JP2022102889A - Method for manufacturing crop yield improver, crop yield improver, and crop yield improving method - Google Patents

Method for manufacturing crop yield improver, crop yield improver, and crop yield improving method Download PDF

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Abstract

To provide a crop yield improver improving the yield of crops.SOLUTION: A crop yield improver contains at least either of a pyroglutamic acid or an aminobenzoic acid.SELECTED DRAWING: None

Description

本開示は、作物収量の向上に資する天然代謝産物である作物収量向上剤、作物収量向上剤の製造方法、作物収量向上方法に関する。 The present disclosure relates to a crop yield improver, which is a natural metabolite that contributes to the improvement of crop yield, a method for producing a crop yield improver, and a method for improving crop yield.

世界人口の増加に伴う食糧増産への要求に伴い、限られた耕作地の中で効率よく品質の高い農作物を生産するための作物収量向上技術の開発が求められている。特に、近年では地球温暖化の防止及び環境負荷の低減の観点から、製造過程における化石エネルギーの消費量が少なく、かつ、施用(以下、適用又は使用ともいう)において環境負荷の少ない天然由来の物質の活用が望まれている。 With the demand for increased food production due to the increase in the world population, the development of crop yield improvement technology for efficiently producing high-quality agricultural products in limited cultivated land is required. In particular, in recent years, from the viewpoint of preventing global warming and reducing the environmental load, naturally-derived substances that consume less fossil energy in the manufacturing process and have less environmental load in application (hereinafter, also referred to as application or use). Is desired to be utilized.

例えば、天然由来の物質を活用した作物収量向上方法としては、植物の成長促進に寄与する物質を産生する微生物又は微生物の培養液などを植物に接種する方法(特許文献1、2及び非特許文献1)が開示されている。また、例えば、有機酸などの天然代謝産物を土壌に添加して土壌中の金属イオンをキレートして、植物による金属イオンの利用性を向上させる方法が開示されている(特許文献3)。また、例えば、天然代謝産物であるアデノシンを含む組成物を植物に適用する方法(特許文献4)、及び、藻類の細胞抽出物含む肥料を植物に施肥する方法(特許文献5)が開示されている。 For example, as a method for improving crop yield using a naturally derived substance, a method of inoculating a plant with a microorganism or a culture solution of a microorganism that produces a substance that contributes to the growth promotion of the plant (Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Documents). 1) is disclosed. Further, for example, a method of adding a natural metabolite such as an organic acid to soil to chelate metal ions in soil to improve the utilization of metal ions by plants is disclosed (Patent Document 3). Further, for example, a method of applying a composition containing adenosine, which is a natural metabolite, to a plant (Patent Document 4) and a method of applying a fertilizer containing an algae cell extract to a plant (Patent Document 5) are disclosed. There is.

特開2018-11600号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2018-11600 特表昭63-501286号公報Special Table No. 63-501286 Gazette 特開2014-073993号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-073993 特許第5943844号公報Japanese Patent No. 5943844 特許第3143872号公報Japanese Patent No. 3143872

Jimenez-Gomez et al., “Probiotic activities of Rhizobium laguerreae on growth and quality of spinach”, Scientific reports, 2018, Vol. 8, 295Jimenez-Gomez et al., “Probiotic activities of Rhizobium laguerreae on growth and quality of spinach”, Scientific reports, 2018, Vol. 8, 295

しかしながら、微生物資材は使用する微生物種、対象となる植物種、及び、土壌の性質の組み合わせによりその効果が異なり、汎用性に欠け、作物収量向上効果が不安定である。一方、天然代謝産物などの天然由来の物質は、微生物資材よりも複数の植物種(つまり、植物全般)に対して収量向上効果を及ぼしやすいが、当該物質の生産、抽出又は精製プロセスが煩雑で、過大なコストが生じる。 However, the effect of the microbial material differs depending on the combination of the microbial species used, the target plant species, and the properties of the soil, lacks versatility, and the crop yield improving effect is unstable. On the other hand, naturally derived substances such as natural metabolites are more likely to exert a yield improving effect on a plurality of plant species (that is, plants in general) than microbial materials, but the production, extraction or purification process of the substances is complicated. , Excessive cost is incurred.

そこで、本開示は、作物収量向上効果を有する天然由来物質(以下、作物収量向上物質ともいう)を含む作物収量向上剤、及び、作物収量向上剤を、簡便に、かつ、効率良く製造できる作物収量向上剤の製造方法を提供する。また、本開示は、効果的に作物の収量を向上させることができる作物収量向上方法を提供する。 Therefore, in the present disclosure, a crop yield improving agent containing a naturally derived substance having a crop yield improving effect (hereinafter, also referred to as a crop yield improving substance) and a crop yield improving agent can be easily and efficiently produced. A method for producing a yield improver is provided. The present disclosure also provides a crop yield improving method capable of effectively improving the crop yield.

本開示の一態様に係る作物収量向上剤は、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸の少なくともいずれかを含む。 The crop yield improver according to one aspect of the present disclosure contains at least one of pyroglutamic acid and aminobenzoic acid.

また、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法は、前記作物収量向上剤の製造方法であって、シアノバクテリアにおいて外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質の機能が抑制又は喪失されている改変シアノバクテリアを準備するステップと、前記改変シアノバクテリアに作物収量向上に関与する分泌物を分泌させるステップと、を含む。 Further, the method for producing a crop yield improving agent according to one aspect of the present disclosure is the method for producing a crop yield improving agent, in which the function of a protein involved in the binding between the outer membrane and the cell wall in cyanobacteria is suppressed or lost. It comprises the steps of preparing the modified cyanobacteria that have been modified and causing the modified cyanobacteria to secrete the secretions involved in improving the crop yield.

また、本開示の一態様に係る作物収量向上方法は、前記作物収量向上剤を作物に使用する。 Further, in the crop yield improving method according to one aspect of the present disclosure, the crop yield improving agent is used for a crop.

本開示の作物収量向上剤によれば、効果的に作物の収量を向上させることができる。また、本開示の作物収量向上剤の製造方法によれば、複数の作物種に対して収量向上効果を発揮する作物収量向上剤を、簡便に、かつ、効率良く製造することができる。また、本開示の作物収量向上方法によれば、本開示の作物収量向上剤を作物に使用する(以下、施用するともいう)ことにより、効果的に作物の収量を向上させることができる。 According to the crop yield improver of the present disclosure, the yield of the crop can be effectively improved. Further, according to the method for producing a crop yield improver of the present disclosure, it is possible to easily and efficiently produce a crop yield improver that exerts a yield improving effect on a plurality of crop species. Further, according to the crop yield improving method of the present disclosure, the yield of the crop can be effectively improved by using the crop yield improving agent of the present disclosure for the crop (hereinafter, also referred to as application).

図1は、実施の形態に係る作物収量向上剤の製造方法の一例を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing an example of a method for producing a crop yield improver according to an embodiment. 図2は、シアノバクテリアの細胞表層を模式的に示した図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing the cell surface layer of cyanobacteria. 図3は、実施例1の改変シアノバクテリアの超薄切片の透過型電子顕微鏡観察像である。FIG. 3 is a transmission electron microscope observation image of an ultrathin section of the modified cyanobacteria of Example 1. 図4は、図3の破線領域Aの拡大像である。FIG. 4 is an enlarged image of the broken line region A in FIG. 図5は、実施例2の改変シアノバクテリアの超薄切片の透過型電子顕微鏡像である。FIG. 5 is a transmission electron microscope image of an ultrathin section of the modified cyanobacteria of Example 2. 図6は、図5の破線領域Bの拡大像である。FIG. 6 is an enlarged image of the broken line region B of FIG. 図7は、比較例1の改変シアノバクテリアの超薄切片の透過型電子顕微鏡像である。FIG. 7 is a transmission electron microscope image of an ultrathin section of the modified cyanobacteria of Comparative Example 1. 図8は、図7の破線領域Cの拡大図である。FIG. 8 is an enlarged view of the broken line region C of FIG. 7. 図9は、実施例1、実施例2及び比較例1の改変シアノバクテリアの培養液中のタンパク質量(n=3、エラーバー=SD)を示すグラフである。FIG. 9 is a graph showing the amount of protein (n = 3, error bar = SD) in the culture medium of the modified cyanobacteria of Example 1, Example 2 and Comparative Example 1. 図10は、実施例3~5及び比較例2で栽培されたレタス1株あたりの相対平均株重量を示すグラフである。FIG. 10 is a graph showing the relative average strain weight per lettuce strain cultivated in Examples 3 to 5 and Comparative Example 2. 図11は、実施例3~5及び比較例2それぞれの代表的な株の状態を示す図である。FIG. 11 is a diagram showing the states of representative strains of Examples 3 to 5 and Comparative Example 2. 図12は、実施例6~8及び比較例3で栽培されたホウレン草1株あたりの相対平均重量を示すグラフである。FIG. 12 is a graph showing the relative average weight per spinach plant cultivated in Examples 6 to 8 and Comparative Example 3. 図13は、実施例6~8及び比較例3それぞれの代表的な株の状態を示す図である。FIG. 13 is a diagram showing the states of representative strains of Examples 6 to 8 and Comparative Example 3. 図14は、実施例9及び比較例4で栽培されたトマト1株あたりの平均果実数を示すグラフである。FIG. 14 is a graph showing the average number of fruits per tomato plant cultivated in Example 9 and Comparative Example 4. 図15は、実施例9及び比較例4で栽培されたトマト1株あたりの平均果実重量を示すグラフである。FIG. 15 is a graph showing the average fruit weight per tomato strain cultivated in Example 9 and Comparative Example 4. 図16は、実施例9及び比較例4で栽培されたトマト1株あたりの平均糖度を示すグラフである。FIG. 16 is a graph showing the average sugar content per tomato strain cultivated in Example 9 and Comparative Example 4. 図17は、実施例9及び比較例4それぞれの代表的な果実の状態を示す図である。FIG. 17 is a diagram showing typical fruit states of Example 9 and Comparative Example 4.

(本開示の基礎となった知見)
背景技術で述べたように、限られた耕作地の中で効率よく農作物を生産するための作物収量向上技術が求められている。また、作物の収量を向上させるために、施用において環境負荷の少ない天然由来の物質の活用が求められている。中でも、当該物質の製造時に化石エネルギーの消費量が少なく、より環境負荷の少ない物質が望まれている。
(Findings underlying this disclosure)
As mentioned in the background technology, there is a demand for crop yield improvement technology for efficiently producing crops in limited cultivated land. In addition, in order to improve the yield of crops, it is required to utilize naturally derived substances having a low environmental load in application. Above all, a substance that consumes less fossil energy during the production of the substance and has a smaller environmental load is desired.

作物の収量を向上させるための技術として、以下の従来技術が開示されている。 The following prior art techniques are disclosed as techniques for improving crop yields.

例えば、特許文献1には、植物又は植物の周囲(例えば、土壌)に植物成長促進活性を有する微生物株又は当該微生物株の培養物を適用する方法が開示されている。当該方法を用いることにより、植物の成長促進及び収量増大だけでなく、植物の病原性疾病の発生予防なども可能であることが報告されている。 For example, Patent Document 1 discloses a method of applying a microbial strain having a plant growth promoting activity or a culture of the microbial strain around a plant or a plant (for example, soil). It has been reported that by using this method, it is possible not only to promote the growth of plants and increase the yield, but also to prevent the outbreak of pathogenic diseases of plants.

また、例えば、特許文献2には、細菌培養液と藻類培養液とを混合し、当該混合液を所定条件にてインキュベートすることにより得られた植物成長促進組成物を製造し、当該組成物を植物に適用する方法が開示されている。当該方法では、当該組成物を植物の水耕栽培の栄養液に添加した場合に、トマトの栄養成長を促進することが報告されている。 Further, for example, in Patent Document 2, a plant growth promoting composition obtained by mixing a bacterial culture solution and an algae culture solution and incubating the mixed solution under predetermined conditions is produced, and the composition is used. Methods of application to plants are disclosed. It has been reported that the method promotes the vegetative growth of tomatoes when the composition is added to the vegetative solution of hydroponic cultivation of plants.

また、例えば、非特許文献1には、根粒菌の一種を、植物成長促進メカニズムを持つ植物プロバイオティクスバクテリアとしてホウレン草に、より具体的には、ホウレン草の根に適用する方法が開示されている。当該方法では、当該根粒菌を接種したホウレン草の葉数及びサイズが増加するなどの成長促進効果が得られることが報告されている。 Further, for example, Non-Patent Document 1 discloses a method of applying a kind of rhizobia to spinach as a plant probiotic bacterium having a plant growth promoting mechanism, and more specifically to spinach roots. It has been reported that this method has a growth promoting effect such as an increase in the number and size of leaves of spinach inoculated with the rhizobia.

また、例えば、特許文献3では、有機酸などの天然代謝産物(代謝に関与する物質であって、天然に存在する物質をいう)を土壌に添加し、土壌中の鉄などの金属イオンをキレートして、植物による金属イオンの利用性を向上させる方法が開示されている。 Further, for example, in Patent Document 3, a natural metabolite such as an organic acid (a substance involved in metabolism and a naturally occurring substance) is added to soil to chelate metal ions such as iron in the soil. Then, a method for improving the utilization of metal ions by plants is disclosed.

また、例えば、特許文献4には、天然代謝産物であるアデノシンを主成分として含む組成物を植物に適用する方法が開示されている。 Further, for example, Patent Document 4 discloses a method of applying a composition containing adenosine, which is a natural metabolite, as a main component to a plant.

また、例えば、特許文献5には、藻類の細胞抽出物を含む肥料を植物に施肥する方法が開示されている。より具体的には、細胞抽出物は、シアノバクテリア類を水性溶媒(例えば、水)で、60℃以上で処理されている。 Further, for example, Patent Document 5 discloses a method of fertilizing a plant with a fertilizer containing a cell extract of algae. More specifically, the cell extract is treated with cyanobacteria in an aqueous solvent (eg, water) at 60 ° C. or higher.

しかしながら、上記のような天然由来の物質を利用する場合、その生産、抽出又は精製プロセスが一般に煩雑であり、過大なコストが生じる。一方、微生物そのものを植物に摂取する場合は、煩雑なプロセスが不要であるが、使用する微生物種、対象となる植物種、及び、土壌の性質の組み合わせによりその効果が異なり、汎用性に欠け、作物収量向上効果が不安定である。以上の状況から、より安価な原料で簡便なプロセスで生産でき、かつ、複数の作物種に対して収量向上効果を発揮する天然由来の物質の開発が望まれている。 However, when a naturally occurring substance as described above is used, the production, extraction or purification process thereof is generally complicated, resulting in excessive cost. On the other hand, when the microorganism itself is ingested into a plant, a complicated process is not required, but the effect differs depending on the combination of the microorganism species used, the target plant species, and the properties of the soil, and it lacks versatility. The effect of improving crop yield is unstable. From the above situation, it is desired to develop a naturally-derived substance that can be produced by a simple process using cheaper raw materials and has an effect of improving yield on a plurality of crop species.

本発明者は、天然代謝産物であるピログルタミン酸、及び、アミノ安息香酸の少なくともいずれかを作物に施用することにより、作物の生産性が向上すること、つまり、品質の高い作物が増収されることを発見した。さらに、本発明者は、シアノバクテリア(藍色細菌又は藍藻とも呼ばれる)を用いて、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸の少なくともいずれかを含む作物収量向上剤を、安価に、かつ、簡便に(つまり、効率よく)製造する方法を見出した。 The present inventor applies at least one of the natural metabolites pyroglutamic acid and aminobenzoic acid to crops to improve the productivity of the crops, that is, to increase the yield of high-quality crops. I found. Furthermore, the present inventor uses cyanobacteria (also referred to as cyanobacteria or cyanobacteria) to inexpensively and conveniently (i.e.,) obtain a crop yield improver containing at least one of pyroglutamic acid and aminobenzoic acid. Efficiently) found a way to manufacture.

シアノバクテリアは、真正細菌の一群であり、光合成により水を分解して酸素を産生し、得たエネルギーにより空気中のCOを固定する。シアノバクテリアは、種によっては、空気中の窒素(N)も固定できる。このように、シアノバクテリアは、菌体の生育に必要な原料(つまり、栄養分)及びエネルギーの大部分を、空気、水、及び、光から得ることができるため、安価な原料で簡便なプロセスでシアノバクテリアを培養することができる。また、シアノバクテリアの特性として、生育が早く光利用効率が高いことが知られており、加えてその他の藻類種と比較して遺伝子操作が容易であるため、光合成微生物の中でもシアノバクテリアを利用した物質生産に関して活発な研究開発が行われている。 Cyanobacteria are a group of eubacteria that decompose water by photosynthesis to produce oxygen and fix CO 2 in the air with the obtained energy. Cyanobacteria can also fix nitrogen (N 2 ) in the air, depending on the species. In this way, cyanobacteria can obtain most of the raw materials (that is, nutrients) and energy necessary for the growth of cells from air, water, and light, so that they are inexpensive raw materials and a simple process. Cyanobacteria can be cultivated. In addition, it is known that cyanobacteria grow quickly and have high light utilization efficiency. In addition, since genetic manipulation is easier than other algae species, cyanobacteria were used among photosynthetic microorganisms. Active research and development is underway regarding material production.

例えば、シアノバクテリアを用いた物質生産の例として、エタノール、イソブタノール、アルカン類、及び、脂肪酸(特許文献6:特許第6341676号公報)等の燃料の生産が報告されている。また、生物の栄養源となる物質の生産に関する研究開発も行われている。しかしながら、シアノバクテリアの細胞内の代謝物及びタンパク質は、細胞外に分泌されにくいため、シアノバクテリアの細胞を破砕して、細胞内で産生された所望の代謝物及びタンパク質を抽出する必要がある。 For example, as an example of substance production using cyanobacteria, production of fuels such as ethanol, isobutanol, alcans, and fatty acids (Patent Document 6: Japanese Patent No. 6341676) has been reported. In addition, research and development on the production of substances that are nutrient sources for living organisms are being carried out. However, since the intracellular metabolites and proteins of cyanobacteria are difficult to be secreted extracellularly, it is necessary to disrupt the cells of cyanobacteria to extract the desired metabolites and proteins produced in the cells.

そこで、本発明者らは、シアノバクテリアの細胞壁を被覆する外膜を部分的に細胞壁から脱離させることにより、シアノバクテリアの菌体内で産生された化合物、タンパク質及び菌体内代謝産物が菌体外に分泌されやすくなることを見出した。この過程において、本発明者は、シアノバクテリアの分泌物がピログルタミン酸及びアミノ安息香酸を含み、かつ、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸のそれぞれが複数の作物種に対して収量向上効果を有することを発見した。これにより、シアノバクテリアの菌体を破砕することなく、菌体外に分泌された作物収量向上効果を有する物質を効率よく回収することができる。また、抽出(例えば、菌体破砕)などの操作が不要となることにより、作物収量向上物質の生理活性が損なわれにくくなるため、当該分泌物を含む作物収量向上剤によれば、効果的に作物の収量を向上させることができる。 Therefore, the present inventors partially detach the outer membrane covering the cell wall of cyanobacteria from the cell wall, whereby the compounds, proteins and intracellular metabolites produced in the cells of cyanobacteria are removed from the cells. It was found that it is easily secreted into. In this process, the present inventor found that the secretions of cyanobacteria contained pyroglutamic acid and aminobenzoic acid, and that each of pyroglutamic acid and aminobenzoic acid had a yield improving effect on a plurality of crop species. did. As a result, it is possible to efficiently recover the substance having the effect of improving the crop yield secreted outside the cells without crushing the cells of cyanobacteria. In addition, since the physiological activity of the crop yield improving substance is less likely to be impaired by eliminating the need for operations such as extraction (for example, crushing cells), the crop yield improving agent containing the secretion is effective. The yield of crops can be improved.

したがって、本開示の作物収量向上剤の製造方法によれば、複数の作物種に対して生産増進の効果を有する物質を、簡便に、かつ、効率良く製造することができる。また、本開示の作物収量向上剤によれば、効果的に植物の成長を促進させることができる。また、本開示の作物収量向上剤によれば、本開示の作物収量向上剤を用いることにより、効果的に作物生産を生産増進させることができる。 Therefore, according to the method for producing a crop yield improver of the present disclosure, a substance having an effect of promoting production on a plurality of crop species can be easily and efficiently produced. Further, according to the crop yield improver of the present disclosure, the growth of plants can be effectively promoted. Further, according to the crop yield improver of the present disclosure, the crop production can be effectively promoted by using the crop yield improver of the present disclosure.

(本開示の概要)
本開示の一態様の概要は、以下の通りである。
(Summary of this disclosure)
The outline of one aspect of the present disclosure is as follows.

本開示の一態様に係る作物収量向上剤は、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸の少なくともいずれかを含む。 The crop yield improver according to one aspect of the present disclosure contains at least one of pyroglutamic acid and aminobenzoic acid.

本開示の一態様に係る作物収量向上剤によれば、複数の作物種に対してその収量を向上させることができる。 According to the crop yield improver according to one aspect of the present disclosure, the yield can be improved for a plurality of crop species.

本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法は、前記作物収量向上剤の製造方法であって、シアノバクテリアにおいて外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質の機能が抑制又は喪失されている改変シアノバクテリアを準備するステップと、前記改変シアノバクテリアに前記作物収量向上物質を含む分泌物を分泌させるステップと、を含む。 The method for producing a crop yield improver according to one aspect of the present disclosure is the method for producing a crop yield improver, in which the function of a protein involved in the binding between the outer membrane and the cell wall in cyanobacteria is suppressed or lost. It comprises the step of preparing the modified cyanobacteria and the step of causing the modified cyanobacteria to secrete a secretion containing the crop yield improving substance.

これにより、改変シアノバクテリアでは、細胞壁と外膜との結合(例えば、結合量及び結合力)が部分的に低減するため、外膜が細胞壁から部分的に脱離しやすくなる。そのため、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物(以下、菌体内産生物質ともいう)が外膜の外、つまり、菌体外に漏出しやすくなる。この漏出した菌体内産生物質に、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸を含むことを特徴とする、作物収量向上効果をもつ物質群が含まれる。これにより、例えば菌体を破砕するなどの、菌体内産生物質の抽出処理が不要となる。そのため、簡便に、かつ、効率良く、作物収量向上剤を製造することができる。また、上記の菌体内産生物質の抽出処理が不要となるため、菌体内産生物質の生理活性の低下及び収率の低下が起こりにくくなる。そのため、改変シアノバクテリアの菌体内産生物質のうち、作物の増収に関与する物質の生理活性の低下及び収率の低下も起こりにくくなる。また、上記の菌体内産生物質の抽出処理が不要となるため、菌体外に分泌された菌体内産生物質を回収した後も、改変シアノバクテリアを繰り返し使用して菌体内産生物質を産生させることができる。そのため、作物収量向上剤の製造の度に新たな改変シアノバクテリアを準備する必要がない。したがって、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法によれば、作物収量向上化剤を、簡便に、かつ、効率良く製造することができる。 As a result, in the modified cyanobacteria, the binding between the cell wall and the outer membrane (for example, the amount of binding and the binding force) is partially reduced, so that the outer membrane is easily detached from the cell wall partially. Therefore, proteins and metabolites produced in the cells (hereinafter, also referred to as substances produced in the cells) tend to leak out of the outer membrane, that is, outside the cells. The leaked intracellularly produced substance includes a group of substances having an effect of improving crop yield, which is characterized by containing pyroglutamic acid and aminobenzoic acid. This eliminates the need for extraction processing of substances produced in the cells, such as crushing the cells. Therefore, the crop yield improving agent can be easily and efficiently produced. Further, since the above-mentioned extraction treatment of the intracellularly produced substance becomes unnecessary, the decrease in the physiological activity and the decrease in the yield of the intracellularly produced substance are less likely to occur. Therefore, among the substances produced in the cells of the modified cyanobacteria, the decrease in the physiological activity and the decrease in the yield of the substance involved in the increase in the yield of the crop are less likely to occur. In addition, since the above-mentioned extraction process of the intracellularly produced substance is not required, even after the intracellularly produced substance secreted outside the bacterial cell is recovered, the modified cyanobacteria are repeatedly used to produce the intracellularly produced substance. Can be done. Therefore, it is not necessary to prepare a new modified cyanobacteria every time the crop yield improving agent is produced. Therefore, according to the method for producing a crop yield improver according to one aspect of the present disclosure, the crop yield improver can be easily and efficiently produced.

例えば、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法では、前記外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質は、SLH(Surface Layer Homology)ドメイン保持型外膜タンパク質、及び、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素の少なくとも1つであってもよい。 For example, in the method for producing a crop yield improver according to one aspect of the present disclosure, the proteins involved in the binding between the outer membrane and the cell wall are SLH (Surface Layer Homology) domain-retaining outer membrane protein and cell wall-pyruvic acid. It may be at least one of the acid modifying enzymes.

これにより、改変シアノバクテリアでは、例えば、(i)細胞壁と結合するSLHドメイン保持型外膜タンパク質及び細胞壁の表面の結合糖鎖をピルビン酸修飾する反応を触媒する酵素(つまり、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素)の少なくとも1つの機能が抑制若しくは喪失されている、又は、(ii)SLHドメイン保持型外膜タンパク質、及び、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素の少なくとも1つの発現が抑制されている。そのため、外膜中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質のSLHドメインと、細胞壁の表面の共有結合型の糖鎖との結合(つまり、結合量及び結合力)が低減する。これにより、外膜と細胞壁との結合が弱まった部分において外膜が細胞壁から脱離しやすくなる。その結果、改変シアノバクテリアでは、外膜と細胞壁との結合が低減することにより外膜が細胞壁から部分的に脱離しやすくなるため、上記のように菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物などの菌体内産生物質が菌体外に漏出しやすくなる。これにより、改変シアノバクテリアは、菌体内で産生された作物収量向上物質を菌体外に分泌する分泌生産性が向上する。したがって、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法によれば、当該改変シアノバクテリアに作物収量向上物質を効率良く分泌させることができるため、作物収量向上剤を効率良く製造することができる。 Thereby, in the modified cyanobacteria, for example, (i) an enzyme that catalyzes the reaction of modifying the SLH domain-retaining outer membrane protein that binds to the cell wall and the bound sugar chain on the surface of the cell wall with pyruvate (that is, the cell wall-pyruvate modification). At least one function of (enzyme) is suppressed or lost, or (ii) expression of SLH domain-retaining outer membrane protein and at least one cell wall-pyruvate modifying enzyme is suppressed. Therefore, the binding (that is, the amount of binding and the binding force) between the SLH domain of the SLH domain-retaining outer membrane protein in the outer membrane and the covalently bound sugar chain on the surface of the cell wall is reduced. This facilitates the detachment of the outer membrane from the cell wall at the portion where the bond between the outer membrane and the cell wall is weakened. As a result, in modified cyanobacteria, the binding between the outer membrane and the cell wall is reduced, which makes it easier for the outer membrane to partially detach from the cell wall. Substances produced in the cells are likely to leak out of the cells. As a result, the modified cyanobacteria improve the secretory productivity of secreting the crop yield improving substance produced in the cells to the outside of the cells. Therefore, according to the method for producing a crop yield improving agent according to one aspect of the present disclosure, the modified cyanobacteria can efficiently secret the crop yield improving substance, so that the crop yield improving agent can be efficiently produced. can.

例えば、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法では、前記SLHドメイン保持型外膜タンパク質は、配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるSlr1841、配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるNIES970_09470、配列番号3で示されるアミノ酸配列からなるAnacy_3458、又は、これらのいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質であってもよい。 For example, in the method for producing a crop yield improver according to one aspect of the present disclosure, the SLH domain-retaining outer membrane protein comprises Slr1841 consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. It may be NIES970_09470, Anacy_3458 consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3, or a protein having an amino acid sequence that is 50% or more identical to that of any of these SLH domain-retaining outer membrane proteins.

これにより、改変シアノバクテリアでは、例えば、(i)上記の配列番号1~3で示されるいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質又はこれらのいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質の機能が抑制若しくは喪失されている、又は、(ii)上記の配列番号1~3で示されるいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質又はこれらのいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質の発現が抑制されている。そのため、改変シアノバクテリアでは、(i)外膜中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質若しくはSLHドメイン保持型外膜タンパク質と同等の機能を有するタンパク質の機能が抑制若しくは喪失される、又は、(ii)外膜中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質若しくはSLHドメイン保持型外膜タンパク質と同等の機能を有するタンパク質の発現量が低減する。その結果、改変シアノバクテリアでは、外膜が細胞壁と結合するための結合ドメイン(例えばSLHドメイン)が、細胞壁と結合する結合量及び結合力が低減するため、外膜が細胞壁から部分的に脱離しやすくなる。これにより、菌体内産生物質が菌体外に漏出されやすくなるため、菌体内で産生された作物収量向上物質も菌体外に漏出されやすくなる。したがって、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法によれば、改変シアノバクテリアの菌体内で産生された作物収量向上物質が菌体外に分泌されやすくなるため、作物収量向上剤を効率良く製造することができる。 Thereby, in the modified cyanobacteria, for example, (i) any SLH domain-retaining outer membrane protein shown in SEQ ID NOs: 1 to 3 above or any one of these SLH domain-retaining outer membrane proteins and an amino acid sequence can be obtained. Functions of proteins that are 50% or more identical are suppressed or lost, or (ii) any SLH domain-retaining outer membrane protein set forth in SEQ ID NOs: 1-3 above, or any SLH domain thereof. The expression of a protein whose amino acid sequence is 50% or more identical to that of the retained outer membrane protein is suppressed. Therefore, in the modified cyanobacteria, (i) the function of the SLH domain-retaining outer membrane protein or the protein having the same function as the SLH domain-retaining outer membrane protein in the outer membrane is suppressed or lost, or (ii). The expression level of the SLH domain-retaining outer membrane protein or the protein having the same function as the SLH domain-retaining outer membrane protein in the outer membrane is reduced. As a result, in the modified cyanobacteria, the binding domain (for example, SLH domain) for the outer membrane to bind to the cell wall is partially detached from the cell wall because the binding amount and the binding force to bind to the cell wall are reduced. It will be easier. As a result, the substance produced in the cells is easily leaked to the outside of the cells, so that the crop yield improving substance produced in the cells is also easily leaked to the outside of the cells. Therefore, according to the method for producing a crop yield improving agent according to one aspect of the present disclosure, the crop yield improving substance produced in the cells of the modified cyanobacteria is likely to be secreted to the outside of the cells. It can be manufactured efficiently.

本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法では、前記細胞壁-ピルビン酸修飾酵素は、配列番号4で示されるアミノ酸配列からなるSlr0688、配列番号5で示されるアミノ酸配列からなるSynpcc7942_1529、配列番号6で示されるアミノ酸配列からなるAnacy_1623、又は、これらのいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質であってもよい。 In the method for producing a crop yield improver according to one aspect of the present disclosure, the cell wall-pyruvate modifying enzyme is Slr0688 consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4, Synpcc7942_1529 consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5, and the sequence. It may be Anacy_1623 consisting of the amino acid sequence represented by No. 6, or a protein having an amino acid sequence of 50% or more identical to that of any of these cell wall-pyruvate modifying enzymes.

これにより、改変シアノバクテリアでは、例えば、(i)上記の配列番号4~6で示されるいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素若しくはこれらのいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質の機能が抑制又は喪失されている、又は、(ii)上記の配列番号4~6で示されるいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素若しくはこれらのいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質の発現が抑制されている。そのため、改変シアノバクテリアでは、(i)細胞壁-ピルビン酸修飾酵素又は当該酵素と同等の機能を有するタンパク質の機能が抑制若しくは喪失される、又は、(ii)細胞壁-ピルビン酸修飾酵素又は当該酵素と同等の機能を有するタンパク質の発現量が低減する。これにより、細胞壁の表面の共有結合型の糖鎖がピルビン酸で修飾されにくくなるため、細胞壁の糖鎖が外膜中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質のSLHドメインと結合する結合量及び結合力が低減する。その結果、改変シアノバクテリアでは、細胞壁の表面の共有結合型の糖鎖がピルビン酸で修飾されにくくなるため、細胞壁と外膜との結合力が弱まり、外膜が細胞壁から部分的に脱離しやすくなる。これにより、菌体内産生物質が菌体外に漏出されやすくなるため、菌体内で産生された作物収量向上物質も菌体外に漏出されやすくなる。したがって、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法によれば、改変シアノバクテリアの菌体内で産生された作物収量向上物質が菌体外に分泌されやすくなるため、作物収量向上剤を効率良く製造することができる。 Thereby, in the modified cyanobacteria, for example, (i) any cell wall-pyruvic acid modifying enzyme shown in SEQ ID NOs: 4 to 6 above or any one of these cell wall-pyruvic acid modifying enzymes and an amino acid sequence of 50%. The function of the same protein is suppressed or lost, or (ii) any cell wall-pyruvic acid modifying enzyme shown in SEQ ID NOs: 4 to 6 above or any of these cell walls-pyruvic acid modification. The expression of proteins having an amino acid sequence that is 50% or more identical to that of the enzyme is suppressed. Therefore, in the modified cyanobacteria, (i) the function of the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme or a protein having the same function as the enzyme is suppressed or lost, or (ii) the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme or the enzyme is used. The expression level of proteins having the same function is reduced. This makes it difficult for the covalently bound sugar chains on the surface of the cell wall to be modified with pyruvic acid, so that the amount and binding force of the sugar chains on the cell wall to bind to the SLH domain of the SLH domain-retaining outer membrane protein in the outer membrane. Is reduced. As a result, in modified cyanobacteria, the covalent sugar chains on the surface of the cell wall are less likely to be modified with pyruvate, so that the binding force between the cell wall and the outer membrane is weakened, and the outer membrane is easily detached from the cell wall. Become. As a result, the substance produced in the cells is easily leaked to the outside of the cells, so that the crop yield improving substance produced in the cells is also easily leaked to the outside of the cells. Therefore, according to the method for producing a crop yield improving agent according to one aspect of the present disclosure, the crop yield improving substance produced in the cells of the modified cyanobacteria is likely to be secreted to the outside of the cells. It can be manufactured efficiently.

例えば、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法では、前記外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質を発現させる遺伝子が欠失又は不活性化されていてもよい。 For example, in the method for producing a crop yield improver according to one aspect of the present disclosure, the gene expressing the protein involved in the binding between the outer membrane and the cell wall may be deleted or inactivated.

これにより、改変シアノバクテリアでは、細胞壁と外膜との結合に関与するタンパク質の発現が抑制されるため、又は、当該タンパク質の機能が抑制若しくは喪失されるため、細胞壁と外膜との結合(つまり、結合量及び結合力)が部分的に低減する。その結果、改変シアノバクテリアでは、外膜が細胞壁から部分的に脱離しやすくなるため、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物などの菌体内産生物質が外膜の外、つまり、菌体外に漏出しやすくなる。そのため、改変シアノバクテリアは、菌体内で産生された作物収量向上物質の分泌生産性が向上する。これにより、菌体を破砕するなどの、菌体内産生物質の抽出処理が不要となるため、菌体内産生物質の生理活性の低下及び収率の低下が起こりにくくなる。そのため、菌体内で産生された作物収量向上物質の生理活性の低下及び収率の低下も起こりにくくなるため、作物収量向上効果が向上した作物収量向上剤を製造することができる。また、上記の菌体内産生物質の抽出処理が不要となるため、当該物質を回収した後も、改変シアノバクテリアを繰り返し使用して作物収量向上物質を産生させることができる。そのため、作物収量向上剤の製造の度に新たな改変シアノバクテリアを準備する必要がない。したがって、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法によれば、作物収量向上効果が向上した作物収量向上剤を、簡便に、かつ、効率良く製造することができる。 As a result, in the modified cyanobacteria, the expression of the protein involved in the binding between the cell wall and the outer membrane is suppressed, or the function of the protein is suppressed or lost, so that the binding between the cell wall and the outer membrane (that is, that is). , Bonding amount and binding force) is partially reduced. As a result, in modified cyanobacteria, the outer membrane is more likely to be partially detached from the cell wall, so that intracellularly produced substances such as proteins and metabolites produced in the cells are outside the outer membrane, that is, outside the cells. It becomes easy to leak. Therefore, the modified cyanobacteria improve the secretory productivity of the crop yield improving substance produced in the cells. This eliminates the need for extraction processing of the substance produced in the cell, such as crushing the cell, so that the decrease in the physiological activity and the decrease in the yield of the substance produced in the cell are less likely to occur. Therefore, it is difficult for the physiological activity and the yield of the crop yield improving substance produced in the cells to decrease, so that it is possible to produce a crop yield improving agent having an improved crop yield improving effect. Further, since the extraction process of the above-mentioned substance produced in the cells is not required, the modified cyanobacteria can be repeatedly used to produce the substance for improving the crop yield even after the substance is recovered. Therefore, it is not necessary to prepare a new modified cyanobacteria every time the crop yield improving agent is produced. Therefore, according to the method for producing a crop yield improving agent according to one aspect of the present disclosure, it is possible to easily and efficiently produce a crop yield improving agent having an improved crop yield improving effect.

例えば、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法では、前記外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質を発現させる遺伝子は、SLHドメイン保持型外膜タンパク質をコードする遺伝子、及び、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素をコードする遺伝子の少なくとも1つであってもよい。 For example, in the method for producing a crop yield improver according to one aspect of the present disclosure, the gene expressing the protein involved in the binding between the outer membrane and the cell wall is a gene encoding an SLH domain-retaining outer membrane protein and a gene. It may be at least one of the genes encoding the cell wall-pyruvate modifying enzyme.

これにより、改変シアノバクテリアでは、SLHドメイン保持型外膜タンパク質をコードする遺伝子、及び、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素をコードする遺伝子の少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている。そのため、改変シアノバクテリアでは、例えば、(i)SLHドメイン保持型外膜タンパク質及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素の少なくとも1つの発現が抑制される、又は、(ii)SLHドメイン保持型外膜タンパク質及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素の少なくとも1つの機能が抑制若しくは喪失される。そのため、外膜中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質のSLHドメインと、細胞壁の表面の共有結合型の糖鎖との結合(つまり、結合量及び結合力)が低減する。これにより、外膜と細胞壁との結合が弱まった部分において外膜が細胞壁から脱離しやすくなる。その結果、改変シアノバクテリアでは、外膜と細胞壁との結合が低減することにより外膜が細胞壁から部分的に脱離しやすくなるため、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物が菌体外に漏出しやすくなる。これにより、菌体内で産生された作物収量向上物質も菌体外に漏出しやすくなる。したがって、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法によれば、当該改変シアノバクテリアに作物収量向上物質を効率良く分泌させることができるため、作物収量向上剤を効率良く製造することができる。 As a result, in the modified cyanobacteria, at least one gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein and the gene encoding the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme is deleted or inactivated. Therefore, in the modified cyanobacteria, for example, the expression of at least one of (i) SLH domain-retaining outer membrane protein and cell wall-pyruvic acid modifying enzyme is suppressed, or (ii) SLH domain-retaining outer membrane protein and cell wall. -At least one function of pyruvate modifying enzyme is suppressed or lost. Therefore, the binding (that is, the amount of binding and the binding force) between the SLH domain of the SLH domain-retaining outer membrane protein in the outer membrane and the covalently bound sugar chain on the surface of the cell wall is reduced. This facilitates the detachment of the outer membrane from the cell wall at the portion where the bond between the outer membrane and the cell wall is weakened. As a result, in modified cyanobacteria, the binding between the outer membrane and the cell wall is reduced, which makes it easier for the outer membrane to partially detach from the cell wall, so that proteins and metabolites produced in the cells leak out of the cells. It will be easier to do. As a result, the crop yield improving substance produced in the cells is likely to leak out of the cells. Therefore, according to the method for producing a crop yield improving agent according to one aspect of the present disclosure, the modified cyanobacteria can efficiently secret the crop yield improving substance, so that the crop yield improving agent can be efficiently produced. can.

例えば、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法では、前記SLHドメイン保持型外膜タンパク質をコードする遺伝子は、配列番号7で示される塩基配列からなるslr1841、配列番号8で示される塩基配列からなるnies970_09470、配列番号9で示される塩基配列からなるanacy_3458、又は、これらのいずれかの遺伝子と塩基配列が50%以上同一である遺伝子であってもよい。 For example, in the method for producing a crop yield improver according to one aspect of the present disclosure, the gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein is represented by slr1841 and SEQ ID NO: 8, which consist of the base sequence represented by SEQ ID NO: 7. It may be nies970_09470 consisting of a base sequence, anacy_3458 consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 9, or a gene having a base sequence 50% or more identical to any of these genes.

これにより、改変シアノバクテリアでは、上記の配列番号7~9で示されるいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質をコードする遺伝子又はこれらのいずれかの遺伝子の塩基配列と50%以上同一である遺伝子が欠失又は不活性化される。そのため、改変シアノバクテリアでは、(i)上記のいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質若しくはこれらのいずれかのタンパク質と同等の機能を有するタンパク質の発現が抑制される、又は、(ii)上記のいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質若しくはこれらのいずれかのタンパク質と同等の機能を有するタンパク質の機能が抑制若しくは喪失される。その結果、改変シアノバクテリアでは、外膜が細胞壁と結合するための結合ドメイン(例えばSLHドメイン)が細胞壁と結合する結合量及び結合力が低減するため、外膜が細胞壁から部分的に脱離しやすくなる。これにより、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物が菌体外に漏出しやすくなるため、菌体内で産生された作物収量向上物質も菌体外に漏出しやすくなる。したがって、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法によれば、改変シアノバクテリアの菌体内で産生された作物収量向上物質が菌体外に漏出されやすくなるため、作物収量向上剤を効率良く製造することができる。 As a result, in the modified cyanobacteria, the gene encoding any of the SLH domain-retaining outer membrane proteins shown in SEQ ID NOs: 7 to 9 above or the gene having the same base sequence of 50% or more as the base sequence of any of these genes. Is deleted or inactivated. Therefore, in the modified cyanobacteria, (i) expression of any of the above SLH domain-retaining outer membrane proteins or a protein having the same function as any of these proteins is suppressed, or (ii) the above. The function of any SLH domain-retaining outer membrane protein or a protein having a function equivalent to that of any of these proteins is suppressed or lost. As a result, in the modified cyanobacteria, the binding amount and the binding force for the binding domain (for example, SLH domain) for the outer membrane to bind to the cell wall are reduced, so that the outer membrane is easily partially detached from the cell wall. Become. As a result, proteins and metabolites produced in the cells are likely to leak out of the cells, so that the crop yield improving substance produced in the cells is also likely to leak out of the cells. Therefore, according to the method for producing a crop yield improver according to one aspect of the present disclosure, the crop yield improver produced in the cells of the modified cyanobacteria is likely to leak out of the cells. It can be manufactured efficiently.

例えば、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法では、前記細胞壁-ピルビン酸修飾酵素をコードする遺伝子は、配列番号10で示される塩基配列からなるslr0688、配列番号11で示される塩基配列からなるsynpcc7942_1529、配列番号12で示される塩基配列からなるanacy_1623、又は、これらのいずれかの遺伝子と塩基配列が50%以上同一である遺伝子であってもよい。 For example, in the method for producing a crop yield improver according to one aspect of the present disclosure, the gene encoding the cell wall-pyruvate modifying enzyme is slr0688 consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 10 and the base represented by SEQ ID NO: 11. It may be synpcc7942_1529 consisting of a sequence, anacy_1623 consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 12, or a gene having a base sequence 50% or more identical to any of these genes.

これにより、改変シアノバクテリアでは、上記の配列番号10~12で示されるいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素をコードする遺伝子又はこれらのいずれかの酵素をコードする遺伝子の塩基配列と50%以上同一である遺伝子が欠失又は不活性化される。そのため、改変シアノバクテリアでは、(i)上記のいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素若しくはこれらのいずれかの酵素と同等の機能を有するタンパク質の発現が抑制される、又は、(ii)上記のいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素若しくはこれらのいずれかの酵素と同等の機能を有するタンパク質の機能が抑制若しくは喪失される。これにより、細胞壁の表面の共有結合型の糖鎖がピルビン酸で修飾されにくくなるため、細胞壁の糖鎖が外膜中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質のSLHドメインと結合する結合量及び結合力が低減する。その結果、改変シアノバクテリアでは、細胞壁が外膜と結合するための糖鎖がピルビン酸で修飾される量が低減するため、細胞壁と外膜との結合力が弱まり、外膜が細胞壁から部分的に離脱しやすくなる。これにより、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物が菌体外に漏出しやすくなるため、菌体内で産生された作物収量向上物質も菌体外に漏出しやすくなる。したがって、本開示の一態様に係る作物収量向上剤の製造方法によれば、改変シアノバクテリアの菌体内で産生された作物収量向上物質が菌体外に漏出されやすくなるため、作物収量向上剤を効率良く製造することができる。 Thereby, in the modified cyanobacteria, the base sequence of the gene encoding any cell wall-pyruvic acid modifying enzyme shown in SEQ ID NOs: 10 to 12 above or the gene encoding any of these enzymes is 50% or more identical. The gene is deleted or inactivated. Therefore, in the modified cyanobacteria, (i) expression of any of the above cell wall-pyruvic acid modifying enzymes or a protein having the same function as any of these enzymes is suppressed, or (ii) any of the above. The function of the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme or a protein having the same function as any of these enzymes is suppressed or lost. This makes it difficult for the covalently bound sugar chains on the surface of the cell wall to be modified with pyruvic acid, so that the amount and binding force of the sugar chains on the cell wall to bind to the SLH domain of the SLH domain-retaining outer membrane protein in the outer membrane. Is reduced. As a result, in modified cyanobacteria, the amount of sugar chains for the cell wall to bind to the outer membrane is reduced by pyruvate, so that the binding force between the cell wall and the outer membrane is weakened, and the outer membrane is partially separated from the cell wall. It becomes easy to leave. As a result, proteins and metabolites produced in the cells are likely to leak out of the cells, so that the crop yield improving substance produced in the cells is also likely to leak out of the cells. Therefore, according to the method for producing a crop yield improver according to one aspect of the present disclosure, the crop yield improver produced in the cells of the modified cyanobacteria is likely to leak out of the cells. It can be manufactured efficiently.

また、本開示の一態様に係る作物収量向上方法は、上記の作物収量向上剤を作物に使用する。 Further, in the crop yield improving method according to one aspect of the present disclosure, the above-mentioned crop yield improving agent is used for crops.

本開示の一態様に係る作物収量向上方法によれば、作物収量向上効果が向上した作物収量向上剤を作物に使用することにより、効果的に作物の収量を向上させることができる。 According to the crop yield improving method according to one aspect of the present disclosure, the crop yield can be effectively improved by using the crop yield improving agent having an improved crop yield improving effect on the crop.

以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments will be specifically described with reference to the drawings.

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、材料、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 It should be noted that all of the embodiments described below show comprehensive or specific examples. The numerical values, materials, steps, the order of steps, etc. shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Further, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claim indicating the highest level concept are described as arbitrary components.

また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化される場合がある。 In addition, each figure is not necessarily exactly illustrated. In each figure, substantially the same configuration is designated by the same reference numerals, and duplicate description may be omitted or simplified.

また、以下において、数値範囲は、厳密な意味のみを表すのではなく、実質的に同等な範囲、例えば、タンパク質の量(例えば、数又は濃度等)又はその範囲を計測することなどを含む。 Further, in the following, the numerical range does not mean only a strict meaning, but also includes measuring a substantially equivalent range, for example, the amount of protein (for example, number or concentration, etc.) or the range thereof.

また、本明細書では、菌体と細胞とは、いずれも1つのシアノバクテリアの個体を表している。 Further, in the present specification, both the bacterial cell and the cell represent one cyanobacterial individual.

(実施の形態)
本明細書において、塩基配列及びアミノ酸配列の同一性は、BLAST(Basic Local Alignment Search Tool)アルゴリズムによって計算される。具体的には、NCBI(National Center for Biotechnology Information)(https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi)のウェブサイトで利用できるBLASTプログラムにてペアワイズ解析を行うことにより算出される。シアノバクテリアの遺伝子及び当該遺伝子がコードするタンパク質に関する情報は、例えば上述のNCBIデータベース及びCyanobase(http://genome.microbedb.jp/cyanobase/)において公開されている。これらのデータベースから、目的のタンパク質のアミノ酸配列及びそれらのタンパク質をコードする遺伝子の塩基配列を取得することができる。
(Embodiment)
In the present specification, the identity of the base sequence and the amino acid sequence is calculated by the BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) algorithm. Specifically, it is calculated by performing pairwise analysis with the BLAST program available on the website of NCBI (National Center for Biotechnology Information) (https://blast.ncbi.nlm.nih.gov/Blast.cgi). To. Information on cyanobacterial genes and proteins encoded by these genes is published, for example, in the NCBI database described above and Cyanobase (http://genome.microbedb.jp/cyanobase/). From these databases, the amino acid sequences of the proteins of interest and the base sequences of the genes encoding those proteins can be obtained.

[1.作物収量向上剤]
まず、本実施の形態に係る作物収量向上剤について説明する。作物収量向上剤は、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸の少なくともいずれかを含む。作物収量向上剤は、シアノバクテリア(以下、親シアノバクテリアともいう)において外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質の機能が抑制又は喪失されている改変シアノバクテリアの菌体内で産生され、菌体外に分泌される。つまり、作物収量向上剤は、改変シアノバクテリアの分泌物に含まれる。ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸は、それぞれ、作物収量向上剤に約0.1μM以上約10μM以下の範囲内で含まれるとよい。作物収量向上剤は、植物成長促進効果、例えば、植物の葉、茎、蕾、花、又は実の数を増加させ、茎又は幹を太くし、背丈を伸長させる効果を有する。また、作物収量向上剤は、植物の品質を向上させる効果(植物品質向上効果ともいう)、例えば、植物の病害の防除、養分の吸収率の向上、果実の高糖度化などの効果を有する。これにより、作物収量向上剤は、複数の作物種に対して、作物の増収、作物及び果実の増体、果実の高糖度化、生理障害の低減、並びに、病害の低減など、植物の品質を効果的に向上させることができる。作物収量向上剤は、植物成長促進効果及び植物品質向上効果を有するため、効果的に作物の収量を向上させることができる。
[1. Crop yield improver]
First, the crop yield improver according to the present embodiment will be described. The crop yield enhancer comprises at least one of pyroglutamic acid and aminobenzoic acid. The crop yield improver is produced in the cells of modified cyanobacteria in which the function of the protein involved in the binding between the outer membrane and the cell wall is suppressed or lost in cyanobacteria (hereinafter, also referred to as parent cyanobacteria). It is secreted to the outside. That is, the crop yield improver is contained in the secretion of modified cyanobacteria. Pyroglutamic acid and aminobenzoic acid should be contained in the crop yield improver in the range of about 0.1 μM or more and about 10 μM or less, respectively. The crop yield enhancer has a plant growth promoting effect, for example, an effect of increasing the number of leaves, stems, buds, flowers, or fruits of a plant, thickening the stem or trunk, and extending the height. In addition, the crop yield improving agent has an effect of improving the quality of plants (also referred to as an effect of improving plant quality), for example, controlling diseases of plants, improving the absorption rate of nutrients, and increasing the sugar content of fruits. As a result, the crop yield improver can improve the quality of plants for multiple crop species, such as increasing crop yield, increasing crop and fruit weight, increasing fruit sugar content, reducing physiological disorders, and reducing diseases. It can be effectively improved. Since the crop yield improver has a plant growth promoting effect and a plant quality improving effect, the crop yield can be effectively improved.

なお、植物は、田畑で栽培される作物の他、庭園樹、花卉、芝生、街路樹等も含み、また肥培の殆ど行われない山林樹木も含まれる。つまり、本明細書では、作物は、ここで定義する植物と同義である。また、品質の向上とは、植物の利用される部位(実、葉、根茎等)の品質、例えば成分及び外観等が好ましい方向(例えば、栄養価が上がる、味が良くなる等)に移行することを意味する。成分とは、例えば、水分、タンパク質、脂質、炭水化物(例えば、糖質、でんぷんなど)、灰分等の一般成分、ナトリウム、カリウム、カルシウム等の無機質、ビタミンA、ビタミンC、葉酸等のビタミン、脂肪酸、コレステロール、食物繊維等である。また、外観は、例えば、形状、色、香り、皮質、肉質、太さ、光沢、開花程度、生理障害の程度等のように計測可能な事項と、美しさ、しなやかさ、みずみずしさ、見た目のバランス等のように計測困難な事項とを含む。 In addition to crops cultivated in fields, plants include garden trees, flowers, lawns, roadside trees, and forest trees that are rarely fertilized. That is, as used herein, crop is synonymous with plant as defined herein. Further, the improvement of quality means that the quality of the parts used by the plant (fruits, leaves, rhizomes, etc.), for example, the components and appearance are preferable (for example, the nutritional value is increased, the taste is improved, etc.). Means that. Ingredients include, for example, water, proteins, lipids, carbohydrates (eg, sugar, starch, etc.), general ingredients such as ash, inorganic substances such as sodium, potassium, and calcium, vitamins such as vitamin A, vitamin C, and folic acid, and fatty acids. , Cholesterol, dietary fiber, etc. In addition, the appearance includes measurable items such as shape, color, scent, cortex, meat quality, thickness, luster, degree of flowering, degree of physiological disorder, beauty, suppleness, freshness, and appearance. Includes items that are difficult to measure, such as balance.

なお、シアノバクテリア(つまり、親シアノバクテリア)及び改変シアノバクテリアについては後述する。 In addition, cyanobacteria (that is, parent cyanobacteria) and modified cyanobacteria will be described later.

上述したように、当該分泌物は、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸の少なくともいずれかを含む作物収量向上剤を含む。つまり、改変シアノバクテリアは、作物収量向上に関与する分泌物を分泌する。当該分泌物は、改変シアノバクテリアの菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物(つまり、菌体内産生物質)を含む。当該菌体内産生物質には、作物収量向上に関与する物質(つまり、作物収量向上物質)が含まれている。 As mentioned above, the secretion comprises a crop yield enhancer containing at least one of pyroglutamic acid and aminobenzoic acid. That is, the modified cyanobacteria secrete secretions that are involved in improving crop yields. The secretion contains proteins and metabolites (ie, intracellularly produced substances) produced in the cells of the modified cyanobacteria. The substance produced in the cells includes a substance involved in improving the crop yield (that is, a substance for improving the crop yield).

ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸以外の作物収量向上物質は、例えば、ペプチダーゼ、ヌクレアーゼ、若しくは、フォスファターゼ等の有機物分解酵素、アデノシン若しくはグアノシン等のDNA代謝関連物質若しくはスペルミジンなどの核酸(例えば、DNA又はRNA)合成促進に関与する細胞内分子、3-ヒドロキシ酪酸などのケトン体、又は、グルコン酸などの有機酸である。改変シアノバクテリアの分泌物は、これらの作物収量向上物質の混合物であってもよい。 Crop yield-enhancing substances other than pyroglutamic acid and aminobenzoic acid are, for example, peptidases, nucleases, organic degrading enzymes such as phosphatase, DNA metabolism-related substances such as adenosine or guanosine, or nucleic acids such as spermidin (eg, DNA or RNA). It is an intracellular molecule involved in the promotion of synthesis, a ketone body such as 3-hydroxybutyric acid, or an organic acid such as gluconic acid. The modified cyanobacterial secretions may be a mixture of these crop yield-enhancing substances.

[2.作物収量向上剤の製造方法]
続いて、本実施の形態に係る作物収量向上剤の製造方法について図1を参照しながら説明する。図1は、本実施の形態に係る作物収量向上剤の製造方法の一例を示すフローチャートである。
[2. Manufacturing method of crop yield improver]
Subsequently, a method for producing the crop yield improver according to the present embodiment will be described with reference to FIG. 1. FIG. 1 is a flowchart showing an example of a method for producing a crop yield improver according to the present embodiment.

本実施の形態に係る作物収量向上剤の製造方法は、シアノバクテリア(つまり、親シアノバクテリア)において外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質の機能が抑制又は喪失されている改変シアノバクテリアを準備するステップ(ステップS01)と、当該改変シアノバクテリアに、作物収量向上剤を含む分泌物を分泌させるステップ(ステップS02)と、を含む。 The method for producing a crop yield improver according to the present embodiment prepares modified cyanobacteria in which the function of a protein involved in the binding between the outer membrane and the cell wall is suppressed or lost in cyanobacteria (that is, parent cyanobacteria). (Step S01) and a step (step S02) of causing the modified cyanobacteria to secrete a secretion containing a crop yield improving agent.

ステップS01では、上記の改変シアノバクテリアを準備する。改変シアノバクテリアを準備するとは、改変シアノバクテリアが分泌物を分泌できる状態に改変シアノバクテリアの状態を調整することをいう。改変シアノバクテリアを準備するとは、例えば、親シアノバクテリアを遺伝子改変して改変シアノバクテリアを作製することであってもよく、改変シアノバクテリアの凍結乾燥体又はグリセロールストックから菌体を復元することであってもよく、ステップS02で作物収量向上剤を含む分泌物を分泌させ終えた改変シアノバクテリアを回収することであってもよい。 In step S01, the above-mentioned modified cyanobacteria are prepared. Preparing the modified cyanobacteria means adjusting the state of the modified cyanobacteria so that the modified cyanobacteria can secrete secretions. Preparing the modified cyanobacteria may be, for example, genetically modifying the parent cyanobacteria to produce the modified cyanobacteria, or restoring the cells from a lyophilized or glycerol stock of the modified cyanobacteria. Alternatively, the modified cyanobacteria that have finished secreting the secretion containing the crop yield improving agent in step S02 may be recovered.

ステップS02では、改変シアノバクテリアに作物収量向上剤を含む分泌物を分泌させる。本実施の形態における改変シアノバクテリアは、シアノバクテリア(つまり、親シアノバクテリア)において外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質の機能が抑制又は喪失されているため、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物が外膜の外(つまり、菌体外)に分泌されやすい。これらの菌体内産生物質には、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸の少なくともいずれかを含む作物収量向上剤が含まれる。そのため、ステップS02では、改変シアノバクテリアを所定の条件で培養することにより、例えば、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸などの作物収量向上に関与する菌体内産生物質が菌体外に分泌される。 In step S02, the modified cyanobacteria are made to secrete a secretion containing a crop yield improver. The modified cyanobacteria in the present embodiment suppress or lose the function of the protein involved in the binding between the outer membrane and the cell wall in the cyanobacteria (that is, the parent cyanobacteria), so that the protein produced in the cells and the protein produced in the cells are lost. Metabolites are likely to be secreted outside the outer membrane (ie, outside the bacterium). These intracellularly produced substances include crop yield improvers containing at least one of pyroglutamic acid and aminobenzoic acid. Therefore, in step S02, by culturing the modified cyanobacteria under predetermined conditions, substances produced in the cells, such as pyroglutamic acid and aminobenzoic acid, which are involved in improving the crop yield, are secreted outside the cells.

シアノバクテリアの培養は、一般に、BG-11培地(表2参照)を用いた液体培養又はその変法に基づいて実施することができる。そのため、改変シアノバクテリアの培養も同様に実施してもよい。また、作物収量向上剤を製造するためのシアノバクテリアの培養期間としては、十分に菌体が増殖した条件でタンパク質及び代謝産物が高濃度に蓄積するように行える期間であればよく、例えば、1~3日間であってもよく、4~7日間であってもよい。また、培養方法は、例えば、通気攪拌培養又は振とう培養であってもよい。 Cyanobacterial culture can generally be carried out on the basis of liquid culture using BG-11 medium (see Table 2) or a modification thereof. Therefore, the culture of modified cyanobacteria may be carried out in the same manner. In addition, the culture period of cyanobacteria for producing a crop yield improver may be a period during which proteins and metabolites can be accumulated at a high concentration under the condition that the cells have sufficiently grown, for example, 1. It may be up to 3 days or 4 to 7 days. Further, the culture method may be, for example, aeration stirring culture or shaking culture.

上記の条件で培養することにより、改変シアノバクテリアは、菌体内でタンパク質及び代謝産物(つまり、菌体内産生物質)を産生し、当該菌体内産生物質を培養液中に分泌する。当該菌体内産生物質は、例えば、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸の少なくともいずれかを含み、これらの物質以外の作物収量向上物質を含んでもよい。培養液中に分泌された菌体内産生物質を回収する場合、培養液をろ過、又は遠心分離等することにより、培養液から細胞(つまり、菌体)等の固形分を除去し、培養上清を回収してもよい。本実施の形態に係る作物収量向上剤の製造方法によれば、作物収量向上に関与する菌体内産生物質(つまり、作物収量向上物質)を含む分泌物が改変シアノバクテリアの細胞外に分泌されるので、作物収量向上物質の回収のために細胞を破砕する必要がない。そのため、作物収量向上物質の回収後に残った改変シアノバクテリアを繰り返し使用して、作物収量向上剤の製造を行うことができる。 By culturing under the above conditions, the modified cyanobacteria produce proteins and metabolites (that is, intracellularly produced substances) in the cells, and secrete the intracellularly produced substances into the culture medium. The intracellularly produced substance may contain, for example, at least one of pyroglutamic acid and aminobenzoic acid, and may contain a crop yield improving substance other than these substances. When recovering intracellularly produced substances secreted into the culture medium, solids such as cells (that is, cells) are removed from the culture medium by filtering or centrifuging the culture medium, and the culture supernatant is obtained. May be collected. According to the method for producing a crop yield improving agent according to the present embodiment, a secretion containing an intracellularly produced substance (that is, a crop yield improving substance) involved in the crop yield improvement is secreted extracellularly of the modified cyanobacteria. Therefore, it is not necessary to crush the cells in order to recover the crop yield improving substance. Therefore, the modified cyanobacteria remaining after the recovery of the crop yield improving substance can be repeatedly used to produce the crop yield improving agent.

なお、培養液中に分泌された作物収量向上物質の回収方法は、上記の例に限られず、改変シアノバクテリアを培養しながら、培養液中の作物収量向上物質を回収してもよい。例えば、タンパク質を透過させる透過膜を用いることにより、透過膜を透過した作物収量向上物質を回収してもよい。このように、改変シアノバクテリアを培養しながら培養液中の作物収量向上物質を回収することができるため、培養液から改変シアノバクテリアの菌体を除去する処理が不要となる。そのため、より簡便に、かつ、効率良く作物収量向上剤を製造することができる。 The method for recovering the crop yield improving substance secreted into the culture solution is not limited to the above example, and the crop yield improving substance in the culture solution may be recovered while culturing the modified cyanobacteria. For example, by using a permeable membrane that allows proteins to permeate, the crop yield improving substance that has permeated the permeable membrane may be recovered. As described above, since the crop yield improving substance in the culture solution can be recovered while culturing the modified cyanobacteria, the treatment for removing the cells of the modified cyanobacteria from the culture solution becomes unnecessary. Therefore, the crop yield improving agent can be produced more easily and efficiently.

また、培養液からの菌体の回収処理及び菌体の破砕処理が不要となることにより、改変シアノバクテリアが受けるダメージ及びストレスを低減することができる。そのため、改変シアノバクテリアの作物収量向上物質の分泌生産性が低減しにくくなり、より長く改変シアノバクテリアを使用することができる。 In addition, the damage and stress suffered by the modified cyanobacteria can be reduced by eliminating the need for the recovery treatment of the bacterial cells from the culture solution and the crushing treatment of the bacterial cells. Therefore, it becomes difficult to reduce the secretory productivity of the crop yield improving substance of the modified cyanobacteria, and the modified cyanobacteria can be used for a longer period of time.

以上のように、本実施の形態における改変シアノバクテリアを用いることで、作物収量向上剤を簡便に、かつ、効率よく得ることができる。 As described above, by using the modified cyanobacteria in the present embodiment, the crop yield improving agent can be easily and efficiently obtained.

以下、シアノバクテリア及び改変シアノバクテリアについて説明する。 Hereinafter, cyanobacteria and modified cyanobacteria will be described.

[3.シアノバクテリア]
シアノバクテリアは、藍藻又は藍色細菌とも呼ばれ、クロロフィルで光エネルギーを捕集し、得たエネルギーで水を電解して酸素を発生しながら光合成をおこなう原核生物の一群である。シアノバクテリアは、多様性に富んでおり、例えば、細胞形状ではSynechocystis sp. PCC 6803のような単細胞性の種及びAnabaena sp. PCC 7120のような多細胞が連なった糸状性の種がある。生育環境についても、Thermosynechococcus elongatusのような好熱性の種、Synechococcus elongatusのような海洋性の種、Synechocystisのような淡水性の種がある。また、Microcystis aeruginosaのようにガス小胞を持ち毒素を産生する種、及び、チラコイドを持たずに原形質膜に集光アンテナであるフィコビリソームと呼ばれるタンパク質を有するGloeobacter violaceusのように、独自の特徴をもつ種も多数挙げられる。
[3. Cyanobacteria]
Cyanobacteria, also called cyanobacteria or cyanobacteria, are a group of prokaryotes that collect photoenergy with chlorophyll and electrolyze water with the obtained energy to generate oxygen while photosynthesizing. Cyanobacteria are highly diverse, for example, in cell shape, there are unicellular species such as Synechocystis sp. PCC 6803 and multicellular filamentous species such as Anabaena sp. PCC 7120. As for the habitat, there are thermophilic species such as Thermosynechococcus elongatus, marine species such as Synechococcus elongatus, and freshwater species such as Synechocystis. It also has unique characteristics such as species that have gas vesicles and produce toxins such as Microcystis aeruginosa, and Gloeobacter violaceus that has a protein called phycobilisome that is a focusing antenna on the plasma membrane without thylakoids. There are many species that have.

図2は、シアノバクテリアの細胞表層を模式的に示した図である。図2に示されるように、シアノバクテリアの細胞表層は、内側から順に、原形質膜(内膜1ともいう)、ペプチドグリカン2、及び細胞最外層を形成する脂質膜である外膜5で構成される。ペプチドグリカン2にはグルコサミン及びマンノサミンなどで構成される糖鎖3が共有結合しており、また、これらの共有結合型の糖鎖3にはピルビン酸が結合している(非特許文献3:Jurgens and Weckesser, 1986, J. Bacteriol., 168:568-573)。本明細書では、ペプチドグリカン2と共有結合型の糖鎖3とを含めて細胞壁4と呼ぶ。また、原形質膜(つまり、内膜1)と外膜5との間隙は、ペリプラズムと呼ばれ、タンパク質の分解又は立体構造の形成、脂質又は核酸の分解、若しくは、細胞外の栄養素の取り込み等に関与する様々な酵素が存在する。 FIG. 2 is a diagram schematically showing the cell surface layer of cyanobacteria. As shown in FIG. 2, the cell surface layer of cyanobacteria is composed of a plasma membrane (also referred to as inner membrane 1), peptidoglycan 2, and an outer membrane 5, which is a lipid membrane forming the outermost layer of cells, in this order from the inside. To. A sugar chain 3 composed of glucosamine, mannosamine, etc. is covalently bound to peptidoglycan 2, and pyruvate is bound to these covalently bound sugar chains 3 (Non-Patent Document 3: Jurgens and). Weckesser, 1986, J. Bacteriol., 168: 568-573). In the present specification, the peptidoglycan 2 and the covalently bonded sugar chain 3 are collectively referred to as a cell wall 4. The gap between the plasma membrane (that is, the inner membrane 1) and the outer membrane 5 is called periplasm, and is called periplasm, which decomposes proteins or forms a three-dimensional structure, decomposes lipids or nucleic acids, or takes up extracellular nutrients. There are various enzymes involved in.

SLHドメイン保持型外膜タンパク質(例えば、図中のSlr1841)は、脂質膜(外膜5ともいう)に埋め込まれたC末端側領域と、脂質膜から突き出したN末端側のSLHドメイン7から成り、シアノバクテリア及びグラム陰性細菌の一群であるNegativicutes綱に属する細菌において広く分布している(非特許文献4:Kojima et al., 2016, Biosci. Biotech. Biochem., 10:1954-1959)。脂質膜(つまり、外膜5)に埋め込まれた領域は、親水性物質の外膜透過を可能にするためのチャネルを形成し、一方でSLHドメイン7は細胞壁4に結合する機能をもつ(非特許文献5:Kowata et al., 2017, J. Bacteriol., 199:e00371-17)。SLHドメイン7が細胞壁4に結合するためには、ペプチドグリカン2における共有結合型の糖鎖3がピルビン酸で修飾されている必要がある(非特許文献6:Kojima et al., 2016, J. Biol. Chem., 291:20198-20209)。SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子の例としては、Synechocystis sp. PCC 6803が保持するslr1841若しくはslr1908、又はAnabaena sp. 90が保持するoprBなどが挙げられる。 The SLH domain-retaining outer membrane protein (for example, Slr1841 in the figure) consists of a C-terminal region embedded in a lipid membrane (also referred to as outer membrane 5) and an N-terminal SLH domain 7 protruding from the lipid membrane. , Cyanobacterium and a group of gram-negative bacteria, which are widely distributed in bacteria belonging to the Negativicutes family (Non-Patent Document 4: Kojima et al., 2016, Biosci. Biotech. Biochem., 10: 1954-1959). The regions embedded in the lipid membrane (ie, the outer membrane 5) form channels to allow the outer membrane of hydrophilic substances to permeate, while the SLH domain 7 has the function of binding to the cell wall 4 (non-). Patent Document 5: Kowata et al., 2017, J. Bacteriol., 199: e00371-17). In order for SLH domain 7 to bind to the cell wall 4, the covalent sugar chain 3 in peptidoglycan 2 needs to be modified with pyruvic acid (Non-Patent Document 6: Kojima et al., 2016, J. Biol). . Chem., 291: 20198-20209). Examples of genes encoding SLH domain-retaining outer membrane protein 6 include slr1841 or slr1908 carried by Synechocystis sp. PCC 6803, or oprB carried by Anabaena sp. 90.

ペプチドグリカン2における共有結合型の糖鎖3のピルビン酸修飾反応を触媒する酵素(以下、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9という)は、グラム陽性菌であるBacillus anthracisにおいて同定され、CsaBと命名されている(非特許文献7:Mesnage et al., 2000, EMBO J., 19:4473-4484)。ゲノム塩基配列が公開されているシアノバクテリアにおいて、多くの種がCsaBとアミノ酸配列の同一性が30%以上となる相同タンパク質をコードする遺伝子を保持している。例としては、Synechocystis sp. PCC 6803が保持するslr0688又はSynechococcus sp. 7502が保持するsyn7502_03092などが挙げられる。 The enzyme that catalyzes the pyruvate modification reaction of the covalently bound sugar chain 3 in peptidoglycan 2 (hereinafter referred to as cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9) has been identified in the gram-positive bacterium Bacillus anthracis and is named CsaB. (Non-Patent Document 7: Mesnage et al., 2000, EMBO J., 19: 4473-4484). In cyanobacteria whose genomic base sequence is open to the public, many species carry genes encoding homologous proteins having an amino acid sequence identity of 30% or more with CsaB. Examples include slr0688 held by Synechocystis sp. PCC 6803 or syn7502_03092 held by Synechococcus sp. 7502.

シアノバクテリアでは、光合成により固定されたCOは多段階の酵素反応を経て各種アミノ酸及び細胞内分子の前駆体に変換される。それらを原料として、シアノバクテリアの細胞質内でタンパク質及び代謝産物が合成される。それらのタンパク質及び代謝産物の中には、細胞質内で機能するものもあるし、細胞質からペリプラズムに輸送されてペリプラズム内で機能するものもある。しかしながら、細胞外にタンパク質及び代謝産物を積極的に分泌するケースは、現在までシアノバクテリアにおいては報告されていない。 In cyanobacteria, CO 2 immobilized by photosynthesis is converted into precursors of various amino acids and intracellular molecules through a multi-step enzymatic reaction. Using them as raw materials, proteins and metabolites are synthesized in the cytoplasm of cyanobacteria. Some of these proteins and metabolites function within the cytoplasm, while others are transported from the cytoplasm to the periplasm and function within the periplasm. However, cases of active secretion of proteins and metabolites extracellularly have not been reported in cyanobacteria to date.

シアノバクテリアは、高い光合成能力を有するため、必ずしも有機物を栄養分として外から取り込む必要がない。そのため、シアノバクテリアは、図2の有機物チャネルタンパク質8(例えば、Slr1270)のように、有機物を透過させるチャネルタンパク質を外膜5に非常にわずかにしか有していない。例えば、Synechocystis sp. PCC 6803では、有機物を透過させる有機物チャネルタンパク質8は、外膜5の総タンパク質量の約4%しか存在しない。一方、シアノバクテリアは、生育に必要な無機イオン類を高効率で細胞内に取り込むために、図2のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6(例えば、Slr1841)のように、無機イオン類のみを透過させるイオンチャネルタンパク質を外膜5に多く有する。例えば、Synechocystis sp. PCC 6803では、無機イオンを透過させるイオンチャネルタンパク質は、外膜5の総タンパク質量の約80%を占める。 Since cyanobacteria have high photosynthetic ability, it is not always necessary to take in organic matter as nutrients from the outside. Therefore, cyanobacteria have very little channel protein in the outer membrane 5 that allows organic matter to permeate, such as the organic channel protein 8 (eg, Slr1270) in FIG. For example, in Synechocystis sp. PCC 6803, the organic channel protein 8 that allows the organic matter to permeate is present in only about 4% of the total protein content of the outer membrane 5. On the other hand, cyanobacteria permeate only inorganic ions like SLH domain-retaining outer membrane protein 6 (for example, Slr1841) in FIG. 2 in order to take up inorganic ions necessary for growth into cells with high efficiency. The outer membrane 5 has a large amount of ion channel proteins to cause. For example, in Synechocystis sp. PCC 6803, ion channel proteins that permeate inorganic ions account for about 80% of the total protein content of the outer membrane 5.

このように、シアノバクテリアでは、外膜5におけるタンパク質などの有機物を透過させるチャネルが非常に少ないため、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物を菌体外に積極的に分泌することが難しいと考えられている。 As described above, in cyanobacteria, since there are very few channels for permeating organic substances such as proteins in the outer membrane 5, it is difficult to actively secrete proteins and metabolites produced in the cells to the outside of the cells. It is considered.

[4.改変シアノバクテリア]
続いて、本実施の形態における改変シアノバクテリアについて図2を参照しながら説明する。
[4. Modified cyanobacteria]
Subsequently, the modified cyanobacteria in the present embodiment will be described with reference to FIG.

本実施の形態における改変シアノバクテリアは、シアノバクテリアにおいて外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質(以下、結合関連タンパク質ともいう)の機能が抑制又は喪失されている。これにより、改変シアノバクテリアでは、外膜5と細胞壁4との結合(例えば、結合量及び結合力)が部分的に低減するため、外膜5が細胞壁4から部分的に脱離しやすくなる。そのため、改変シアノバクテリアは、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物を菌体外に分泌する菌体内産生物質の分泌生産性が向上する。上述したように、菌体内産生物質には、作物の収量向上に関与する菌体内産生物質(つまり、作物収量向上物質)が含まれる。作物収量向上物質は、例えば、ピログルタミン酸、及び、アミノ安息香酸である。改変シアノバクテリアの分泌物には、例えば、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸の少なくともいずれかを含む作物収量向上剤が含まれる。そのため、改変シアノバクテリアは、菌体内で産生されたピログルタミン酸及びアミノ安息香酸などの作物収量向上物質を菌体外に分泌する作物収量向上物質の分泌生産性も向上する。また、菌体を破砕して作物収量向上物質を回収する必要がないため、作物収量向上物質を回収した後も、改変シアノバクテリアを繰り返し使用することができる。なお、本明細書では、改変シアノバクテリアが菌体内でタンパク質及び代謝物を作り出すことを産生と言い、産生されたタンパク質及び代謝物を菌体外に分泌することを分泌生産と言う。 In the modified cyanobacteria of the present embodiment, the function of the protein involved in the binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 (hereinafter, also referred to as a binding-related protein) is suppressed or lost in the cyanobacteria. As a result, in the modified cyanobacteria, the binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 (for example, the amount of binding and the binding force) is partially reduced, so that the outer membrane 5 is more likely to be partially detached from the cell wall 4. Therefore, the modified cyanobacteria improve the secretory productivity of intracellularly produced substances that secrete proteins and metabolites produced in the cells to the outside of the cells. As described above, the intracellularly produced substance includes an intracellularly produced substance (that is, a crop yield improving substance) that is involved in improving the yield of the crop. The crop yield improving substances are, for example, pyroglutamic acid and aminobenzoic acid. Modified cyanobacterial secretions include, for example, crop yield enhancers containing at least one of pyroglutamic acid and aminobenzoic acid. Therefore, the modified cyanobacteria also improve the secretion productivity of crop yield improving substances that secrete crop yield improving substances such as pyroglutamic acid and aminobenzoic acid produced in the cells to the outside of the cells. In addition, since it is not necessary to crush the cells to recover the crop yield improving substance, the modified cyanobacteria can be used repeatedly even after the crop yield improving substance is recovered. In this specification, the production of modified cyanobacteria in the cells is called production, and the secretion of the produced proteins and metabolites out of the cells is called secretory production.

外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質は、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つであってもよい。本実施の形態では、改変シアノバクテリアは、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つのタンパク質の機能が抑制又は喪失されている。例えば、改変シアノバクテリアでは、(i)SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つの機能が抑制又は喪失されてもよく、(ii)細胞壁4と結合するSLHドメイン保持型外膜タンパク質6の発現、及び、細胞壁4の表面の結合糖鎖のピルビン酸修飾反応を触媒する酵素(つまり、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9)の発現の少なくとも1つが抑制されてもよい。これにより、外膜5中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6のSLHドメイン7と細胞壁4の表面の共有結合型の糖鎖3との結合(つまり、結合量及び結合力)が低減する。そのため、これらの結合が弱まった部分において外膜5が細胞壁4から脱離しやすくなる。外膜5が細胞壁4から部分的に脱離することにより、改変シアノバクテリアの細胞内、特にペリプラズムに存在するタンパク質及び代謝産物などの菌体内産生物質が細胞の外(外膜5の外)へ漏出しやすくなる。これにより、改変シアノバクテリアは、菌体内で産生された作物収量向上物質を菌体外に分泌する分泌生産性が向上する。 The protein involved in the binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 may be, for example, at least one of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9. In this embodiment, the modified cyanobacteria suppress or lose the function of at least one protein of, for example, SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9. For example, in modified cyanobacteria, (i) the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 may have at least one function suppressed or lost, and (ii) the SLH domain that binds to the cell wall 4. At least one of the expression of the retained outer membrane protein 6 and the enzyme that catalyzes the pyruvate modification reaction of the bound sugar chain on the surface of the cell wall 4 (that is, the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9) may be suppressed. .. As a result, the binding (that is, the binding amount and binding force) between the SLH domain 7 of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 in the outer membrane 5 and the covalently bound sugar chain 3 on the surface of the cell wall 4 is reduced. Therefore, the outer membrane 5 is likely to be detached from the cell wall 4 at the portion where these bonds are weakened. By partially detaching the outer membrane 5 from the cell wall 4, intracellularly produced substances such as proteins and metabolites present in the cells of the modified cyanobacteria, especially periplasm, move out of the cells (outside the outer membrane 5). It becomes easy to leak. As a result, the modified cyanobacteria improve the secretory productivity of secreting the crop yield improving substance produced in the cells to the outside of the cells.

以下、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つの結合関連タンパク質の機能が抑制されることにより外膜5が部分的に細胞壁4から脱離するように改変されたシアノバクテリアについてより具体的に説明する。 Hereinafter, the outer membrane 5 is modified to partially detach from the cell wall 4 by suppressing the functions of at least one binding-related protein of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9. The cyanobacteria will be described more specifically.

本実施の形態における改変シアノバクテリアの親微生物となる、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6の発現及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の発現の少なくとも1つを抑制する又は喪失させる前のシアノバクテリア(つまり、親シアノバクテリア)の種類は、特に制限はなく、あらゆる種類のシアノバクテリアであってもよい。例えば、親シアノバクテリアは、Syenechocystis属、Synechococcus属、Anabaena属、又は、Thermosynechococcus属であってもよく、中でも、Synechocystis sp. PCC 6803、Synechococcus sp. PCC 7942、又は、Thermosynechococcus elongatus BP-1であってもよい。 Cyanobacteria before suppressing or losing at least one of the expression of SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9, which are the parent microorganisms of the modified cyanobacteria in the present embodiment. , The type of parent cyanobacteria) is not particularly limited and may be any type of cyanobacteria. For example, the parent cyanobacteria may be of the genus Synechocystis, Synechococcus, Anabaena, or Thermosynechococcus, among others Synechocystis sp. PCC 6803, Synechococcus sp. PCC 7942, or Thermosynechococcus elongatus BP-1. May be good.

これらの親シアノバクテリアにおけるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾反応を触媒する酵素(つまり、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9)のアミノ酸配列、それらの結合関連タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列、及び、当該遺伝子の染色体DNA又はプラスミド上での位置は、上述のNCBIデータベース及びCyanobaseで確認することができる。 The amino acid sequences of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the enzyme that catalyzes the cell wall-pyruvate modification reaction (that is, the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9) in these parent cyanobacteria, and the genes encoding their binding-related proteins. The base sequence and the position of the gene on the chromosomal DNA or plasmid can be confirmed by the above-mentioned NCBI database and Cyanobase.

なお、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアにおいて機能が抑制又は喪失されるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9は、親シアノバクテリアが保有している限り、いずれの親シアノバクテリアのものであってもよく、それらをコードする遺伝子の存在場所(例えば、染色体DNA上又はプラスミド上)により制限されるものではない。 The SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 whose functions are suppressed or lost in the modified cyanobacteria according to the present embodiment are any parent as long as they are possessed by the parent cyanobacteria. It may be of cyanobacteria and is not limited by the location of the genes encoding them (eg, on chromosomal DNA or plasmid).

例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6は、親シアノバクテリアがSyenchocystis属の場合、Slr1841、Slr1908、又は、Slr0042等であってもよく、親シアノバクテリアがSynechococcus属の場合、NIES970_09470等であってもよく、親シアノバクテリアがAnabaena属の場合、Anacy_5815又はAnacy_3458等であってもよく、親シアノバクテリアがMicrocystis属の場合、A0A0F6U6F8_MICAE等であってもよく、親シアノバクテリアがCyanothese属の場合、A0A3B8XX12_9CYAN等であってもよく、親シアノバクテリアがLeptolyngbya属の場合、A0A1Q8ZE23_9CYAN等であってもよく、親シアノバクテリアがCalothrix属の場合、A0A1Z4R6U0_9CYANが挙げられ、親シアノバクテリアがNostoc属の場合、A0A1C0VG86_9NOSO等であってもよく、親シアノバクテリアがCrocosphaera属の場合、B1WRN6_CROS5等であってもよく、親シアノバクテリアがPleurocapsa属の場合、K9TAE4_9CYAN等であってもよい。 For example, the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 may be Slr1841, Slr1908, Slr0042, or the like when the parent cyanobacteria belongs to the genus Syenchocystis, or NIES970_09470 or the like when the parent cyanobacteria belongs to the genus Synechococcus. Often, if the parent cyanobacteria belongs to the genus Anabaena, it may be Anacy_5815 or Anacy_3458, etc., if the parent cyanobacteria belongs to the genus Microcystis, it may be A0A0F6U6F8_MICAE, etc. If the parent cyanobacteria belongs to the genus Leptolyngbya, it may be A0A1Q8ZE23_9CYAN, etc. If the parent cyanobacteria belongs to the genus Crocosphaera, it may be B1WRN6_CROS5 or the like, and if the parent cyanobacteria belongs to the genus Pleurocapsa, it may be K9TAE4_9CYAN or the like.

より具体的には、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6は、例えば、Synechocystis sp. PCC 6803のSlr1841(配列番号1)、Synechococcus sp. NIES-970のNIES970_09470(配列番号2)、又は、Anabaena cylindrica PCC 7122のAnacy_3458(配列番号3)等であってもよい。また、これらのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質であってもよい。 More specifically, the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 is, for example, Slr1841 (SEQ ID NO: 1) of Synechocystis sp. PCC 6803, NIES970_09470 (SEQ ID NO: 2) of Synechococcus sp. NIES-970, or Anabaena cylindrica PCC. It may be Anacy_3458 (SEQ ID NO: 3) of 7122 or the like. Further, it may be a protein having an amino acid sequence of 50% or more identical to these SLH domain-retaining outer membrane proteins 6.

これにより、改変シアノバクテリアでは、例えば、(i)上記の配列番号1~3で示されるいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6又はこれらのいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質の機能が抑制若しくは喪失されていてもよく、(ii)上記の配列番号1~3で示されるいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6又はこれらのいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質の発現が抑制されていてもよい。そのため、改変シアノバクテリアでは、(i)外膜5中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6若しくはSLHドメイン保持型外膜タンパク質6と同等の機能を有するタンパク質の機能が抑制若しくは喪失される、又は、(ii)外膜5中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6若しくはSLHドメイン保持型外膜タンパク質6と同等の機能を有するタンパク質の発現量が低減する。その結果、改変シアノバクテリアでは、外膜5が細胞壁4と結合するための結合ドメイン(例えば、SLHドメイン7)が細胞壁4と結合する結合量及び結合力が低減するため、外膜5が細胞壁4から部分的に脱離しやすくなる。これにより、改変シアノバクテリアでは、菌体内産生物質が菌体外に漏出しやすくなるため、菌体内で産生された作物収量向上物質も菌体外に漏出しやすくなる。 Thereby, in the modified cyanobacteria, for example, (i) any SLH domain-retaining outer membrane protein 6 shown in SEQ ID NOs: 1 to 3 above or any of these SLH domain-retaining outer membrane proteins 6 and amino acids. The function of the protein having the same sequence of 50% or more may be suppressed or lost, and (ii) any SLH domain-retaining outer membrane protein 6 shown in SEQ ID NOs: 1 to 3 above, or any of these. The expression of a protein having an amino acid sequence of 50% or more identical to that of SLH domain-retaining outer membrane protein 6 may be suppressed. Therefore, in the modified cyanobacteria, (i) the function of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 or the protein having the same function as the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 in the outer membrane 5 is suppressed or lost, or (Ii) The expression level of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 or the protein having the same function as the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 in the outer membrane 5 is reduced. As a result, in the modified cyanobacteria, the binding amount and the binding force of the binding domain (for example, SLH domain 7) for the outer membrane 5 to bind to the cell wall 4 are reduced, so that the outer membrane 5 is the cell wall 4 It becomes easier to partially detach from. As a result, in the modified cyanobacteria, the substance produced in the cells is likely to leak out of the cells, so that the crop yield improving substance produced in the cells is also easily leaked out of the cells.

一般に、タンパク質のアミノ酸配列が30%以上同一であれば、タンパク質の立体構造の相同性が高いため、当該タンパク質と同等の機能を有する可能性が高いと言われている。そのため、機能が抑制又は喪失されるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6としては、例えば、上記の配列番号1~3で示されるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6のいずれかのアミノ酸配列と、40%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらにより好ましくは80%以上、なお好ましくは90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ、細胞壁4の共有結合型の糖鎖3と結合する機能を有するタンパク質又はポリペプチドであってもよい。 Generally, it is said that if the amino acid sequence of a protein is 30% or more the same, the homology of the three-dimensional structure of the protein is high, and therefore it is highly possible that the protein has the same function as the protein. Therefore, the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 whose function is suppressed or lost is, for example, 40% with any amino acid sequence of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 shown in SEQ ID NOs: 1 to 3 above. As described above, the amino acid sequence is preferably 50% or more, more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more, still more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, and the cell wall 4 It may be a protein or polypeptide having a function of binding to the covalent bond type sugar chain 3.

また、例えば、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9は、親シアノバクテリアがSyenchocystis属の場合、Slr0688等であってもよく、親シアノバクテリアがSynechococcus属の場合、Syn7502_03092又はSynpcc7942_1529等であってもよく、親シアノバクテリアがAnabaena属の場合、ANA_C20348又はAnacy_1623等であってもよく、親シアノバクテリアがMicrocystis属の場合、CsaB (NCBIのアクセスID:TRU80220)等であってもよく、親シアノバクテリアがCyanothese属の場合、CsaB(NCBIのアクセスID:WP_107667006.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがSpirulina属の場合、CsaB(NCBIのアクセスID:WP_026079530.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがCalothrix属の場合、CsaB(NCBIのアクセスID:WP_096658142.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがNostoc属の場合、CsaB(NCBIのアクセスID:WP_099068528.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがCrocosphaera属の場合、CsaB(NCBIのアクセスID:WP_012361697.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがPleurocapsa属の場合、CsaB(NCBIのアクセスID:WP_036798735)等であってもよい。 Further, for example, the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 may be Slr0688 or the like when the parent cyanobacteria belongs to the genus Syenchocystis, or may be Syn7502_03092 or Synpcc7942_1529 or the like when the parent cyanobacteria belongs to the genus Synechococcus. If the cyanobacteria belongs to the genus Anabaena, it may be ANA_C20348 or Anacy_1623, etc., if the parent cyanobacteria belongs to the genus Microcystis, it may be CsaB (NCBI access ID: TRU80220), etc., and the parent cyanobacteria belongs to the genus Cyanothese. In the case, it may be CsaB (NCBI access ID: WP_107667006.1) or the like, and if the parent cyanobacteria belongs to the genus Spirulina, it may be CsaB (NCBI access ID: WP_026079530.1) or the like, and the parent cyanobacteria. If is of the genus Calothrix, it may be CsaB (NCBI access ID: WP_096658142.1) or the like, and if the parent cyanobacteria is of the Nostoc genus, it may be CsaB (NCBI access ID: WP_099068528.1) or the like. , If the parent cyanobacteria belongs to the genus Crocosphaera, it may be CsaB (NCBI access ID: WP_012361697.1), etc., and if the parent cyanobacteria belongs to the genus Pleurocapsa, it may be CsaB (NCBI access ID: WP_036798735), etc. May be good.

より具体的には、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9は、例えば、Synechocystis sp. PCC 6803のSlr0688(配列番号4)、Synechococcus sp. PCC 7942のSynpcc7942_1529(配列番号5)、又は、Anabaena cylindrica PCC 7122のAnacy_1623(配列番号6)等であってもよい。また、これらの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質であってもよい。 More specifically, the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 is, for example, Slr0688 (SEQ ID NO: 4) of Synechocystis sp. PCC 6803, Synpcc7942_1529 (SEQ ID NO: 5) of Synechococcus sp. PCC 7942, or Anabaena cylindrica PCC 7122. It may be Anacy_1623 (SEQ ID NO: 6) or the like. Further, it may be a protein having an amino acid sequence of 50% or more identical to these cell wall-pyruvic acid modifying enzymes 9.

これにより、改変シアノバクテリアでは、例えば、(i)上記の配列番号4~6で示されるいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9又はこれらのいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質の機能が抑制又は喪失されていてもよく、(ii)上記の配列番号4~6で示されるいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9又はこれらのいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質の発現が抑制されていてもよい。そのため、改変シアノバクテリアでは、(i)細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9又は当該酵素と同等の機能を有するタンパク質の機能が抑制若しくは喪失される、又は、(ii)細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9又は当該酵素と同等の機能を有するタンパク質の発現量が低減する。これにより、細胞壁4の表面の共有結合型の糖鎖3がピルビン酸で修飾されにくくなるため、細胞壁4の糖鎖3が外膜5中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6のSLHドメイン7と結合する結合量及び結合力が低減する。したがって、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアでは、細胞壁4の表面の共有結合型の糖鎖3がピルビン酸で修飾されにくくなるため、細胞壁4と外膜5との結合力が弱まり、外膜5が細胞壁4から部分的に脱離しやすくなる。これにより、改変シアノバクテリアでは、菌体内産生物質が菌体外に漏出しやすくなるため、菌体内で産生された作物収量向上物質も菌体外に漏出しやすくなる。 Thereby, in the modified cyanobacteria, for example, (i) any cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 shown in SEQ ID NOs: 4 to 6 above or any one of these cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 and an amino acid sequence can be obtained. The function of proteins that are 50% or more identical may be suppressed or lost (ii) any cell wall set forth in SEQ ID NOs: 4-6 above-pyruvic acid modifying enzyme 9 or any of these cell walls-. The expression of a protein having an amino acid sequence of 50% or more the same as that of pyruvate modifying enzyme 9 may be suppressed. Therefore, in the modified cyanobacteria, (i) the function of the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 or a protein having a function equivalent to the enzyme is suppressed or lost, or (ii) the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 or the said The expression level of proteins having the same function as enzymes is reduced. As a result, the covalently bound sugar chain 3 on the surface of the cell wall 4 is less likely to be modified with pyruvic acid, so that the sugar chain 3 of the cell wall 4 becomes the SLH domain 7 of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 in the outer membrane 5. The amount of binding and the binding force are reduced. Therefore, in the modified cyanobacteria according to the present embodiment, the covalent bond type sugar chain 3 on the surface of the cell wall 4 is less likely to be modified with pyruvate, so that the binding force between the cell wall 4 and the outer membrane 5 is weakened, and the outer membrane is weakened. 5 is more likely to partially detach from the cell wall 4. As a result, in the modified cyanobacteria, the substance produced in the cells is likely to leak out of the cells, so that the crop yield improving substance produced in the cells is also easily leaked out of the cells.

また、上述したとおり、タンパク質のアミノ酸配列が30%以上同一であれば、当該タンパク質と同等の機能を有する可能性が高いと言われている。そのため、機能が抑制又は喪失される細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9としては、例えば、上記の配列番号4~6で示される細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9のいずれかのアミノ酸配列と、40%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらにより好ましくは80%以上、なお好ましくは90%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、かつ、細胞壁4のペプチドグリカン2の共有結合型の糖鎖3をピルビン酸で修飾する反応を触媒する機能を有するタンパク質又はポリペプチドであってもよい。 Further, as described above, if the amino acid sequences of the proteins are 30% or more the same, it is said that there is a high possibility that the proteins have the same functions as the proteins. Therefore, the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 whose function is suppressed or lost includes, for example, 40% or more of the amino acid sequence of any of the cell wall-pyruvic acid modifying enzymes 9 shown in SEQ ID NOs: 4 to 6 above. It consists of an amino acid sequence having an amino acid sequence of preferably 50% or more, more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more, still more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, and the peptide glycan of the cell wall 4 It may be a protein or polypeptide having a function of catalyzing a reaction of modifying the covalent bond type sugar chain 3 of 2 with pyruvic acid.

なお、本明細書において、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6の機能を抑制する又は喪失させるとは、当該タンパク質の細胞壁4との結合能力を抑制する若しくは喪失させること、当該タンパク質の外膜5への輸送を抑制する若しくは喪失させること、又は、当該タンパク質が外膜5に埋め込まれて機能する能力を抑制する若しくは喪失させることである。 In the present specification, suppressing or losing the function of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 means suppressing or losing the binding ability of the protein to the cell wall 4, and to the outer membrane 5 of the protein. The transport of the protein is suppressed or lost, or the ability of the protein to be embedded in the outer membrane 5 to function is suppressed or lost.

なお、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の機能を抑制する又は喪失するとは、当該タンパク質が細胞壁4の共有結合型の糖鎖3をピルビン酸で修飾する機能を抑制する又は喪失させることである。 In addition, suppressing or losing the function of the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 means that the protein suppresses or loses the function of modifying the covalent sugar chain 3 of the cell wall 4 with pyruvic acid.

これらのタンパク質の機能を抑制する又は喪失させる手段としては、タンパク質の機能の抑制又は喪失に通常使用される手段であれば特に限定されない。当該手段は、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子を欠失若しくは不活性化させること、これらの遺伝子の転写を阻害すること、これらの遺伝子の転写産物の翻訳を阻害すること、又は、これらのタンパク質を特異的に阻害する阻害剤を投与することなどであってもよい。 The means for suppressing or losing the function of these proteins is not particularly limited as long as it is a means usually used for suppressing or losing the function of the protein. The means is, for example, deleting or inactivating the gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the gene encoding the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9, and inhibiting the transcription of these genes. It may be to inhibit the translation of transcripts of these genes, or to administer an inhibitor that specifically inhibits these proteins.

本実施の形態では、改変シアノバクテリアは、外膜5と細胞壁4とこれにより、改変シアノバクテリアでは、細胞壁4と外膜5との結合に関与するタンパク質の発現が抑制されるため、又は、当該タンパク質の機能が抑制若しくは喪失されるため、細胞壁4と外膜5との結合(つまり、結合量及び結合力)が部分的に低減する。その結果、改変シアノバクテリアでは、外膜5が細胞壁4から部分的に脱離しやすくなるため、改変シアノバクテリアは、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物などの菌体内産生物質が外膜5の外、つまり、菌体外に漏出しやすくなる。そのため、改変シアノバクテリアは、菌体内で産生された作物収量向上物質を菌体外に分泌する作物収量向上物質の分泌生産性が向上する。これにより、菌体を破砕するなどの、菌体内産生物質の抽出処理が不要となるため、菌体内産生物質の生理活性の低下及び収率の低下が起こりにくくなる。そのため、菌体内で産生された作物収量向上物質の生理活性の低下及び収率の低下も起こりにくくなるため、作物収量向上効果が向上した作物収量向上剤を製造することができる。また、上記の菌体内産生物質の抽出処理が不要となるため、当該物質を回収した後も、改変シアノバクテリアを繰り返し使用して作物収量向上物質を産生させることができる。 In the present embodiment, the modified cyanobacteria are the outer membrane 5 and the cell wall 4, and thereby the modified cyanobacteria suppresses the expression of the protein involved in the binding between the cell wall 4 and the outer membrane 5, or the present invention. Since the function of the protein is suppressed or lost, the binding between the cell wall 4 and the outer membrane 5 (that is, the binding amount and the binding force) is partially reduced. As a result, in the modified cyanobacteria, the outer membrane 5 is easily partially detached from the cell wall 4. Therefore, in the modified cyanobacteria, the intracellularly produced substances such as proteins and metabolites produced in the cells are contained in the outer membrane 5. It is easy to leak to the outside, that is, to the outside of the bacterial cell. Therefore, the modified cyanobacteria improve the secretory productivity of the crop yield improving substance that secretes the crop yield improving substance produced in the cells to the outside of the cells. This eliminates the need for extraction processing of the substance produced in the cell, such as crushing the cell, so that the decrease in the physiological activity and the decrease in the yield of the substance produced in the cell are less likely to occur. Therefore, it is difficult for the physiological activity and the yield of the crop yield improving substance produced in the cells to decrease, so that it is possible to produce a crop yield improving agent having an improved crop yield improving effect. Further, since the extraction process of the above-mentioned substance produced in the cells is not required, the modified cyanobacteria can be repeatedly used to produce the substance for improving the crop yield even after the substance is recovered.

外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質を発現させる遺伝子は、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子の少なくとも1つであってもよい。改変シアノバクテリアでは、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子、及び、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子の少なくとも1つの遺伝子が欠失又は不活性化されている。そのため、改変シアノバクテリアでは、例えば、(i)SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つの発現が抑制される、又は、(ii)SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つの機能が抑制若しくは喪失される。そのため、外膜5中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6のSLHドメイン7と、細胞壁4の表面の共有結合型の糖鎖3との結合(つまり、結合量及び結合力)が低減する。これにより、外膜5と細胞壁4との結合が弱まった部分において外膜5が細胞壁4から脱離しやすくなる。その結果、改変シアノバクテリアでは、外膜5と細胞壁4との結合が低減することにより外膜5が細胞壁4から部分的に脱離しやすくなるため、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物が菌体外に漏出しやすくなる。これにより、改変シアノバクテリアの菌体内で産生された作物収量向上物質も菌体外に漏出しやすくなる。 The gene that expresses the protein involved in the binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 is, for example, at least one of the gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the gene encoding the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9. There may be. In the modified cyanobacteria, at least one gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the gene encoding the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 are deleted or inactivated. Therefore, in the modified cyanobacteria, for example, the expression of at least one of (i) SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 is suppressed, or (ii) SLH domain-retaining outer membrane protein. 6 and cell wall-at least one function of pyruvate modifying enzyme 9 is suppressed or lost. Therefore, the binding (that is, the binding amount and binding force) between the SLH domain 7 of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 in the outer membrane 5 and the covalently bound sugar chain 3 on the surface of the cell wall 4 is reduced. As a result, the outer membrane 5 is easily detached from the cell wall 4 at the portion where the bond between the outer membrane 5 and the cell wall 4 is weakened. As a result, in the modified cyanobacteria, the binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 is reduced, so that the outer membrane 5 is more likely to be partially detached from the cell wall 4, so that the proteins and metabolites produced in the cells are bacterial. It becomes easy to leak out of the body. As a result, the crop yield improving substance produced in the cells of the modified cyanobacteria also easily leaks out of the cells.

本実施の形態では、シアノバクテリアにおけるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つの機能を抑制する又は喪失させるために、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子の少なくとも1つの転写を抑制してもよい。 In this embodiment, for example, SLH domain-retaining outer membrane protein 6 is used to suppress or eliminate at least one function of SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 in cyanobacteria. The encoding gene and the cell wall-the transcription of at least one of the genes encoding the pyruvate modifying enzyme 9 may be suppressed.

例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子は、親シアノバクテリアがSyenchocystis属の場合、slr1841、slr1908、又は、slr0042等であってもよく、Synechococcus属の場合、nies970_09470等であってもよく、親シアノバクテリアがAnabaena属の場合、anacy_5815又はanacy_3458等であってもよく、親シアノバクテリアがMicrocystis属の場合、A0A0F6U6F8_MICAE等であってもよく、親シアノバクテリアがCyanothese属の場合、A0A3B8XX12_9CYAN等であってもよく、親シアノバクテリアがLeptolyngbya属の場合、A0A1Q8ZE23_9CYAN等であってもよく、親シアノバクテリアがCalothrix属の場合、A0A1Z4R6U0_9CYAN等であってもよく、親シアノバクテリアがNostoc属の場合、A0A1C0VG86_9NOSO等であってもよく、親シアノバクテリアがCrocosphaera属の場合、B1WRN6_CROS5等であってもよく、親シアノバクテリアがPleurocapsa属の場合、K9TAE4_9CYAN等であってもよい。これらの遺伝子の塩基配列は、上述したNCBIデータベース又はCyanobaseから入手できる。 For example, the gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 may be slr1841, slr1908, slr0042, etc. when the parent cyanobacteria belongs to the genus Syenchocystis, or may be nies970_09470, etc. in the case of the genus Synechococcus. Often, if the parent cyanobacteria belongs to the genus Anabaena, it may be anacy_5815 or anacy_3458, etc., if the parent cyanobacteria belongs to the genus Microcystis, it may be A0A0F6U6F8_MICAE, etc. If the parent cyanobacteria is Leptolyngbya, it may be A0A1Q8ZE23_9CYAN, etc., if the parent cyanobacteria is Calothrix, it may be A0A1Z4R6U0_9CYAN, etc., if the parent cyanobacteria is Nostoc, A0A1C0VG86_9NOSO, etc. If the parent cyanobacteria belongs to the genus Crocosphaera, it may be B1WRN6_CROS5 or the like, and if the parent cyanobacteria belongs to the genus Pleurocapsa, it may be K9TAE4_9CYAN or the like. The nucleotide sequences of these genes can be obtained from the NCBI database described above or Cyanobase.

より具体的には、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子は、Synechocystis sp. PCC 6803のslr1841(配列番号7)、Synechococcus sp. NIES-970のnies970_09470(配列番号8)、Anabaena cylindrica PCC 7122のanacy_3458(配列番号9)、又は、これらの遺伝子とアミノ酸配列が50%以上同一である遺伝子であってもよい。 More specifically, the genes encoding SLH domain-retaining outer membrane protein 6 are slr1841 (SEQ ID NO: 7) of Synechocystis sp. PCC 6803, nies970_09470 (SEQ ID NO: 8) of Synechococcus sp. NIES-970, and Anabaena cylindrica PCC. It may be anacy_3458 (SEQ ID NO: 9) of 7122, or a gene whose amino acid sequence is 50% or more identical to these genes.

これにより、改変シアノバクテリアでは、上記の配列番号7~9で示されるいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子又はこれらのいずれかの遺伝子の塩基配列と50%以上同一である遺伝子が欠失又は不活性化される。そのため、改変シアノバクテリアでは、(i)上記のいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6若しくはこれらのいずれかのタンパク質と同等の機能を有するタンパク質の発現が抑制される、又は、(ii)上記のいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質6若しくはこれらのいずれかのタンパク質と同等の機能を有するタンパク質の機能が抑制若しくは喪失される。その結果、改変シアノバクテリアでは、外膜5が細胞壁4と結合するための結合ドメイン(例えばSLHドメイン7)が細胞壁4と結合する結合量及び結合力が低減するため、外膜5が細胞壁4から部分的に離脱しやすくなる。これにより、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物が菌体外に漏出しやすくなるため、菌体内で産生された作物収量向上物質も菌体外に漏出しやすくなる。 Thereby, in the modified cyanobacteria, it is 50% or more identical to the gene encoding any of the SLH domain-retaining outer membrane proteins 6 shown in SEQ ID NOs: 7 to 9 above or the base sequence of any of these genes. The gene is deleted or inactivated. Therefore, in the modified cyanobacteria, (i) expression of any of the above SLH domain-retaining outer membrane proteins 6 or a protein having the same function as any of these proteins is suppressed, or (ii) the above. The function of any of the SLH domain-retaining outer membrane proteins 6 or a protein having a function equivalent to that of any of these proteins is suppressed or lost. As a result, in the modified cyanobacteria, the binding domain (for example, SLH domain 7) for the outer membrane 5 to bind to the cell wall 4 has a reduced amount and binding force to bind to the cell wall 4, so that the outer membrane 5 is attached to the cell wall 4 from the cell wall 4. It becomes easier to partially separate. As a result, proteins and metabolites produced in the cells are likely to leak out of the cells, so that the crop yield improving substance produced in the cells is also likely to leak out of the cells.

上述したように、タンパク質のアミノ酸配列が30%以上同一であれば、当該タンパク質と同等の機能を有する可能性が高いと言われている。そのため、タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列が30%以上同一であれば、当該タンパク質と同等の機能を有するタンパク質が発現される可能性が高いと考えられる。そのため、機能が抑制又は喪失されるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子としては、例えば、上記の配列番号7~9で示されるSLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子のいずれかの塩基配列と、40%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらにより好ましくは80%以上、なお好ましくは90%以上の同一性を有する塩基配列からなる遺伝子であり、かつ、細胞壁4の共有結合型の糖鎖3と結合する機能を有するタンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子であってもよい。 As described above, if the amino acid sequence of a protein is 30% or more the same, it is said that there is a high possibility that the protein has the same function as the protein. Therefore, if the base sequence of the gene encoding the protein is 30% or more the same, it is highly likely that a protein having the same function as the protein will be expressed. Therefore, the gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 whose function is suppressed or lost is, for example, any of the genes encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 represented by SEQ ID NOs: 7 to 9 above. A base having the same identity with the base sequence of 40% or more, preferably 50% or more, more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more, still more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more. It may be a gene consisting of a sequence and a gene encoding a protein or polypeptide having a function of binding to a covalent bond type sugar chain 3 of the cell wall 4.

また、例えば、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子は、親シアノバクテリアがSyenchocystis属の場合、slr0688等であってもよく、親シアノバクテリアがSynechococcus属の場合、syn7502_03092又はsynpcc7942_1529等であってもよく、親シアノバクテリアがAnabaena属の場合、ana_C20348又はanacy_1623等であってもよく、親シアノバクテリアがMicrocystis属の場合、csaB (NCBIのアクセスID:TRU80220)等であってもよく、親シアノバクテリアがCynahothese属の場合、csaB(NCBIのアクセスID:WP_107667006.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがSpirulina属の場合、csaB(NCBIのアクセスID:WP_026079530.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがCalothrix属の場合、csaB(NCBIのアクセスID:WP_096658142.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがNostoc属の場合、csaB(NCBIのアクセスID:WP_099068528.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがCrocosphaera属の場合、csaB(NCBIのアクセスID:WP_012361697.1)等であってもよく、親シアノバクテリアがPleurocapsa属の場合、csaB(NCBIのアクセスID:WP_036798735)等であってもよい。これらの遺伝子の塩基配列は、上述したNCBIデータベース又はCyanobaseから入手できる。 Further, for example, the gene encoding the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 may be slr0688 or the like when the parent cyanobacteria belongs to the genus Syenchocystis, or syn7502_03092 or synpcc7942_1529 or the like when the parent cyanobacteria belongs to the genus Synechococcus. If the parent cyanobacteria belongs to the genus Anabaena, it may be ana_C20348 or anacy_1623, etc., and if the parent cyanobacteria belongs to the genus Microcystis, it may be csaB (NCBI access ID: TRU80220), etc. If is Cynahothese, it may be csaB (NCBI access ID: WP_107667006.1), etc., and if the parent cyanobacteria is Spirulina, it may be csaB (NCBI access ID: WP_026079530.1), etc. , If the parent cyanobacteria belongs to the genus Calothrix, it may be csaB (NCBI access ID: WP_096658142.1), etc., and if the parent cyanobacteria belongs to the genus Nostoc, it may be csaB (NCBI access ID: WP_099068528.1), etc. If the parent cyanobacteria belongs to the genus Crocosphaera, it may be csaB (NCBI access ID: WP_012361697.1), etc., and if the parent cyanobacteria belongs to the genus Pleurocapsa, csaB (NCBI access ID: WP_036798735). And so on. The nucleotide sequences of these genes can be obtained from the NCBI database described above or Cyanobase.

より具体的には、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子は、Synechocystis sp. PCC 6803のslr0688(配列番号10)、Synechococcus sp. PCC 7942のsynpcc7942_1529(配列番号11)、又は、Anabaena cylindrica PCC 7122のanacy_1623(配列番号12)であってもよい。また、これらの遺伝子と塩基配列が50%以上同一である遺伝子であってもよい。 More specifically, the gene encoding the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 is slr0688 (SEQ ID NO: 10) of Synechocystis sp. PCC 6803, synpcc7942_1529 (SEQ ID NO: 11) of Synechococcus sp. PCC 7942, or Anabaena cylindrica PCC. It may be anacy_1623 (SEQ ID NO: 12) of 7122. Further, it may be a gene whose base sequence is 50% or more identical to these genes.

これにより、改変シアノバクテリアでは、上記の配列番号10~12で示されるいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子又はこれらのいずれかの酵素をコードする遺伝子の塩基配列と50%以上同一である遺伝子が欠失又は不活性化される。そのため、改変シアノバクテリアでは、(i)上記のいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9若しくはこれらのいずれかの酵素と同等の機能を有するタンパク質の発現が抑制される、又は、(ii)上記のいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9若しくはこれらのいずれかの酵素と同等の機能を有するタンパク質の機能が抑制若しくは喪失される。これにより、細胞壁4の表面の共有結合型の糖鎖3がピルビン酸で修飾されにくくなるため、細胞壁4の糖鎖3が外膜5中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質6のSLHドメイン7と結合する結合量及び結合力が低減する。したがって、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアでは、細胞壁4が外膜5と結合するための糖鎖3がピルビン酸で修飾される量が低減するため、細胞壁4と外膜5との結合力が弱まり、外膜5が細胞壁4から部分的に離脱しやすくなる。これにより、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物が菌体外に漏出しやすくなるため、菌体内で産生された作物収量向上物質も菌体外に漏出しやすくなる。 Thereby, in the modified cyanobacteria, 50% or more of the base sequence of the gene encoding any cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 shown in SEQ ID NOs: 10 to 12 above or the gene encoding any one of these enzymes. Genes that are identical are deleted or inactivated. Therefore, in the modified cyanobacteria, (i) the expression of any of the above cell wall-pyruvic acid modifying enzymes 9 or a protein having the same function as any of these enzymes is suppressed, or (ii) the above. The function of any cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9 or a protein having the same function as any of these enzymes is suppressed or lost. As a result, the covalently bound sugar chain 3 on the surface of the cell wall 4 is less likely to be modified with pyruvic acid, so that the sugar chain 3 of the cell wall 4 becomes the SLH domain 7 of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 in the outer membrane 5. The amount of binding and the binding force are reduced. Therefore, in the modified cyanobacteria according to the present embodiment, the amount of the sugar chain 3 for binding the cell wall 4 to the outer membrane 5 is reduced by pyruvate, so that the binding force between the cell wall 4 and the outer membrane 5 is reduced. Is weakened, and the outer membrane 5 is more likely to partially detach from the cell wall 4. As a result, proteins and metabolites produced in the cells are likely to leak out of the cells, so that the crop yield improving substance produced in the cells is also likely to leak out of the cells.

上述したように、タンパク質をコードする遺伝子の塩基配列が30%以上同一であれば、当該タンパク質と同等の機能を有するタンパク質が発現される可能性が高いと考えられる。そのため、機能が抑制又は喪失される細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子としては、例えば、上記の配列番号10~12で示される細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子のいずれかの塩基配列と、40%以上、好ましくは50%以上、より好ましくは60%以上、さらに好ましくは70%以上、さらにより好ましくは80%以上、なお好ましくは90%以上の同一性を有する塩基配列からなり、かつ、細胞壁4のペプチドグリカン2の共有結合型の糖鎖3をピルビン酸で修飾する反応を触媒する機能を有するタンパク質又はポリペプチドをコードする遺伝子であってもよい。 As described above, if the base sequence of the gene encoding the protein is 30% or more the same, it is considered that there is a high possibility that a protein having the same function as the protein will be expressed. Therefore, the gene encoding the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 whose function is suppressed or lost is, for example, any of the genes encoding the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 shown in SEQ ID NOs: 10 to 12 above. From a base sequence having an identity of 40% or more, preferably 50% or more, more preferably 60% or more, still more preferably 70% or more, still more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more. It may also be a gene encoding a protein or polypeptide having a function of catalyzing a reaction of modifying a covalently bound sugar chain 3 of the peptide glycan 2 of the cell wall 4 with pyruvate.

[5.改変シアノバクテリアの製造方法]
続いて、本実施の形態における改変シアノバクテリアの製造方法について説明する。改変シアノバクテリアの製造方法は、シアノバクテリアにおいて外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質の機能を抑制又は喪失させるステップを含む。
[5. Method for producing modified cyanobacteria]
Subsequently, a method for producing modified cyanobacteria in the present embodiment will be described. The method for producing a modified cyanobacteria comprises a step of suppressing or abolishing the function of a protein involved in the binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 in the cyanobacteria.

本実施の形態では、外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質は、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9の少なくとも1つであってもよい。 In this embodiment, the protein involved in the binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 may be, for example, at least one of the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme 9.

なお、タンパク質の機能を抑制する又は喪失させる手段としては、特に限定されないが、例えば、SLHドメイン保持型外膜タンパク質6をコードする遺伝子及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素9をコードする遺伝子を欠失若しくは不活性化させること、これらの遺伝子の転写を阻害すること、これらの遺伝子の転写産物の翻訳を阻害すること、又はこれらのタンパク質を特異的に阻害する阻害剤を投与することなどであってもよい。 The means for suppressing or losing the function of the protein is not particularly limited, but for example, the gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein 6 and the gene encoding the cell wall-pyruvate modifying enzyme 9 are deleted or deleted. Even by inactivating, inhibiting the transcription of these genes, inhibiting the translation of transcripts of these genes, or administering inhibitors that specifically inhibit these proteins, etc. good.

上記遺伝子を欠失又は不活性化させる手段は、例えば、該当遺伝子の塩基配列上の1つ以上の塩基に対する突然変異の導入、該当塩基配列に対する他の塩基配列への置換若しくは他の塩基配列の挿入、又は、該当遺伝子の塩基配列の一部若しくは全部の削除などであってもよい。 The means for deleting or inactivating the above gene is, for example, introduction of a mutation to one or more bases on the base sequence of the relevant gene, substitution of the relevant base sequence with another base sequence, or other base sequences. It may be inserted, or a part or all of the base sequence of the relevant gene may be deleted.

上記遺伝子の転写を阻害する手段は、例えば、該当遺伝子のプロモーター領域に対する変異導入、他の塩基配列への置換若しくは他の塩基配列の挿入による当該プロモーターの不活性化、又は、CRISPR干渉法(非特許文献8:Yao et al., ACS Synth. Biol., 2016, 5:207-212)等であってもよい。上記の変異導入、又は塩基配列の置換若しくは挿入の具体的な手法は、例えば、紫外線照射、部位特異的変異導入、又は、相同組換え法などであってもよい。 The means for inhibiting transcription of the gene is, for example, introduction of a mutation into the promoter region of the gene, inactivation of the promoter by substitution with another base sequence or insertion of another base sequence, or CRISPR interference method (non-CRISPR interference method). Patent Document 8: Yao et al., ACS Synth. Biol., 2016, 5: 207-212) and the like may be used. The specific method for introducing a mutation or substituting or inserting a base sequence may be, for example, ultraviolet irradiation, site-specific mutagenesis, or a homologous recombination method.

また、上記遺伝子の転写産物の翻訳を阻害する手段は、例えば、RNA(Ribonucleic Acid)干渉法などであってもよい。 Further, the means for inhibiting the translation of the transcript of the gene may be, for example, RNA (Ribonucleic Acid) interferometry or the like.

以上のいずれかの手段を用いることにより、シアノバクテリアにおける外膜5と細胞壁4との結合に関与するタンパク質の機能を抑制又は喪失させて、改変シアノバクテリアを製造してもよい。 By using any of the above means, modified cyanobacteria may be produced by suppressing or abolishing the function of the protein involved in the binding between the outer membrane 5 and the cell wall 4 in cyanobacteria.

これにより、上記の製造方法で製造された改変シアノバクテリアは、細胞壁4と外膜5との結合(つまり、結合量及び結合力)が部分的に低減するため、外膜5が細胞壁4から部分的に脱離しやすくなる。その結果、改変シアノバクテリアでは、菌体内で産生されたタンパク質及び代謝産物などの菌体内産生物質が外膜5の外に(つまり、菌体の外に)漏出しやすくなるため、例えば、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸などの作物収量向上に関与する物質(つまり、作物収量向上物質)も菌体外に漏出しやすくなる。したがって、本実施の形態における改変シアノバクテリアの製造方法によれば、作物収量向上物質の分泌生産性が向上した改変シアノバクテリアを提供することができる。 As a result, in the modified cyanobacteria produced by the above-mentioned production method, the binding between the cell wall 4 and the outer membrane 5 (that is, the binding amount and the binding force) is partially reduced, so that the outer membrane 5 is partially reduced from the cell wall 4. It becomes easy to detach. As a result, in modified cyanobacteria, intracellularly produced substances such as proteins and metabolites produced in the cells are likely to leak out of the outer membrane 5 (that is, out of the cells), and thus, for example, pyroglutamic acid. And substances involved in crop yield improvement such as aminobenzoic acid (that is, crop yield improving substances) are also likely to leak out of the cells. Therefore, according to the method for producing modified cyanobacteria in the present embodiment, it is possible to provide modified cyanobacteria having improved secretion productivity of a crop yield improving substance.

また、本実施の形態における製造方法で製造された改変シアノバクテリアでは、菌体内で産生された作物収量向上物質が菌体外に漏出するため、当該物質の回収のために菌体を破砕する必要がない。例えば、改変シアノバクテリアを適切な条件で培養し、次いで培養液中に分泌された作物収量向上物質を回収すればよいため、改変シアノバクテリアを培養しながら培養液中の作物収量向上物質を回収することも可能である。そのため、本製造方法により得られる改変シアノバクテリアを使用すれば、効率のよい微生物学的作物収量向上物質の生産を実施することができる。したがって、本実施の形態における改変シアノバクテリアの製造方法によれば、作物収量向上物質を回収した後も繰り返し使用することができる利用効率の高い改変シアノバクテリアを提供することができる。 Further, in the modified cyanobacteria produced by the production method in the present embodiment, the crop yield improving substance produced in the cells leaks out of the cells, so that it is necessary to crush the cells in order to recover the substances. There is no. For example, since the modified cyanobacteria may be cultured under appropriate conditions and then the crop yield improving substance secreted into the culture solution may be recovered, the crop yield improving substance in the culture solution is recovered while culturing the modified cyanobacteria. It is also possible. Therefore, by using the modified cyanobacteria obtained by this production method, it is possible to efficiently produce a microbiological crop yield improving substance. Therefore, according to the method for producing modified cyanobacteria in the present embodiment, it is possible to provide highly efficient modified cyanobacteria that can be used repeatedly even after the crop yield improving substance is recovered.

[6.作物収量向上方法]
本実施の形態に係る作物収量向上方法は、上記の作物収量向上剤を作物に使用する。上述したように、本実施の形態に係る作物収量向上剤は、作物収量向上効果が向上した作物収量向上剤であるため、上記の作物収量向上剤を作物に使用することにより、効果的に作物の収量を向上させることができる。
[6. How to improve crop yield]
In the crop yield improving method according to the present embodiment, the above crop yield improving agent is used for the crop. As described above, since the crop yield improving agent according to the present embodiment is a crop yield improving agent having an improved crop yield improving effect, the crop can be effectively harvested by using the above crop yield improving agent for the crop. Yield can be improved.

上記の作物収量向上剤は、そのままは勿論、濃縮又は希釈して使用されてもよい。当該作物収量向上剤の作物への適用にあたっては、作物の種類、土壌の性質、及び、目的などに応じて、適宜、作物収量向上剤の濃度、及び、適用方法を決定してもよい。作物収量向上剤は、例えば、改変シアノバクテリアの培養液そのものであってもよく、当該培養液から改変シアノバクテリアの菌体を除去した溶液であってもよく、当該培養液から所望の物質を膜技術等により抽出した抽出物であってもよい。所望の物質は、例えば、作物の収量向上に関与する物質であり、土壌中の養分を分解する酵素であってもよく、土壌中の不溶物質(例えば、鉄などの金属)を可溶化する物質(例えば、キレート効果を有する物質)であってもよく、作物の細胞内生理活性を向上させる物質であってもよい。また、作物収量向上剤の植物への適用方法は、例えば、植物又は土壌への噴霧、潅水、又は、混合などであってもよい。より具体的には、植物体1個体あたり数ミリリットルを週1回程度、植物体の根元に添加してもよい。 The above-mentioned crop yield improver may be used as it is, or may be concentrated or diluted. In applying the crop yield improver to crops, the concentration of the crop yield improver and the method of application may be appropriately determined according to the type of crop, the nature of the soil, the purpose, and the like. The crop yield improving agent may be, for example, a culture solution of modified cyanobacteria itself, or a solution obtained by removing bacterial cells of modified cyanobacteria from the culture solution, and a desired substance may be applied to the membrane from the culture solution. It may be an extract extracted by a technique or the like. The desired substance is, for example, a substance involved in improving the yield of crops, may be an enzyme that decomposes nutrients in soil, and is a substance that solubilizes insoluble substances (for example, metals such as iron) in soil. It may be (for example, a substance having a chelating effect) or a substance that improves the intracellular physiological activity of the crop. Further, the method of applying the crop yield improver to a plant may be, for example, spraying, irrigation, or mixing of the plant or soil. More specifically, several milliliters per plant may be added to the root of the plant about once a week.

以下、実施例にて本開示の改変シアノバクテリア、改変シアノバクテリアの製造方法及び作物収量向上剤の製造方法について具体的に説明するが、本開示は以下の実施例のみに何ら限定されるものではない。 Hereinafter, the modified cyanobacteria of the present disclosure, the method for producing the modified cyanobacteria, and the method for producing the crop yield improver will be specifically described in Examples, but the present disclosure is not limited to the following Examples. do not have.

以下の実施例では、シアノバクテリアの外膜を細胞壁から部分的に脱離させる方法として、SLHドメイン保持型外膜タンパク質をコードするslr1841遺伝子の発現抑制(実施例1)、及び細胞壁-ピルビン酸修飾酵素をコードするslr0688遺伝子の発現抑制(実施例2)を行い、2種類の改変シアノバクテリアを製造した。そして、これらの改変シアノバクテリアのタンパク質の分泌生産性の測定と、分泌された菌体内産生物質(ここでは、タンパク質及び細胞内代謝産物)の同定とを行った。なお、本実施例で使用したシアノバクテリア種は、Synechocystis sp. PCC 6803(以下、単に、「シアノバクテリア」と呼ぶ)である。 In the following examples, as a method for partially removing the outer membrane of cyanobacteria from the cell wall, suppression of the expression of the slr1841 gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein (Example 1) and cell wall-pyruvate modification The expression of the slr0688 gene encoding the enzyme was suppressed (Example 2), and two types of modified cyanobacteria were produced. Then, the secretory productivity of the proteins of these modified cyanobacteria was measured, and the secreted intracellularly produced substances (here, proteins and intracellular metabolites) were identified. The cyanobacterial species used in this example is Synechocystis sp. PCC 6803 (hereinafter, simply referred to as "cyanobacteria").

(実施例1)
実施例1では、SLHドメイン保持型外膜タンパク質をコードするslr1841遺伝子の発現が抑制された改変シアノバクテリアを製造した。
(Example 1)
In Example 1, a modified cyanobacteria in which the expression of the slr1841 gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein was suppressed was produced.

(1)slr1841遺伝子の発現が抑制されたシアノバクテリア改変株の構築
遺伝子発現抑制法として、CRISPR(Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat)干渉法を用いた。本方法では、dCas9タンパク質をコードする遺伝子(以下、dCas9遺伝子という)と、slr1841_sgRNA(single-guide Ribonucleic Acid)遺伝子とを、シアノバクテリアの染色体DNAに導入することにより、slr1841遺伝子の発現を抑制することができる。
(1) Construction of a cyanobacterial modified strain in which the expression of the slr1841 gene was suppressed As a gene expression suppression method, a CRISPR (Clustered Regularly Interspaced Short Palindromic Repeat) interferometry was used. In this method, the expression of the slr1841 gene is suppressed by introducing the gene encoding the dCas9 protein (hereinafter referred to as the dCas9 gene) and the slr1841_sgRNA (single-guide Ribonucleic Acid) gene into the chromosomal DNA of cyanobacteria. Can be done.

本方法による遺伝子発現抑制の仕組みは次の通りである。 The mechanism of gene expression suppression by this method is as follows.

まず、ヌクレアーゼ活性を欠損したCas9タンパク質(dCas9)と、slr1841遺伝子の塩基配列に相補的に結合するsgRNA(slr1841_sgRNA)とが、複合体を形成する。 First, a Cas9 protein (dCas9) lacking nuclease activity and an sgRNA (slr1841_sgRNA) that complementarily binds to the base sequence of the slr1841 gene form a complex.

次に、この複合体がシアノバクテリアの染色体DNA上のslr1841遺伝子を認識し、slr1841遺伝子と特異的に結合する。この結合が立体障害となることにより、slr1841遺伝子の転写が阻害される。その結果、シアノバクテリアのslr1841遺伝子の発現が抑制される。 This complex then recognizes the slr1841 gene on the cyanobacterial chromosomal DNA and specifically binds to the slr1841 gene. This binding becomes a steric hindrance, which inhibits transcription of the slr1841 gene. As a result, the expression of the cyanobacterial slr1841 gene is suppressed.

以下、上記の2つの遺伝子の各々をシアノバクテリアの染色体DNAに導入する方法を具体的に説明する。 Hereinafter, a method for introducing each of the above two genes into the chromosomal DNA of cyanobacteria will be specifically described.

(1-1)dCas9遺伝子の導入
Synechocystis LY07株(以下、LY07株ともいう)(非特許文献8参照)の染色体DNAを鋳型として、dCas9遺伝子及びdCas9遺伝子の発現制御のためのオペレーター遺伝子、並びに、遺伝子導入の目印となるスペクチノマイシン耐性マーカー遺伝子を、表1に記載のプライマーpsbA1-Fw(配列番号13)及びpsbA1-Rv(配列番号14)を用いてPCR(Polymerase Chain Reaction)法により増幅した。なお、LY07株では、上記の3つの遺伝子が連結した状態で染色体DNA上のpsbA1遺伝子に挿入されているため、1つのDNA断片としてPCR法により増幅することができる。ここでは、得られたDNA断片を「psbA1::dCas9カセット」と表記する。In-Fusion PCRクローニング法(登録商標)を用いて、psbA1::dCas9カセットをpUC19プラスミドに挿入し、pUC19-dCas9プラスミドを得た。
(1-1) Introduction of dCas9 gene
Using the chromosomal DNA of Synechocystis LY07 strain (hereinafter also referred to as LY07 strain) (see Non-Patent Document 8) as a template, the dCas9 gene, the operator gene for controlling the expression of the dCas9 gene, and spectinomycin as a marker for gene transfer. The resistance marker gene was amplified by the PCR (Polymerase Chain Reaction) method using the primers psbA1-Fw (SEQ ID NO: 13) and psbA1-Rv (SEQ ID NO: 14) shown in Table 1. In the LY07 strain, since the above three genes are inserted into the psbA1 gene on the chromosomal DNA in a linked state, they can be amplified as one DNA fragment by the PCR method. Here, the obtained DNA fragment is referred to as "psbA1 :: dCas9 cassette". Using the In-Fusion PCR cloning method (registered trademark), the psbA1 :: dCas9 cassette was inserted into the pUC19 plasmid to obtain the pUC19-dCas9 plasmid.

Figure 2022102889000001
Figure 2022102889000001

得られたpUC19-dCas9プラスミド1μgとシアノバクテリア培養液(菌体濃度OD730=0.5程度)を混合し、自然形質転換によりpUC19-dCas9プラスミドをシアノバクテリアの細胞内に導入した。形質転換された細胞を20 μg/mLのスペクチノマイシンを含むBG-11寒天培地上で生育させることにより、選抜した。選抜された細胞では、染色体DNA上のpsbA1遺伝子と、pUC19-dCas9プラスミド上のpsbA1上流断片領域及びpsbA1下流断片領域との間で相同組み換えが起こっている。これにより、psbA1遺伝子領域にdCas9カセットが挿入されたSynechocystis dCas9株を得た。なお、用いたBG-11培地の組成は表2の通りである。 The obtained pUC19-dCas9 plasmid (1 μg) was mixed with a cyanobacterial culture solution (cell concentration OD730 = about 0.5), and the pUC19-dCas9 plasmid was introduced into the cells of cyanobacteria by natural transformation. Transformed cells were selected by growing on BG-11 agar medium containing 20 μg / mL spectinomycin. In the selected cells, homologous recombination occurs between the psbA1 gene on the chromosomal DNA and the psbA1 upstream fragment region and the psbA1 downstream fragment region on the pUC19-dCas9 plasmid. As a result, a Synechocystis dCas9 strain in which a dCas9 cassette was inserted into the psbA1 gene region was obtained. The composition of the BG-11 medium used is as shown in Table 2.

Figure 2022102889000002
Figure 2022102889000002

(1-2)slr1841_sgRNA遺伝子の導入
CRISPR干渉法では、sgRNA遺伝子上のprotospacerと呼ばれる領域に、標的配列と相補的な約20塩基の配列を導入することにより、sgRNAが標的遺伝子に特異的に結合する。本実施例で用いたprotospacer配列は表3に示される。
(1-2) Introduction of slr1841_sgRNA gene
In CRISPR interferometry, sgRNA specifically binds to a target gene by introducing a sequence of about 20 bases complementary to the target sequence into a region called protospacer on the sgRNA gene. The protospacer sequences used in this example are shown in Table 3.

Figure 2022102889000003
Figure 2022102889000003

Synechocystis LY07株では、sgRNA遺伝子(protospacer領域を除く)とカナマイシン耐性マーカー遺伝子とが連結した形で、染色体DNA上のslr2030-slr2031遺伝子に挿入されている。したがって、当該sgRNA遺伝子をPCR法により増幅する際に用いるプライマーにslr1841遺伝子(配列番号7)と相補的なprotospacer配列(配列番号21)を付与することにより、slr1841を特異的に認識するsgRNA (slr1841_sgRNA)を容易に得ることができる。 In the Synechocystis LY07 strain, the sgRNA gene (excluding the protospacer region) and the kanamycin resistance marker gene are linked and inserted into the slr2030-slr2031 gene on the chromosomal DNA. Therefore, sgRNA (slr1841_sgRNA) that specifically recognizes slr1841 by adding a protospacer sequence (SEQ ID NO: 21) complementary to the slr1841 gene (SEQ ID NO: 7) to the primer used when amplifying the sgRNA gene by the PCR method. ) Can be easily obtained.

まず、LY07株の染色体DNAを鋳型とし、表1に記載のプライマーslr2030-Fw(配列番号15)及びsgRNA_slr1841-Rv(配列番号16)のセット、並びに、sgRNA_slr1841-Fw(配列番号17)及びslr2031-Rv(配列番号18)のセットを用いて2つのDNA断片をPCR法により増幅した。 First, using the chromosomal DNA of the LY07 strain as a template, the set of primers slr2030-Fw (SEQ ID NO: 15) and sgRNA_slr1841-Rv (SEQ ID NO: 16) shown in Table 1, and sgRNA_slr1841-Fw (SEQ ID NO: 17) and slr2031- Two DNA fragments were amplified by PCR using the set of Rv (SEQ ID NO: 18).

続いて、上記のDNA断片の混合溶液を鋳型として、表1に記載のプライマーslr2030-Fw(配列番号15)とslr2031-Rv(配列番号18)とを用いてPCR法により増幅することにより、(i)slr2030遺伝子断片、(ii)slr1841_sgRNA、(iii)カナマイシン耐性マーカー遺伝子、(iv)slr2031遺伝子断片が順に連結したDNA断片(slr2030-2031::slr1841_sgRNA)を得た。In-Fusion PCRクローニング法(登録商標)を用いて、slr2030-2031::slr1841_sgRNAをpUC19プラスミドに挿入し、pUC19-slr1841_sgRNAプラスミドを得た。 Subsequently, the mixed solution of the above DNA fragments was used as a template and amplified by the PCR method using the primers slr2030-Fw (SEQ ID NO: 15) and slr2031-Rv (SEQ ID NO: 18) shown in Table 1 to obtain ((SEQ ID NO: 15). A DNA fragment (slr2030-2031 :: slr1841_sgRNA) was obtained in which i) slr2030 gene fragment, (ii) slr1841_sgRNA, (iii) kanamycin resistance marker gene, and (iv) slr2031 gene fragment were sequentially linked. Using the In-Fusion PCR cloning method (registered trademark), slr2030-2031 :: slr1841_sgRNA was inserted into the pUC19 plasmid to obtain the pUC19-slr1841_sgRNA plasmid.

上記(1-1)と同様の方法でpUC19-slr1841_sgRNAプラスミドをSynechocystis dCas9株に導入し、形質転換された細胞を30μg/mLカナマイシンを含むBG-11寒天培地上で選抜した。これにより、染色体DNA上のslr2030-slr2031遺伝子にslr1841_sgRNAが挿入された形質転換体Synechocystis dCas9 slr1841_sgRNA株(以下、slr1841抑制株ともいう)を得た。 The pUC19-slr1841_sgRNA plasmid was introduced into Synechocystis dCas9 strain by the same method as in (1-1) above, and transformed cells were selected on BG-11 agar medium containing 30 μg / mL kanamycin. As a result, a transformant Synechocystis dCas9 slr1841_sgRNA strain (hereinafter, also referred to as slr1841 inhibitory strain) in which slr1841_sgRNA was inserted into the slr2030-slr2031 gene on the chromosomal DNA was obtained.

(1-3)slr1841遺伝子の抑制
上記dCas9遺伝子及びslr1841_sgRNA遺伝子は、アンヒドロテトラサイクリン(aTc)の存在下で発現誘導されるようにプロモーター配列が設計されている。本実施例では、培地中に終濃度1μg/mL aTcを添加することによりslr1841遺伝子の発現を抑制した。
(1-3) Suppression of slr1841 gene The promoter sequences of the dCas9 gene and slr1841_sgRNA gene are designed so that their expression is induced in the presence of anhydrotetracycline (aTc). In this example, the expression of the slr1841 gene was suppressed by adding a final concentration of 1 μg / mL aTc to the medium.

(実施例2)
実施例2では、下記の手順により、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素をコードするslr0688遺伝子の発現が抑制された改変シアノバクテリアを得た。
(Example 2)
In Example 2, a modified cyanobacteria in which the expression of the slr0688 gene encoding the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme was suppressed was obtained by the following procedure.

(2)slr0688遺伝子の発現が抑制されたシアノバクテリア改変株の構築
上記(1-2)と同様の手順により、slr0688遺伝子(配列番号4)と相補的なprotospacer配列(配列番号22)を含むsgRNA遺伝子をSynechocystis dCas9株に導入し、Synechocystis dCas9 slr0688_sgRNA株を得た。なお、表1に記載のプライマーslr2030-Fw(配列番号15)及びsgRNA_slr0688-Rv(配列番号19)のセット、並びに、sgRNA_slr0688-Fw(配列番号20)及びslr2031-Rv(配列番号18)のセットを用いたことと、(i)slr2030遺伝子断片、(ii)slr0688_sgRNA、(iii)カナマイシン耐性マーカー遺伝子、(iv)slr2031遺伝子断片が順に連結したDNA断片(slr2030-2031::slr0688_sgRNA)をIn-Fusion PCRクローニング法(登録商標)を用いて、pUC19プラスミドに挿入し、pUC19-slr0688_sgRNAプラスミドを得たこと以外は、上記(1-2)と同様の条件で行った。
(2) Construction of a modified cyanobacterial strain in which the expression of the slr0688 gene is suppressed By the same procedure as in (1-2) above, an sgRNA containing a protospacer sequence (SEQ ID NO: 22) complementary to the slr0688 gene (SEQ ID NO: 4). The gene was introduced into the Synechocystis dCas9 strain to obtain the Synechocystis dCas9 slr0688_sgRNA strain. The set of primers slr2030-Fw (SEQ ID NO: 15) and sgRNA_slr0688-Rv (SEQ ID NO: 19) shown in Table 1 and the set of sgRNA_slr0688-Fw (SEQ ID NO: 20) and slr2031-Rv (SEQ ID NO: 18) are used. In-Fusion PCR was used and DNA fragments (slr2030-2031 :: slr0688_sgRNA) in which (i) slr2030 gene fragment, (ii) slr0688_sgRNA, (iii) canamycin resistance marker gene, and (iv) slr2031 gene fragment were linked in order. The procedure was carried out under the same conditions as in (1-2) above, except that the pUC19-slr0688_sgRNA plasmid was obtained by inserting into the pUC19 plasmid using the cloning method (registered trademark).

さらに、上記(1-3)と同様の手順により、slr0688遺伝子の発現を抑制した。 Furthermore, the expression of the slr0688 gene was suppressed by the same procedure as in (1-3) above.

(比較例1)
比較例1では、実施例1の(1-1)と同様の手順により、Synechocystis dCas9株を得た。
(Comparative Example 1)
In Comparative Example 1, a Synechocystis dCas9 strain was obtained by the same procedure as in (1-1) of Example 1.

続いて、実施例1、実施例2及び比較例1で得られた菌株について、それぞれ、細胞表層の状態の観察及びタンパク質の分泌生産性試験を行った。以下、詳細について説明する。 Subsequently, for the strains obtained in Example 1, Example 2 and Comparative Example 1, the state of the cell surface layer was observed and the protein secretion productivity test was carried out, respectively. The details will be described below.

(3)菌株の細胞表層の状態の観察
実施例1で得られた改変シアノバクテリアSynechocystis dCas9 slr1841_sgRNA株(つまり、slr1841抑制株)、実施例2で得られた改変シアノバクテリアSynechocystis dCas9 slr0688_sgRNA株(以下、slr0688抑制株ともいう)、及び、比較例1で得られた改変シアノバクテリアSynechocystis dCas9株(以下、Control株という)のそれぞれの超薄切片を作製し、電子顕微鏡を用いて細胞表層の状態(言い換えると、外膜構造)を観察した。
(3) Observation of the state of the cell surface layer of the strain The modified cyanobacteria Synechocystis dCas9 slr1841_sgRNA strain obtained in Example 1 (that is, the slr1841 inhibitory strain) and the modified cyanobacteria Synechocystis dCas9 slr0688_sgRNA strain obtained in Example 2 (hereinafter referred to as “slr1841 inhibitory strain”). Ultra-thin sections of each of the slr0688 inhibitory strain) and the modified cyanobacteria Synechocystis dCas9 strain (hereinafter referred to as Control strain) obtained in Comparative Example 1 were prepared, and the state of the cell surface layer (in other words, in other words) was prepared using an electron microscope. And the outer membrane structure) was observed.

(3-1)菌株の培養
初発菌体濃度OD730=0.05となるように、実施例1のslr1841抑制株を、1μg/mL aTcを含むBG-11培地に接種し、光量100μmol/m2/s、30℃の条件下で5日間振盪培養した。なお、実施例2のslr0688抑制株及び比較例1のControl株も実施例1と同様の条件で培養した。
(3-1) Culturing of strains The slr1841 inhibitory strain of Example 1 was inoculated into a BG-11 medium containing 1 μg / mL aTc so that the initial cell concentration was OD730 = 0.05, and the light intensity was 100 μmol / m 2 / s. , 30 ° C., shake culture for 5 days. The slr0688-suppressed strain of Example 2 and the Control strain of Comparative Example 1 were also cultured under the same conditions as in Example 1.

(3-2)菌株の超薄切片の作製
上記(3-1)で得られた培養液を、室温にて2,500gで10分間遠心分離し、実施例1のslr1841抑制株の細胞を回収した。次いで、細胞を-175℃の液体プロパンで急速凍結した後、2%グルタルアルデヒド及び1%タンニン酸を含むエタノール溶液を用いて-80℃で2日間固定した。固定後の細胞をエタノールにより脱水処理し、脱水した細胞を酸化プロピレンに浸透させたあと、樹脂(Quetol-651)溶液中に沈めた。その後60℃で48時間静置し、樹脂を硬化させて、細胞を樹脂で包埋した。樹脂中の細胞を、ウルトラミクロトーム(Ultracut)を用いて70nmの厚さに薄切し、超薄切片を作成した。この超薄切片を、2%酢酸ウラン及び1%クエン酸鉛溶液を用いて染色して、実施例1のslr1841抑制株の透過型電子顕微鏡の試料を準備した。なお、実施例2のslr0688抑制株及び比較例1のControl株についてもそれぞれ同様の操作を行い、透過型電子顕微鏡の試料を準備した。
(3-2) Preparation of Ultrathin Section of Strain The culture solution obtained in (3-1) above was centrifuged at 2,500 g at room temperature for 10 minutes, and the cells of the slr1841 inhibitory strain of Example 1 were recovered. .. The cells were then snap frozen in liquid propane at -175 ° C and then fixed at -80 ° C for 2 days with an ethanol solution containing 2% glutaraldehyde and 1% tannic acid. The fixed cells were dehydrated with ethanol, and the dehydrated cells were impregnated into propylene oxide and then submerged in a resin (Quetol-651) solution. Then, the cells were allowed to stand at 60 ° C. for 48 hours to cure the resin, and the cells were embedded with the resin. The cells in the resin were sliced to a thickness of 70 nm using an ultramicrotome (Ultracut) to prepare ultrathin sections. This ultrathin section was stained with 2% uranium acetate and 1% lead citrate solution to prepare a transmission electron microscope sample of the slr1841 inhibitory strain of Example 1. The same operation was performed for the slr0688-suppressed strain of Example 2 and the Control strain of Comparative Example 1, and a sample of a transmission electron microscope was prepared.

(3-3)電子顕微鏡による観察
透過型電子顕微鏡(JEOL JEM-1400Plus)を用いて、加速電圧100kV下で、上記(3-2)で得られた超薄切片の観察を行った。観察結果を図3~図8に示す。
(3-3) Observation with an electron microscope Using a transmission electron microscope (JEOL JEM-1400Plus), the ultrathin sections obtained in (3-2) above were observed under an acceleration voltage of 100 kV. The observation results are shown in FIGS. 3 to 8.

まず、実施例1のslr1841抑制株について説明する。図3は、実施例1のslr1841抑制株のTEM(Transmission Electron Microscope)像である。図4は、図3の破線領域Aの拡大像である。図4の(a)は、図3の破線領域Aの拡大TEM像であり、図4の(b)は、図4の(a)の拡大TEM像を描写した図である。 First, the slr1841 inhibitory strain of Example 1 will be described. FIG. 3 is a TEM (Transmission Electron Microscope) image of the slr1841 inhibitory strain of Example 1. FIG. 4 is an enlarged image of the broken line region A in FIG. FIG. 4A is an enlarged TEM image of the broken line region A of FIG. 3, and FIG. 4B is a diagram depicting an enlarged TEM image of FIG. 4A.

図3に示されるように、実施例1のslr1841抑制株では、外膜が細胞壁から部分的に剥離し(つまり、外膜が部分的に剥がれ落ち)、かつ、外膜が部分的に撓んでいた。 As shown in FIG. 3, in the slr1841 inhibitory strain of Example 1, the adventitia was partially exfoliated from the cell wall (that is, the adventitia was partially exfoliated) and the adventitia was partially flexed. board.

細胞表層の状態をより詳細に確認するために、破線領域Aを拡大観察したところ、図4の(a)及び図4の(b)に示されるように、外膜が部分的に剥がれ落ちた部分(図中の一点破線領域a1及びa2)を確認できた。また、一点破線領域a1の傍に外膜が大きく撓んだ部分を確認できた。この部分は、外膜と細胞壁との結合が弱められた部分であり、培養液が外膜からペリプラズム内に浸透したため、外膜が外側に膨張されて、撓んだと考えられる。 When the broken line region A was magnified and observed in order to confirm the state of the cell surface layer in more detail, the outer membrane was partially peeled off as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). The part (one-dot dashed line area a1 and a2 in the figure) could be confirmed. In addition, a portion where the outer membrane was greatly bent could be confirmed near the one-dot broken line region a1. This part is a part where the bond between the outer membrane and the cell wall is weakened, and it is considered that the outer membrane is expanded outward and bent because the culture solution permeated into the periplasm from the outer membrane.

続いて、実施例2のslr0688抑制株について説明する。図5は、実施例2のslr0688抑制株のTEM像である。図6は、図5の破線領域Bの拡大像である。図6の(a)は、図5の破線領域Bの拡大TEM像であり、図6の(b)は、図6の(a)の拡大TEM像を描写した図である。 Subsequently, the slr0688 inhibitory strain of Example 2 will be described. FIG. 5 is a TEM image of the slr0688 inhibitory strain of Example 2. FIG. 6 is an enlarged image of the broken line region B of FIG. FIG. 6A is an enlarged TEM image of the broken line region B of FIG. 5, and FIG. 6B is a diagram depicting an enlarged TEM image of FIG. 6A.

図5に示されるように、実施例2のslr0688抑制株では、外膜が細胞壁から部分的に剥離し、かつ、外膜が部分的に撓んでいた。また、slr0688抑制株では、外膜が部分的に細胞壁から脱離していることが確認できた。 As shown in FIG. 5, in the slr0688 inhibitory strain of Example 2, the outer membrane was partially exfoliated from the cell wall and the outer membrane was partially bent. In addition, in the slr0688 inhibitory strain, it was confirmed that the adventitia was partially detached from the cell wall.

細胞表層の状態をより詳細に確認するために、破線領域Bを拡大観察したところ、図6の(a)及び図6の(b)に示されるように、外膜が大きく撓んだ部分(図中の一点破線領域b1)、及び、外膜が部分的に剥がれ落ちた部分(図中の一点破線領域b2及びb3)を確認できた。また、一点破線領域b1、b2及びb3それぞれの近傍に外膜が細胞壁から脱離している部分を確認できた。 In order to confirm the state of the cell surface layer in more detail, the dashed line region B was magnified and observed. It was possible to confirm the one-dot broken line region b1) in the figure and the portion where the outer membrane was partially peeled off (one-dot dashed line region b2 and b3 in the figure). In addition, it was confirmed that the outer membrane was detached from the cell wall in the vicinity of each of the one-dot broken line regions b1, b2 and b3.

続いて、比較例1のControl株について説明する。図7は、比較例1のControl株のTEM像である。図8は、図7の破線領域Cの拡大像である。図8の(a)は、図7の破線領域Cの拡大TEM像であり、図8の(b)は、図8の(a)の拡大TEM像を描写した図である。 Subsequently, the Control strain of Comparative Example 1 will be described. FIG. 7 is a TEM image of the Control strain of Comparative Example 1. FIG. 8 is an enlarged image of the broken line region C of FIG. 7. FIG. 8A is an enlarged TEM image of the broken line region C of FIG. 7, and FIG. 8B is a diagram depicting an enlarged TEM image of FIG. 8A.

図7に示されるように、比較例1のControl株の細胞表層は整っており、内膜、細胞壁、外膜、及びS層が順に積層された状態を保っていた。つまり、Control株では、実施例1及び2のように外膜が細胞壁から脱離した部分、外膜が細胞壁から剥離した(つまり、剥がれ落ちた)部分、及び、外膜が撓んだ部分は見られなかった。 As shown in FIG. 7, the cell surface layer of the Control strain of Comparative Example 1 was arranged, and the intima, the cell wall, the outer membrane, and the S layer were kept in a laminated state in order. That is, in the Control strain, the portion where the outer membrane was detached from the cell wall, the portion where the outer membrane was detached from the cell wall (that is, peeled off), and the portion where the outer membrane was bent as in Examples 1 and 2 were I couldn't see it.

(4)分泌された細胞内代謝産物の同定
(4-1)試料調製
改変シアノバクテリアの培養上清80μlに対し内部標準物質の濃度を1,000μMとなるよう調整した20μlの水溶液を加えて攪拌し、限外ろ過後、測定に供した。
(4) Identification of secreted intracellular metabolites (4-1) Sample preparation Add 20 μl aqueous solution adjusted to 1,000 μM of the internal standard substance concentration to 80 μl of the culture supernatant of the modified cyanobacteria and stir. After ultrafiltration, it was subjected to measurement.

(4-2)CE(Capillary Electrophoresis)-TOFMS(Time-Of-Flight Mass Spectrometry)分析
本試験ではカチオンモード、及び、アニオンモードの測定を以下に示す条件で行った。
(4-2) CE (Capillary Electrophoresis) -TOFMS (Time-Of-Flight Mass Spectrometry) Analysis In this test, cation mode and anion mode were measured under the conditions shown below.

[カチオンモード]
装置:Agilent CE-TOFMS system
Capillary: Fused silica capillary i.d. 50μm×80cm
測定条件:
Run buffer: Cation buffer solution (p/n: H3301-1001)
CE voltage: Positive, 30kV
MS ionization: ESI positive
MS scan range: m/z 50-1,000
[アニオンモード]
装置:Agilent CE-TOFMS system
Capillary: Fused silica capillary i.d. 50μm×80cm
測定条件:
Run buffer: Anion buffer solution (p/n: H3301-1001)
CE voltage: Positive, 30kV
MS ionization: ESI negative
MS scan range: m/z 50-1,000
[Cation mode]
Equipment: Agilent CE-TOFMS system
Capillary: Fused silica capillary id 50 μm × 80 cm
Measurement condition:
Run buffer: Cation buffer solution (p / n: H3301-1001)
CE voltage: Positive, 30kV
MS ionization: ESI positive
MS scan range: m / z 50-1,000
[Anion mode]
Equipment: Agilent CE-TOFMS system
Capillary: Fused silica capillary id 50 μm × 80 cm
Measurement condition:
Run buffer: Anion buffer solution (p / n: H3301-1001)
CE voltage: Positive, 30kV
MS ionization: ESI negative
MS scan range: m / z 50-1,000

(4-3)データ処理
CE-TOFMSで検出されたピークは、自動積分ソフトウェアMasterHands(登録商標) ver.2.17.1.11を用いて、シグナル/ノイズ比3以上のピークを自動検出した。検出されたピークに対して、各代謝産物固有の質量電荷比(m/z)と泳動時間の値を元に、HMT(ヒューマン・メタボローム・テクノロジーズ(株))の代謝物質ライブラリに登録された全物質の値と照合して、改変シアノバクテリアの培養上清に含まれる代謝産物を検索した。検索のための許容誤差は、泳動時間で+/-0.5min、m/zで+/-10ppmとした。同定された各代謝産物について100μMの一点検量として濃度を算出した。同定された主要な代謝産物を表4に示す。
(4-3) Data processing
For the peaks detected by CE-TOFMS, peaks with a signal / noise ratio of 3 or more were automatically detected using the automatic integration software MasterHands (registered trademark) ver.2.17.1.11. All the detected peaks registered in the metabolite library of HMT (Human Metabolite Technologies Co., Ltd.) based on the mass-to-charge ratio (m / z) peculiar to each metabolite and the value of migration time. The metabolites contained in the culture supernatant of the modified cyanobacteria were searched for by comparing with the value of the substance. The tolerance for the search was +/- 0.5 min for migration time and +/- 10 ppm for m / z. Concentrations were calculated for each identified metabolite as a 100 μM check. The major metabolites identified are shown in Table 4.

Figure 2022102889000004
Figure 2022102889000004

これら12種類の細胞内代謝産物は、全て、実施例1のslr1841抑制株及び実施例2のslr0688抑制株の培養上清のそれぞれに含まれていた。データは載せていないが、比較例1のControl株の培養上清には、これらの代謝産物は含まれていなかった。この結果により、実施例1及び実施例2の改変株では、外膜が細胞壁から部分的に脱離することによってピログルタミン酸及びアミノ安息香酸などの作物収量向上物質を含む細胞内代謝産物が外膜の外(つまり、菌体外)に漏出しやすくなることが確認できた。 All of these 12 intracellular metabolites were contained in the culture supernatants of the slr1841 inhibitory strain of Example 1 and the slr0688 inhibitory strain of Example 2, respectively. Although no data are included, the culture supernatant of the Control strain of Comparative Example 1 did not contain these metabolites. Based on this result, in the modified strains of Examples 1 and 2, intracellular metabolites containing crop yield-enhancing substances such as pyroglutamic acid and aminobenzoic acid were released from the outer membrane by partially detaching the outer membrane from the cell wall. It was confirmed that it was easy to leak to the outside of the cell (that is, outside the cells).

(5)タンパク質の分泌生産性試験
実施例1のslr1841抑制株、実施例2のslr0688抑制株、及び、比較例1のControl株をそれぞれ培養し、細胞外に分泌されたタンパク質量(以下、分泌タンパク質量ともいう)を測定した。培養液中のタンパク質量により、上記の菌株それぞれのタンパク質の分泌生産性を評価した。なお、タンパク質の分泌生産性とは、細胞内で産生されたタンパク質を細胞外に分泌することにより、タンパク質を生産する能力をいう。以下、具体的な方法について説明する。
(5) Protein secretion productivity test The slr1841 inhibitory strain of Example 1, the slr0688 inhibitory strain of Example 2, and the Control strain of Comparative Example 1 were cultured, and the amount of protein secreted extracellularly (hereinafter, secreted). (Also called the amount of protein) was measured. The secretory productivity of each of the above strains was evaluated based on the amount of protein in the culture medium. The secretory productivity of a protein means the ability to produce a protein by secreting the protein produced inside the cell extracellularly. Hereinafter, a specific method will be described.

(5-1)菌株の培養
実施例1のslr1841抑制株を上記(3-1)と同様の方法で培養した。培養は、独立して3回行った。なお、実施例2及び比較例1の菌株についても実施例1の菌株と同様の条件で培養した。
(5-1) Culturing of strain The slr1841 inhibitory strain of Example 1 was cultured by the same method as in (3-1) above. The culture was independently performed 3 times. The strains of Example 2 and Comparative Example 1 were also cultured under the same conditions as those of Example 1.

(5-2)細胞外に分泌されたタンパク質の定量
上記(5-1)で得られた培養液を、室温にて2,500gで10分間遠心分離し、培養上清を得た。得られた培養上清を、ポアサイズ0.22μmのメンブレンフィルターを用いてろ過し、実施例1のslr1841抑制株の細胞を完全に除去した。ろ過後の培養上清に含まれる総タンパク質量をBCA(Bicinchoninic Acid)法により定量した。この一連の操作を、独立して培養した3つの培養液のそれぞれについて行い、実施例1のslr1841抑制株の細胞外に分泌されたタンパク質量の平均値及び標準偏差を求めた。なお、実施例2及び比較例1の菌株についても、それぞれ、同様の条件で3つの培養液のタンパク質の定量を行い、3つの培養液中のタンパク質量の平均値及び標準偏差を求めた。
(5-2) Quantification of extracellularly secreted protein The culture solution obtained in (5-1) above was centrifuged at 2,500 g at room temperature for 10 minutes to obtain a culture supernatant. The obtained culture supernatant was filtered using a membrane filter having a pore size of 0.22 μm, and the cells of the slr1841 inhibitory strain of Example 1 were completely removed. The total amount of protein contained in the culture supernatant after filtration was quantified by the BCA (Bicinchoninic Acid) method. This series of operations was performed for each of the three independently cultured culture solutions, and the average value and standard deviation of the amount of protein secreted extracellularly from the slr1841 inhibitory strain of Example 1 were determined. For the strains of Example 2 and Comparative Example 1, the proteins of the three culture broths were quantified under the same conditions, respectively, and the average value and standard deviation of the protein amounts in the three culture broths were obtained.

結果を図9に示す。図9は、実施例1、実施例2及び比較例1の改変シアノバクテリアの培養液中のタンパク質量(n=3、エラーバー=SD)を示すグラフである。 The results are shown in FIG. FIG. 9 is a graph showing the amount of protein (n = 3, error bar = SD) in the culture medium of the modified cyanobacteria of Example 1, Example 2 and Comparative Example 1.

図9に示されるように、実施例1のslr1841抑制株及び実施例2のslr0688抑制株のいずれも、比較例1のControl株と比較して培養上清中に分泌されたタンパク質量(mg/L)が約25倍向上していた。 As shown in FIG. 9, both the slr1841 inhibitory strain of Example 1 and the slr0688 inhibitory strain of Example 2 had the amount of protein secreted in the culture supernatant (mg / mg /) as compared with the Control strain of Comparative Example 1. L) was improved about 25 times.

データの記載を省略するが、培養液の吸光度(730nm)を測定し、菌体乾燥重量1gあたりの分泌タンパク質量(mg protein/g cell dry weight)を算出したところ、実施例1のslr1841抑制株及び実施例2のslr0688抑制株のいずれも、菌体乾燥重量1gあたりの分泌タンパク質量(mg protein/g cell dry weight)は、比較例1のControl株と比較して、約36倍向上していた。 Although the description of the data is omitted, when the absorbance (730 nm) of the culture solution was measured and the amount of secreted protein (mg protein / g cell dry weight) per 1 g of dry cell weight was calculated, the slr1841 inhibitory strain of Example 1 was calculated. In all of the slr0688-suppressed strains of Example 2, the amount of secreted protein (mg protein / g cell dry weight) per 1 g of dry cell weight was improved by about 36 times as compared with the Control strain of Comparative Example 1. rice field.

また、図9に示されるように、SLHドメイン保持型外膜タンパク質をコードする遺伝子(slr1841)の発現を抑制した実施例1のslr1841抑制株よりも、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素をコードする遺伝子(slr0688)の発現を抑制した実施例2のslr0688抑制株の方が、培養上清中に分泌されたタンパク質量が多かった。これは、外膜中のSLHドメイン保持型外膜タンパク質(Slr1841)の数よりも細胞壁表面の共有結合型の糖鎖の数の方が多いことが関係していると考えられる。つまり、実施例2のslr0688抑制株の方が、実施例1のslr1841抑制株よりも外膜と細胞壁との結合量及び結合力がより低下したため、分泌されたタンパク質量が実施例1のslr1841抑制株よりも多くなったと考えられる。 In addition, as shown in FIG. 9, the gene encoding the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme (slr1841) is higher than that of the slr1841 inhibitory strain of Example 1 in which the expression of the gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein (slr1841) is suppressed (slr1841). The slr0688-suppressed strain of Example 2 in which the expression of slr0688) was suppressed had a larger amount of protein secreted in the culture supernatant. This may be related to the fact that the number of covalent sugar chains on the cell wall surface is higher than the number of SLH domain-retaining outer membrane proteins (Slr1841) in the outer membrane. That is, since the slr0688-suppressed strain of Example 2 had a lower binding amount and binding force between the outer membrane and the cell wall than the slr1841-suppressed strain of Example 1, the amount of secreted protein suppressed slr1841 of Example 1. It is thought that there were more than stocks.

以上の結果より、外膜と細胞壁との結合に関連するタンパク質の機能を抑制することにより、シアノバクテリアの外膜と細胞壁との結合が部分的に弱められ、外膜が細胞壁から部分的に脱離することが確認できた。外膜と細胞壁との結合が弱まることにより、シアノバクテリアの細胞内で産生されたタンパク質が細胞外に漏出しやすくなることも確認できた。したがって、本実施の形態に係る改変シアノバクテリア及びその製造方法によれば、タンパク質の分泌生産性が大きく向上することが示された。 From the above results, by suppressing the function of the protein related to the binding between the outer membrane and the cell wall, the binding between the outer membrane and the cell wall of cyanobacteria is partially weakened, and the outer membrane is partially removed from the cell wall. I was able to confirm that it was released. It was also confirmed that the weakening of the bond between the outer membrane and the cell wall facilitates the leakage of intracellularly produced cyanobacterial proteins to the outside of the cell. Therefore, it was shown that the modified cyanobacteria according to the present embodiment and the method for producing the same have greatly improved the secretory productivity of the protein.

(6)分泌されたタンパク質の同定
続いて、上記(5-2)で得られた培養上清中に含まれる分泌タンパク質を、LC-MS/MSにより同定した。方法を以下に説明する。
(6) Identification of secreted protein Subsequently, the secreted protein contained in the culture supernatant obtained in (5-2) above was identified by LC-MS / MS. The method will be described below.

(6-1)試料調製
培養上清の液量に対して8倍量の冷アセトンを加え、20℃で2時間静置後、20,000gで15分間遠心分離し、タンパク質の沈殿物を得た。この沈殿物に100mM Tris pH8.5、0.5%ドデカン酸ナトリウム(SDoD)を加え、密閉式超音波破砕機によってタンパク質を溶解した。タンパク質濃度1μg/mLに調整後、終濃度10mMのジチオスレイトール(DTT)を添加して50℃で30分間静置した。続いて、終濃度30mMのヨードアセトアミド(IAA)を添加し、室温(遮光)で30分間静置した。IAAの反応を止めるために、終濃度60mMのシステインを添加して室温で10分間静置した。トリプシン400ngを添加して37℃で一晩静置し、タンパク質をペプチド断片化した。5%TFA(Trifluoroacetic Acid)を加えた後、室温にて15,000gで10分間遠心分離し、上清を得た。この作業によりSDoDが除去された。C18スピンカラムを用いて脱塩後、遠心エバポレーターにより試料を乾固した。その後、3%アセトニトリル、0.1%ギ酸を加え、密閉式超音波破砕機を用いて試料を溶解した。ペプチド濃度200ng/μLになるように調製した。
(6-1) Sample preparation Eight times the amount of cold acetone was added to the amount of the culture supernatant, and the mixture was allowed to stand at 20 ° C. for 2 hours and then centrifuged at 20,000 g for 15 minutes to obtain a protein precipitate. .. To this precipitate was added 100 mM Tris pH 8.5, 0.5% sodium dodecanoate (SDoD) and the protein was lysed by a closed ultrasonic crusher. After adjusting the protein concentration to 1 μg / mL, dithiothreitol (DTT) having a final concentration of 10 mM was added, and the mixture was allowed to stand at 50 ° C. for 30 minutes. Subsequently, iodoacetamide (IAA) having a final concentration of 30 mM was added, and the mixture was allowed to stand at room temperature (light-shielded) for 30 minutes. To stop the IAA reaction, cysteine with a final concentration of 60 mM was added and allowed to stand at room temperature for 10 minutes. 400 ng of trypsin was added and allowed to stand overnight at 37 ° C. to fragment the protein into peptide fragments. After adding 5% TFA (Trifluoroacetic Acid), the mixture was centrifuged at 15,000 g at room temperature for 10 minutes to obtain a supernatant. This work removed SDoD. After desalting using a C18 spin column, the sample was dried by a centrifugal evaporator. Then, 3% acetonitrile and 0.1% formic acid were added, and the sample was dissolved using a closed ultrasonic crusher. The peptide concentration was adjusted to 200 ng / μL.

(6-2)LC-MS/MS分析
上記(6-1)で得られた試料をLC-MS/MS装置(UltiMate 3000 RSLCnano LC System) を用いて以下の条件で解析を実施した。
(6-2) LC-MS / MS analysis The sample obtained in (6-1) above was analyzed under the following conditions using an LC-MS / MS device (UltiMate 3000 RSLCnano LC System).

試料注入量:200ng
カラム:CAPCELL CORE MP 75μm×250mm
溶媒:A溶媒は0.1%ギ酸水溶液、B溶媒は0.1%ギ酸+80%アセトニトリル
グラジエントプログラム:試料注入4分後にB溶媒8%、27分後にB溶媒44%、28分後にB溶媒80%、34分後に測定終了
Sample injection amount: 200ng
Column: CAPCELL CORE MP 75 μm × 250 mm
Solvent: A solvent is 0.1% formic acid aqueous solution, B solvent is 0.1% formic acid + 80% acetonitrile Gradient program: B solvent 8% 4 minutes after sample injection, B solvent 44% 27 minutes later, B solvent 80%, 34 minutes later. Measurement ends after minutes

(6-3)データ解析
得られたデータは以下の条件で解析し、タンパク質及びペプチドの同定ならびに定量値の算出を行った。
(6-3) Data analysis The obtained data was analyzed under the following conditions to identify proteins and peptides and calculate quantitative values.

ソフトウェア:Scaffold DIA
データベース:UniProtKB/Swiss Prot database (Synechocystis sp. PCC 6803)
Fragmentation:HCD
Precursor Tolerance:8ppm
Fragment Tolerance:10ppm
Data Acquisition Type:Overlapping DIA
Peptide Length:8-70
Peptide Charge:2-8
Max Missed Cleavages:1
Fixed Modification:Carbamidomethylation
Peptide FDR:1%以下
Software: Scaffold DIA
Database: UniProtKB / Swiss Prot database (Synechocystis sp. PCC 6803)
Fragmentation: HCD
Precursor Tolerance: 8ppm
Fragment Tolerance: 10ppm
Data Acquisition Type: Overlapping DIA
Peptide Length: 8-70
Peptide Charge: 2-8
Max Missed Cleavages: 1
Fixed Modification: Carbamidomethylation
Peptide FDR: 1% or less

同定されたタンパク質のうち相対定量値が最も大きかった30種類のタンパク質のうち、明らかな酵素活性を持つと予想されるものを表4に示す。 Table 4 shows the 30 types of proteins with the highest relative quantification values that are expected to have clear enzymatic activity.

Figure 2022102889000005
Figure 2022102889000005

これら6種類のタンパク質は、全て、実施例1のslr1841抑制株及び実施例2のslr0688抑制株の培養上清のそれぞれに含まれていた。これらのタンパク質の全てにおいて、ペリプラズム(外膜と内膜との間隙を指す)移行シグナルが保持されていた。この結果により、実施例1及び実施例2の改変株では、外膜が細胞壁から部分的に脱離することによってペリプラズム内のタンパク質が外膜の外(つまり、菌体外)に漏出しやすくなることが確認できた。したがって、本実施の形態に係る改変シアノバクテリアは、タンパク質の分泌生産性が大幅に向上していることが示された。 All of these 6 proteins were contained in the culture supernatants of the slr1841 inhibitory strain of Example 1 and the slr0688 inhibitory strain of Example 2, respectively. All of these proteins retained the periplasmic (pointing to the gap between the adventitia and intima) transition signals. As a result, in the modified strains of Example 1 and Example 2, the protein in the periplasm is likely to leak out of the outer membrane (that is, outside the cells) due to the partial detachment of the outer membrane from the cell wall. I was able to confirm that. Therefore, it was shown that the modified cyanobacteria according to the present embodiment have significantly improved protein secretion productivity.

(7)作物栽培試験
続いて、ピログルタミン酸、アミノ安息香酸、及び、改変シアノバクテリアの分泌物(ここでは、改変シアノバクテリアの培養上清)の作物収量向上効果を評価するために、以下の作物栽培試験を実施した。具体的には、葉菜類生産に対する収量向上効果を評価するために、レタス及びホウレン草の栽培試験を実施した。また、果実生産に対する収量向上効果を評価するために、トマトの栽培試験を実施した。以下、これらの栽培試験についてそれぞれ説明する。
(7) Crop cultivation test Next, in order to evaluate the crop yield improving effect of pyroglutamic acid, aminobenzoic acid, and the secretion of modified cyanobacteria (here, the culture supernatant of modified cyanobacteria), the following crops A cultivation test was conducted. Specifically, in order to evaluate the effect of improving yield on leafy vegetable production, a cultivation test of lettuce and spinach was carried out. In addition, a tomato cultivation test was conducted to evaluate the effect of improving yield on fruit production. Hereinafter, each of these cultivation tests will be described.

(7-1)レタス水耕栽培試験
水耕用の培養液は、窒素全量6%、水溶性リン酸10%、水溶性カリウム5%、水溶性苦土0.05%、水溶性マンガン0.001%、及び、水溶性ホウ素0.005%を含む市販の培養液原液の500倍希釈液を用いた。光条件は白色光源の光量子束密度200μmol/m2/s、明条件16時間及び暗条件8時間の条件で室温(22℃)にて35日間栽培した。
(7-1) Lettuce Hydroponics Test The hydroponic culture solution contains 6% total nitrogen, 10% water-soluble phosphoric acid, 5% water-soluble potassium, 0.05% water-soluble bitter soil, 0.001% water-soluble manganese, and , A 500-fold diluted solution of a commercially available culture solution stock solution containing 0.005% of water-soluble boron was used. The plants were cultivated at room temperature (22 ° C.) for 35 days under the conditions of a white light source, a photon flux density of 200 μmol / m 2 / s, a bright condition of 16 hours and a dark condition of 8 hours.

(実施例3、4、5)
上記の栽培期間中、(1)1μMピログルタミン酸水溶液(実施例3)、(2)1μMアミノ安息香酸水溶液(実施例4)、(3)改変シアノバクテリアの分泌物(実施例5)を1株あたり5mLとなる分量を1週間に1回、水耕用の培養液に添加した。収穫後、株重量を測定し、(1)~(3)について、それぞれ、平均値及び標準偏差(SD)を求めた。なお、改変シアノバクテリアは、実施例1のslr1841抑制株及び実施例2のslr0688抑制株である。
(Examples 3, 4, 5)
During the above cultivation period, one strain of (1) 1 μM pyroglutamic acid aqueous solution (Example 3), (2) 1 μM aminobenzoic acid aqueous solution (Example 4), and (3) modified cyanobacterial secretion (Example 5). An amount of 5 mL per week was added to the culture solution for hydroponic cultivation once a week. After harvesting, the weight of the strain was measured, and the mean value and standard deviation (SD) were obtained for (1) to (3), respectively. The modified cyanobacteria are the slr1841 inhibitory strain of Example 1 and the slr0688 inhibitory strain of Example 2.

(比較例2)
上記(1)~(3)の代わりに、水を使用したこと以外、実施例3~5と同様に行った。収穫後、株重量を測定し、平均値及び標準偏差(SD)を求めた。
(Comparative Example 2)
It was carried out in the same manner as in Examples 3 to 5 except that water was used instead of the above (1) to (3). After harvesting, the strain weight was measured to determine the mean and standard deviation (SD).

(結果)
実施例3~5及び比較例2の結果を図10及び図11に示す。図10は、実施例3~5及び比較例2で栽培されたレタス1株あたりの相対平均株重量を示すグラフである。また、図11には、実施例3~5及び比較例2それぞれの株の状態を視覚的に示すために、代表的な株の写真を掲載している。
(result)
The results of Examples 3 to 5 and Comparative Example 2 are shown in FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is a graph showing the relative average strain weight per lettuce strain cultivated in Examples 3 to 5 and Comparative Example 2. Further, FIG. 11 shows photographs of representative strains in order to visually show the states of the strains of Examples 3 to 5 and Comparative Example 2.

図10に示されるように、実施例3~5で収穫されたレタス1株の平均重量は、いずれも、比較例2と比較して増加していた。具体的には、実施例3で栽培されたレタス1株の平均重量は、比較例2よりも約14%増加していた。また、実施例4で栽培されたレタス1株の平均重量は、比較例2よりも約15%増加していた。また、実施例5で栽培されたレタス1株の平均重量は、比較例2よりも約29%増加していた。 As shown in FIG. 10, the average weight of one lettuce strain harvested in Examples 3 to 5 was increased as compared with Comparative Example 2. Specifically, the average weight of one lettuce strain cultivated in Example 3 was increased by about 14% as compared with Comparative Example 2. In addition, the average weight of one lettuce strain cultivated in Example 4 was increased by about 15% as compared with Comparative Example 2. In addition, the average weight of one lettuce strain cultivated in Example 5 was increased by about 29% as compared with Comparative Example 2.

また、図11に示されるように、実施例3~5で栽培されたレタス株は、比較例2と比べて株全体の形状に特に目立った変化はなかった。つまり、実施例3~5で栽培されたレタス株は、比較例2よりも生育が早いにもかかわらず、目立った生理障害(例えば、チップバーンなど)が起こっておらず、葉の茂り、並びに、茎及び葉の大きさも良好で、見た目のバランスも良かった。 Further, as shown in FIG. 11, the lettuce strains cultivated in Examples 3 to 5 did not have a particularly noticeable change in the shape of the whole strain as compared with Comparative Example 2. That is, although the lettuce strains cultivated in Examples 3 to 5 grew faster than Comparative Example 2, no conspicuous physiological disorders (for example, chip burn) occurred, and the leaves were thickened and the leaves were grown. The size of the stems and leaves was also good, and the appearance was well-balanced.

(7-2)ホウレン草栽培試験
市販の培養土を入れた栽培用ポット(12cm×10cm)にホウレン草の種子を播種した。栽培は、22℃、白色光源の光量子束密度が200μmol/m2/sで、明条件12時間及び暗条件12時間の条件で35日間行った。その間、各ポットに、50mLの蒸留水を1日おきに給水した。栽培開始からおよそ1週間後、子葉が展開した段階で間引きし、各ポットにおける固体サイズを揃えた。
(7-2) Spinach cultivation test Spinach seeds were sown in cultivation pots (12 cm x 10 cm) containing commercially available potting soil. Cultivation was carried out for 35 days under the conditions of 22 ° C., a photon bundle density of a white light source of 200 μmol / m 2 / s, and a light condition of 12 hours and a dark condition of 12 hours. Meanwhile, each pot was supplied with 50 mL of distilled water every other day. Approximately one week after the start of cultivation, the cotyledons were thinned out at the stage of development, and the solid size in each pot was made uniform.

(実施例6、7、8)
上記の栽培期間中、(1)1μMピログルタミン酸水溶液(実施例6)、(2)1μMアミノ安息香酸水溶液(実施例7)、(3)改変シアノバクテリアの分泌物(実施例8)を1株あたり5mLとなる分量を1週間に1回、ホウレン草の根元に添加した。収穫後、株重量を測定し、(1)~(3)について、それぞれ、平均値及び標準偏差(SD)を求めた。なお、改変シアノバクテリアは、実施例1のslr1841抑制株及び実施例2のslr0688抑制株である。
(Examples 6, 7, 8)
During the above cultivation period, one strain of (1) 1 μM pyroglutamic acid aqueous solution (Example 6), (2) 1 μM aminobenzoic acid aqueous solution (Example 7), and (3) modified cyanobacterial secretion (Example 8). An amount of 5 mL per week was added to the roots of cyanobacteria once a week. After harvesting, the weight of the strain was measured, and the mean value and standard deviation (SD) were obtained for (1) to (3), respectively. The modified cyanobacteria are the slr1841 inhibitory strain of Example 1 and the slr0688 inhibitory strain of Example 2.

(比較例3)
上記の(1)~(3)の代わりに、水を使用したこと以外、実施例6~8と同様に行った。収穫後、株重量を測定し、平均値及び標準偏差(SD)を求めた。
(Comparative Example 3)
The procedure was the same as in Examples 6 to 8 except that water was used instead of the above (1) to (3). After harvesting, the strain weight was measured to determine the mean and standard deviation (SD).

(結果)
実施例6~8及び比較例3の結果を図12及び13に示す。図12は、実施例6~8及び比較例3で栽培されたホウレン草1株あたりの相対平均重量を示すグラフである。また、図13には、実施例6~8及び比較例3それぞれの株の状態を視覚的に示すために、代表的な株の写真を掲載している。
(result)
The results of Examples 6 to 8 and Comparative Example 3 are shown in FIGS. 12 and 13. FIG. 12 is a graph showing the relative average weight per spinach plant cultivated in Examples 6 to 8 and Comparative Example 3. Further, FIG. 13 shows photographs of representative strains in order to visually show the states of the strains of Examples 6 to 8 and Comparative Example 3.

図12に示されるように、実施例6~8で収穫されたホウレン草1株の平均重量は、いずれも比較例3と比較して増加していた。具体的には、実施例6で栽培されたホウレン草1株の平均重量は、比較例3よりも約24%増加していた。また、実施例7で栽培されたホウレン草1株の平均重量は、比較例3よりも約25%増加していた。また、実施例8で栽培されたホウレン草1株の平均重量は、比較例3よりも約39%増加していた。 As shown in FIG. 12, the average weight of one spinach plant harvested in Examples 6 to 8 was increased as compared with Comparative Example 3. Specifically, the average weight of one spinach plant cultivated in Example 6 was increased by about 24% as compared with Comparative Example 3. In addition, the average weight of one spinach plant cultivated in Example 7 was increased by about 25% as compared with Comparative Example 3. In addition, the average weight of one spinach plant cultivated in Example 8 was increased by about 39% as compared with Comparative Example 3.

また、図13に示されるように、実施例6~8で栽培されたホウレン草株は、比較例3と比べて株全体の形状に特に目立った変化はなかった。つまり、実施例6~8で栽培されたホウレン草株は、比較例3よりも生育が早いにもかかわらず、目立った生理障害(例えば、葉色の退色など)が起こっておらず、葉の茂り、並びに、茎及び葉の大きさも良好で、見た目のバランスも良かった。 Further, as shown in FIG. 13, the spinach strains cultivated in Examples 6 to 8 did not have a particularly noticeable change in the shape of the whole strain as compared with Comparative Example 3. That is, although the spinach strains cultivated in Examples 6 to 8 grew faster than in Comparative Example 3, no conspicuous physiological disorders (for example, fading of leaf color) occurred, and the leaves were thickened. In addition, the size of the stems and leaves was good, and the appearance was well-balanced.

(7-3)トマト栽培試験
まず、栽培用プランター(22cm×16cm)に、市販の培養土を入れ、プランターあたり3粒のトマトの種子を播種した。栽培は、室内温度が23℃、白色光源の光量子束密度が250μmol/m2/sで、明条件16時間及び暗条件10時間の条件で150日間行った。その間、各ポットに、500mLの蒸留水を2日おきに給水した。栽培開始からおよそ1週間後、子葉が展開した段階で間引きし、各プランターにおける個体サイズを揃えた。また、50日に1回、市販の化学肥料(窒素全量6%、水溶性リン酸10%、水溶性カリウム5%、水溶性苦土0.05%、水溶性マンガン0.001%、水溶性ホウ素0.005%を含む原液の500倍希釈液)を各プランターあたり500mL施用した。
(7-3) Tomato cultivation test First, commercially available potting soil was placed in a cultivation planter (22 cm × 16 cm), and 3 tomato seeds were sown per planter. Cultivation was carried out for 150 days under the conditions of an indoor temperature of 23 ° C., a photon flux density of a white light source of 250 μmol / m 2 / s, and a light condition of 16 hours and a dark condition of 10 hours. Meanwhile, each pot was supplied with 500 mL of distilled water every two days. Approximately one week after the start of cultivation, the cotyledons were thinned out at the stage of development, and the individual sizes in each planter were adjusted. Also, once every 50 days, use commercially available chemical fertilizers (total nitrogen 6%, water-soluble phosphoric acid 10%, water-soluble potassium 5%, water-soluble bitter soil 0.05%, water-soluble manganese 0.001%, water-soluble boron 0.005%). A 500-fold diluted solution of the containing undiluted solution) was applied in an amount of 500 mL per planter.

(実施例9)
上記のように、各プランターの個体サイズを揃えた後、改変シアノバクテリアの分泌物を1株あたり5mL、1週間に1回、根元に添加した。150日間栽培し、その間、トマト果実が赤く成熟したものから順に収穫し、収穫した果実数を記録した。また、収穫した果実の重量及び糖度(Brix値)を測定し、それらの平均値及び標準偏差(SD)を求めた。なお、改変シアノバクテリアは、実施例1のslr1841抑制株及び実施例2のslr0688抑制株である。
(Example 9)
As described above, after adjusting the individual size of each planter, 5 mL of modified cyanobacterial secretion per strain was added to the root once a week. The tomato fruits were cultivated for 150 days, and the tomato fruits were harvested in order from the red mature ones, and the number of harvested fruits was recorded. In addition, the weight and sugar content (Brix value) of the harvested fruits were measured, and their average value and standard deviation (SD) were determined. The modified cyanobacteria are the slr1841 inhibitory strain of Example 1 and the slr0688 inhibitory strain of Example 2.

(比較例4)
改変シアノバクテリアの分泌物の代わりに、水を使用したこと以外、実施例9と同様に行った。
(Comparative Example 4)
The procedure was the same as in Example 9 except that water was used instead of the secretion of the modified cyanobacteria.

(結果)
実施例9及び比較例4の結果を図14~図17に示す。図14は、実施例9及び比較例4で栽培されたトマト1株あたりの平均果実数を示すグラフである。図15は、実施例9及び比較例4で栽培されたトマト1株あたりの平均果実重量を示すグラフである。図16は、実施例9及び比較例4で栽培されたトマト1株あたりの平均糖度を示すグラフである。
(result)
The results of Example 9 and Comparative Example 4 are shown in FIGS. 14 to 17. FIG. 14 is a graph showing the average number of fruits per tomato plant cultivated in Example 9 and Comparative Example 4. FIG. 15 is a graph showing the average fruit weight per tomato strain cultivated in Example 9 and Comparative Example 4. FIG. 16 is a graph showing the average sugar content per tomato strain cultivated in Example 9 and Comparative Example 4.

また、図17には、実施例9及び比較例4それぞれの果実の状態を視覚的に示すために、代表的な果実の写真を掲載している。 Further, FIG. 17 shows photographs of representative fruits in order to visually show the state of the fruits of Example 9 and Comparative Example 4.

図14に示されるように、実施例9で収穫された1株あたりの平均果実数は、比較例4と比較して約67%増加していた。しかしながら、図15に示されるように、実施例9及び比較例4のそれぞれで収穫された1株あたりの平均果実重量は、同等であった。通常、1株あたりの果実の収量が多くなるほど、果実の重量は減少する傾向があるが、実施例9では、収穫される果実数が多くなっているにもかかわらず、平均果実重量が比較例4と同等であった。 As shown in FIG. 14, the average number of fruits per plant harvested in Example 9 was increased by about 67% as compared with Comparative Example 4. However, as shown in FIG. 15, the average fruit weights per plant harvested in each of Example 9 and Comparative Example 4 were equivalent. Normally, the weight of the fruit tends to decrease as the yield of the fruit per strain increases, but in Example 9, the average fruit weight is a comparative example even though the number of fruits harvested is large. It was equivalent to 4.

また、図16に示されるように、実施例9及び比較例4のそれぞれで収穫された1株あたりの果実の平均糖度(Brix糖度)も同等であった。また、図17に示されるように、実施例9及び比較例4のそれぞれで収穫されたトマトの果実は、大きさ、形状、及び、艶などの外見も差異がなかった。通常、1株あたりの果実の収量が多くなるほど、果実の糖度が下がり、サイズが小さくなる傾向があるが、実施例9では、収穫される果実数が多くなっているにもかかわらず、果実の平均糖度及びサイズなども比較例4と同等であった。 In addition, as shown in FIG. 16, the average sugar content (Brix sugar content) of the fruits harvested in each of Example 9 and Comparative Example 4 was also the same. Further, as shown in FIG. 17, the tomato fruits harvested in each of Example 9 and Comparative Example 4 had no difference in appearance such as size, shape, and luster. Normally, as the yield of fruit per strain increases, the sugar content of the fruit tends to decrease and the size tends to decrease. However, in Example 9, although the number of fruits harvested is large, the fruit of the fruit tends to be small. The average sugar content and size were also the same as in Comparative Example 4.

したがって、改変シアノバクテリアの分泌液をトマトに施用すると、果実の品質(すなわち重量、大きさ、及び、糖度)を低下させずに増収できることが確認された。 Therefore, it was confirmed that when the secretory solution of modified cyanobacteria was applied to tomatoes, the yield could be increased without deteriorating the quality (that is, weight, size, and sugar content) of the fruits.

(まとめ)
レタス、ホウレン草、及び、トマトの栽培試験の結果から、本実施の形態に係る作物収量向上剤は、複数の作物種に対して、作物収量向上効果を有することが確認できた。
(summary)
From the results of the cultivation test of lettuce, spinach, and tomato, it was confirmed that the crop yield improving agent according to the present embodiment has a crop yield improving effect on a plurality of crop species.

本開示によれば、ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸の少なくともいずれかを含む作物収量向上剤を提供することができる。また、作物収量向上物質の分泌生産性が向上した改変シアノバクテリアを提供することができる。また、本開示の改変シアノバクテリアを培養すれば、効率良く上記物質を製造することができ、例えば当該物質を土又は水耕液に添加することにより作物の収量を向上することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a crop yield improver containing at least one of pyroglutamic acid and aminobenzoic acid. In addition, it is possible to provide modified cyanobacteria having improved secretory productivity of crop yield improving substances. Further, by culturing the modified cyanobacteria of the present disclosure, the above-mentioned substance can be efficiently produced, and for example, the yield of crops can be improved by adding the substance to soil or hydroponic solution.

1 内膜
2 ペプチドグリカン
3 糖鎖
4 細胞壁
5 外膜
6 SLHドメイン保持型外膜タンパク質
7 SLHドメイン
8 有機物チャネルタンパク質
9 細胞壁-ピルビン酸修飾酵素
1 Inner membrane 2 Peptidoglycan 3 Sugar chain 4 Cell wall 5 Outer membrane 6 SLH domain-retaining outer membrane protein 7 SLH domain 8 Organic channel protein 9 Cell wall-pyruvic acid modifying enzyme

Claims (10)

ピログルタミン酸及びアミノ安息香酸の少なくともいずれかを含む、
作物収量向上剤。
Contains at least one of pyrolutamic acid and aminobenzoic acid,
Crop yield improver.
請求項1に記載の作物収量向上剤の製造方法であって、
シアノバクテリアにおいて外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質の機能が抑制又は喪失されている改変シアノバクテリアを準備するステップと、
前記改変シアノバクテリアに前記作物収量向上剤を含む分泌物を分泌させるステップと、
を含む、
作物収量向上剤の製造方法。
The method for producing a crop yield improver according to claim 1.
Steps to prepare modified cyanobacteria in which the function of proteins involved in the binding of the outer membrane to the cell wall is suppressed or lost in cyanobacteria,
A step of causing the modified cyanobacteria to secrete a secretion containing the crop yield improver,
including,
A method for producing a crop yield improver.
前記外膜と前記細胞壁との結合に関与するタンパク質は、SLH(Surface Layer Homology)ドメイン保持型外膜タンパク質、及び、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素の少なくとも1つである、
請求項2に記載の作物収量向上剤の製造方法。
The protein involved in the binding between the outer membrane and the cell wall is at least one of SLH (Surface Layer Homology) domain-retaining outer membrane protein and cell wall-pyruvic acid modifying enzyme.
The method for producing a crop yield improver according to claim 2.
前記SLHドメイン保持型外膜タンパク質は、
配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるSlr1841、
配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるNIES970_09470、
配列番号3で示されるアミノ酸配列からなるAnacy_3458、又は、
これらのいずれかのSLHドメイン保持型外膜タンパク質とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質である、
請求項3に記載の作物収量向上剤の製造方法。
The SLH domain-retaining outer membrane protein is
Slr1841, consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
NIES970_09470, consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2,
Anacy_3458 consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or
A protein having an amino acid sequence that is 50% or more identical to any of these SLH domain-retaining outer membrane proteins.
The method for producing a crop yield improver according to claim 3.
前記細胞壁-ピルビン酸修飾酵素は、
配列番号4で示されるアミノ酸配列からなるSlr0688、
配列番号5で示されるアミノ酸配列からなるSynpcc7942_1529、
配列番号6で示されるアミノ酸配列からなるAnacy_1623、又は、
これらのいずれかの細胞壁-ピルビン酸修飾酵素とアミノ酸配列が50%以上同一であるタンパク質である、
請求項3に記載の作物収量向上剤の製造方法。
The cell wall-pyruvic acid modifying enzyme
Slr0688, which consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4.
Synpcc7942_1529, which consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 5.
Anacy_1623 consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 6 or
A protein having an amino acid sequence that is 50% or more identical to any of these cell wall-pyruvic acid modifying enzymes.
The method for producing a crop yield improver according to claim 3.
前記外膜と前記細胞壁との結合に関与するタンパク質を発現させる遺伝子が欠失又は不活性化されている、
請求項2に記載の作物収量向上剤の製造方法。
A gene that expresses a protein involved in the binding between the outer membrane and the cell wall has been deleted or inactivated.
The method for producing a crop yield improver according to claim 2.
前記外膜と細胞壁との結合に関与するタンパク質を発現させる遺伝子は、SLHドメイン保持型外膜タンパク質をコードする遺伝子、及び、細胞壁-ピルビン酸修飾酵素をコードする遺伝子の少なくとも1つである、
請求項6に記載の作物収量向上剤の製造方法。
The gene that expresses the protein involved in the binding between the outer membrane and the cell wall is at least one of the gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein and the gene encoding the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme.
The method for producing a crop yield improver according to claim 6.
前記SLHドメイン保持型外膜タンパク質をコードする遺伝子は、
配列番号7で示される塩基配列からなるslr1841、
配列番号8で示される塩基配列からなるnies970_09470、
配列番号9で示される塩基配列からなるanacy_3458、又は、
これらのいずれかの遺伝子と塩基配列が50%以上同一である遺伝子である、
請求項7に記載の作物収量向上剤の製造方法。
The gene encoding the SLH domain-retaining outer membrane protein is
Slr1841, consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 7.
Nies970_09470, which consists of the base sequence shown in SEQ ID NO: 8.
Anacy_3458 consisting of the base sequence shown by SEQ ID NO: 9 or
A gene whose base sequence is 50% or more identical to any of these genes.
The method for producing a crop yield improver according to claim 7.
前記細胞壁-ピルビン酸修飾酵素をコードする遺伝子は、
配列番号10で示される塩基配列からなるslr0688、
配列番号11で示される塩基配列からなるsynpcc7942_1529、
配列番号12で示される塩基配列からなるanacy_1623、又は、
これらのいずれかの遺伝子と塩基配列が50%以上同一である遺伝子である、
請求項7に記載の作物収量向上剤の製造方法。
The gene encoding the cell wall-pyruvic acid modifying enzyme is
Slr0688, which consists of the base sequence shown by SEQ ID NO: 10.
Synpcc7942_1529, which consists of the base sequence shown in SEQ ID NO: 11.
Anacy_1623 consisting of the base sequence shown by SEQ ID NO: 12 or
A gene whose base sequence is 50% or more identical to any of these genes.
The method for producing a crop yield improver according to claim 7.
請求項1に記載の作物収量向上剤を前記作物に使用する、
作物収量向上方法。
The crop yield improver according to claim 1 is used for the crop.
How to improve crop yield.
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