionally equivalent to the YOL046C gene and / or YOL046C gene endogenous to yeast having ethanol fermentation ability can be improved by a method of modifying the expression control region thereof. In other words, the YOL046C gene, a method of replacing the expression control region (eg, promoter) of a gene functionally equivalent to the YOL046C gene with a gene capable of higher expression, and a regulator that increases the expression of a given gene are introduced. You can use methods to do that. The promoter capable of high expression is not particularly limited, and the promoters listed above can be appropriately used. It is also possible to introduce a mutation into the underlying expression control region and modify it so that it can be expressed at a higher level.

なお、酵母に内在するYOL046C遺伝子及び/又はYOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子の発現量を向上させるには、当該遺伝子が転写されてなるmRNAの生存時間を延長させることや、輸送タンパク質の細胞内での分解を防ぐことによっても達成可能である。   In order to improve the expression level of the YOL046C gene and / or YOL046C gene that is functionally equivalent to the endogenous YOL046C gene in yeast, the survival time of mRNA transcribed from the gene can be increased, or the transport protein cell It can also be achieved by preventing internal decomposition.

<エタノール製造>
以上で説明した組換え酵母を使用してエタノールを製造する際には、グルコース等の炭素源を含む培地にてエタノール発酵培養を行い、培地からエタノールを回収する方法である。また、培地としては、SD培地、YPD培地、YPAD培地、YM培地といった酵母用の培地を適宜使用することもできる。さらに、バイオマスを糖化した後の処理物を培地として使用することもできる。バイオマスは、セルロースやヘミセルロース、キシランをといった多糖類を含んでおり、これら多糖類を構成単糖又はオリゴ糖にまで加水分解(糖化)する。このようにして得られた糖類は酵母によりエタノール発酵の基質として使用される。一般に、この糖化処理には、セルラーゼ等の糖化酵素が利用される。なお、糖化方法としては、特に限定されないが、セルラーゼやヘミセルラーゼ等のセルラーゼ製剤を利用する酵素法等を挙げることができる。セルラーゼ製剤は、セルロース鎖及びヘミセルロース鎖の分解に関与する複数の酵素を含んでおり、エンドグルカナーゼ活性、エンドキシラナーゼ活性、セロビオヒドロラーゼ活性、グルコシダーゼ活性及びキシロシダーゼ活性等の複数の活性を示す。セルラーゼ製剤としては、特に限定されないが、例えば、Trichoderma reeseiや、Acremonium cellulolyticusなどが生産するセルラーゼを挙げることができる。セルラーゼ製剤としては、市販されているものを使用しても良い。
<Ethanol production>
When ethanol is produced using the recombinant yeast described above, ethanol fermentation is performed in a medium containing a carbon source such as glucose, and ethanol is recovered from the medium. In addition, as a medium, a yeast medium such as an SD medium, a YPD medium, an YPAD medium, or a YM medium can be appropriately used. Furthermore, the processed material after saccharifying biomass can also be used as a culture medium. Biomass contains polysaccharides such as cellulose, hemicellulose, and xylan, and hydrolyzes (saccharifies) these polysaccharides to constituent monosaccharides or oligosaccharides. The saccharide thus obtained is used as a substrate for ethanol fermentation by yeast. In general, a saccharification enzyme such as cellulase is used for this saccharification treatment. The saccharification method is not particularly limited, and examples thereof include an enzyme method using a cellulase preparation such as cellulase or hemicellulase. The cellulase preparation contains a plurality of enzymes involved in the degradation of cellulose chains and hemicellulose chains, and exhibits a plurality of activities such as endoglucanase activity, endoxylanase activity, cellobiohydrolase activity, glucosidase activity, and xylosidase activity. Although it does not specifically limit as a cellulase formulation, For example, the cellulase which Trichoderma reesei, Acremonium cellulolyticus, etc. produce can be mentioned. As the cellulase preparation, a commercially available product may be used.

バイオマスに含まれる多糖類を構成単糖にまで分解する割合、すなわち糖化率を向上させるため、一般的には糖化処理に先立ってバイオマスに対する前処理が施されてもよい。前処理工程としては、例えば、粉砕したセルロース系バイオマスを希硫酸溶液やアルカリ溶液、イオン液体に浸漬する処理、水熱処理、微粉砕処理といった処理が挙げられる。これら前処理により、バイオマスの糖化率を向上させることができる。   In order to improve the rate at which polysaccharides contained in biomass are decomposed into constituent monosaccharides, that is, the saccharification rate, in general, the biomass may be subjected to a pretreatment prior to the saccharification treatment. Examples of the pretreatment process include treatments such as a treatment in which pulverized cellulose biomass is immersed in a dilute sulfuric acid solution, an alkali solution, or an ionic liquid, a hydrothermal treatment, and a fine pulverization treatment. By these pretreatments, the saccharification rate of biomass can be improved.

このようにバイオマスに由来する糖を利用してエタノールを製造する場合、上述した前処理や糖化処理において酢酸やフルフラールといった発酵阻害物質が生産される場合がある。特に酢酸については、酵母の生育・増殖を阻害するため、エタノールの生産性を低下させる一因として知られている。   Thus, when manufacturing ethanol using the saccharide | sugar derived from biomass, fermentation inhibitory substances, such as an acetic acid and a furfural, may be produced in the pre-processing and saccharification process mentioned above. In particular, acetic acid is known as one factor that reduces ethanol productivity because it inhibits the growth and proliferation of yeast.

しかしながら、エタノール発酵能を有する酵母において、上述したYOL046C遺伝子及び/又はYOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子を導入する又は当該遺伝子の発現量を向上させるように改変することで、酢酸による生育・増殖阻害を低減又は防止できる。よって、上述したYOL046C遺伝子及び/又はYOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子を導入する又は当該遺伝子の発現量を向上させるように改変した酵母を用いてエタノール発酵を行うことで、酢酸存在下においても優れた生産性でエタノールを製造できる。特に、上述した前処理や糖化処理を行った後の処理物に含まれる糖を利用してエタノール発酵を行う場合であっても、当該処理物に含まれる酢酸による生育・増殖阻害を防止でき、優れたエタノール生産性を達成できる。   However, in yeast having ethanol fermentation ability, growth and proliferation by acetic acid can be achieved by introducing a functionally equivalent gene to the above-mentioned YOL046C gene and / or YOL046C gene or modifying it so as to improve the expression level of the gene. Inhibition can be reduced or prevented. Therefore, by carrying out ethanol fermentation using yeast modified to improve the expression level of the above-mentioned YOL046C gene and / or YOL046C gene, which is functionally equivalent to the YOL046C gene, even in the presence of acetic acid Ethanol can be produced with excellent productivity. In particular, even when ethanol fermentation is performed using the sugar contained in the processed product after the pretreatment and saccharification treatment described above, growth / growth inhibition by acetic acid contained in the treated product can be prevented, Excellent ethanol productivity can be achieved.

なお、エタノール発酵に利用する培地としてはバイオマスを含む培地であっても良い。この場合、エタノール発酵は、いわゆる同時糖化発酵処理となる。同時糖化発酵処理とは、バイオマス糖化工程とエタノール発酵工程とを区別せずに同時に実施する処理を意味する。なお、同時糖化発酵処理に先立って、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、セルロース系バイオマスの粉砕処理等を挙げることができる。   The medium used for ethanol fermentation may be a medium containing biomass. In this case, ethanol fermentation is a so-called simultaneous saccharification and fermentation process. The simultaneous saccharification and fermentation process means a process that is simultaneously performed without distinguishing between the biomass saccharification process and the ethanol fermentation process. Prior to the simultaneous saccharification and fermentation treatment, a conventionally known pretreatment may be applied to the biomass. 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 a cellulose biomass, etc. can be mentioned.

同時糖化発酵処理では、セルロース系バイオマス(前処理後であってもよい)を含む培地にセルラーゼ製剤と上述した組換え微生物とを加え、所定の温度範囲で当該組換え酵母を培養する。培養温度としては特に限定されないが、エタノール発酵の効率を考慮して25〜45℃とすることができ、30〜40℃とすることが好ましい。また、培養液の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。   In the simultaneous saccharification and fermentation treatment, a cellulase preparation and the above-described recombinant microorganism are added to a medium containing cellulosic biomass (which may be after pretreatment), and the recombinant yeast is cultured in a predetermined temperature range. Although it does not specifically limit as culture | cultivation temperature, Considering the efficiency of ethanol fermentation, it can be set to 25-45 degreeC, and it is preferable to set it as 30-40 degreeC. Further, the pH of the culture solution is preferably 4-6. Moreover, you may stir and shake in the case of culture | cultivation.

本発明を利用したエタノールの製造方法では、エタノール発酵の後、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。   In the ethanol production method using the present invention, ethanol is collected from the medium after ethanol fermentation. 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、酵母ゲノムにおけるオープンリーディングフレーム(ORF)をGAL1プロモーターの制御下で過剰発現する酵母ライブラリを以下のように作製した。先ず、Saccharomyces cerevisiaeのORFをGAL1プロモーターの下流に挿入した酵母発現ベクターのコレクションであるYeast ORF clone collection (Open Biosystems社製)を入手し、当該ベクターを宿主である大腸菌より抽出した。次に、抽出したベクターを用いて酵母S. cerevisiae OC-2Δura3株を酢酸リチウム法により形質転換した。なお、S. cerevisiae OC-2Δura3株は、UV変異によりOC-2株のURA3遺伝子を破壊した株である。
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 yeast library that overexpresses an open reading frame (ORF) in the yeast genome under the control of the GAL1 promoter was prepared as follows. First, Yeast ORF clone collection (manufactured by Open Biosystems), which is a collection of yeast expression vectors in which ORF of Saccharomyces cerevisiae was inserted downstream of the GAL1 promoter, was extracted from Escherichia coli as a host. Next, yeast S. cerevisiae OC-2Δura3 strain was transformed by the lithium acetate method using the extracted vector. The S. cerevisiae OC-2Δura3 strain is a strain in which the URA3 gene of the OC-2 strain is disrupted by UV mutation.

得られた形質転換体を5mlのSDCA(0.67% yeast nitrogen base w/o amino acids、2% D-glucose、2% Casamino acid)培地で培養することでORF過剰発現酵母ライブラリを作製した。なお、このとき、培養温度を30℃とし、120rpmで攪拌しながら1日間培養した。   The obtained transformant was cultured in 5 ml of SDCA (0.67% yeast nitrogen base w / o amino acids, 2% D-glucose, 2% Casamino acid) medium to prepare an ORF overexpression yeast library. At this time, the culture temperature was 30 ° C., and the culture was performed for 1 day with stirring at 120 rpm.

また、比較のために、酢酸含有培地において増殖可能であることが知られている、FPS1遺伝子破壊酵母を作製した。FPS1遺伝子を破壊するための遺伝子断片を以下のように作製した。先ず、S. cerevisiae OC-2株のゲノムDNAを基にプライマーI、IIを用いてPCRを行い、FPS1遺伝子の部分配列(1番目から500番目)を500残基増幅した。同様に、プライマーV、VIを用いてPCRを行い、FPS1遺伝子の部分配列(1511番目から2011番目)を500残基増幅した。また、次に、プラスミドpRS406 (Stratagene社製)を基にプライマーIII、IVを用いて5’末端及び3’末端にFPS1遺伝子の一部(5’末端側:FPS1の471番目から500番目を付加、3’末端側:FPS1の1511番目から1540番目を付加)を含むURA3遺伝子を増幅した。   For comparison, an FPS1 gene disrupted yeast known to be able to grow in an acetic acid-containing medium was prepared. A gene fragment for disrupting the FPS1 gene was prepared as follows. First, PCR was performed using primers I and II based on the genomic DNA of the S. cerevisiae OC-2 strain, and a partial sequence of the FPS1 gene (1st to 500th) was amplified by 500 residues. Similarly, PCR was performed using primers V and VI to amplify 500 residues of the partial sequence of the FPS1 gene (from 1511 to 2011). Next, based on the plasmid pRS406 (Stratagene), a part of the FPS1 gene was added to the 5 'end and 3' end using primers III and IV (5 'end side: 471 to 500 of FPS1). URA3 gene containing 3 'terminal side: FPS1 1511 to 1540 added) was amplified.

以上のようにPCRで増幅した3断片とプライマーI、VIを用いたPCRにより、FPS1遺伝子を破壊するための遺伝子断片を作製した。作製した遺伝子断片を用いてS. cerevisiae OC-2Δura3株を酢酸リチウム法で形質転換した。S. cerevisiae OC-2Δura3株はホモタリズム酵母であるため、得られた形質転換体を胞子形成させ、再度、選択培地にて培養することで、FPS1遺伝子をホモに破壊した二倍体酵母OC-2Δfps1を作製した。   As described above, a gene fragment for destroying the FPS1 gene was prepared by PCR using the three fragments amplified by PCR and primers I and VI. The prepared gene fragment was used to transform S. cerevisiae OC-2Δura3 strain by the lithium acetate method. Since the S. cerevisiae OC-2Δura3 strain is a homothalism yeast, the resulting transformant was sporulated and cultured again in a selective medium, so that the diploid yeast OC-2Δfps1 that homozygously disrupted the FPS1 gene Was made.

以下に使用したプライマーを纏めて示す。
プライマーI:ATGAGTAATCCTCAAAAAGCTCTAAACGACTTTCTGTCCA(配列番号3)
プライマーII:ATGAGTAATCCTCAAAAAGCTCTAAACGACTTTCTGTCCA(complementary) (配列番号4)
プライマーIII:AGATTTTTACAAAAATGCAGACGATGCGCAtcaattcatcattttttttttattcttttt(配列番号5)
プライマーIV:CCATGGGAACCCAAAAGAAATGATGATGATgggtaataactgatataattaaattgaagc (complementary) (配列番号6)
プライマーV:ATCATCATCATTTCTTTTGGGTTCCCATGGTAGGCCCATT(配列番号7)
プライマーVI:TCATGTTACCTTCTTAGCATTACCATAATGCGAATCTTCT(complementary) (配列番号8)
なお、FPS1遺伝子の塩基配列を配列番号9に示し、URA3遺伝子の塩基配列を配列番号10に示した。
The primers used are summarized below.
Primer I: ATGAGTAATCCTCAAAAAGCTCTAAACGACTTTCTGTCCA (SEQ ID NO: 3)
Primer II: ATGAGTAATCCTCAAAAAGCTCTAAACGACTTTCTGTCCA (complementary) (SEQ ID NO: 4)
Primer III: AGATTTTTACAAAAATGCAGACGATGCGCAtcaattcatcattttttttttattcttttt (SEQ ID NO: 5)
Primer IV: CCATGGGAACCCAAAAGAAATGATGATGATgggtaataactgatataattaaattgaagc (complementary) (SEQ ID NO: 6)
Primer V: ATCATCATCATTTCTTTTGGGTTCCCATGGTAGGCCCATT (SEQ ID NO: 7)
Primer VI: TCATGTTACCTTCTTAGCATTACCATAATGCGAATCTTCT (complementary) (SEQ ID NO: 8)
The base sequence of the FPS1 gene is shown in SEQ ID NO: 9, and the base sequence of the URA3 gene is shown in SEQ ID NO: 10.

以上のように作製した、ORF過剰発現酵母ライブラリ、OC-2Δfps1株、ORFを生産していないコントロール株について酢酸耐性を比較検討した。先ず、これらORF過剰発現酵母ライブラリ、OC-2Δfps1株、ORFを生産していないコントロール株を5mlのSGCA (0.67% yeast nitrogen base w/o amino acids、2% galactose、2% Casamino acid)培地にOD=0.03となるように植菌し、30℃で120rpmで撹拌しながら1日間培養した。次に、培養した酵母をOD=0.03になるように酢酸を含むSGCA+酢酸培地(酢酸0〜130mM、0.67% yeast nitrogen base w/o amino acids、2% galactose、2% Casamino acid)に植菌し、経時的にOD600を測定した。コントロール株についてOD600を測定した結果を図1に示す。OC-2Δfps1株についてOD600を測定した結果を図2に示す。ORF過剰発現酵母ライブラリについてOD600を測定した結果を図3に示す。   The acetate resistance of the ORF overexpressing yeast library, OC-2Δfps1 strain, and control strain not producing ORF prepared as described above was compared and examined. First, the ORF overexpressing yeast library, OC-2Δfps1 strain, and control strain that does not produce ORF were ODized in 5 ml SGCA (0.67% yeast nitrogen base w / o amino acids, 2% galactose, 2% Casamino acid) medium. = 0.03, and the cells were cultured at 30 ° C. with stirring at 120 rpm for 1 day. Next, inoculate the cultured yeast into SGCA + acetic acid medium (acetic acid 0-130 mM, 0.67% yeast nitrogen base w / o amino acids, 2% galactose, 2% Casamino acid) containing acetic acid so that OD = 0.03. OD600 was measured over time. The results of measuring OD600 for the control strain are shown in FIG. The results of measuring OD600 for the OC-2Δfps1 strain are shown in FIG. The results of measuring OD600 for the ORF overexpressing yeast library are shown in FIG.

次に、ORF過剰発現酵母ライブラリについては、120mMの酢酸を含むSGCA培地で約70時間培養した培養液をSGCA寒天培地にプレーティングを行い、生育したシングルコロニーからランダムに4株を選抜した。シングルコロニー4株からプラスミドを抽出し、シークエンス用プライマー(GAATAAGAA GTAATACAAA CCGAAAATG:配列番号11)を用いてプラスミドの配列を決定した。抽出したプラスミドを用いて酵母S. cerevisiae OC-2Δura3株を酢酸リチウム法により形質転換し、単離株No.1〜No.4を獲得した。   Next, for the ORF overexpressing yeast library, a culture solution cultured in SGCA medium containing 120 mM acetic acid for about 70 hours was plated on SGCA agar medium, and 4 strains were randomly selected from the grown single colonies. Plasmids were extracted from 4 single colonies, and the sequence of the plasmids was determined using sequencing primers (GAATAAGAA GTAATACAAA CCGAAAATG: SEQ ID NO: 11). Using the extracted plasmid, yeast strain S. cerevisiae OC-2Δura3 was transformed by the lithium acetate method to obtain isolated strains No. 1 to No. 4.

次に、コントロール酵母と単離株No.1〜No.4を5mlのSGCA培地にOD=0.03となるように植菌し、30℃で120rpmで撹拌しながら1日間培養した。培養した酵母をOD=0.03になるように120mM酢酸を含むSGCA+酢酸培地に植菌し、経時的にOD600を測定した。これら単離株No.1〜No.4及びコントロール酵母についてOD600を測定した結果を図4に示す。   Next, the control yeast and the isolated strains No. 1 to No. 4 were inoculated into 5 ml of SGCA medium so that OD = 0.03, and cultured at 30 ° C. with stirring at 120 rpm for 1 day. The cultured yeast was inoculated into SGCA + acetic acid medium containing 120 mM acetic acid so that OD = 0.03, and OD600 was measured over time. The results of measuring OD600 for these isolated strains No. 1 to No. 4 and control yeast are shown in FIG.

図1に示すように、コントロール酵母においては、50mMの酢酸存在下で生育・増殖阻害の傾向が見られ、100mM以上の酢酸存在下では殆ど死滅していることが判る。一方、図2に示すように、FPS1遺伝子を欠損したOC-2Δfps1株では、生育・増殖が若干阻害されるものの100mの酢酸存在下でも生育・増殖できている。ただし、OC-2Δfps1株は、130mMの酢酸存在下では全く殆ど死滅していることが判る。   As shown in FIG. 1, in the control yeast, the tendency of growth / proliferation inhibition was observed in the presence of 50 mM acetic acid, and it was found that the control yeast was almost killed in the presence of 100 mM or more acetic acid. On the other hand, as shown in FIG. 2, the OC-2Δfps1 strain lacking the FPS1 gene is able to grow and proliferate even in the presence of 100 m of acetic acid, although its growth and proliferation are slightly inhibited. However, it can be seen that the OC-2Δfps1 strain was almost completely killed in the presence of 130 mM acetic acid.

これに対して、図3に示すような優れた酢酸耐性を示したORF過剰発現酵母ライブラリから単離した単離株No.1〜No.4については、図4に示すように、120mMといった酢酸存在下においても優れた生育・増殖特性を示していた。この結果から、単離株No.1〜No.4において高発現している遺伝子は、酵母に対して酢酸耐性を付与するものであることが示された。   In contrast, isolates No. 1 to No. 4 isolated from the ORF-overexpressing yeast library exhibiting excellent acetic acid resistance as shown in FIG. 3 were acetic acid such as 120 mM as shown in FIG. Even in the presence, it showed excellent growth and proliferation characteristics. From this result, it was shown that the genes that are highly expressed in the isolated strains No. 1 to No. 4 confer acetic acid resistance to the yeast.

シークエンス用プライマー(GAATAAGAA GTAATACAAA CCGAAAATG:配列番号11)を用いてプラスミドの配列を決定した結果、単離株No.1〜No.4において高発現している遺伝子は、全てYOL046C遺伝子であることが判明した。以上の結果より、所定の酵母についてYOL046C遺伝子を導入する又は当該YOL046C遺伝子の発現量を向上させることで、当該酵母に対して酢酸耐性を付与できることが明らかになった。   As a result of sequencing the plasmid using a sequencing primer (GAATAAGAA GTAATACAAA CCGAAAATG: SEQ ID NO: 11), it was found that all the genes highly expressed in the isolated strains No. 1 to No. 4 are YOL046C genes. did. From the above results, it was revealed that acetic acid resistance can be imparted to the yeast by introducing the YOL046C gene into a predetermined yeast or improving the expression level of the YOL046C gene.

Claims (10)

エタノール発酵能を有する酵母に対して、YOL046C遺伝子及び/又は当該YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子を導入する、又は当該酵母に対して当該遺伝子の発現量を向上させる、酵母における酢酸耐性向上方法。   A method for improving acetic acid resistance in yeast, wherein a YOL046C gene and / or a gene functionally equivalent to the YOL046C gene is introduced into yeast having ethanol fermentation ability, or the expression level of the gene is improved in the yeast . YOL046C遺伝子及び当該YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子は、以下の(a)〜(c)のいずれかの遺伝子であることを特徴とする請求項1記載の酢酸耐性向上方法。
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列に対して80%以上の一致度を有するアミノ酸配列を含むタンパク質をコードし、宿主酵母に導入することで酢酸耐性を向上する機能を有する遺伝子
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列に対して1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、不可又は挿入されたアミノ酸配列を含むタンパク質をコードし、宿主酵母に導入することで酢酸耐性を向上する機能を有する遺伝子
(c)配列番号1に示す塩基配列に対する相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドの一部又は全部に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができ、宿主酵母に導入することで酢酸耐性を向上する機能を有する遺伝子
The method for improving acetic acid resistance according to claim 1, wherein the YOL046C gene and the gene functionally equivalent to the YOL046C gene are any of the following genes (a) to (c):
(a) a gene that encodes a protein comprising an amino acid sequence having 80% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and has a function of improving acetic acid resistance by introduction into a host yeast
(b) Encodes a protein containing an amino acid sequence in which one or more amino acids have been deleted, substituted, disabled or inserted with respect to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and introduced into host yeast to improve acetic acid resistance Genes that function
(c) It can hybridize under stringent conditions to part or all of a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and is resistant to acetic acid when introduced into a host yeast. Genes with functions to improve
上記エタノール発酵能を有する酵母はSaccharomyces cerevisiae であることを特徴とする請求項1記載の酢酸耐性向上方法。   2. The method for improving acetic acid resistance according to claim 1, wherein the yeast having ethanol fermentation ability is Saccharomyces cerevisiae. エタノール発酵能を有する酵母に対して、YOL046C遺伝子及び/又は当該YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子を導入する、又は当該酵母に対して当該遺伝子の発現量を向上させる、酢酸耐性酵母の製造方法。   A method for producing acetate-resistant yeast, wherein a YOL046C gene and / or a gene functionally equivalent to the YOL046C gene is introduced into a yeast having ethanol fermentation ability, or the expression level of the gene is improved with respect to the yeast . YOL046C遺伝子及び当該YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子は、以下の(a)〜(c)のいずれかの遺伝子であることを特徴とする請求項4記載の酢酸耐性酵母の製造方法。
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列に対して80%以上の一致度を有するアミノ酸配列を含むタンパク質をコードし、宿主酵母に導入することで酢酸耐性を向上する機能を有する遺伝子
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列に対して1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、不可又は挿入されたアミノ酸配列を含むタンパク質をコードし、宿主酵母に導入することで酢酸耐性を向上する機能を有する遺伝子
(c)配列番号1に示す塩基配列に対する相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドの一部又は全部に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができ、宿主酵母に導入することで酢酸耐性を向上する機能を有する遺伝子
The method for producing acetate-resistant yeast according to claim 4, wherein the YOL046C gene and the gene functionally equivalent to the YOL046C gene are any of the following genes (a) to (c):
(a) a gene that encodes a protein comprising an amino acid sequence having 80% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and has a function of improving acetic acid resistance by introduction into a host yeast
(b) Encodes a protein containing an amino acid sequence in which one or more amino acids have been deleted, substituted, disabled or inserted with respect to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and introduced into host yeast to improve acetic acid resistance Genes that function
(c) It can hybridize under stringent conditions to part or all of a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and is resistant to acetic acid when introduced into a host yeast. Genes with functions to improve
上記エタノール発酵能を有する酵母はSaccharomyces cerevisiae であることを特徴とする請求項4記載の酢酸耐性酵母の製造方法。   The method for producing acetic acid-resistant yeast according to claim 4, wherein the yeast having ethanol fermentation ability is Saccharomyces cerevisiae. エタノール発酵能を有する酵母に対して、YOL046C遺伝子及び/又は当該YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子を導入する、又は当該酵母に対して当該遺伝子の発現量を向上させた酵母を培地に培養し、培地からエタノールを回収するエタノールの製造方法。   Introducing a YOL046C gene and / or a gene functionally equivalent to the YOL046C gene into a yeast having ethanol fermentation ability, or culturing a yeast in which the expression level of the gene is improved relative to the yeast in a medium And a method for producing ethanol by recovering ethanol from the medium. YOL046C遺伝子及び当該YOL046C遺伝子に機能的に等価な遺伝子は、以下の(a)〜(c)のいずれかの遺伝子であることを特徴とする請求項7記載のエタノールの製造方法。
(a)配列番号2に示すアミノ酸配列に対して80%以上の一致度を有するアミノ酸配列を含むタンパク質をコードし、宿主酵母に導入することで酢酸耐性を向上する機能を有する遺伝子
(b)配列番号2に示すアミノ酸配列に対して1又は複数個のアミノ酸が欠失、置換、不可又は挿入されたアミノ酸配列を含むタンパク質をコードし、宿主酵母に導入することで酢酸耐性を向上する機能を有する遺伝子
(c)配列番号1に示す塩基配列に対する相補的な塩基配列からなるポリヌクレオチドの一部又は全部に対してストリンジェントな条件下でハイブリダイズすることができ、宿主酵母に導入することで酢酸耐性を向上する機能を有する遺伝子
The method for producing ethanol according to claim 7, wherein the YOL046C gene and the gene functionally equivalent to the YOL046C gene are any of the following genes (a) to (c):
(a) a gene that encodes a protein comprising an amino acid sequence having 80% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and has a function of improving acetic acid resistance by introduction into a host yeast
(b) Encodes a protein containing an amino acid sequence in which one or more amino acids have been deleted, substituted, disabled or inserted with respect to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 and introduced into host yeast to improve acetic acid resistance Genes that function
(c) It can hybridize under stringent conditions to part or all of a polynucleotide comprising a base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 1, and is resistant to acetic acid when introduced into a host yeast. Genes with functions to improve
上記エタノール発酵能を有する酵母はSaccharomyces cerevisiae であることを特徴とする請求項7記載のエタノールの製造方法。   The method for producing ethanol according to claim 7, wherein the yeast having ethanol fermentation ability is Saccharomyces cerevisiae. 上記培地は、120mM以上の酢酸を含有することを特徴とする請求項7記載のエタノールの製造方法。   The method for producing ethanol according to claim 7, wherein the medium contains 120 mM or more of acetic acid.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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