JP4537094B2 - Screening method for yeast genes for brewing - Google Patents

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Description

本発明は、ビールや清酒等の酒類、燃料用アルコール等の製造に用いられる工業用酵母、特に酒類の製造に用いられる醸造用酵母の遺伝子のスクリーニング方法に関する。詳しくは、酒類の製造において、醸造用酵母の塩基配列情報をデータベース化し、その生産性の向上及び/又は香味の安定化や増強等の香味の改善に関わる遺伝子を選択する方法、該遺伝子が破壊された酵母又は該遺伝子を高発現させた酵母等の作製によって、該遺伝子の発現を制御し、醸造に適した酵母を育種する方法、並びに育種された酵母を用いて酒類を製造する方法に関する。   The present invention relates to a method for screening genes for industrial yeasts used in the production of alcoholic beverages such as beer and sake, alcohol for fuels, and particularly brewing yeasts used in the production of alcoholic beverages. Specifically, in the production of alcoholic beverages, a database of brewing yeast base sequence information, a method for selecting genes involved in improving productivity and / or flavor stabilization such as flavor stabilization and enhancement, and the gene disruption The present invention relates to a method for breeding a yeast suitable for brewing by controlling the expression of the gene by producing a yeast or a yeast in which the gene is highly expressed, and a method for producing an alcoholic beverage using the bred yeast.

工業用酵母を用いて、燃料用アルコール、ビールや清酒等の酒類等の製造技術の開発が行われている。特に醸造用酵母を用いての酒類の製造において、酒類の生産性を向上させたり、また香味を安定化させたり向上させたり等、香味を改善するための技術の開発が盛んに進められている。
世界で最も飲用されている酒類はビールであり、2001年度の世界の生産量は約1億4,000万kLである。ビールの種類は、酵母の種類と発酵の方法により大きく3つに分けられる。醸造所に棲み付いた酵母や微生物を利用して発酵させる自然発酵ビール、S.cerevisiaeに属する上面発酵酵母を用いて20〜25℃の温度で発酵し、その後の熟成期間を短くするエールタイプのビール、およびサッカロマイセス パストリアヌス(Saccharomyces pastorianus:以下S.pastorianusと略す)に属する下面発酵酵母を用いて6〜15℃の温度で発酵させ、その後低温熟成させるラガータイプのビールの3種類である。現在世界のビール生産量の9割以上はラガータイプのビールであり、従って、このラガータイプビールの醸造に使用されている下面発酵酵母は、ビール醸造において最も広く用いられている。
Development of production technologies for alcohol for fuel, alcoholic beverages such as beer and sake using industrial yeasts has been carried out. In particular, in the production of alcoholic beverages using brewer's yeast, the development of technologies for improving flavors, such as improving the productivity of alcoholic beverages and stabilizing or improving flavors, has been actively promoted. .
The world's most drunk alcoholic beverage is beer, and the world production in 2001 is about 140 million kL. There are three types of beer depending on the type of yeast and the fermentation method. A naturally fermented beer fermented using yeast and microorganisms that have sown in the brewery, top fermenting yeast belonging to S. cerevisiae, fermented at a temperature of 20-25 ° C, and ale type that shortens the subsequent aging period There are three types of beer: Lager type beer that is fermented at a temperature of 6 to 15 ° C. using a bottom fermentation yeast belonging to Saccharomyces pastorianus (hereinafter abbreviated as S. pastorianus) and then aged at low temperature. Currently, more than 90% of the world's beer production is Lager type beer. Therefore, the bottom fermenting yeast used for brewing Lager type beer is most widely used in brewing beer.

上記の醸造用酵母を含め、微生物を用いて生産する、いわゆる発酵生産においては、発酵プロセスを最適化すること、及び有用な菌株を選択・育種することが、生産性の向上及び生産物の品質向上にとって重要である。
例えばビール醸造の場合、ビール醸造プロセスの最適化には、エタノールをはじめとするアルコール類やエステル、有機酸といった酵母の代謝物をモニターし、温度や通気量、あるいは原料濃度などを制御する方法が行われている。これらの制御は、ビール酵母の細胞内外への物質移送及び細胞内物質代謝をブラックボックスとして扱っており、極めて表面的な制御を行っているに過ぎない。また、例えば酒類に高い香味性を付与する等の目的から、ビール醸造中の酸素供給量を抑制するプロセス制御方法等が試みられているが、この方法では酸素不足によって酵母の増殖速度自体が低下し、発酵の遅延や品質の低下等の悪影響を引き起こす場合等がある。従って、発酵プロセスの最適化による生産性及び品質の向上には限界があった。
In so-called fermentation production, which uses microorganisms, including the above brewing yeast, optimizing the fermentation process and selecting and breeding useful strains can improve productivity and product quality. It is important for improvement.
For example, in the case of beer brewing, the optimization of the beer brewing process involves monitoring yeast metabolites such as ethanol and other alcohols, esters, and organic acids, and controlling the temperature, aeration rate, or raw material concentration. Has been done. These controls treat the transfer of substances into and out of brewer's yeast cells and the metabolism of intracellular substances as a black box, and perform only superficial control. In addition, for example, a process control method that suppresses the oxygen supply during beer brewing has been attempted for the purpose of, for example, imparting a high flavor to alcoholic beverages. However, it may cause adverse effects such as delayed fermentation and reduced quality. Therefore, there has been a limit to improving productivity and quality by optimizing the fermentation process.

一方、有用な工業用酵母、例えば有用なビール酵母を育種する方法としては、これまでは育種というよりも優良菌株の選択という手法が広く用いられていた。ビール醸造そのものはパスツールによる微生物の発見よりはるか以前から行われており、ビール醸造においては、ビール醸造所で用いられている優良なビール酵母を選択するという方法が伝統的に行われ、積極的に優良形質をもつビール酵母を育種した例は少ない。
例えば積極的な育種方法として、薬剤や放射線による人為的な突然変異誘発を利用する方法があるが、醸造用酵母、とりわけビール醸造に広く用いられている下面発酵酵母は高次倍数体であることが多く、かかる高次倍数体の酵母においては、変異を起こしたい対立遺伝子の全てに変異を起こさないと目的の変異株が得られない。従って、望む変異を引き起こすことは、一倍体の実験室酵母で可能であっても、高次倍数体のビール酵母では実質的には不可能である。
近年になって、下面発酵酵母から胞子分離をおこない、それらを用いた変異導入や交雑による育種が試みられている(例えば非特許文献1参照)。しかしながら、高次倍数体である下面発酵酵母は、複雑な染色体構成のために増殖能をもつ胞子の分離は難しく、さらにその中から優良形質を有する菌株を取得することは殆ど不可能に近い。
また、最近では遺伝子工学的な手法を用いて、目的とする遺伝子を醸造用酵母に導入・発現させることが可能になり、遺伝子の機能解析や、機能解析された遺伝子を利用して、望ましい形質をもつ酵母を育種することが可能となった。ところが、既に全ゲノム塩基配列が知られているパン酵母(S.cerevisiae、例えば非特許文献2参照)と比べて、下面発酵酵母では全ゲノム塩基配列が知られておらず、下面発酵酵母の醸造特性に関する遺伝子、及びビール醸造における該遺伝子の働きについてもごくわずかな知見しかない。
On the other hand, as a method for breeding useful industrial yeast, for example, useful brewer's yeast, a technique of selecting an excellent strain rather than breeding has been widely used. Beer brewing itself has been carried out long before the discovery of microorganisms by Pasteur, and in beer brewing, the traditional method of selecting the finest brewer's yeast used in breweries has been carried out actively. There are few examples of breeding beer yeast with excellent traits.
For example, as an active breeding method, there is a method using artificial mutagenesis by drugs or radiation, but brewing yeast, especially bottom fermentation yeast widely used in beer brewing, is a higher order polyploid. In many cases of such higher-order polyploid yeast, the desired mutant strain cannot be obtained unless all the alleles to be mutated are mutated. Thus, causing the desired mutation is not possible with higher order polyploid brewer's yeast, even though it is possible with haploid laboratory yeast.
In recent years, spores are isolated from bottom fermenting yeast, and breeding by mutation introduction and hybridization using them has been attempted (see, for example, Non-Patent Document 1). However, bottom fermented yeast, which is a higher polyploid, is difficult to isolate spores having proliferative ability due to a complicated chromosomal structure, and it is almost impossible to obtain a strain having a superior trait from among them.
Recently, it has become possible to introduce and express a target gene in brewing yeast using genetic engineering techniques. It became possible to breed yeast with However, compared to baker's yeast (S. cerevisiae, for example, see Non-Patent Document 2) whose whole genome base sequence is already known, the whole genome base sequence is not known in bottom fermentation yeast, and brewing of bottom fermentation yeast is not possible. There is very little knowledge about genes related to properties and the function of the genes in beer brewing.

近年、ゲノム上の遺伝子あるいは遺伝子以外の領域のDNA断片を固定支持体に固着したDNAアレイ、DNAチップ等を用い、膨大な数の遺伝子についてその解析が行われている。例えば、Olesenらは、GeneFilters(Research Genetics社製)を用い、醸造中における下面発酵酵母の網羅的遺伝子発現解析を行っている。しかしながら、下面発酵酵母の全ゲノム塩基配列が明らかにされていないことから、正確にはどの遺伝子の発現をモニターしたのかは不明であり、結果として下面発酵酵母の物質代謝解析や、有用酵母の育種、ビール醸造プロセス制御に応用するための情報としては極めて不十分である。   In recent years, analysis of enormous numbers of genes has been carried out using DNA arrays, DNA chips, and the like in which genes on the genome or DNA fragments outside the genes are fixed to a fixed support. For example, Olesen et al. Perform comprehensive gene expression analysis of bottom fermentation yeast during brewing using GeneFilters (manufactured by Research Genetics). However, since the whole genome base sequence of bottom fermenting yeast has not been clarified, it is unclear exactly which gene expression was monitored. As a result, analysis of substance metabolism of bottom fermenting yeast and breeding of useful yeast It is extremely insufficient as information for application to beer brewing process control.

近年、S.cerevisiae、大腸菌(例えば非特許文献4参照)、結核菌(例えば非特許文献5参照)を初め、既に100種以上の微生物全ゲノム塩基配列が決定されており(例えば非特許文献6参照)、決定された全塩基配列に基づき、その微生物の遺伝子の同定、その遺伝子と公知の遺伝子との塩基配列における比較が行われ、遺伝学的、生化学的、分子生物学的な実験をすることなく、膨大な数の遺伝子の機能推定がなされている。しかしながら、産業上広く利用されている醸造用酵母の中でも、異質倍数性を有する下面発酵酵母は特に複雑な染色体構造を有し(例えば非特許文献7)、アセンブリ(塩基配列を連結する作業)が難しいと予想されることから、全ゲノム塩基配列の決定はいまだ報告されていない。   In recent years, 100 or more microorganism whole genome base sequences have already been determined including S. cerevisiae, Escherichia coli (for example, see Non-patent Document 4), and tuberculosis (for example, see Non-Patent Document 5) (for example, Non-Patent Document 6). Based on the determined base sequence, identification of the gene of the microorganism, comparison of the base sequence between the gene and a known gene is performed, and genetic, biochemical and molecular biological experiments are performed. Therefore, the function of a huge number of genes has been estimated. However, among brewing yeasts that are widely used in industry, bottom fermenting yeasts having heterogeneous ploidy have a particularly complicated chromosome structure (for example, Non-Patent Document 7), and assembly (operation for linking base sequences) Since it is expected to be difficult, determination of the whole genome base sequence has not yet been reported.

具体的なアルコール又は酒類の製造において、例えば酒類の香味の改善を目的とした技術開発として、製品中の亜硫酸濃度を高める技術が挙げられる。亜硫酸は、高い抗酸化効果を有する化合物であり、食品や飲料、医薬品などの分野では酸化防止剤として広く用いられ、酒類においても同様に酸化防止剤として利用されている。例えば長期間の熟成を必要とするワインでは、亜硫酸はその品質保持性に重要な役割を果たしている。またビール醸造においても、製品に含まれる亜硫酸濃度の上昇に依存して品質保持期間が長期化することが知られており、製品中の亜硫酸含有量を高めれば、香味安定性に優れ、長期の品質保持期間を有する製品を製造することができる。   In the production of specific alcohols or alcoholic beverages, for example, as technology development aimed at improving the flavor of alcoholic beverages, there is a technology for increasing the concentration of sulfurous acid in products. Sulfurous acid is a compound having a high antioxidant effect, is widely used as an antioxidant in the fields of food, beverages, pharmaceuticals, and the like, and is also used as an antioxidant in alcoholic beverages. For example, in wines that require long-term aging, sulfurous acid plays an important role in maintaining its quality. Also in beer brewing, it is known that the quality retention period will be prolonged depending on the increase in the concentration of sulfite contained in the product, and if the sulfite content in the product is increased, the flavor stability is excellent, and long-term A product having a quality retention period can be manufactured.

製品中の亜硫酸含量を増加させる最も簡単な方法は、亜硫酸を添加することである。日本国内では、ワインに限り、亜硫酸残留濃度が350ppm以下までの亜硫酸添加が厚生労働省により許可されている。しかしながらその場合、亜硫酸は食品添加物として扱われるため、食品添加物に対する消費者のマイナスイメージ等を考慮すれば、ビールに亜硫酸を添加することは好適ではない。   The simplest way to increase the sulfite content in the product is to add sulfite. In Japan, the Ministry of Health, Labor and Welfare permits the addition of sulfurous acid to a residual sulfurous acid concentration of 350 ppm or less only for wine. However, in that case, since sulfurous acid is treated as a food additive, it is not preferable to add sulfurous acid to beer in consideration of the consumer's negative image of the food additive.

しかしながら醸造で用いられる酵母は、その生命活動に必要な含硫アミノ酸等の含硫化合物を生合成するために、培地中の硫酸イオンを還元して硫化水素を生成している。亜硫酸はその中間代謝産物であり、酵母のこの能力を利用して、醸造中に亜硫酸を産生させ、その亜硫酸を細胞外に効率的に排出することができれば、発酵液中及び製品中の亜硫酸含有量を増加させることが可能であると考えられた。   However, yeast used in brewing produces hydrogen sulfide by reducing sulfate ions in the medium in order to biosynthesize sulfur-containing compounds such as sulfur-containing amino acids necessary for its life activity. Sulfurous acid is an intermediate metabolite. If this ability of yeast is used to produce sulfite during brewing and the sulfite can be efficiently discharged out of the cell, the sulfite content in the fermentation broth and product It was considered possible to increase the amount.

醸造工程で発酵液中の亜硫酸濃度を上昇させる方法としては、発酵プロセスの制御による方法と、醸造用酵母の育種による方法がある。発酵プロセスの制御による方法では、ビール発酵中の亜硫酸の生成量が初期酸素供給量と逆比例することから、発酵工程における酸素供給量を低減させて、亜硫酸の生成量を増加させるとともにその酸化を抑制する方法等が試みられている。しかしながら、この方法では酸素不足によって酵母の増殖速度が低下し、発酵の遅延や品質の低下を引き起こす等の悪影響があるため実用的とはいえない。   As a method for increasing the concentration of sulfite in the fermentation liquid in the brewing process, there are a method by controlling the fermentation process and a method by breeding yeast for brewing. In the method based on the control of the fermentation process, the amount of sulfite produced during beer fermentation is inversely proportional to the initial oxygen supply, so the oxygen supply in the fermentation process is reduced to increase the amount of sulfite produced and to oxidize it. Attempts have been made to suppress it. However, this method is not practical because it has an adverse effect such as a decrease in the growth rate of yeast due to lack of oxygen, causing a delay in fermentation and a decrease in quality.

一方、醸造用酵母の育種による方法には、上述した通り、遺伝子操作技術を用いた方法の開発が進められている。例えば、酵母の硫黄代謝において、亜硫酸(SO2)が含硫アミノ酸やビタミンの生合成経路における中間生成物であり、細胞外から取り込まれた硫酸イオン(SO4 2‐) から、硫酸イオン(SO4 2-)→APS(adenylylsulfate)→PAPS (phosphoadenylylsulfate)→亜硫酸イオン(SO3 2-)という還元反応を経て生成されることに着目し、ここで硫酸イオン(SO4 2-)→APS(adenylylsulfate)の反応に関与するMET3遺伝子、APS(adenylylsulfate)→PAPS(phosphoadenylylsulfate)の反応に関与するMET14遺伝子の遺伝子コピー数を増加させることによって、酵母の亜硫酸生成能を向上させることを試みた例(例えば非特許文献8参照)、またMET10遺伝子の破壊によって亜硫酸イオン(SO3 2-)の還元を阻害し、酵母の亜硫酸生成量を増加させようと試みた例(例えば非特許文献9参照)が開示されている。これらの試みによれば、MET10遺伝子破壊株の亜硫酸生成量は親株の10倍以上まで増加したが、その一方で、若干の発酵の遅延およびビール成分中のアセトアルデヒドと1−プロパノール含有量の増加が認められるなど、これら育種された酵母を実用化するには問題があった。 On the other hand, as described above, development of a method using genetic engineering techniques is being promoted for the method of breeding yeast for brewing. For example, in yeast sulfur metabolism, sulfurous acid (SO 2 ) is an intermediate product in the biosynthetic pathway of sulfur-containing amino acids and vitamins. From sulfate ions (SO 4 2− ) taken from outside the cells, sulfate ions (SO 4 2-) → APS (adenylylsulfate) → PAPS (phosphoadenylylsulfate) → sulfite ion (SO 3 2-) that focuses on the fact that generated through a reduction reaction, wherein the sulfate ion (SO 4 2-) → APS ( adenylylsulfate MET3 gene involved in the reaction of APS (adenylylsulfate) → PAPS (phosphoadenylylsulfate) by increasing the gene copy number of the MET14 gene involved in the reaction (example, for example, an attempt to improve the ability of sulfite generation in yeast (for example, non Patent Document 8), also inhibited the reduction of sulfite ion (SO 3 2-) by disruption of the MET10 gene increased sulfite production of yeast Cormorants and Example tried (for example, see Non-Patent Document 9) is disclosed. According to these attempts, the amount of sulfite produced by the MET10 gene disrupted strain increased to more than 10 times that of the parent strain. There were problems in putting these bred yeasts into practical use.

よって、遺伝子操作技術を用いた工業用酵母、例えば醸造用酵母の育種方法の開発が進められてはいるものの、醸造用酵母のゲノム情報が乏しいために、醸造用酵母の醸造特性に関わる遺伝子を選択し、該遺伝子がコードするタンパク質の機能を解析し、それらの知見を育種に利用することが十分に行えないのが現状である。
従って、発酵速度や製品の品質を損なうことなく目的とする特性が発揮できる酵母を育種する方法は未だ確立されておらず、該方法の開発が、醸造のみならず酵母を用いる産業界において非常に望まれている。
C.ジャーマンセン(C. Gjermansen)、減数分裂分離体の交配によるサッカロマイセスカールスベルゲンシスハイブリッド醸造株の構築(Construction of a hybrid brewing Strain of Saccharomyces carlsbergensis by mating of meioticsegregants)、カールスバーグリサーチコミュニケーション(Carlsberg Res. Commun.)、第46巻, p1−11、1981年 A.ゴフォーら(A. Goffeau et al.)、酵母ゲノムダイレクトリー(The Yeast Genome Directory),第387巻、p5−105、1997年 K.オールセン(K. Olesen et al.)、ラガービール発酵の製造スケール中の醸造用酵母サッカロマイセス カールスベルゲンシスの遺伝子発現情報(トランスクリプトーム)の動態(The dynamics of the Saccharomyces carlsbergensis brewing yeast transcriptome during a production-scale lager beer fermentation)、FEMSイーストリサーチ(FEMS Yeast Research)、第2巻, p563−573、2000年 F.R.ブラットナーら(F. R. Blattner et al.)、大腸菌K−12株の全ゲノム塩基配列(The Complete Genome Sequence of Escherichia coli K-12)、サイエンス(Science)、第277巻、p1453−62、1997年 S.T.コールら(S. T. Cole et al.)、全ゲノム塩基配列に基づくマイコバクテリウムチュベルキュロシスの生物学的解析(Deciphering the biology of Mycobacterium tuberculosis from the complete genome sequence)、ネイチャー(Nature)、第393巻、p537-544、1998年 ザナショナルセンターフォーバイオテクノロジーインフォメーション(The National Center for Biotechnology Information)、http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PMGifs/Genomes/micr.html Y. 玉井ら(Y. Tamai et al.)、下面発酵酵母、サッカロマイセス パストリアヌスには2種類の染色体が存在(Co-existence of two types of chromosome in the fermenting yeast, Saccharomyces pastorianus.)、イースト(Yeast)、第10巻、p923-33、1998年 C.コークら(C. Korch et al.)、プロシーディングオブヨーロッピアンブルワリィコンベンションコングレス;リスボン(Proc.Eur. Brew. Conv. Congress., Lisbon)、p201-208、1991年 J.ハンセンら(J. Hansen et al.)、醸造酵母におけるMET10遺伝子の不活化により、ビール醸造中のSO2生成が特異的に増加する(Inactivation of MET10 in brewer's yeast specifically increases SO2 formation during beer production)、ネイチャーバイオテクノロジー(Nature Biotech.)、第14巻、p1587-1591、1996年 T.シエンら(T. Sijen et al.)、転写及び転写後の遺伝子抑制は、機構的に関連している(Transcriptional and posttranscriptional gene silencing are mechanistically related.)、カレントバイオロジー(Curr. Biol.)、第11巻、p436−440、2001年 N.後藤ら(N.Goto et al.)、ワイン酵母の亜硫酸耐性遺伝子SSU1-Rは、SSU1の対立遺伝子であって、SSU1とは異なる上流塩基配列を有する(SSU1-R, a sulphite resistance gene of wine yeast, is an allele of SSU1 with a different upstream sequence.)、ジャーナルオブファーメンテイションアンドバイオエンジニアリング(J. Ferment. Bioeng.)、第86巻、p427−433、1998年 D.アブラムら(D. Avram et al.)、サッカロマイセス セレビシエにおいて、SSU1は亜硫酸の許容度に関与するタンパク質のネットワークにおいて重要な役割を果たす形質膜タンパク質をコードする(SSU1 encodes a plasma membrane protein with a central role in a network of proteins conferring sulfite tolerance in Saccharomyces cerevisiae)、ジャーナルオブバクテリオロジー(J. Bacteriol.)、第179巻、p5971−5974、1997年 H.パークら(H. Park et al.)、サッカロマイセス セレビシエにおいて、SSU1は、亜硫酸の流出を仲介する(SSU1 mediates sulphite efflux in Saccharomyces cerevisiae)、イースト(Yeast)、第16巻、p881−888、2000年
Therefore, although the development of breeding methods for industrial yeasts using genetic engineering techniques, such as brewing yeasts, has been promoted, the genes related to the brewing characteristics of brewing yeasts are not available due to the lack of genome information of brewing yeasts. At present, it is not possible to sufficiently select, analyze the function of the protein encoded by the gene, and use the knowledge for breeding.
Therefore, a method for breeding yeast that can exhibit the desired characteristics without impairing the fermentation rate or the quality of the product has not yet been established, and the development of this method is very not only in brewing but also in the industry using yeast. It is desired.
C. C. Gjermansen, Construction of a hybrid brewing Strain of Saccharomyces carlsbergensis by mating of meiotic segregants, Carlsberg Research Communications (Carlsberg Res. Commun.) 46, p1-11, 1981 A. A. Goffeau et al., The Yeast Genome Directory, 387, p5-105, 1997 K. Olesen et al., The dynamics of the Saccharomyces carlsbergensis brewing yeast transcriptome during a brewing yeast Saccharomyces carlsbergensis during the production scale of lager beer fermentation production-scale lager beer fermentation), FEMS Yeast Research, Vol. 2, p563-573, 2000 F. R. FR Blattner et al., The Complete Genome Sequence of Escherichia coli K-12, Science, Vol. 277, p1453-62, 1997 S. T. T. ST Cole et al., Deciphering the biology of Mycobacterium tuberculosis from the complete genome sequence, Nature, Vol. 393 , P537-544, 1998 The National Center for Biotechnology Information, http://www.ncbi.nlm.nih.gov/PMGifs/Genomes/micr.html Y. Tamai et al., Bottom fermenting yeast, Saccharomyces pastorianus, there are two types of chromosomes (Co-existence of two types of chromosomes in the fermenting yeast, Saccharomyces pastorianus.), Yeast (Yeast) , Volume 10, p923-33, 1998 C. C. Korch et al., Proceeding of the European Brewery Convention Congress; Lisbon (Proc. Eur. Brew. Conv. Congress., Lisbon), p201-208, 1991 J. et al. Hansen et al., Inactivation of MET10 in brewer's yeast specifically increases SO2 formation during beer production. Biotechnology. Volume 14, p1587-1591, 1996 T. T. T. Sijen et al., Transcriptional and posttranscriptional gene silencing are mechanistically related., Current Biology, No. 1 Volume 11, p436-440, 2001 N. Goto et al., The sulfite resistance gene SSU1-R in wine yeast is an allele of SSU1 and has an upstream base sequence different from SSU1 (SSU1-R, a sulphite resistance gene of wine yeast, is an allele of SSU1 with a different upstream sequence.), Journal of Fermentation and Bioengineering (Volume 86, p427-433, 1998) D. In D. Avram et al., Saccharomyces cerevisiae, SSU1 encodes a plasma membrane protein that plays an important role in the network of proteins involved in sulfite tolerance in a network of proteins conferring sulfite tolerance in Saccharomyces cerevisiae), Journal of Bacteriol., 179, p5971-5974, 1997 H. H. Park et al., In Saccharomyces cerevisiae, SSU1 mediates sulfite efflux (SSU1 mediates sulphite efflux in Saccharomyces cerevisiae), Yeast, Vol. 16, p881-888, 2000

本発明は、工業用酵母、特にビール等の酒類の製造に用いられる醸造用酵母の全ゲノム塩基配列データベース(以降、ゲノムDBと略す場合もある)を作製し、そのデータベースを基に、醸造用酵母の遺伝子を選択し、該遺伝子を破壊及び/又は高発現させることにより該遺伝子の機能解析を行い、目的とする醸造特性に関わる遺伝子を選択する方法を提供することを目的とする。また、該遺伝子が関わる醸造特性を発揮する酵母を育種する方法並びに該酵母を用いて生産性や品質を向上させたアルコール又は酒類を製造する方法を提供することを目的とする。更には該酵母の遺伝子及びその遺伝子がコードするペプチドを提供することも目的とする。   The present invention produces a whole genome base sequence database (hereinafter sometimes abbreviated as “genome DB”) of brewing yeast used for the production of industrial yeasts, in particular, alcoholic beverages such as beer, and is used for brewing based on the database. It is an object of the present invention to provide a method for selecting a gene related to a target brewing characteristic by selecting a yeast gene, analyzing the function of the gene by destroying and / or highly expressing the gene, and selecting the gene. It is another object of the present invention to provide a method for breeding yeast exhibiting brewing characteristics related to the gene and a method for producing alcohol or alcoholic beverages with improved productivity and quality using the yeast. It is another object of the present invention to provide a gene of the yeast and a peptide encoded by the gene.

工業用酵母として広く用いられている醸造用酵母はその多くが高次倍数体であり、その中でも下面発酵酵母は少なくとも2種類のゲノムから構成されている異質倍数体であることが知られている。そのうちのひとつは全ゲノム塩基配列が解読されているS.cerevisiae 由来のゲノムと考えられているが、残りのゲノムの由来は解明されていなかった。
そこで本発明者らは、醸造用酵母の優れた醸造特性の基盤となる、醸造用酵母特有の機能をもつ未同定の遺伝子を見出すために、醸造用酵母のひとつである下面発酵酵母の全ゲノム塩基配列を決定した。そして既に全ゲノム配列が明らかにされているS.cerevisiaeのゲノムDBに登録されているアミノ酸配列と比較し、醸造用酵母の遺伝子がコードするタンパク質の機能推定を行った結果、該下面発酵酵母の遺伝子は、アミノ酸配列において、S.cerevisiaeと100%近い同一性を示すSc型遺伝子と、70〜97%前後の同一性を示す非Sc型遺伝子に大別されることを明らかにした。更に下面発酵酵母は、Sc型塩基配列だけからなるSc型染色体、非Sc型塩基配列だけからなる非Sc型染色体のほか、両染色体のキメラであるSc/非Sc型キメラ染色体が混在する複雑な構成となっていることを明らかにした。下面発酵酵母の全染色体の構成を図1に示す。本発明者らは、本発明で明らかにしたゲノム情報をもとに、このような予想もしない複雑な染色体の構成を知見し、下面発酵酵母の遺伝子のスクリーニング方法、詳しくは、(イ)工業用酵母、特に醸造用酵母のひとつである下面発酵酵母の全ゲノム塩基配列を解析し、(ロ)該ゲノム塩基配列をS.cerevisiaeの全ゲノム塩基配列と比較し、(ハ)S.cerevisiaeの遺伝子がコードするアミノ酸配列と70〜97%の同一性を有するアミノ酸配列をコードする該下面発酵酵母の遺伝子を選択し、更に(ニ)選択された該遺伝子の機能解析を行うことによって該遺伝子が酵母に付与する醸造特性を同定することを特徴とする、醸造用酵母特有の醸造特性に関わる遺伝子のスクリーニング方法に想到した。本発明者らはこれらの知見を基に更に鋭意検討を重ね、本発明を完成するに至った。
Many of the brewing yeasts widely used as industrial yeasts are higher-order polyploids, and among them, bottom fermentation yeasts are known to be heteroploids composed of at least two types of genomes. . One of them is thought to be a genome derived from S. cerevisiae whose entire genome sequence has been decoded, but the origin of the remaining genome has not been elucidated.
Therefore, the present inventors have found that the whole genome of bottom fermentation yeast, one of the brewing yeasts, is used to find an unidentified gene having a function unique to brewing yeast, which is the basis of the excellent brewing characteristics of brewing yeast. The base sequence was determined. And compared with the amino acid sequence registered in the genome DB of S. cerevisiae whose whole genome sequence has already been clarified, the function of the protein encoded by the brewing yeast gene was estimated. It has been clarified that the genes are broadly classified into Sc-type genes showing nearly 100% identity with S. cerevisiae and non-Sc-type genes showing about 70-97% identity in amino acid sequence. Furthermore, the bottom fermenting yeast is a complex in which Sc / non-Sc chimeric chromosomes, which are chimeras of both chromosomes, are mixed in addition to the Sc-type chromosome consisting of only the Sc-type base sequence and non-Sc type chromosome consisting of only the non-Sc type base sequence. Clarified that the structure. The structure of all chromosomes of the bottom fermentation yeast is shown in FIG. Based on the genomic information clarified in the present invention, the present inventors have discovered such an unexpected complex chromosome structure, and more specifically, (b) industrial (B) comparing the genomic base sequence with the entire genomic base sequence of S. cerevisiae, and (c) comparing the genomic base sequence of S. cerevisiae. By selecting the gene of the bottom fermenting yeast encoding an amino acid sequence having 70-97% identity with the amino acid sequence encoded by the gene, and (d) analyzing the function of the selected gene, The inventors have come up with a screening method for genes related to brewing characteristics peculiar to brewing yeast, characterized by identifying brewing characteristics to be imparted to yeast. Based on these findings, the present inventors have made further extensive studies and have completed the present invention.

即ち本発明は、
(1) (イ)工業用酵母の全ゲノム塩基配列を解析し、(ロ)該ゲノム塩基配列をサッカロマイセス セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae:以降、S.cerevisiaeと略す)の全ゲノム塩基配列と比較し、(ハ)S. cerevisiaeの遺伝子がコードするアミノ酸配列と70〜97%の同一性を有するアミノ酸配列をコードする該工業用酵母の遺伝子を選択し、(ニ)該選択された該遺伝子の機能解析を行うことによって該遺伝子が酵母に付与する特性を同定することを特徴とする、アルコール又は酒類の製造においてその生産性の向上及び/又は香味の改善に関わる遺伝子のスクリーニング方法、
(2) 上記(ニ)においてDNAアレイを用いて機能解析を行なうことを特徴とする前記(1)のスクリーニング方法、
(3) 以下の塩基配列又は該塩基配列に相補的な塩基配列からなる、1ないし複数のオリゴヌクレオチドが基板に固定されているDNAアレイを用いることを特徴とする前記(2)に記載のスクリーニング方法、
(ア)工業用酵母のゲノム全塩基配列中のオープンリーディングフレーム(open reading frame、以外にORFと略す場合もある。)にある10〜30ヌクレオチドの塩基配列であって、かつ
(イ)該全ゲノム塩基配列の他の部分には存在しない塩基配列、
(4) 前記(3)に記載のオリゴヌレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを基板に固定したDNAアレイを用いることを特徴とする前記(2)に記載のスクリーニング方法、
(5) 以下の塩基配列又は該塩基配列に相補的な塩基配列からなる、1ないし複数のオリゴヌクレオチドが基板に固定されているDNAアレイを用いることを特徴とする前記(2)に記載のスクリーニング方法、
(ア)工業用酵母のゲノム全塩基配列中のオープンリーディングフレーム以外に存在する非翻訳領域にある10〜30ヌクレオチドの塩基配列であって、かつ
(イ)該全ゲノム塩基配列の他の部分には存在しない塩基配列、
(6) 前記(5)に記載の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズするオリゴヌクレオチドを用いることを特徴とする前記(2)に記載のスクリーニング方法、
(7) 前記(3)に記載された1又は複数のヌクレオチド、
前記(4)に記載された1又は複数のヌクレオチド、
前記(5)に記載された1又は複数のヌクレオチドおよび
前記(6)に記載された1又は複数のヌクレオチド、
からなる4群のうちの2群以上から選ばれたヌクレオチドが基板に固定されているDNAアレイを用いることを特徴とする前記(2)に記載のスクリーニング方法、
(8) 工業用酵母が、醸造用酵母であることを特徴とする前記(1)ないし(7)に記載のスクリーニング方法、
(9) 醸造用酵母が、ビール酵母であることを特徴とする前記(1)ないし(8)に記載のスクリーニング方法、
(10) 前記(1)に記載のスクリーニング方法によって得られる遺伝子、
(11) 前記(10)に記載の遺伝子を酵母で発現させた場合、該酵母の培養液中の亜硫酸濃度が上昇することを特徴とする前記(10)に記載の遺伝子、
(12) 配列番号:1又は2で表される塩基配列からなるDNA又は該DNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNA、
(13) 配列番号:3又は4で表されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又は配列番号:3又は4で表されるアミノ酸配列において、1〜数個のアミノ酸残基が欠失及び/又は置換及び/又は付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするDNA、
(14) 前記(10)〜(13)のいずれかに記載の遺伝子又はDNAを有する組換えベクター、
(15) 前記(10)〜(13)のいずれかに記載の遺伝子又はDNAに隣接して、プロモーター及び/又はターミネーターを設置していることを特徴とする前記(9)に記載の組換えベクター、
(16) プロモーターが、構成的な発現をするプロモーターであることを特徴とする前記(15)に記載の組換えベクター、
(17) プロモーターが、グリセロアルデヒド−3−ホスフェートデヒドロゲナーゼ遺伝子のプロモーターであることを特徴とする前記(15)又は(16)に記載の組換えベクター、
(18) 前記(10)〜(17)のいずれかに記載の遺伝子、DNA又は組換えベクターを含む形質転換体、
(19) Saccharomyces属酵母であることを特徴とする前記(18)に記載の形質転換体、
(20) 前記(10)〜(13)のいずれかに記載の遺伝子又はDNAによりコードされるポリペプチド又は該ポリペプチドが有するアミノ酸配列において、1〜数個のアミノ酸残基が欠失及び/又は置換及び/又は付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(21) 配列番号:3又は4に表されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又は配列番号:3又は4で表されるアミノ酸配列において、1〜数個のアミノ酸残基が欠失及び/又は置換及び/又は付加されたアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(22) 前記(18)又は(19)に記載の形質転換体を用いることを特徴とするアルコール又は酒類の製造方法、
(23) 前記(10)若しくは(11)に記載の遺伝子又は前記(12)若しくは(13)に記載のDNA上の遺伝子の発現を制御することを特徴とするアルコール又は酒類の製造に適した酵母の育種方法、
(24) 酵母が、Saccharomyces属であることを特徴とする前記(23)に記載の育種方法、
(25) 前記(23)又は(24)に記載の育種方法により得られる酵母、
(26) 前記(25)に記載の酵母を用いるアルコール又は酒類の製造方法、
(27) 前記(26)に記載のアルコール又は酒類の製造方法を用いて製造されるアルコール又は酒類、
(28) 以下の塩基配列又は該塩基配列に相補的な塩基配列からなる、1ないし複数のオリゴヌクレオチドが基板に固定されているDNAアレイ、
(1)工業用酵母のゲノム全塩基配列中のオープンリーディングフレームにある10〜30ヌクレオチドの塩基配列であって、かつ
(2)該全ゲノム塩基配列の他の部分には存在しない塩基配列、
(29) 前記(28)に記載の塩基配列を有するオリゴヌレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズする1ないし複数のオリゴヌクレオチドが基板に固定されているDNAアレイ、
(30) 以下の塩基配列又は該塩基配列に相補的な塩基配列からなる、1ないし複数のオリゴヌクレオチドが基板に固定されているDNAアレイ、
(1)工業用酵母のゲノム全塩基配列中のオープンリーディングフレーム以外に存在する非翻訳領域にある10〜30ヌクレオチドの塩基配列であって、かつ
(2)該全ゲノム塩基配列の他の部分には存在しない塩基配列、
(31) 前記(30)に記載の塩基配列を有するオリゴヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズする1ないし複数のオリゴヌクレオチドが基板に固定されているDNAアレイ、
(32) 前記(3)に記載された1又は複数のヌクレオチド、
前記(4)に記載された1又は複数のヌクレオチド、
前記(5)に記載された1又は複数のヌクレオチドおよび
前記(6)に記載された1又は複数のヌクレオチド、
からなる4群のうちの2群以上から選ばれたヌクレオチドが基板に固定されているDNAアレイ、
に関する。
That is, the present invention
(1) (b) Analyzing the whole genome base sequence of industrial yeast, (b) comparing the genome base sequence with the whole genome base sequence of Saccharomyces cerevisiae (hereinafter abbreviated as S. cerevisiae), C) selecting the industrial yeast gene encoding an amino acid sequence having 70-97% identity with the amino acid sequence encoded by the S. cerevisiae gene, and (d) analyzing the function of the selected gene. A method for screening genes involved in improving the productivity and / or improving the flavor in the production of alcohol or alcoholic beverages, characterized by identifying the characteristics that the gene imparts to yeast by
(2) The screening method according to (1) above, wherein functional analysis is performed using a DNA array in (d) above,
(3) The screening according to (2) above, wherein a DNA array consisting of the following base sequence or a base sequence complementary to the base sequence and having one or more oligonucleotides immobilized on a substrate is used. Method,
(A) a nucleotide sequence of 10 to 30 nucleotides in an open reading frame (or may be abbreviated as ORF in addition to the open reading frame) in the entire genome sequence of industrial yeast; and Base sequences that do not exist in other parts of the genomic base sequence,
(4) The screening method according to (2), wherein a DNA array in which an oligonucleotide that hybridizes with the oligonucleotide according to (3) under stringent conditions is immobilized on a substrate is used,
(5) The screening according to (2) above, wherein a DNA array consisting of the following base sequence or a base sequence complementary to the base sequence and having one or more oligonucleotides immobilized on a substrate is used. Method,
(A) a base sequence of 10 to 30 nucleotides in an untranslated region other than the open reading frame in the whole genome sequence of industrial yeast, and (a) in the other part of the whole genome sequence. Is a non-existent base sequence,
(6) The screening method according to (2), wherein an oligonucleotide that hybridizes under stringent conditions with the oligonucleotide having the base sequence according to (5) above,
(7) One or more nucleotides described in (3) above,
One or more nucleotides described in (4) above,
One or more nucleotides described in (5) above and
One or more nucleotides described in (6) above,
A screening method according to the above (2), wherein a DNA array in which nucleotides selected from two or more groups out of four groups comprising:
(8) The screening method according to (1) to (7) above, wherein the industrial yeast is a brewery yeast,
(9) The screening method according to (1) to (8) above, wherein the brewing yeast is brewer's yeast,
(10) a gene obtained by the screening method according to (1),
(11) The gene according to (10), wherein when the gene according to (10) is expressed in yeast, the concentration of sulfite in a culture solution of the yeast increases,
(12) DNA consisting of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 2, or DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions,
(13) In the polypeptide having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 or 4, or the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 or 4, one to several amino acid residues are deleted and / or substituted and DNA encoding a polypeptide having an added amino acid sequence,
(14) A recombinant vector having the gene or DNA according to any one of (10) to (13),
(15) The recombinant vector according to (9), wherein a promoter and / or terminator is provided adjacent to the gene or DNA according to any of (10) to (13). ,
(16) The recombinant vector according to (15), wherein the promoter is a promoter that constitutively expresses,
(17) The recombinant vector according to (15) or (16) above, wherein the promoter is a promoter of a glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase gene,
(18) A transformant comprising the gene, DNA or recombinant vector according to any one of (10) to (17),
(19) The transformant according to (18) above, which is a yeast of the genus Saccharomyces,
(20) In the polypeptide encoded by the gene or DNA according to any one of (10) to (13) above or the amino acid sequence of the polypeptide, one to several amino acid residues are deleted and / or A polypeptide having a substituted and / or added amino acid sequence,
(21) In the polypeptide having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 or 4, or the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 or 4, one to several amino acid residues are deleted and / or substituted and A polypeptide having an added amino acid sequence,
(22) A method for producing alcohol or liquor, characterized by using the transformant according to (18) or (19),
(23) Yeast suitable for production of alcohol or alcoholic beverages characterized by controlling expression of the gene according to (10) or (11) or the gene on DNA according to (12) or (13) Breeding method,
(24) The method for breeding according to (23), wherein the yeast is a genus Saccharomyces,
(25) Yeast obtained by the breeding method according to (23) or (24),
(26) A method for producing alcohol or liquor using the yeast according to (25),
(27) Alcohol or liquor produced using the method for producing alcohol or liquor according to (26),
(28) a DNA array comprising one or a plurality of oligonucleotides fixed to a substrate, comprising the following base sequence or a base sequence complementary to the base sequence:
(1) a nucleotide sequence of 10 to 30 nucleotides in an open reading frame in the entire genome sequence of industrial yeast, and
(2) a base sequence that does not exist in other parts of the whole genome base sequence,
(29) a DNA array in which one or more oligonucleotides that hybridize under stringent conditions with the oligonucleotide having the base sequence according to (28) are immobilized on a substrate;
(30) a DNA array comprising one or a plurality of oligonucleotides fixed to a substrate, comprising the following base sequence or a base sequence complementary to the base sequence:
(1) A base sequence of 10 to 30 nucleotides in an untranslated region other than the open reading frame in the entire genome sequence of industrial yeast, and
(2) a base sequence that does not exist in other parts of the whole genome base sequence,
(31) a DNA array in which one or more oligonucleotides that hybridize under stringent conditions with the oligonucleotide having the base sequence according to (30) are immobilized on a substrate;
(32) one or more nucleotides described in the above (3),
One or more nucleotides described in (4) above,
One or more nucleotides described in (5) above and
One or more nucleotides described in (6) above,
A DNA array in which nucleotides selected from two or more of four groups consisting of:
About.

工業用酵母、特にビール等の酒類の製造に用いられる醸造用酵母の全ゲノム塩基配列データベースを作製し、そのデータベースを基に、醸造用酵母の醸造特性に関わると考えられる遺伝子を選択し、その遺伝子を破壊、及び/又は高発現させてその遺伝子の機能解析を行うことにより、目的とする醸造特性に関わる遺伝子を選択することができる。また該遺伝子を利用して、該遺伝子の発現を制御することにより、該遺伝子が関わる醸造特性を発揮する酵母を育種し、この酵母を用いて生産性や品質を向上させたアルコール又は酒類、例えば製品中で抗酸化作用をもつ亜硫酸含量が高く、香味安定性に優れ、より品質保持期間の長い酒類を製造することが可能となる。
また、工業用酵母、特にビール等の酒類の製造に用いられる醸造用酵母の全ゲノム塩基配列データベースを基にDNAアレイの提供が可能となる。さらに該DNAアレイを用いた遺伝子の機能解析、酵母の分類、塩基多形の検出などが可能となる。
Create a whole genome sequence database of industrial yeasts, especially brewing yeasts used in the production of alcoholic beverages such as beer, and select genes that are considered to be related to the brewing characteristics of brewing yeasts based on the database. By analyzing the function of a gene by destroying and / or highly expressing the gene, a gene related to the target brewing characteristic can be selected. Further, by using the gene to control the expression of the gene, a yeast that exhibits brewing characteristics related to the gene is bred, and alcohol or alcoholic beverages having improved productivity and quality using the yeast, for example, It is possible to produce an alcoholic beverage having a high sulfurous acid content having an antioxidative action, excellent flavor stability, and a longer quality retention period.
In addition, it is possible to provide a DNA array based on a whole genome base sequence database of industrial yeasts, particularly brewing yeasts used in the production of alcoholic beverages such as beer. Furthermore, gene function analysis, yeast classification, nucleotide polymorphism detection, and the like using the DNA array can be performed.

本発明における工業用酵母(Industrial Yeast)としては、ビール、ワイン、清酒等の醸造用酵母、燃料用アルコールの生産に用いられる酵母等が挙げられる。具体的には、Saccharomyces属等の酵母が挙げられるが、本発明においては、ビール酵母、例えばサッカロマイセス パストリアヌス ヴァイヘンステファン(Saccharomyces pastorianus Weihenstephan)34/70、BH84、NBRC1951、NBRC1952、NBRC1953、NBRC1954等が使用できる。またウイスキー酵母、例えばS.cerevisiae NCYC90等、ワイン酵母、例えば協会ぶどう酒用1号、同3号、同4号等、清酒酵母、例えば協会酵母清酒用7号、同9号等も用いることができる。   Examples of the industrial yeast in the present invention include brewing yeasts such as beer, wine and sake, yeasts used for the production of fuel alcohol, and the like. Specific examples include yeasts of the genus Saccharomyces. In the present invention, beer yeasts such as Saccharomyces pastorianus Weihenstephan 34/70, BH84, NBRC1951, NBRC1952, NBRC1953, NBRC1954, etc. are used. it can. In addition, whiskey yeasts such as S. cerevisiae NCYC90, wine yeasts such as association wines No. 1, 3, and 4 and sake yeasts such as association yeast sake nos. 7 and 9 can be used. .

本発明の遺伝子のスクリーニング方法は、(イ)工業用酵母、特に醸造用酵母のひとつである下面発酵酵母の全ゲノム塩基配列を解析し、(ロ)該ゲノム塩基配列をS.cerevisiaeの全ゲノム塩基配列と比較し、(ハ)S.cerevisiaeの遺伝子がコードするアミノ酸配列と70〜97%の同一性を有するアミノ酸配列をコードする該下面発酵酵母の遺伝子を選択し、更に(ニ)選択された該遺伝子の機能解析を行うことによって該遺伝子が酵母に付与する醸造特性を同定することを特徴とする。
また、本発明のスクリーニング方法によって得られた醸造用酵母に特有の醸造特性に関わる遺伝子を利用して、該遺伝子を酵母で高発現させたり、該遺伝子を遺伝子破壊する等の発現制御を行うことにより、優れた醸造特性を有する酵母を育種することができる。従って、本発明の遺伝子のスクリーニング方法によって得られた遺伝子及びその遺伝子にコードされるペプチド、該遺伝子を利用した工業用酵母の育種方法、該育種方法によって得られた酵母、および該酵母を用いたアルコール又は酒類の製造方法も本発明の範囲内である。
The gene screening method of the present invention comprises: Compared with the base sequence, (c) the bottom fermenting yeast gene encoding an amino acid sequence having 70 to 97% identity with the amino acid sequence encoded by the S. cerevisiae gene is selected, and (d) further selected The brewing characteristics that the gene imparts to yeast are identified by analyzing the function of the gene.
Further, by using a gene related to brewing characteristics peculiar to brewing yeast obtained by the screening method of the present invention, expression control such as high expression of the gene in yeast or gene disruption of the gene is performed. Thus, yeast having excellent brewing characteristics can be bred. Therefore, a gene obtained by the gene screening method of the present invention and a peptide encoded by the gene, a breeding method for industrial yeast using the gene, a yeast obtained by the breeding method, and the yeast were used. The method for producing alcohol or liquor is also within the scope of the present invention.

(イ)工業用酵母の全ゲノム塩基配列の決定
工業用酵母の全ゲノム塩基配列の決定には、まず(a)酵母よりゲノムDNAを調製し、(b)ショットガンライブラリー及び(c)コスミドライブラリーを作製し、次いで(d)これらのライブラリークローンを用いて塩基配列決定に用いるDNA断片を調製し、(e)シーケンス反応によってライブラリーDNA断片の塩基配列を決定し、(f)該DNA断片をアセンブリして全ゲノム塩基配列を再構築する過程が含まれる。
(a)〜(f)に用いられる方法は、特に限定されず、公知の手段に準じて行ってよいが、それぞれ好ましい方法について以下に記載する。
(A) Determination of the whole genome base sequence of industrial yeast In order to determine the whole genome base sequence of industrial yeast, first, (a) genomic DNA was prepared from yeast, (b) shotgun library and (c) Kosumi. (D) using these library clones to prepare DNA fragments to be used for sequencing, (e) determining the nucleotide sequence of the library DNA fragments by a sequencing reaction, and (f) The process includes assembling DNA fragments to reconstruct the whole genome sequence.
The method used in (a) to (f) is not particularly limited, and may be performed according to known means. Preferred methods are described below.

(a)全DNAの抽出・精製等の調製は、従来の方法、例えば“Yeast a practical approach(IRL PRESS、6.2.1、p228)”、「生物化学実験法39 酵母分子遺伝学実験法(大嶋泰治編、学会出版センター、p84-85、1996)」等に記載の公知の方法に準じて行われるのが好ましい。以下に具体的な好ましいDNA調製方法の例を示す。   (A) Preparation of extraction and purification of total DNA is performed by conventional methods such as “Yeast a practical approach (IRL PRESS, 6.2.1, p228)”, “Biochemical Experimental Method 39 Yeast Molecular Genetics Experimental Method (Oshima It is preferably carried out according to a known method described in Taiji, Ed., Academic Publishing Center, p84-85, 1996). Specific examples of preferred DNA preparation methods are shown below.

ゲノムDNAの調製用酵母菌体を通常の方法により培養する。培地として、該酵母が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、該微生物の培養を効率的に行える培地であれば天然培地、合成培地のいずれも用いることができる。例えば、YPD培地(2%(w/w)グルコース、1%(w/w)酵母エキス、2%(w/w)ポリペプトン)等を用いることができる。培養方法としては、約25〜35℃で終夜振とう培養するのがよい。   The yeast for preparing genomic DNA is cultured by a conventional method. As the medium, any of a natural medium and a synthetic medium can be used as long as it contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and the like that can be assimilated by the yeast and can efficiently culture the microorganism. For example, YPD medium (2% (w / w) glucose, 1% (w / w) yeast extract, 2% (w / w) polypeptone), etc. can be used. As a culture method, it is preferable to culture overnight at about 25 to 35 ° C. with shaking.

培養後、遠心分離により培養液から菌体を回収する。得られた菌体を洗浄液で洗浄する。該洗浄液として、例えば、バッファーA(50mM リン酸Na、25mM EDTA、1%(v/v)β-メルカプトエタノール、pH7.5)、等をあげることができる。該洗浄菌体からのゲノムDNAの取得は、ザイモリアーゼおよびSDS等を用いて該菌体の細胞壁を溶解後、フェノール溶液およびフェノール/クロロホルム溶液を用いて蛋白質等を除き、エタノール等を用いてゲノムDNAを沈殿させる一般的なゲノムDNAの調製法に準じて行うことができるが、具体的には以下の方法を例示することができる。   After cultivation, the cells are collected from the culture solution by centrifugation. The obtained microbial cells are washed with a washing solution. Examples of the washing liquid include buffer A (50 mM Na phosphate, 25 mM EDTA, 1% (v / v) β-mercaptoethanol, pH 7.5) and the like. Genomic DNA from the washed cells is obtained by lysing the cell wall of the cells using zymolyase and SDS, etc., then removing proteins and the like using a phenol solution and a phenol / chloroform solution, and using ethanol etc. Can be carried out in accordance with a general method for preparing genomic DNA for precipitating, specifically, the following method can be exemplified.

培養して得られた菌体を、バッファーA(50mM リン酸Na、25mM EDTA、1%(v/v)β−メルカプトエタノール、pH7.5)で洗浄した後に再度バッファーAに懸濁し、約5〜10mgのザイモリアーゼ−100T(生化学工業)を添加しておだやかに約25〜40℃、約30分〜2時間振とうする。振とう後、SDSを含むバッファー、例えばバッファーB(0.2M Tris−HCl、80mM EDTA、1%SDS、pH9.5)等を加えて約60〜70℃で約30分静置することにより溶菌させる。溶菌後、氷上で冷却し、5M酢酸カリウムを加えて混和し、さらに約60分間氷上に静置する。得られた溶液を遠心分離(例えば5,000g、10分、15℃)し、回収した上清に等容量のエタノールを添加してDNAを沈殿させ、直ちに遠心分離(例えば5,000g、10分、15℃)を行いDNAを回収する。得られた沈殿物を70%(v/v)エタノールで洗浄後、自然乾燥させた後に、DNA懸濁用溶液、例えばTEバッファー(10mM Tris−HCl、1mM EDTA、pH8.0)等に溶解し、粗ゲノムDNA溶液を得る。得られた粗ゲノムDNA溶液に塩化セシウム及びビスベンズイミドを加えて溶解し、この溶液を超遠心分離(例えば100,000g、17時間、25℃)後、UVライトを照射してDNAバンドを可視化させ、下層のバンドを回収する。回収したDNA溶液から、塩化セシウム溶液で飽和したイソプロパノールを用いてビスベンズイミドを抽出・除去し、回収した水層に4倍容量の0.3M酢酸ナトリウムを加えて混和した後、DNAをエタノール沈殿させ、遠心分離により回収する。回収したDNAをRNase処理後、フェノール/クロロホルム抽出し、回収した水層から再びエタノール沈殿によってDNAを精製する。遠心分離で回収した沈殿を70%(v/v)エタノールで洗浄後、自然乾燥してTEバッファーに溶解し、ゲノムDNA溶液を調製する。   The cells obtained by culturing were washed with buffer A (50 mM Na phosphate, 25 mM EDTA, 1% (v / v) β-mercaptoethanol, pH 7.5), and then suspended in buffer A again. Add 10 mg of zymolyase-100T (Seikagaku Corporation) and gently shake at about 25-40 ° C. for about 30 minutes to 2 hours. After shaking, lysis is performed by adding a buffer containing SDS, such as buffer B (0.2 M Tris-HCl, 80 mM EDTA, 1% SDS, pH 9.5), and allowing to stand at about 60 to 70 ° C. for about 30 minutes. Let After lysis, cool on ice, add 5M potassium acetate, mix, and leave on ice for about 60 minutes. The obtained solution is centrifuged (for example, 5,000 g, 10 minutes, 15 ° C.), and an equal volume of ethanol is added to the collected supernatant to precipitate DNA, and immediately centrifuged (for example, 5,000 g, 10 minutes) 15 ° C.) to recover the DNA. The obtained precipitate was washed with 70% (v / v) ethanol, air dried, and then dissolved in a DNA suspension solution such as TE buffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8.0). A crude genomic DNA solution is obtained. The obtained crude genomic DNA solution was dissolved by adding cesium chloride and bisbenzimide, and this solution was subjected to ultracentrifugation (for example, 100,000 g, 17 hours, 25 ° C.) and then irradiated with UV light to visualize the DNA band. Collect the lower band. From the recovered DNA solution, bisbenzimide was extracted and removed using isopropanol saturated with a cesium chloride solution, and 4 times the volume of 0.3 M sodium acetate was added to and mixed with the recovered aqueous layer, and then the DNA was ethanol precipitated. Collect by centrifugation. The recovered DNA is treated with RNase, extracted with phenol / chloroform, and purified from the recovered aqueous layer by ethanol precipitation again. The precipitate collected by centrifugation is washed with 70% (v / v) ethanol, air-dried, dissolved in TE buffer, and a genomic DNA solution is prepared.

(b)ショットガンライブラリーの作製
上記(a)で調製した酵母のゲノムDNAを用いてゲノムDNAライブラリーを作製する方法としては、“Molecular Cloning, A laboratory Manual, Third Edition (2001)(以下、モレキュラークローニング第3版と略す)”に記載の方法を用いることができるが、特にショットガン法による全塩基配列の決定に用いるのに適したショットガンライブラリーの作製法としては、以下に記載の方法を例示する事ができる。
(B) Production of Shotgun Library As a method for producing a genomic DNA library using the genomic DNA of yeast prepared in (a) above, “Molecular Cloning, A laboratory Manual, Third Edition (2001)” The method described in “Molecular Cloning 3rd Edition”) can be used, but a method for preparing a shotgun library particularly suitable for use in determination of the total nucleotide sequence by the shotgun method is described below. The method can be illustrated.

(a)で調製したゲノムDNAにTEバッファーを加え、Hydroshear(ジンマシーンズ社製)等を用いてゲノムDNAを断片化する。DNAブランティングキット(DNA Blunting kit、宝酒造社製)等を用いて、ゲノム断片の末端を平滑化したのち、アガロース電気泳動により分画し、約1.5〜2.5kbのゲノム断片をゲルから切り出し、該ゲルにDNA溶出用バッファー、例えばMG溶出バッファー(0.5M酢酸アンモニウム、10mM酢酸マグネシウム、1mM EDTA、0.1%SDS)等を加え、約25〜40℃で終夜振とうしてDNAを溶出する。DNA溶出液をフェノール/クロロホルム処理後、エタノール沈殿しゲノムライブラリーインサートを得る。T4リガーゼ(宝酒造社製)を用いて、上記インサート全量と、適当なベクター、例えばpUC18SmaI/BAP(アマシャムバイオサイエンス社製)等とを約10〜20℃で、約20〜50時間ライゲーションする。ライゲーション反応物をエタノール沈殿し、得られた組換えベクターDNAを適量のTEバッファーに溶解する。エレクトロポレーション等の手段により、大腸菌、例えばELECTRO CELL DH5α(宝酒造社製)株に組換えベクターDNAを形質転換する。エレクトロポレーションは、添付実験マニュアルに示された条件で行うのがよい。   TE buffer is added to the genomic DNA prepared in (a), and the genomic DNA is fragmented using Hydroshear (produced by Jin Machines). After smoothing the ends of the genomic fragments using a DNA branding kit (manufactured by Takara Shuzo), etc., the fragments are fractionated by agarose electrophoresis, and the genomic fragments of about 1.5 to 2.5 kb are separated from the gel. Cut out and add DNA elution buffer such as MG elution buffer (0.5 M ammonium acetate, 10 mM magnesium acetate, 1 mM EDTA, 0.1% SDS) to the gel and shake at about 25-40 ° C. overnight to DNA Elute. The DNA eluate is treated with phenol / chloroform and then ethanol precipitated to obtain a genomic library insert. Using T4 ligase (Takara Shuzo), the entire amount of the above insert and an appropriate vector such as pUC18SmaI / BAP (Amersham Biosciences) are ligated at about 10 to 20 ° C. for about 20 to 50 hours. The ligation reaction product is ethanol precipitated, and the resulting recombinant vector DNA is dissolved in an appropriate amount of TE buffer. The recombinant vector DNA is transformed into E. coli, for example, ELECTRO CELL DH5α (Takara Shuzo) strain, by means of electroporation or the like. Electroporation should be performed under the conditions indicated in the attached experiment manual.

ゲノムDNA断片を含有する組換えベクターを導入された形質転換株は、適当な選択培地上で選択される。例えば、ベクターにpUC18SmaI/BAPを用いた場合、形質転換株は約0.01〜0.1mg/mLのアンピシリン、約0.1mg/mLのX−gal、約1mMのイソプロピル-β-D-チオガラクトピラノシド(IPTG)を含むLB平板培地〔1.6%寒天を含むLB培地(10g/L バクトトリプトン、5g/L 酵母エキス、10g/L 塩化ナトリウム、pH7.0)〕上で約30〜37℃終夜培養することにより、白色コロニーを形成するため、選択が容易である。該平板培地上に形成されたコロニーより得られた形質転換株を、約0.1mg/mL アンピシリンを含むLB培地を添加した384穴タイタープレート中で、約30〜37℃終夜静置培養した後、LBと等倍量の50%グリセロール水溶液を加え、攪拌してグリセロールストックとする。グリセロールストックは通常約−80℃で保存が可能である。   A transformed strain into which a recombinant vector containing a genomic DNA fragment has been introduced is selected on an appropriate selection medium. For example, when pUC18SmaI / BAP is used as the vector, the transformed strain is about 0.01 to 0.1 mg / mL ampicillin, about 0.1 mg / mL X-gal, about 1 mM isopropyl-β-D-thio. On LB plate medium containing galactopyranoside (IPTG) [LB medium containing 1.6% agar (10 g / L bactotryptone, 5 g / L yeast extract, 10 g / L sodium chloride, pH 7.0)] Selection is easy because white colonies are formed by culturing at 30 to 37 ° C. overnight. After the transformant obtained from the colony formed on the plate medium was statically cultured overnight at about 30 to 37 ° C. in a 384-well titer plate to which an LB medium containing about 0.1 mg / mL ampicillin was added. Add 50% glycerol aqueous solution in the same volume as LB and stir to make a glycerol stock. Glycerol stock can usually be stored at about -80 ° C.

(c)コスミドライブラリーの作製
(a)で得られたゲノムDNAを適切な制限酵素、例えばSau3AI(宝酒造社製)等で部分消化する。得られた制限酵素消化DNA断片を、該断片と連結可能な付着末端を生じる制限酵素消化部位を有するコスミドベクター、例えばSuper Cos Iベクター(ストラタジーン社製)を用いる場合は、Sau3AI消化DNA断片を該ベクターのBamHI部位に挿入することが可能である。制限酵素処理及び連結は、添付のプロトコールに従って行うとよい。この方法により得られた連結産物を、Gigapack III Gold(ストラタジーン社製)等を用いてパッケージングを行い、添付実験手順マニュアルに従い、大腸菌、例えばXL1−Blue MR株(ストラタジーン社製)等に導入する。これをアンピシリンを含むLB平板培地に塗抹し、約30〜37℃で終夜培養する。得られたコロニーは、アンピシリン添加LB培地を有する96穴タイタープレートの各ウェル中で、約30〜37℃終夜培養した後、前記LBと等倍量の50%グリセロール水溶液を加え、攪拌してグリセロールストックとする。グリセロールストックは通常約−80℃で保存が可能である。
(C) Preparation of cosmid library The genomic DNA obtained in (a) is partially digested with an appropriate restriction enzyme such as Sau3AI (Takara Shuzo). When using the obtained restriction enzyme-digested DNA fragment, a cosmid vector having a restriction enzyme digestion site that produces a sticky end that can be ligated to the fragment, for example, Super Cos I vector (Stratagene), Sau3AI digested DNA fragment It can be inserted into the BamHI site of the vector. Restriction enzyme treatment and ligation may be performed according to the attached protocol. The ligation product obtained by this method is packaged using Gigapack III Gold (manufactured by Stratagene), etc., and E. coli, for example, XL1-Blue MR strain (manufactured by Stratagene), etc. according to the attached experiment procedure manual. Introduce. This is smeared on an LB plate medium containing ampicillin and cultured at about 30-37 ° C. overnight. The obtained colonies were cultured in each well of a 96-well titer plate containing ampicillin-added LB medium at about 30 to 37 ° C. overnight, and then added with 50% glycerol aqueous solution in an amount equal to the LB and stirred to glycerol. Let it be stock. Glycerol stock can usually be stored at about -80 ° C.

(d)塩基配列決定用のDNA断片の調製
醸造用酵母のゲノムの全塩基配列は、主に全ゲノムショットガン法を用いて決定する。該方法で塩基配列を決定するDNA断片は、上記(b)で調製したショットガンライブラリーよりPCR法を用いて調製する。具体的には、アンピシリンを含むLB培地を、ウェル当り約50μLずつ分注した384穴タイタープレートに全ゲノムショットガンライブラリー由来クローンをレプリケーター(ジンソリューション社製)等を用いて植菌し、約30〜37℃で終夜静置培養する。該培養液を、PCR用反応液[TaKaRa Ex Taq(宝酒造社製)]を約10μLずつ分注した384穴リアクションプレート(エービージーン社製)に、レプリケーター(ジンソリューション社製)等を用いて移し、GeneAmp PCR System9700 (アプライドバイオシステムズ社製)等を用い、牧野らのプロトコール“DNA Research、5、p1-9(1998)”等を用いてPCRを行い、挿入断片の増幅を行う。
PCR産物精製用キット(アマシャムバイオサイエンス社製)等を用いて余剰プライマー及びヌクレオチドの除去を行い、これをシーケンス反応のテンプレートとして用いる。
(D) Preparation of DNA Fragment for Determining Base Sequence The entire base sequence of the brewer's yeast genome is determined mainly using the whole genome shotgun method. A DNA fragment whose base sequence is determined by this method is prepared from the shotgun library prepared in the above (b) using the PCR method. Specifically, a whole genome shotgun library-derived clone was inoculated using a replicator (manufactured by Gin Solution) into a 384-well titer plate in which about 50 μL of LB medium containing ampicillin was dispensed per well, Incubate statically overnight at about 30-37 ° C. Using the replicator (manufactured by Jin Solution Co., Ltd.), etc., to the 384-well reaction plate (manufactured by AB Gene Co., Ltd.), in which about 10 μL each of the PCR reaction solution [TaKaRa Ex Taq (Takara Shuzo Co., Ltd.)] was dispensed. Then, PCR is performed using GeneAmp PCR System 9700 (Applied Biosystems) or the like using the protocol “DNA Research, 5, p1-9 (1998)” of Makino et al. And the inserted fragment is amplified.
Excess primers and nucleotides are removed using a PCR product purification kit (Amersham Biosciences) or the like, and this is used as a template for the sequence reaction.

(c)のコスミドライブラリーよりのDNA断片は、以下の方法で調製する。アンピシリンを含む適当な培地、例えば2×YT培地(1.6% バクトトリプトン、1%酵母エキス、0.5% 塩化ナトリウム、pH7.0)を約1.0mLずつ分注した96穴プレートの各ウェルに、全コスミドライブラリー由来クローンを植菌し、約30〜37℃で終夜振とう培養を行う。該培養液より、プラスミド自動調製機KURABO PI-1100(倉敷紡績社製)等を用い、倉敷紡績社のプロトコールに従って、コスミドDNAを調製し、これをシーケンス反応のテンプレートとして用いる。   A DNA fragment from the cosmid library of (c) is prepared by the following method. Appropriate medium containing ampicillin, for example, 2 × YT medium (1.6% bactotryptone, 1% yeast extract, 0.5% sodium chloride, pH 7.0) was dispensed into each well of a 96-well plate. All cosmid library-derived clones are inoculated and cultured with shaking at about 30-37 ° C. overnight. A cosmid DNA is prepared from the culture solution using a plasmid automatic preparation machine KURABO PI-1100 (manufactured by Kurashiki Boseki Co., Ltd.) according to the protocol of Kurashiki Boseki Co., and used as a template for the sequence reaction.

(e)シーケンス反応
シーケンス反応は、市販のシーケンスキット等を用いて行うことができる。以下に、本発明において好ましい例を示す。
DYEnamic ET Terminator Sequencing Kit(アマシャムバイオサイエンス社製)約2μlに対し、ショットガンDNA断片のシーケンス反応には、M13_forプライマー(配列番号:5)およびM13_RVプライマー(配列番号:6)(タカラバイオ社製)等を、コスミドDNAのシーケンス反応には、順方向プライマー、例えばSS-cosF.1(配列番号:7)及び逆方向プライマー、例えばSS‐cosR.1(配列番号:8)等を使用し、上記(d)で調製したPCR産物又はコスミドDNAを混ぜて約8μLのシーケンス反応液とする。プライマーおよびDNA断片の量は各々約1〜4pmoleおよび約50〜200ngである。該反応液を用い、Gene AmpPCR System9700 (アプライドバイオシステムズ社製)で、約50〜70サイクルのダイターミネーターシーケンス反応を行う。サイクルパラメーターは市販のキット、例えばDYEnamic ET Terminator Sequencing Kitを用いる場合には、その付属マニュアルに従う。サンプルの精製はMultiScreen HV plate(ミリポア社製)等を用い、ミリポア社のマニュアルに従って行う。精製された反応物をエタノール沈殿し、得られた沈殿物を乾燥後、約4℃の暗所で保存する。市販のシーケンサー及びアナライザー、例えばMegaBACE1000 Sequencing System(アマシャムバイオサイエンス社製)およびABI PRISM 3700 DNA Analyser(アプライドバイオシステムズ社製)等を用い、付属のマニュアルに従って分析する。
(E) Sequence reaction The sequence reaction can be performed using a commercially available sequence kit or the like. Hereinafter, preferred examples in the present invention will be shown.
For approximately 2 μl of DYEnamic ET Terminator Sequencing Kit (Amersham Biosciences), M13_for primer (SEQ ID NO: 5) and M13_RV primer (SEQ ID NO: 6) (manufactured by Takara Bio Inc.) are used for the sequence reaction of shotgun DNA fragments. In the cosmid DNA sequencing reaction, a forward primer such as SS-cosF.1 (SEQ ID NO: 7) and a reverse primer such as SS-cosR.1 (SEQ ID NO: 8) are used. Mix the PCR product or cosmid DNA prepared in (d) to make about 8 μL of the sequencing reaction solution. The amount of primer and DNA fragment is about 1-4 pmol and about 50-200 ng, respectively. Using the reaction solution, a dye terminator sequence reaction of about 50 to 70 cycles is performed with Gene AmpPCR System 9700 (Applied Biosystems). When using a commercially available kit such as DYEnamic ET Terminator Sequencing Kit, follow the attached manual. The sample is purified using a MultiScreen HV plate (Millipore) according to the Millipore manual. The purified reaction product is ethanol precipitated, and the resulting precipitate is dried and stored in the dark at about 4 ° C. Analysis is performed using a commercially available sequencer and analyzer such as MegaBACE1000 Sequencing System (Amersham Biosciences) and ABI PRISM 3700 DNA Analyzer (Applied Biosystems) according to the attached manual.

(f)アセンブリ(塩基配列断片を整列して重ね合わせ、連結する作業)によるゲノムDNAの再構築
(e)で得られたDNA断片のシークエンスデータから、ゲノムDNAの再構築を行うことができる。ゲノム塩基配列の再構築の全作業はUNIX(登録商標)プラットフォーム上で行う。例えばベースコールをphred(The University of Washington)、ベクター配列のマスクをCross Match(The University of Washington)、アセンブリをPhrap(The University of Washington)で行う。アセンブリの結果得られるコンティグはグラフィカルエディター、例えばconsed(The University of Washington)を用いて解析する。ベースコールからアセンブリまでの一連の作業はconsedに付属するスクリプトphredPhrapを利用することで、一括して行うことができる。
(F) Genomic DNA can be reconstructed from the sequence data of the DNA fragment obtained by reconstruction (e) of genomic DNA by assembly (operation for aligning, superposing and linking base sequence fragments). All the work of genome base sequence reconstruction is performed on the UNIX (registered trademark) platform. For example, base call is performed by phred (The University of Washington), vector sequence mask is performed by Cross Match (The University of Washington), and assembly is performed by Phrap (The University of Washington). The contig resulting from the assembly is analyzed using a graphical editor such as consed (The University of Washington). A series of operations from base call to assembly can be performed at once by using the script phredPhrap attached to consed.

(ロ)S.cerevisiaeの全ゲノム塩基配列との比較
(イ)で得られたゲノム塩基配列とS.cerevisiaeの全ゲノム塩基配列との比較には、(g)コスミド、ショットガンクローン両端塩基配列、コンティグ塩基配列それぞれのS.cerevisiaeゲノム塩基配列との比較データベース作成およびS.cerevisiaeゲノム塩基配列へのマッピングを行う過程が含まれる。
(B) Comparison with the entire genome sequence of S. cerevisiae Comparison of the genome sequence obtained in (a) with the entire genome sequence of S. cerevisiae And a process of creating a comparison database of each contig base sequence with the S. cerevisiae genomic base sequence and mapping to the S. cerevisiae genomic base sequence.

(g)コスミド、ショットガンクローン両端塩基配列、コンティグ塩基配列それぞれのS.cerevisiaeゲノム塩基配列との比較データベース作成およびS.cerevisiaeゲノム塩基配列へのマッピング
広く用いられている工業用酵母、例えば下面発酵酵母、例えばS.pastorianus等はS.cerevisiaeとその近縁種(例えばS.bayanus等)との自然交雑体であると考えられている”Int.J.Syst Bacteriol.35、p508-511(1985)”。そこで(e)で得られたコスミドクローンの両端塩基配列を、S.cerevisiaeゲノム塩基配列に対しての相同性検索アルゴリズムによる相同性検索を行うことにより、各塩基配列について、S.cerevisiaeゲノム塩基配列上での相同領域の選択とその同一性を決定し、データベースを作成する。コスミド塩基配列について対応するS.cerevisiaeゲノム塩基配列との%同一性分布図の例を図2に示す。コスミドの塩基配列は、S.cerevisiaeゲノム塩基配列と約94%より高い同一性を示す塩基配列群と、約84%前後の同一性を示す塩基配列群に大別される。従って、94%より高い同一性を示す塩基配列は、S.cerevisiae由来のSc型塩基配列、約84%前後の同一性を示す塩基配列群はS.cerevisiae近縁種ゲノム由来の非Sc型塩基配列とし、Sc型塩基配列又は非Sc型塩基配列を有する遺伝子を、それぞれSc型遺伝子又は非Sc型遺伝子とする。
(G) Creation of a comparison database of cosmids, shotgun clone both-end base sequences and contig base sequences with S. cerevisiae genomic base sequences and mapping to S. cerevisiae genomic base sequences Widely used industrial yeasts such as bottom fermentation Yeasts such as S. pastorinus are considered to be natural hybrids between S. cerevisiae and its related species (such as S. bayanus) “Int. J. Syst Bacteriol. 35, p508-511 (1985). ) ”. Therefore, the base sequence of both ends of the cosmid clone obtained in (e) is subjected to a homology search using a homology search algorithm for the S. cerevisiae genomic base sequence. Select the homologous region above and determine its identity, and create a database. FIG. 2 shows an example of the% identity distribution map of the cosmid base sequence with the corresponding S. cerevisiae genomic base sequence. The base sequences of cosmids are roughly classified into a base sequence group having about 94% identity with the S. cerevisiae genomic base sequence and a base sequence group having about 84% identity. Therefore, a base sequence showing an identity higher than 94% is an Sc-type base sequence derived from S. cerevisiae, and a base sequence group showing about 84% identity is a non-Sc-type base derived from a S. cerevisiae related species genome. A gene having a Sc-type base sequence or a non-Sc-type base sequence is referred to as a Sc-type gene or a non-Sc-type gene, respectively.

同様に(e)で得られたショットガンクローン両端塩基配列とS.cerevisiaeゲノム塩基配列との比較データベースを作成する。作成した比較データベースで得られた情報を基にコスミドクローン、ショットガンクローンのS.cerevisiaeゲノム塩基配列上へのマッピングを行う(例えば図3参照)。また、(f)で得られたコンティグ塩基配列とS.cerevisiaeゲノム塩基配列との比較データベース作成(例えば表1参照)を行い、マッピングを行う。マッピング手法は上記に述べた方法とほぼ同様であるが、コスミドあるいはショットガンクローンのフォワード鎖とリバース鎖が異なるコンティグ内に存在する場合、これらのコンティグ間を連結させる(例えば図4参照)。   Similarly, a comparison database between the base sequences of both ends of the shotgun clone obtained in (e) and the S. cerevisiae genomic base sequence is prepared. Mapping of cosmid clones and shotgun clones onto the S. cerevisiae genome base sequence is performed based on the information obtained from the prepared comparison database (see, for example, FIG. 3). In addition, a comparison database is created (for example, see Table 1) between the contig base sequence obtained in (f) and the S. cerevisiae genomic base sequence, and mapping is performed. The mapping method is almost the same as the method described above. However, when the forward strand and the reverse strand of a cosmid or shotgun clone are present in different contigs, these contigs are linked (for example, see FIG. 4).

(ハ)S.cerevisiaeの遺伝子がコードするアミノ酸配列と70〜97%の同一性を有するアミノ酸配列をコードする下面発酵酵母の遺伝子の選択
S.cerevisiaeの遺伝子がコードするアミノ酸配列と70〜97%の同一性を有するアミノ酸配列をコードする下面発酵酵母の遺伝子を選択する段階には、(h)ORFの同定と機能推定の過程が含まれる。
(C) Selection of bottom fermenting yeast gene encoding an amino acid sequence having 70-97% identity with the amino acid sequence encoded by S. cerevisiae gene
The step of selecting a bottom fermentation yeast gene encoding an amino acid sequence having 70-97% identity with the amino acid sequence encoded by the S. cerevisiae gene includes (h) identification of ORF and functional estimation. It is.

(h)ORFの同定と機能推定
(f)でアセンブリした塩基配列中のORF(Open Reading Frame)の同定を行う。好ましい実施例を具体的に下記に示す。開始コドンから終始コドンまである一定の長さ、例えば150塩基配列以上の長さをもつ配列に対し、相補鎖も含めて6種類の読み枠についてORFを同定するプログラム、例えばORF finder (http://www.ncbi.nih.gov/gorf/gorf.html)を用い、(f)でアセンブリした塩基配列中に存在するORFの同定を行う。
抽出したORFにコードされたタンパク質の機能推定は、Saccharomyces Genome Database(SGD:http://genome-www.stanford.edu/Saccharomyces/)に登録され、公開されているS.cerevisiaeのORFのアミノ酸配列との相同性検索により行う。
(H) Identification of ORF and function estimation The ORF (Open Reading Frame) in the base sequence assembled in (f) is identified. A preferred embodiment is specifically shown below. A program for identifying an ORF for six types of reading frames including a complementary strand for a sequence having a certain length from the start codon to the end codon, for example, a length of 150 base sequences or more, such as ORF finder (http: / /www.ncbi.nih.gov/gorf/gorf.html) to identify the ORF present in the base sequence assembled in (f).
The function estimation of the protein encoded by the extracted ORF is registered and published in the Saccharomyces Genome Database (SGD: http://genome-www.stanford.edu/Saccharomyces/). This is performed by homology search with the amino acid sequence of cerevisiae ORF.

一方で、市販のDNAアレイとPCRを用いて醸造用酵母の染色体の構造解析を行うことができる。
醸造用酵母又はS.cerevisiaeからのゲノムDNAの調製はQIAGEN Genomic Tip 100/G (#10243)およびQIAGEN Genomic DNA buffer set (#19060)を用いて、キットに添付のマニュアルに従って行う。このDNA 10μgをWinzelerらの方法“Science 281 p1194-1197, (1998)”に従ってDNaseI(インビトロジェン社製)で消化し、ターミナルトランスフェラーゼ(ロッシュ社製)でビオチン化して、DNAアレイ(Affymetrix Gene Chip Yeast Genome S98 Array)にハイブリダイズさせた。ハイブリダイゼーションおよびアレイの輝度の検出はアフィメトリクス社製Gene Chip解析基本システムを用いて行ってよい。
On the other hand, the structure analysis of the brewing yeast chromosome can be performed using a commercially available DNA array and PCR.
Genomic DNA from brewing yeast or S. cerevisiae is prepared using QIAGEN Genomic Tip 100 / G (# 10243) and QIAGEN Genomic DNA buffer set (# 19060) according to the manual attached to the kit. 10 μg of this DNA was digested with DNaseI (Invitrogen) according to the method of Winzeler et al. “Science 281 p1194-1197, (1998)”, biotinylated with terminal transferase (Roche) and DNA array (Affymetrix Gene Chip Yeast Genome) S98 Array). Hybridization and detection of the brightness of the array may be performed using a Gene Chip analysis basic system manufactured by Affymetrix.

S.cerevisiaeと醸造用酵母のそれぞれから得たプローブの輝度を発現解析用ソフト(マイクロアレイスィート5.0(アフィメトリクス社製))を用いて比較し、輝度の差をS.cerevisiaeを基準としたシグナル比(Signal log ratio)として算出する。次に各プローブのシグナル比を表計算ソフト(マイクロソフトExcel 2000)を用いて各染色体ごとに整列させ、シグナル比を棒グラフで表す(例えば図5参照)。例えば上記の条件では、醸造用酵母ゲノムの遺伝子中でS.cerevisiae由来の遺伝子の塩基配列と100%近い同一性を有する遺伝子(Sc型遺伝子)のみがハイブリダイズするために、醸造用酵母ゲノム中のSc型遺伝子の数が変化することでシグナル比の変化が生じると考えられ、シグナル比の値が大きく変化する箇所では、Sc型塩基配列からなるSc型染色体と非Sc型塩基配列からなる非Sc型染色体(あるいはその逆)とが繋がったキメラ染色体構造の存在が推定されることになる。
このキメラ染色体構造は、ショットガン法により決定した醸造用酵母のゲノム塩基配列を基に、片側がSc型、反対側が非Sc型の塩基配列であるプライマーを設計し、醸造用酵母由来のゲノムDNAをテンプレートとしてPCRを行うことによって確認できる。
PCRは、TaKaRaLA TaqTMと添付のバッファーを用い、添付のマニュアルに従い、TaKaRa PCR Thermal Cycler SPを用いて反応を行う。
The brightness of the probes obtained from S. cerevisiae and yeast for brewing was compared using expression analysis software (Microarray Suite 5.0 (Affymetrix)), and the difference in luminance was compared with the signal ratio based on S. cerevisiae ( Signal log ratio) Next, the signal ratio of each probe is aligned for each chromosome using spreadsheet software (Microsoft Excel 2000), and the signal ratio is represented by a bar graph (see, for example, FIG. 5). For example, under the above-mentioned conditions, only a gene (Sc type gene) having nearly 100% identity with the base sequence of a gene derived from S. cerevisiae in the brewing yeast genome gene hybridizes. The signal ratio is considered to change due to the change in the number of Sc-type genes. In places where the value of the signal ratio changes greatly, the Sc-type chromosome consisting of the Sc-type base sequence and the non-Sc-type base sequence The existence of a chimeric chromosomal structure linked to the Sc-type chromosome (or vice versa) is presumed.
This chimera chromosome structure is designed based on the genome sequence of a brewing yeast determined by the shotgun method, and a primer having a base sequence of Sc type on one side and a non-Sc type on the other side is designed. Can be confirmed by performing PCR using as a template.
For PCR, TaKaRaLA Taq and the attached buffer are used, and the reaction is performed using TaKaRa PCR Thermal Cycler SP according to the attached manual.

PCRの結果、醸造用酵母から、一定の長さのDNA断片が増幅されたことを0.8%アガロース電気泳動で確認する。ここで、PCRのテンプレートとして実験室株S.cerevisiaeのゲノムDNAを用いた場合にはDNA断片の増幅は認められないこととなる。さらに醸造用酵母から増幅されたDNA断片の両端の塩基配列を確認することにより、確かにショットガン法により決定したゲノム塩基配列と一致していることが明らかとなり、その領域内においてSc型染色体と非Sc型染色体の連結(乗換え)が生じ、キメラ染色体が形成されていることを確認できる。   As a result of PCR, it is confirmed by 0.8% agarose electrophoresis that a DNA fragment of a certain length has been amplified from the brewing yeast. Here, when the genomic DNA of the laboratory strain S. cerevisiae is used as a PCR template, amplification of the DNA fragment is not observed. Furthermore, by confirming the base sequences at both ends of the DNA fragment amplified from the brewing yeast, it is clear that it matches the genomic base sequence determined by the shotgun method. It can be confirmed that a non-Sc type chromosome is linked (transferred) and a chimeric chromosome is formed.

(ニ)遺伝子の機能解析
遺伝子の機能解析の段階には、(i)遺伝子の選定過程、(i’)遺伝子のクローニング過程、(j)遺伝子破壊による遺伝子の機能解析過程、(k)遺伝子高発現による遺伝子の解析過程が含まれる。
(D) Gene function analysis The gene function analysis stage includes (i) gene selection process, (i ′) gene cloning process, (j) gene function analysis process by gene disruption, (k) gene height Includes gene analysis by expression.

(i)遺伝子の選定
機能解析を行う遺伝子の選定方法には例えば上記(h)で得られたORFの機能推定による方法と、以下に述べるDNAアレイを用いる方法が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
DNAアレイを用いる方法としては、遺伝子発現解析により、ある条件で特徴的な発現を示す遺伝子を特定する方法と、DNA−DNAハイブリダイゼーションにより、他の領域に比べて輝度が高い、あるいは低い領域を検出することにより、遺伝子の数や塩基配列の違う遺伝子を特定する方法などが挙げられる。
(I) Selection of genes Examples of methods for selecting genes for functional analysis include, but are not limited to, a method based on ORF function estimation obtained in (h) above and a method using a DNA array described below. It is not something.
As a method using a DNA array, a gene expression analysis is used to identify a gene exhibiting characteristic expression under a certain condition, and a DNA-DNA hybridization is used to select a region having higher or lower brightness than other regions. A method of identifying genes having different numbers of genes or different base sequences by detection is included.

(i’)遺伝子のクローニング
上記(i)で得られたORFの情報に基づき、該下面発酵酵母の遺伝子を、モレキュラークローニング第3版等に記載の常法により調製し取得することができる。即ち、該遺伝子に隣接する塩基配列を有するオリゴヌクレオチドを合成し、それをプライマーとして、下面発酵酵母から得たゲノムDNAをテンプレートとして用い、通常のPCRクローニング法により該遺伝子を取得することができる。このようにして取得されるDNAの塩基配列として、例えば、配列番号1又は2で表される塩基配列を有するDNAを挙げることができる。
遺伝子を例えばここで遺伝子(1)とすると、遺伝子(1)をコードするDNAあるいは遺伝子(1)をPCR法で増幅するためのプライマーは、上記配列情報に基づき、ポリヌクレオチド合成機を用いて合成することもできる。また遺伝子(1)をコードするDNAには、上記で取得される遺伝子(1)の塩基配列を含むDNAのみならず、該DNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAも含まれる。ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAとは、上記で同定された遺伝子(1)の塩基配列を有するDNAをプローブとして、コロニー・ハイブリダイゼーション法、プラーク・ハイブリダイゼーション法又はサザンブロットハイブリダイゼーション法等を用いることにより得られるDNAをいう。具体的には、遺伝子(1)の塩基配列と少なくとも60%以上の相同性を有するDNA、好ましくは80%以上の相同性を有するDNA、更に好ましくは95%以上の相同性を有するDNAを挙げることができる。ハイブリダイゼーションは、[モレキュラークローニング第3版]、”Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1987-1997)(以下、カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジーと略す)”、”DNA Cloning 1: Core Techniques, A Practical Approach, Second Edition, Oxford University (1995)”等に記載されている方法に準じて行うことができる。
(I ′) Gene Cloning Based on the ORF information obtained in (i) above, the gene of the bottom fermenting yeast can be prepared and obtained by a conventional method described in Molecular Cloning 3rd edition and the like. That is, an oligonucleotide having a base sequence adjacent to the gene is synthesized, and the gene can be obtained by a normal PCR cloning method using the genomic DNA obtained from bottom fermentation yeast as a template. Examples of the base sequence of the DNA thus obtained include DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or 2.
For example, if the gene is gene (1), the DNA encoding gene (1) or the primer for amplifying gene (1) by PCR is synthesized using a polynucleotide synthesizer based on the above sequence information. You can also The DNA encoding the gene (1) includes not only DNA containing the base sequence of the gene (1) obtained above but also DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions. The DNA that hybridizes under stringent conditions is a colony hybridization method, plaque hybridization method, Southern blot hybridization method, etc. using the DNA having the base sequence of the gene (1) identified above as a probe. DNA obtained by using Specifically, DNA having at least 60% homology with the base sequence of gene (1), preferably DNA having 80% or more homology, more preferably DNA having 95% or more homology. be able to. Hybridization is described in [Molecular Cloning 3rd Edition], “Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons (1987-1997)” (hereinafter referred to as “Current Protocols in Molecular Biology”), “DNA Cloning”. 1: Core Techniques, A Practical Approach, Second Edition, Oxford University (1995) ”.

より具体的には、(g)で得られた比較データベースを用いて、上記遺伝子(1)を含むクローンを検索し、相同性及び位置情報等に基づき、完全長の構造遺伝子を含むDNA断片が挿入されたショットガンクローンを取得することができる。ショットガンライブラリーから選択した該クローンに遺伝子の全長がない場合は、PCR法によって遺伝子の全長をコードするDNA断片を取得する。例えば配列番号:13および配列番号:14等で表される合成DNAプライマー対を用いることによって、上記遺伝子を含むDNA断片が得られる。同様に、S.cerevisiae又は下面発酵酵母のゲノムDNAをテンプレートとして、既に公開されているSGDの情報を元に設計したプライマー対を用いてPCRを行ない、上記下面発酵酵母の非Sc型遺伝子に対応するSc型遺伝子の全長を取得する。プライマーには、例えば配列番号:15および16の合成DNAプライマー対を用いることができ、この組み合わせによってSc型遺伝子を含むDNA断片が得られる。
上記のようにして得られる非Sc型DNA断片又はSc型DNA断片を、TA cloningキット等を用いて適当なベクター、例えばTA cloningキットに添付のpCR2.1-TOPOベクターに挿入し、それぞれのDNA断片を含む組換えベクターTOPO/非Sc型遺伝子(非Sc型DNA断片を有する組換えベクターはTOPO/非Sc型遺伝子とする)、又は組換えベクターTOPO/Sc型遺伝子(Sc型DNA断片を有するベクターは、TOPO/Sc型遺伝子とする)を取得することができる。得られた非Sc型およびSc型DNA断片の塩基配列は、サンガーの方法“F.Sanger,Science,214,p1215,1981”により調べることができる。
More specifically, a clone containing the gene (1) is searched using the comparison database obtained in (g), and a DNA fragment containing a full-length structural gene is determined based on homology and positional information. Inserted shotgun clones can be obtained. If the clone selected from the shotgun library does not have the full length of the gene, a DNA fragment encoding the full length of the gene is obtained by PCR. For example, by using a synthetic DNA primer pair represented by SEQ ID NO: 13 and SEQ ID NO: 14, etc., a DNA fragment containing the gene can be obtained. Similarly, S.M. Using the genomic DNA of cerevisiae or bottom fermenting yeast as a template, PCR was performed using a primer pair designed based on SGD information that has already been published, and the Sc type gene corresponding to the non-Sc type gene of the bottom fermenting yeast was Get the full length. As the primer, for example, a synthetic DNA primer pair of SEQ ID NOs: 15 and 16 can be used, and a DNA fragment containing the Sc-type gene is obtained by this combination.
The non-Sc type DNA fragment or Sc type DNA fragment obtained as described above is inserted into an appropriate vector using the TA cloning kit or the like, for example, the pCR2.1-TOPO vector attached to the TA cloning kit, and the respective DNA Recombinant vector TOPO / non-Sc type gene containing fragment (recombinant vector having non-Sc type DNA fragment shall be TOPO / non-Sc type gene), or recombinant vector TOPO / Sc type gene (having Sc type DNA fragment) The vector can be a TOPO / Sc type gene). The nucleotide sequences of the obtained non-Sc type and Sc type DNA fragments can be examined by the Sanger method “F. Sanger, Science, 214, p1215, 1981”.

(j)遺伝子破壊による遺伝子の機能解析
文献 “Goldstein et al., yeast.15,p1541(1999)”の方法に従い、薬剤耐性マーカーを含むプラスミド(例えばpFA6a (G418r)、pAG25 (nat1))をテンプレートとしたPCRによって遺伝子破壊用DNA断片を作製することができる。PCR用のプライマーとして、非Sc型遺伝子の破壊には、例えば非Sc型SSU1_for(配列番号:17)/非Sc型SSU1_rv(配列番号:18)等を、Sc型遺伝子破壊には例えばScSSU1_for(配列番号:19)/ScSSU1_rv(配列番号:20)等を用いる。非Sc型遺伝子の破壊には、更にプラスミド、例えばpPGAPAUR(AUR1-C)及びプライマー、例えば非Sc型SSU1_for+pGAPAUR(配列番号:21)/非Sc型SSU1_rv+AUR1-C(配列番号22)等を用いることもできる。
上述の方法で作製した遺伝子破壊用DNA断片で醸造用酵母を形質転換する。形質転換は特開平07−303475号公報に記載された方法に従ってよい。また選択薬剤の濃度は、宿主とする酵母の該薬剤への感受性を測定し、適宜決定すればよい。
ここで得られた形質転換体について、それぞれ用いた薬剤耐性マーカーが導入され、かつ各遺伝子が破壊されていることをSouthern解析によって確認できる。具体的には、まず親株および形質転換体から抽出したゲノムDNAを、Sc型又は非Sc型遺伝子を分別するのに適切な制限酵素を用いて消化(例えば37℃、18hrs)し、これを1.5%アガロースゲル電気泳動で展開後、メンブレンにトランスファーする。以下はAlkphos Direct Labelling Reagents(アマシャム社製)のプロトコールに従って、Sc型あるいは非Sc型遺伝子に特異的なプローブとハイブリダイズ(例えば55℃,18hrs)させ、CDP-Starでシグナルを検出する。
(J) Functional analysis of genes by gene disruption According to the method of literature “Goldstein et al., Yeast.15, p1541 (1999)”, plasmids containing drug resistance markers (eg pFA6a (G418 r ), pAG25 (nat1)) A DNA fragment for gene disruption can be prepared by PCR using a template. As a primer for PCR, for example, non-Sc type SSU1_for (SEQ ID NO: 17) / non-Sc type SSU1_rv (SEQ ID NO: 18) is used for disruption of non-Sc type gene, and ScSSU1_for (sequence) is used for Sc type gene disruption. Number: 19) / ScSSU1_rv (SEQ ID NO: 20) or the like is used. For disruption of the non-Sc type gene, a plasmid such as pPGAPAUR (AUR1-C) and a primer such as non-Sc type SSU1_for + pGAPAUR (SEQ ID NO: 21) / non-Sc type SSU1_rv + AUR1-C (SEQ ID NO: 22) are further used. You can also
The yeast for brewing is transformed with the DNA fragment for gene disruption produced by the method described above. Transformation may be performed according to the method described in JP-A-07-303475. The concentration of the selected drug may be determined appropriately by measuring the sensitivity of yeast as a host to the drug.
About the transformant obtained here, it can be confirmed by Southern analysis that the respective drug resistance markers used are introduced and each gene is destroyed. Specifically, first, genomic DNA extracted from a parent strain and a transformant is digested (for example, 37 ° C., 18 hrs) using a restriction enzyme suitable for fractionating Sc-type or non-Sc-type genes. Developed with 5% agarose gel electrophoresis and transferred to membrane. In the following, according to the protocol of Alkphos Direct Labeling Reagents (manufactured by Amersham), hybridization is carried out with a probe specific to the Sc type or non-Sc type gene (for example, 55 ° C., 18 hours), and the signal is detected by CDP-Star.

親株並びに上記(j)で得られた遺伝子破壊株を用いて発酵試験を行い、それらの発酵特性を比較することにより、(i’)でクローニングされた該遺伝子の機能の確認を行うことができる。親株並びに上記(j)で得られた遺伝子破壊株の培養は、例えば麦汁を含む培地で、以下の条件で行うことができる。
麦汁エキス濃度 約10〜15%
麦汁容量 1〜3L
麦汁溶存酸素濃度 約 8〜10ppm
発酵温度 約15℃
酵母投入量 約8〜12g 湿酵母菌体 / 2L麦汁
発酵液を経時的にサンプリングし、酵母増殖量(OD600)、外観エキス濃度、(i’)でクローニングされた該遺伝子の機能に関わると考えられる物質の濃度の経時変化等を調べる。例えば、(i’)でクローニングされた遺伝子の機能が亜硫酸の排出に関わる場合、発酵液中の亜硫酸濃度の経時変化を測定する。亜硫酸の定量は、酸性下で蒸留により亜硫酸を過酸化水素水に捕集した後、アルカリで滴定することによって行う((財)日本醸造協会 改訂BCOJビール分析法)。
By performing a fermentation test using the parent strain and the gene-disrupted strain obtained in (j) above and comparing their fermentation characteristics, the function of the gene cloned in (i ′) can be confirmed. . The parent strain and the gene-disrupted strain obtained in (j) above can be cultured, for example, in a medium containing wort under the following conditions.
Wort extract concentration about 10-15%
Wort capacity 1-3L
Wort dissolved oxygen concentration about 8-10ppm
Fermentation temperature about 15 ℃
Yeast input about 8-12g Wet yeast cells / 2L wort Sampling the fermentation solution over time, and related to the function of the gene cloned by yeast growth (OD600), appearance extract concentration, (i ') Investigate changes in the concentration of possible substances over time. For example, when the function of the gene cloned in (i ′) is related to the discharge of sulfite, the time-dependent change of the sulfite concentration in the fermentation broth is measured. Sulfurous acid is quantified by collecting sulfurous acid in aqueous hydrogen peroxide by distillation under acidic conditions and then titrating with alkali (Japan Brewing Association revised BCOJ beer analysis method).

(k)遺伝子高発現による遺伝子の機能解析
(i’)で得られたプラスミドTOPO/非Sc型遺伝子から、適当な制限酵素処理によって、非Sc型遺伝子の全長を含むDNA断片を切り出す。これを同様に制限酵素処理した遺伝子発現用ベクター、例えばpNI-NUT等に挿入し、非Sc型遺伝子を高発現するためのベクター(pYI-非Sc型遺伝子)を構築する。ベクターpNI-NUTは酵母染色体相同組換え部位としてURA3、選択マーカーとしてヌーセオスリシン耐性遺伝子(nat1)およびアンピシリン耐性遺伝子(Ampr)を含んでいる。一方、Sc型遺伝子を高発現するためのベクター(pNI-Sc型遺伝子)は、上記pYI-非Sc型遺伝子の非Sc型遺伝子部分を、対応するSc型遺伝子で置換した構造である。ここで導入した非Sc型遺伝子又はSc型遺伝子の高発現には、例えばグリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ遺伝子(TDH3)のプロモーターおよびターミネーターを用いることができる。
上述の方法で作製した高発現ベクターを用いて、下面発酵酵母を形質転換する。形質転換は特開平07−303475号公報に記載された方法で行い、選択マーカーである抗生物質等を含むYPD平板培地等で選択するのがよい。
(K) Functional analysis of gene by high gene expression From the plasmid TOPO / non-Sc type gene obtained in (i ′), a DNA fragment containing the full length of the non-Sc type gene is cut out by appropriate restriction enzyme treatment. This is similarly inserted into a restriction vector-treated gene expression vector, such as pNI-NUT, to construct a vector (pYI-non-Sc type gene) for high expression of non-Sc type genes. Vector pNI-NUT URA3 as yeast chromosomal homologous recombination site includes nourseothricin-resistance gene (nat1) and ampicillin resistance gene as a selectable marker (Amp r). On the other hand, the vector (pNI-Sc type gene) for highly expressing the Sc type gene has a structure in which the non-Sc type gene portion of the pYI-non-Sc type gene is replaced with the corresponding Sc type gene. For the high expression of the non-Sc type gene or Sc type gene introduced here, for example, the promoter and terminator of glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase gene (TDH3) can be used.
The bottom fermentation yeast is transformed using the high expression vector produced by the method described above. Transformation is performed by the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-303475, and is preferably selected using a YPD plate medium containing an antibiotic or the like as a selection marker.

高発現の確認はRT-PCR法等によって行ってよい。totalRNAの抽出にはRNeasy Mini Kit(キアゲン社製)等を用い、for total RNA isolation from yeastのマニュアルに従って行うのがよい。Sc型遺伝子の特異的プライマーには、例えばScSSU1_for331(配列番号:23)/ScSSU1_982rv(配列番号:24)、非Sc型遺伝子の特異的プライマーには、例えばnonSc−SSU1_for329(配列番号:25)/nonSc−SSU1_981rv(配列番号:26)等、内部標準には、酵母で構成的に発現している遺伝子、例えばPDA1等を用いることができる。このときの特異的プライマーとしては、例えばPDA1_for1(配列番号:27)/PDA1_730rv(配列番号:28)等を用いることができる。PCR産物を1.2%アガロース電気泳動で展開後、エチジウムブロマイド溶液で染色し、各遺伝子のシグナル値を内部標準として用いた遺伝子、例えばPDA1等のシグナル値で標準化して親株のそれと比較する。こうして確認された高発現株をSc型遺伝子高発現株、非Sc型遺伝子高発現株とすることができる。   Confirmation of high expression may be performed by the RT-PCR method or the like. The total RNA may be extracted using an RNeasy Mini Kit (manufactured by Qiagen) or the like according to the manual for total RNA isolation from yeast. Specific primers for the Sc-type gene include, for example, ScSSU1_for331 (SEQ ID NO: 23) / ScSSU1_982rv (SEQ ID NO: 24), and specific primers for the non-Sc type gene include, for example, nonSc-SSU1_for329 (SEQ ID NO: 25) / nonSc As an internal standard such as -SSU1_981rv (SEQ ID NO: 26), a gene constitutively expressed in yeast, such as PDA1, can be used. For example, PDA1_for1 (SEQ ID NO: 27) / PDA1_730rv (SEQ ID NO: 28) can be used as a specific primer at this time. The PCR product is developed by 1.2% agarose electrophoresis, then stained with ethidium bromide solution, and the signal value of each gene is normalized with the signal value of a gene used as an internal standard, such as PDA1, and compared with that of the parent strain. The high expression strain confirmed in this way can be used as a Sc type gene high expression strain and a non-Sc type gene high expression strain.

親株並びに上記(k)で得られた遺伝子高発現株を用いて発酵試験を行い、それらの発酵特性を比較することにより、(i’)でクローニングされた該遺伝子の機能の確認を行うことができる。親株並びに上記(k)で得られた遺伝子高発現株の培養は、(j)で記載した条件で行うことができる。
(j)と同様に、発酵液を経時的にサンプリングし、酵母増殖量(OD600)、外観エキス濃度、(i’)でクローニングされた遺伝子の機能に関わる物質の濃度の経時変化等を調べる。
It is possible to confirm the function of the gene cloned in (i ′) by conducting a fermentation test using the parent strain and the gene high-expression strain obtained in (k) above, and comparing their fermentation characteristics. it can. Culture of the parent strain and the high gene expression strain obtained in (k) above can be performed under the conditions described in (j).
As in (j), the fermentation broth is sampled over time, and the amount of yeast growth (OD600), appearance extract concentration, change in the concentration of the substance related to the function of the gene cloned in (i ′), etc. are examined.

本発明のスクリーニング方法によって得られるDNAとしては、上記で取得される非Sc型遺伝子の塩基配列を含むDNAおよび該DNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAを挙げることができる。   Examples of the DNA obtained by the screening method of the present invention include DNA containing the base sequence of the non-Sc type gene obtained above and DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions.

本発明のスクリーニング方法によって得られるDNAとは、一本鎖および二本鎖DNAを含むが、これらに限定されるものではない。上記で取得される非Sc型遺伝子の塩基配列を含むDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAには、該遺伝子がコードするタンパク質のコドンの縮重変異体が含まれる。縮重変異体とは、塩基配列では本発明で選択される非Sc型遺伝子の塩基配列と異なっているが、コドンの縮重により同一のアミノ酸配列をコードするポリヌクレオチド断片をいう。   The DNA obtained by the screening method of the present invention includes, but is not limited to, single-stranded and double-stranded DNA. The DNA hybridized under stringent conditions with the DNA containing the base sequence of the non-Sc type gene obtained above includes a degenerate variant of the codon of the protein encoded by the gene. A degenerate variant refers to a polynucleotide fragment that differs in nucleotide sequence from the nucleotide sequence of a non-Sc gene selected in the present invention, but encodes the same amino acid sequence due to codon degeneracy.

具体的な例としては、配列番号:1又は2に示される塩基配列を有するDNA、該DNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA等をあげることができる。ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAとは、上記で同定された非Sc型遺伝子の塩基配列を有するDNA断片をプローブとして、コロニー・ハイブリダイゼーション法、プラーク・ハイブリダイゼーション法あるいはサザンブロットハイブリダイゼーション法等を用いることにより得られるDNAを意味する。   Specific examples include DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2, DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions, and the like. The DNA that hybridizes under stringent conditions is a colony hybridization method, plaque hybridization method, or Southern blot hybridization method using the DNA fragment having the base sequence of the non-Sc type gene identified above as a probe. It means DNA obtained by using etc.

ハイブリダイゼーションは、「モレキュラークローニング第3版」、「カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー」、“DNA Cloning 1: Core Techniques, A Practical Approach, Second Edition, Oxford University(1995)”等に記載されている方法に準じて行うことができる。ハイブリダイズ可能なDNAとして具体的には、FASTA、BLAST、Smith-Waterman“Meth.Enzym.,164,p765(1988)”等の相同性検索ソフトウェアにより、デフォルト(初期設定)のパラメータを用いて計算したときに、配列番号:1又は2に示される塩基配列と少なくとも60%以上の同一性を有するDNA、好ましくは80%以上の同一性を有するDNA、更に好ましくは95%以上の同一性を有するDNAをあげることができる。   Hybridization is described in “Molecular Cloning 3rd Edition”, “Current Protocols in Molecular Biology”, “DNA Cloning 1: Core Techniques, A Practical Approach, Second Edition, Oxford University (1995)”, etc. It can be performed according to the method that has been described. Specifically, DNA that can be hybridized is calculated using homology search software such as FASTA, BLAST, Smith-Waterman “Meth. Enzym., 164, p765 (1988)” using default (initial setting) parameters. DNA having at least 60% identity, preferably DNA having 80% identity or more, more preferably 95% identity or more, with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or 2 DNA can be raised.

また、本発明のスクリーニング方法によって得られるDNAとして、配列番号:3又は4に示されるアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするDNAまたは該DNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAをあげることができる。   Examples of DNA obtained by the screening method of the present invention include DNA encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4 or DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions. it can.

本発明のスクリーニング方法によって得られるDNAによりコードされるポリペプチドとしては、上記で取得されるORFの塩基配列を含むDNAおよび該DNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAにコードされるポリペプチド又は配列番号:3又は4に表されるアミノ酸配列を有するポリペプチドが挙げられる。   Examples of the polypeptide encoded by the DNA obtained by the screening method of the present invention include a DNA containing the ORF base sequence obtained above and a polypeptide encoded by the DNA that hybridizes with the DNA under stringent conditions. Or the polypeptide which has an amino acid sequence represented by sequence number: 3 or 4 is mentioned.

さらに、該ポリペプチドの有するアミノ酸配列において1以上のアミノ酸残基が欠失及び/又は置換及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、かつ該ポリペプチドの活性と実質的に同一の活性を有するポリペプチドも本発明に含まれる。該ポリペプチドの活性と実質的に同一の活性とは、欠失及び/又は置換及び/又は付加する前のポリペプチドが有する固有の機能あるいは酵素活性などに代表される活性と同一の活性を意味している。該ポリペプチドは、「モレキュラークローニング第3版」、「カレント・プロトコールズ・イン・モレキュラー・バイオロジー」、“Nuc.Acids.Res.,10,6487(1982)”、“Proc.Natl.Acad.Sci.USA,79,6409(1982)”、“Gene,34,315(1985)”、“Nuc.Acids.Res.,13,4431(1985)”、“Proc.Natl.Acad.Sci.USA,82,488(1985)”等に記載の部位特異的変異導入法を用いて、取得することができる。例えば、配列番号:3又は4に示されるアミノ酸配列を有するポリペプチドをコードするDNAに部位特異的変異を導入することにより、取得することができる。欠失及び/又は置換及び/又は付加されるアミノ酸残基の数は特に限定されないが、上記の部位特異的変異法等の周知の方法により欠失及び/又は置換及び/又は付加できる程度の数であり、1〜数十個、好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜10個、更に好ましくは1〜5個である。   Furthermore, a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acid residues are deleted and / or substituted and / or added in the amino acid sequence of the polypeptide, and having substantially the same activity as that of the polypeptide. Peptides are also included in the present invention. The activity substantially the same as the activity of the polypeptide means the same activity as the activity represented by the intrinsic function or enzyme activity of the polypeptide before deletion and / or substitution and / or addition. is doing. The polypeptide is described in "Molecular Cloning 3rd Edition", "Current Protocols in Molecular Biology", "Nuc. Acids. Res., 10, 6487 (1982)", "Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 79, 6409 (1982) "," Gene, 34, 315 (1985) "," Nuc. Acids. Res., 13,4431 (1985) "," Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82, 488 ( 1985) "etc., and can be obtained using the site-directed mutagenesis method. For example, it can be obtained by introducing a site-specific mutation into DNA encoding a polypeptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 or 4. The number of amino acid residues to be deleted and / or substituted and / or added is not particularly limited, but is a number that can be deleted and / or substituted and / or added by a known method such as the above-mentioned site-specific mutation method. 1 to several tens, preferably 1 to 20, more preferably 1 to 10, and still more preferably 1 to 5.

本発明のポリペプチドの有するアミノ酸配列において1以上のアミノ酸残基が欠失及び/又は置換及び/又は付加されたとは、同一配列中の任意かつ1もしくは複数のアミノ酸配列中の位置において、1または複数のアミノ酸残基の欠失及び/又は置換及び/又は付加があることを意味し、欠失及び/又は置換及び/又は付加が同時に生じてもよく、置換及び/又は付加されるアミノ酸残基は天然型と非天然型とを問わない。天然型アミノ酸残基としては、L−アラニン、L−アスパラギン、L−アスパラギン酸、L−グルタミン、L−グルタミン酸、グリシン、L−ヒスチジン、L−イソロイシン、L−ロイシン、L−リジン、L−メチオニン、L−フェニルアラニン、L−プロリン、L−セリン、L−スレオニン、L−トリプトファン、L−チロシン、L−バリン、L−システイン等があげられる。   In the amino acid sequence of the polypeptide of the present invention, one or more amino acid residues are deleted and / or substituted and / or added in any one or a plurality of amino acid sequences in the same sequence. It means that there are deletions and / or substitutions and / or additions of a plurality of amino acid residues, and deletions and / or substitutions and / or additions may occur simultaneously. Does not matter whether natural or non-natural. Natural amino acid residues include L-alanine, L-asparagine, L-aspartic acid, L-glutamine, L-glutamic acid, glycine, L-histidine, L-isoleucine, L-leucine, L-lysine, L-methionine. , L-phenylalanine, L-proline, L-serine, L-threonine, L-tryptophan, L-tyrosine, L-valine, L-cysteine and the like.

以下に、相互に置換可能なアミノ酸残基の例を示す。同一群に含まれるアミノ酸残基は相互に置換可能である。
A群:ロイシン、イソロイシン、ノルロイシン、バリン、ノルバリン、アラニン、2−アミノブタン酸、メチオニン、O−メチルセリン、t−ブチルグリシン、t−ブチルアラニン、シクロヘキシルアラニンB群:アスパラギン酸、グルタミン酸、イソアスパラギン酸、イソグルタミン酸、2−アミノアジピン酸、2−アミノスベリン酸C群:アスパラギン、グルタミンD群:リジン、アルギニン、オルニチン、2,4−ジアミノブタン酸、2,3−ジアミノプロピオン酸E群:プロリン、3−ヒドロキシプロリン、4−ヒドロキシプロリンF群:セリン、スレオニン、ホモセリンG群:フェニルアラニン、チロシンまた、得られる変異ポリペプチドが、変異前のポリペプチドの有する活性と実質的に同一の活性を有するためには、変異前のポリペプチドの有するアミノ酸配列と、BLASTやFASTA等の解析ソフトウェアで、デフォルト(初期設定)のパラメータを用いて計算した時に、少なくとも60%以上、通常は80%以上、特に95%以上の相同性を有していることが好ましい。
Examples of amino acid residues that can be substituted with each other are shown below. Amino acid residues contained in the same group can be substituted for each other.
Group A: leucine, isoleucine, norleucine, valine, norvaline, alanine, 2-aminobutanoic acid, methionine, O-methylserine, t-butylglycine, t-butylalanine, cyclohexylalanine B group: aspartic acid, glutamic acid, isoaspartic acid, Isoglutamic acid, 2-aminoadipic acid, 2-aminosuberic acid group C: asparagine, glutamine group D: lysine, arginine, ornithine, 2,4-diaminobutanoic acid, 2,3-diaminopropionic acid group E: proline, 3 -Hydroxyproline, 4-hydroxyproline F group: serine, threonine, homoserine G group: phenylalanine, tyrosine In addition, because the obtained mutant polypeptide has substantially the same activity as that of the polypeptide before mutation. Before the mutation There is at least 60% or more, usually 80% or more, especially 95% or more homology when calculated using the default (initial setting) parameters with the analysis software such as BLAST and FASTA with the amino acid sequence of the peptide. It is preferable.

また、本発明のポリペプチドは、Fmoc法(フルオレニルメチルオキシカルボニル法)、tBoc法(t−ブチルオキシカルボニル法)等の化学合成法によっても製造することができる。また、アドバンスドケムテック社製、パーキンエルマー社製、ファルマシア社製、プロテインテクノロジーインストゥルメント社製、シンセセル−ベガ社製、パーセプティブ社製、島津製作所等のペプチド合成機を利用して化学合成することもできる。   The polypeptide of the present invention can also be produced by chemical synthesis methods such as the Fmoc method (fluorenylmethyloxycarbonyl method) and the tBoc method (t-butyloxycarbonyl method). Chemical synthesis using peptide synthesizers such as Advanced Chemtech, PerkinElmer, Pharmacia, Protein Technology Instrument, Synthecel-Vega, Perceptive, Shimadzu, etc. You can also.

本発明を用いることにより、工業用酵母のゲノムの全塩基配列を決定し、工業用酵母の有用遺伝子を同定することができ、更に該遺伝子の機能の推定が可能となる。工業用酵母の遺伝子は産業上有用な遺伝子である場合が多く、その遺伝子を推定された機能に基づいて分類することで、その酵母の特徴が明らかとなり、工業用酵母を育種する上で貴重な情報を得ることができる。例えば工業用酵母が醸造用酵母であるならば、酒類の製造におけるその生産性の向上や香味の改善に関わる遺伝子を同定し、その遺伝子が生産性の向上や香味の改善等にマイナスとなるのであればその遺伝子を破壊して発現を制御したり、或いはアンチセンス法若しくはRNAi法(例えば非特許文献10参照)によって該遺伝子を発現させないか、若しくは発現を抑制することによって、醸造特性の優れた酵母を育種することができる。また該遺伝子が生産性の向上や香味の改善等にプラスとなるのであればその遺伝子を酵母で高発現させたりして、産業上有用な醸造特性の優れた醸造用酵母を育種することができる。   By using the present invention, the entire base sequence of the genome of industrial yeast can be determined, useful genes of industrial yeast can be identified, and the function of the gene can be estimated. In many cases, industrial yeast genes are industrially useful genes, and by classifying the genes based on their estimated functions, the characteristics of the yeast become clear and valuable for breeding industrial yeasts. Information can be obtained. For example, if the industrial yeast is a brewing yeast, the genes involved in improving the productivity and flavor in the production of alcoholic beverages are identified, and the genes are negative for improving productivity and improving flavor. If there is, the gene is destroyed and the expression is controlled, or the gene is not expressed by the antisense method or RNAi method (for example, see Non-Patent Document 10) or the expression is suppressed, or the expression is excellent. Yeast can be bred. In addition, if the gene is positive for improving productivity, improving flavor, etc., the gene can be highly expressed in yeast to breed industrially useful brewing yeast with excellent brewing characteristics. .

本発明のスクリーニング方法で得られる遺伝子を利用して、有用酵母を育種する例を以下に示す。
ビール醸造において、製品中の亜硫酸含有量を高めれば、香味安定性等に優れた製品を製造することができることは上述した通りである。よって、本発明のスクリーニング方法によって得られる遺伝子が亜硫酸の生成や排出機能に関わる遺伝子であれば、該遺伝子を導入した形質転換体酵母を培養し、該遺伝子を形質転換体酵母で発現させた場合、もろみ中の亜硫酸濃度が上昇して、香味安定性等に優れた製品を製造することができる。
下面発酵酵母は、細胞外から取り込まれた硫酸イオン(SO 2−)を還元し、亜硫酸イオン(SO 2−)を生成することが知られている。ところが、亜硫酸はエネルギー代謝経路においてグリセロアルデヒド3リン酸デヒドロゲナーゼを阻害し、酵母自身の細胞内ATP濃度を低下させてしまうため、酵母は過剰量の亜硫酸が細胞内に蓄積しないよう、細胞外へと亜硫酸を排出する機能を有する。ここで亜硫酸感受性変異を相補する遺伝子として単離されたのが、例えばSSU1遺伝子である(例えば非特許文献11参照)。このSSU1遺伝子産物は、458残基のアミノ酸残基からなり、構造解析の結果から、9〜10ヶ所の膜貫通領域をもつトランスポーターであることが推定されており(例えば非特許文献12参照) 、更にSSU1遺伝子高発現株を用いた実験によって、SSU1遺伝子産物が、亜硫酸の排出に関与していることが既に証明されている(例えば非特許文献13参照)。
An example of breeding useful yeast using the gene obtained by the screening method of the present invention is shown below.
As described above, in beer brewing, if the sulfurous acid content in a product is increased, a product excellent in flavor stability and the like can be produced. Therefore, if the gene obtained by the screening method of the present invention is a gene related to sulfite production or excretion function, when transformant yeast introduced with the gene is cultured and expressed in the transformant yeast The sulfite concentration in the moromi is increased, and a product excellent in flavor stability and the like can be produced.
It is known that the bottom fermentation yeast reduces sulfate ions (SO 4 2− ) taken from outside the cells to generate sulfite ions (SO 3 2− ). However, since sulfite inhibits glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase in the energy metabolic pathway and lowers the intracellular ATP concentration of the yeast itself, the yeast is released to the outside of the cell so that an excessive amount of sulfite does not accumulate in the cell. Has the function of discharging sulfurous acid. Here, for example, the SSU1 gene isolated as a gene complementary to a sulfite sensitive mutation (see, for example, Non-Patent Document 11). This SSU1 gene product is composed of 458 amino acid residues, and it is estimated from the results of structural analysis that it is a transporter having 9 to 10 transmembrane regions (see, for example, Non-Patent Document 12). Furthermore, it has already been proved that the SSU1 gene product is involved in the sulfite excretion by experiments using a strain highly expressing the SSU1 gene (see, for example, Non-Patent Document 13).

一般に下面発酵酵母は亜硫酸生成能が高いのに対して、上面発酵酵母は殆ど亜硫酸を生成しない。本発明のスクリーニング方法を用いることによって、例えばSSU1遺伝子について、下面発酵酵母および上面発酵酵母が共にもつSc型SSU1遺伝子の他、下面発酵酵母由来の非Sc型SSU1遺伝子を選択できる。また同様にして、亜硫酸の生成に関与するタンパク質をコードするMET14遺伝子についても、下面発酵酵母由来の非Sc型MET14を選択できる。下面発酵酵母特有の高亜硫酸生成能は、例えばこの非Sc型SSU1、非Sc型MET14の機能が大いに関与しており、より高い亜硫酸生成能を有する酵母の育種を目指すためには、この非Sc型SSU1遺伝子、非Sc型MET14遺伝子等を強化することが効果的である。
これら非Sc型SSU1遺伝子及び非Sc型MET14を強化した酵母の育種方法は、具体的に実施例で述べる。
In general, bottom fermenting yeast has a high ability to produce sulfite, whereas top fermenting yeast hardly produces sulfite. By using the screening method of the present invention, for example, for the SSU1 gene, in addition to the Sc-type SSU1 gene possessed by both the bottom fermentation yeast and the top fermentation yeast, a non-Sc SSU1 gene derived from the bottom fermentation yeast can be selected. Similarly, non-Sc MET14 derived from bottom fermentation yeast can be selected for the MET14 gene encoding a protein involved in the production of sulfite. For example, the functions of the non-Sc type SSU1 and non-Sc type MET14 are greatly involved in the high sulfite-producing ability peculiar to the bottom fermentation yeast, and in order to aim for breeding of yeast having a higher sulfite-producing ability, It is effective to strengthen the type SSU1 gene, the non-Sc type MET14 gene, and the like.
The method for breeding yeasts with enhanced non-Sc type SSU1 gene and non-Sc type MET14 is specifically described in Examples.

本発明のスクリーニング法で選択された醸造用酵母の遺伝子を宿主酵母に導入する際、宿主として用いられる酵母としては、醸造用に使用可能な酵母であれば特に限定されないが、現在醸造用酵母として広く用いられている任意の酵母、例えばBH84、NBRC1951、NBRC1952、NBRC1953、NBRC1954等のビール酵母が使用できる。さらに、ウイスキー酵母(例えばS.cerevisiae NCYC90)、ワイン酵母(例えば協会ぶどう酒用1号、3号、4号等)、清酒酵母(例えば協会酵母清酒用7号、9号等)も同様に使用できる。   When the brewing yeast gene selected by the screening method of the present invention is introduced into the host yeast, the yeast used as the host is not particularly limited as long as it is a yeast that can be used for brewing. Any widely used yeast, for example, beer yeast such as BH84, NBRC1951, NBRC1952, NBRC1953, and NBRC1954 can be used. Furthermore, whiskey yeasts (for example, S. cerevisiae NCYC90), wine yeasts (for example, Association Wines No. 1, 3, 4, etc.) and sake yeasts (for example, Association yeast sake Nos. 7, 9, etc.) can be used as well. .

上記宿主酵母に遺伝子を導入する際に用いるベクターは、酵母で導入された遺伝子を発現できるベクターであれば特に限定されず、例えば多コピー型プラスミド(YEp型)、単コピー型プラスミド(YCp型)、染色体DNA組み込み型プラスミド(YIp型)のいずれもが利用可能である。例えば、YEp型ベクターとしてはYEp51(J.R.Broach et al., Experimental Manipulation of Gene Expression, Academic Press, New York, 83,1983)等、YCp型ベクターとしてはYCp50(M.D.Rose et al.,Gene,60,237,1987)等、YIp型ベクターとしてはYIp5(K.Struhl et al.,Proc.Natl.Acad.Sci.USP,76,1035,1979)等が挙げられる。これらのプラスミドは市販されており、容易に入手することができる。   The vector used when the gene is introduced into the host yeast is not particularly limited as long as it is a vector capable of expressing the gene introduced into the yeast. For example, a multicopy plasmid (YEp type), a single copy plasmid (YCp type), and the like. Any of the chromosomal DNA integration plasmids (YIp type) can be used. For example, YEp type vectors include YEp51 (JRBroach et al., Experimental Manipulation of Gene Expression, Academic Press, New York, 83, 1983), and YCp type vectors include YCp50 (MDRose et al., Gene, 60,237, 1987) and the like, YIp5 vectors (K. Struhl et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USP, 76, 1035, 1979) and the like can be mentioned. These plasmids are commercially available and can be easily obtained.

上記ベクターは、酵母に導入された遺伝子の発現を調製するその他の配列、具体的には、プロモーター、オペレーター、エンハンサー、サイレンサー、リボソーム結合配列、ターミネーター等を有していてもよい。上記ベクター内において、醸造用酵母の遺伝子を発酵初期から構成的に発現させるためのプロモーター及びターミネーターは、醸造用酵母中で機能し、発酵液中の亜硫酸濃度に非依存的であれば、特に限定されず、任意の組み合わせで用いてよい。例えばプロモーターとしては、グリセルアルデヒド3リン酸デヒドロゲナーゼ (TDH3) 遺伝子のプロモーター、ホスホグリセレートキナーゼ(PGK1) 遺伝子のプロモーター等が利用可能である。これらのプロモーターは公知であり、例えばPGK1遺伝子は公知文献“M.F.Tuite et al.,EMBO J.,1,p603(1982)”等に詳細に記載されており、容易に入手することができる。
酵母に導入された遺伝子の発現に必要な上記のその他の配列は、本発明のスクリーニング方法によって得られるDNAがこれらを含む限り、特にベクター側に特に備わっていなくてもよい。そのようなその他の配列が該DNAに含まれない場合には、別にその他の配列を調製し、作動可能な状態に該DNAに連結することが好ましい。あるいは、より高い発現量もしくは特異的な発現調節を期待する場合にも、それに見合ったその他の配列を作動可能な状態に該DNAに連結するのが好ましい。
The vector may have other sequences for preparing the expression of a gene introduced into yeast, specifically, a promoter, an operator, an enhancer, a silencer, a ribosome binding sequence, a terminator, and the like. In the above vector, the promoter and terminator for constitutively expressing the brewing yeast gene from the early stage of fermentation function in the brewing yeast and are not particularly limited as long as they are independent of the sulfite concentration in the fermentation broth. They may be used in any combination. For example, as the promoter, a promoter of glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (TDH3) gene, a promoter of phosphoglycerate kinase (PGK1) gene, or the like can be used. These promoters are known. For example, the PGK1 gene is described in detail in the known literature “MFTuite et al., EMBO J., 1, p603 (1982)” and can be easily obtained.
As long as the DNA obtained by the screening method of the present invention contains these other sequences necessary for the expression of the gene introduced into yeast, it may not be particularly provided on the vector side. When such other sequences are not included in the DNA, it is preferable to prepare other sequences separately and link them to the DNA in an operable state. Alternatively, when a higher expression level or specific expression regulation is expected, it is preferable to link other sequences commensurate with the DNA in an operable state.

上記ベクターを宿主酵母に形質転換する方法は、公知の手段に従って行ってよい。例えば、以下の方法等を用いることができる。例えば、エレクトロポレーション法“Meth. Enzym.,194,p182(1990)”、スフェロプラスト法“Proc.Natl.Acad.Sci.USA,75, p1929(1978)”、酢酸リチウム法“J.Bacteriology,153,p163(1983)”、“Proc.Natl.Acad.Sci. USA,75,p1929(1978)”記載の方法等をあげることができる。
より具体的には、宿主酵母を標準酵母栄養培地(例えばYEPD培地“Genetic Engineering,vol.1,Plenum Press, New York,117(1979)”等)で、OD600nmの値が1〜6となるように培養する。この培養酵母を遠心分離して集め、洗浄し、濃度約1〜2Mのアルカリ金属イオン、好ましくはリチウムイオンで前処理する。この細胞を約30℃で、約60分間静置した後、導入するDNA(約1〜20μg)とともに約30℃で、約60分間静置する。ポリエチレングリコール、好ましくは約4,000ダルトンのポリエチレングリコールを、最終濃度が約20%〜50%となるように加える。約30℃で、約30分間静置した後、この細胞を約42℃で約5分間加熱処理する。好ましくは、この細胞懸濁液を標準酵母栄養培地で洗浄し、所定量の新鮮な標準酵母栄養培地に入れて、約30℃で約60分間静置する。その後、選択マーカーとして用いる抗生物質等を含む標準寒天培地上に植えつけ、形質転換体を取得する。
その他、一般的なクローニング技術に関しては、「モレキュラークローニング第3版」、“Methods in Yeast Genitics、A laboratory manual(Cold Spring Harbor Laboratory Press,Cold Spring Harbor, NY)”等を参照した。
The method for transforming the vector into host yeast may be performed according to known means. For example, the following methods can be used. For example, electroporation method “Meth. Enzym., 194, p182 (1990)”, spheroplast method “Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75, p1929 (1978)”, lithium acetate method “J. Bacteriology , 153, p163 (1983) ”,“ Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 75, p1929 (1978) ”, and the like.
More specifically, the host yeast is a standard yeast nutrient medium (for example, YEPD medium “Genetic Engineering, vol. 1, Plenum Press, New York, 117 (1979)”), and the value of OD 600 nm is 1-6. Incubate to. The cultured yeast is collected by centrifugation, washed, and pretreated with alkali metal ions, preferably lithium ions, at a concentration of about 1-2 M. The cells are allowed to stand at about 30 ° C. for about 60 minutes, and then left at about 30 ° C. for about 60 minutes together with the DNA to be introduced (about 1 to 20 μg). Polyethylene glycol, preferably about 4,000 daltons, is added to a final concentration of about 20% to 50%. After standing at about 30 ° C. for about 30 minutes, the cells are heated at about 42 ° C. for about 5 minutes. Preferably, the cell suspension is washed with a standard yeast nutrient medium, placed in a predetermined amount of fresh standard yeast nutrient medium, and allowed to stand at about 30 ° C. for about 60 minutes. Thereafter, the transformant is obtained by planting on a standard agar medium containing an antibiotic or the like used as a selection marker.
In addition, as for general cloning techniques, “Molecular Cloning 3rd Edition”, “Methods in Yeast Genitics, A laboratory manual (Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY)” and the like were referred to.

形質転換の際に用いる選択マーカーとしては、醸造用酵母の場合は栄養要求性マーカーが利用できないので、G418耐性遺伝子(G418r)、銅耐性遺伝子(CUP1)“M.Marin et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA,81,p337,1984”、セルレニン耐性遺伝子(fas2m,PDR4)(「猪腰淳嗣ら,生化学,64,p660,1992」、“M.Hussain et al., Gene,101,p149,1991”)等が利用可能である。 As a selection marker used for transformation, since an auxotrophic marker cannot be used in the case of brewing yeast, the G418 resistance gene (G418 r ) and the copper resistance gene (CUP1) “M.Marin et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 81, p 337, 1984 ”, cerulenin resistance gene (fas2m, PDR4) (“ Ogoshi Kaoru et al., Biochemistry, 64, p660, 1992 ”,“ M. Hussain et al., Gene, 101, p149, 1991 ”) and the like are available.

本発明で育種された醸造用酵母は、酵母の増殖や発酵能においては親株を用いた場合と変化はない。したがって、原料、製造設備、製造管理等は従来法と全く同一でよい。このことは本発明の重要な特徴である。しかしながら、所望により、発酵時間などの条件を種々変化させてよいことは言うまでもない。例えば、亜硫酸排出能が増強された醸造用酵母を育種し、この酵母を用いて酒類を製造する場合は、上記のごとく排出される亜硫酸の含量のみが変化し、酵母の増殖や発酵能においては親株を用いた場合と変化はない。したがって、原料、製造設備、製造管理等は従来法と全く同一でよく、亜硫酸含量が増加し、香味の改善が得られた酒類を製造するためのコストの増加はない。   The yeast for breeding bred in the present invention is not different from the case of using the parent strain in the growth and fermentability of the yeast. Therefore, the raw materials, production equipment, production management, etc. may be exactly the same as the conventional method. This is an important feature of the present invention. However, it goes without saying that conditions such as fermentation time may be varied as desired. For example, when breeding yeast for brewing with enhanced sulfite excretion capacity and producing alcoholic beverages using this yeast, only the content of sulfite excreted as described above changes, and in yeast growth and fermentation capacity, There is no change from the case of using the parent strain. Accordingly, the raw materials, production equipment, production management, etc. may be exactly the same as in the conventional method, and there is no increase in cost for producing alcoholic beverages with an increased sulfite content and improved flavor.

(ホ)DNAアレイの作製
上記(f)、(h)で取得される本発明のポリヌクレオチド又はオリゴヌクレオチドを用いて、DNAアレイを作製することができる。具体的には、上記(f)で取得される塩基配列からなるポリヌクレオチド、該ポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド、および/またはこれらポリヌクレオチドの有する塩基配列中の連続する少なくとも10〜200塩基からなる配列を有するポリヌクレオチド、並びに上記(h)で取得されるORFをコードするアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、該ポリヌクレオチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド、さらに上記(h)で取得されるORF間のDNA塩基配列である遺伝子間塩基配列からなるポリヌクレオチドおよび/またはこれらポリヌクレオチドの有する塩基配列中の連続する少なくとも10〜200塩基からなる配列を有するポリヌクレオチドの、1以上好ましくは2以上を固体支持体に固着したDNAアレイをあげることができる。
本発明においてDNAアレイとは、ポリヌクレオチドアレイ、DNAチップ、DNAマクロアレイ、DNAアレイ等と呼ばれるものを含み、固体支持体の表面に1又は複数のポリヌクレオチドまたは該断片を固着させたものをいう。固体支持体に固着させるポリヌクレオチドあるいはオリゴヌクレオチドとしては、上記(f)、(h)で取得される本発明のポリヌクレオチドおよびオリゴヌクレオチドを用いることができる。固体支持体へポリヌクレオチドあるいはオリゴヌクレオチドを高密度に固着することにより、後述の解析を効率よく実施可能であるが、必ずしも高密度である必要はない。高密度に固着するためのアレイヤーロボット等の装置は、宝酒造社(GMS417 Arrayer)等より市販されており、該市販品を用いることができる。また、光リソグラフ法等により本発明のオリゴヌクレオチドを固体支持体上で直接合成してもよい〔Lipshutz et al.,Nat.Genet.,21,20-24
(1999)〕。通常、合成するオリゴヌクレオチドの長さは、10〜30塩基であるが、これに限定されるものではない。DNAアレイの作製方法は特に限定されず、公知の手段に準じて行ってよいが、それぞれ好ましい方法について以下に記載する。
(E) Production of DNA Array A DNA array can be produced using the polynucleotide or oligonucleotide of the present invention obtained in (f) and (h) above. Specifically, a polynucleotide comprising the base sequence obtained in (f) above, a polynucleotide that hybridizes with the polynucleotide under stringent conditions, and / or a contiguous sequence in the base sequence possessed by these polynucleotides. A polynucleotide having a sequence consisting of at least 10 to 200 bases, a polynucleotide encoding a polypeptide consisting of an amino acid sequence encoding the ORF obtained in (h) above, and hybridizing with the polynucleotide under stringent conditions And a polynucleotide comprising an intergenic base sequence that is a DNA base sequence between ORFs obtained in (h) above and / or comprising at least 10 to 200 consecutive bases in the base sequence of these polynucleotides. Arrangement A polynucleotide having one or more preferably can be mentioned DNA array which is fixed to two or more to the solid support.
In the present invention, the DNA array refers to a polynucleotide array, a DNA chip, a DNA macroarray, a DNA array, or the like, in which one or a plurality of polynucleotides or fragments thereof are fixed on the surface of a solid support. . As the polynucleotide or oligonucleotide to be fixed to the solid support, the polynucleotide and oligonucleotide of the present invention obtained in the above (f) and (h) can be used. By fixing polynucleotides or oligonucleotides to a solid support at high density, the analysis described later can be carried out efficiently, but it is not always necessary to have high density. Devices such as an array robot for fixing at high density are commercially available from Takara Shuzo Co., Ltd. (GMS417 Arrayer) and the like, and the commercially available products can be used. Further, the oligonucleotide of the present invention may be directly synthesized on a solid support by a photolithographic method or the like [Lipshutz et al., Nat. Genet., 21, 20-24.
(1999)]. Usually, the length of the synthesized oligonucleotide is 10 to 30 bases, but is not limited thereto. The method for producing the DNA array is not particularly limited, and may be performed according to known means. Preferred methods are described below.

(l)DNAアレイの製造工程
(l)−1 基板
本発明のDNAアレイに用いる基板の材料としては、オリゴヌクレオチドを安定して固定化することができるものであればよい。例えば、ポリカーボネートやプラスティックなどの合成樹脂、ガラス等を挙げることができるが、これらに限定されるものではない。基板の形態も特に限定されるものではないが、例えば、板状、フィルム状等の基板を好適に用いることができる。
(L) DNA Array Manufacturing Process (l) -1 Substrate As a substrate material used for the DNA array of the present invention, any material that can stably immobilize oligonucleotides may be used. For example, synthetic resins such as polycarbonate and plastic, glass, and the like can be mentioned, but are not limited thereto. Although the form of the substrate is not particularly limited, for example, a plate-like or film-like substrate can be suitably used.

(l)−2 オリゴヌクレオチドの選択
本発明にかかわるDNAアレイの基板表面に固定されるオリゴヌクレオチドは例えば、上記(h)で推測したORFのDNA塩基配列、又は上記(h)から推測した遺伝子間領域のDNA塩基配列情報に基づき選択することができる。特定のプローブの作製は、例えばGeneChip技術(アフィメトリクス社)を用いて、全ゲノム塩基配列に対してユニークな(PM;Perfect Match)プローブを選択することができる。具体的なプローブとしては例えば工業用酵母のゲノム全塩基配列中のORFにある10〜30塩基からなるオリゴヌクレオチドで、当該塩基配列が該全ゲノム塩基配列の他の部分には存在しないオリゴヌクレオチド、該オリゴヌクレオチドの塩基配列に相補的な塩基配列からなるオリゴヌクレオチド、及びこれらのオリゴヌレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズする10〜30塩基のオリゴヌクレオチドが使用できる。また、工業用酵母のゲノム全塩基配列中のORF以外に存在する非翻訳領域にある10〜30塩基からなる折後ヌクレオチドで、当該塩基配列が該全ゲノム塩基配列の他の部分には存在しないオリゴヌクレオチド、該オリゴヌクレオチドの塩基配列に相補的な塩基配列からなるオリゴヌクレオチド、及びこれらのオリゴヌクレオチドとストリンジェントな条件でハイブリダイズするオリゴヌクレオチドが使用できる。1オリゴヌクレオチドあたりの塩基数は特に限定はされないが、10から30塩基が望ましい。解析において広範な定量性と再現性が得られるように1領域あたり11−50プローブを選択することが出来る。また、2種類の近縁種ゲノムを有する例えば下面発酵酵母の塩基配列において、塩基配列が類似しているため、解析における非特異的なハイブリダイゼーションの度合いを定量するためにPMプローブの1塩基、例えば中央の塩基のみ異なるミスマッチ(MM;MisMatch)プローブも設計することができる。
(L) -2 Selection of Oligonucleotides Oligonucleotides immobilized on the substrate surface of the DNA array according to the present invention include, for example, the DNA base sequence of the ORF estimated in (h) above or the intergenic gene estimated from (h) above. Selection can be made based on the DNA base sequence information of the region. For the production of a specific probe, for example, using GeneChip technology (Affymetrix), a unique (PM) probe can be selected for the entire genome base sequence. As a specific probe, for example, an oligonucleotide consisting of 10 to 30 bases in the ORF in the genome base sequence of industrial yeast, and the base sequence is not present in other parts of the whole genome base sequence, Oligonucleotides having a base sequence complementary to the base sequence of the oligonucleotide, and oligonucleotides having 10 to 30 bases that hybridize with these oligonucleotides under stringent conditions can be used. In addition, it is a folded nucleotide consisting of 10 to 30 bases in the untranslated region other than the ORF in the genome base sequence of industrial yeast, and the base sequence does not exist in other parts of the whole genome base sequence. Oligonucleotides, oligonucleotides having a base sequence complementary to the base sequence of the oligonucleotide, and oligonucleotides that hybridize with these oligonucleotides under stringent conditions can be used. The number of bases per oligonucleotide is not particularly limited, but is preferably 10 to 30 bases. 11-50 probes can be selected per region so that extensive quantification and reproducibility can be obtained in the analysis. In addition, for example, in the base sequence of bottom fermenting yeast having two types of closely related species genome, the base sequences are similar, so that one base of the PM probe is used to quantify the degree of non-specific hybridization in the analysis, For example, a mismatch (MM) probe that differs only in the central base can be designed.

(l)−3 オリゴヌクレオチドの固定化
オリゴヌクレオチドの基板表面への固定方法は特に限定されるものではなく、公知の方法を用いることができる。例えば上記より選択した全PMおよびMMプローブをGeneChip技術を用いて基板上に集積合成することによりDNAアレイを作製することが出来る。
(L) -3 Immobilization of oligonucleotides The method for immobilizing oligonucleotides on the substrate surface is not particularly limited, and known methods can be used. For example, a DNA array can be produced by integrating and synthesizing all PM and MM probes selected from the above on a substrate using GeneChip technology.

次にDNAアレイを用いる例として、遺伝子発現解析により、ある条件で特徴的な発現を示す遺伝子を特定する方法、工業用酵母の分類、塩基多型の検出、及びこれらを用いた機能解析を行なう遺伝子の選出について説明するが、DNAアレイを用いた遺伝子の解析はこれらの方法に限るものではなく、それぞれの方法はここに示した例に限るものではない。   Next, as an example of using a DNA array, gene expression analysis is used to identify genes that exhibit characteristic expression under certain conditions, industrial yeast classification, nucleotide polymorphism detection, and functional analysis using these. Although selection of genes will be described, gene analysis using a DNA array is not limited to these methods, and each method is not limited to the examples shown here.

(m)遺伝子発現解析
(l)で作製した本発明のDNAアレイを用いることにより、例えば工業用酵母の発現遺伝子の変動を解析することができる。例えば、培地の成分変化や、あるいは環境変化に応じて発現量が増大または減少する遺伝子(群)を同定することができる。一方で、工業用酵母に特徴的な発現挙動を示す遺伝子(群)を同定することも可能であるが、これに限定されるものではない。
遺伝子発現解析には工業用酵母の培養、培養した酵母からのmRNAの調製、標識cRNA(あるいはcDNA)の調製、ハイブリダイゼーション、データ解析の工程からなる。以下例を示して各工程を説明するが、この例に限定されるものではない。
(M) Gene expression analysis By using the DNA array of the present invention prepared in (l), it is possible to analyze, for example, changes in the expression genes of industrial yeast. For example, it is possible to identify a gene (group) whose expression level increases or decreases according to changes in the components of the medium or environmental changes. On the other hand, it is possible to identify a gene (group) exhibiting an expression behavior characteristic of industrial yeast, but is not limited thereto.
Gene expression analysis includes the steps of culturing industrial yeast, preparing mRNA from the cultured yeast, preparing labeled cRNA (or cDNA), hybridization, and data analysis. Each step will be described below with an example, but the present invention is not limited to this example.

(m)−1 種々の条件での培養
発現解析の対象となる工業用酵母は目的に応じて種々の環境で培養する。例えば培養中の成分変化に応答する遺伝子マーカーの同定を行う場合には以下の方法にて培養することができる。
工業用酵母を適当な培地、例えばLZMM+40μM ZnSO4培地に植菌し、30℃で終夜振盪培養を行う。LZMM培地は、0.17%アミノ酸を含まないイーストナイトロジェンベース(ディフコ社製)、0.5%硫酸アンモニウム、20mM クエン酸ナトリウム(pH4.2)、125μM塩化マンガン、10μM塩化鉄、2%マルトース、10mM EDTA(pH8.0)からなる。酵母菌体を回収し、適当量の滅菌水で3回洗浄し、適当量の酵母菌体、例えばOD600nmの吸光度が0.25になるように酵母菌体を500 mlの1)亜鉛枯渇培地、例えばLZMM培地、2)LZMM+40μM ZnSO4培地、3)酸化ストレス培地、例えばLZMM+40μM ZnSO4+過酸化水素培地(上記LZMM+40μM ZnSO4培地に過酸化水素を2mMになるように添加した培地)、4)炭素源飢餓培地、例えばLZMM+40μM ZnSO4-Mal培地(上記LZMM+40μM ZnSO4培地からマルトースを除いた培地)に植菌し30℃で振盪 培養を行う。適当時間培養後、RNA調製のためにそれぞれの酵母培養液を適当量、例えば50mLずつ回収する。
また、ビール試験発酵中の酵母菌体を回収し、以下の実験に供することも可能である。
(M) -1 Culture under various conditions Industrial yeast to be subjected to expression analysis is cultured in various environments according to the purpose. For example, in the case of identifying a genetic marker that responds to changes in components during culture, it can be cultured by the following method.
Industrial yeast is inoculated into an appropriate medium, for example, LZMM + 40 μM ZnSO4 medium, and cultured with shaking at 30 ° C. overnight. LZMM medium is yeast nitrogen base (Difco) without 0.17% amino acid, 0.5% ammonium sulfate, 20 mM sodium citrate (pH 4.2), 125 μM manganese chloride, 10 μM iron chloride, 2% maltose, It consists of 10 mM EDTA (pH 8.0). The yeast cells are collected and washed three times with an appropriate amount of sterilized water. The appropriate amount of yeast cells, for example, 500 ml of the yeast cells so that the absorbance at OD 600 nm is 0.25, 1) a zinc-depleted medium, For example, LZMM medium, 2) LZMM + 40 μM ZnSO4 medium, 3) oxidative stress medium, such as LZMM + 40 μM ZnSO4 + hydrogen peroxide medium (medium in which hydrogen peroxide is added to the LZMM + 40 μM ZnSO4 medium to 2 mM), 4 ) Inoculate in a carbon source starvation medium, for example, LZMM + 40 μM ZnSO4-Mal medium (medium obtained by removing maltose from the above LZMM + 40 μM ZnSO4 medium) and incubate at 30 ° C. with shaking. After culturing for an appropriate time, each yeast culture solution is recovered in an appropriate amount, for example, 50 mL, for RNA preparation.
It is also possible to collect yeast cells during beer test fermentation and use them in the following experiments.

(m)−2 mRNAの調製
トータルRNAの調製は市販のキット、例えばRNeasy(登録商標)ミニキット(キアゲン社製)を用いて添付のマニュアルに従って行なうことができる。
それぞれのトータルRNAからのポリAメッセンジャーRNA(of Poly(A)+ mRNA)の調製は、市販のキット、例えばオリゴテックスダイレクトmRNAキット(キアゲン社製)を用いて添付のマニュアルに従って行なうことができる。
(M) -2 Preparation of mRNA Total RNA can be prepared using a commercially available kit such as RNeasy (registered trademark) mini kit (manufactured by Qiagen) according to the attached manual.
Poly A messenger RNA (of Poly (A) + mRNA) can be prepared from each total RNA using a commercially available kit, for example, Oligotex Direct mRNA kit (Qiagen) according to the attached manual.

(m)−3 標識cRNAの調製
標識cRNAの合成は市販のキット、例えばバイオアレイハイイールドRNAトランスクリプトラベリングキット(アフィメトリクス社製)を用いて添付のマニュアルに従って行うことができる。標識色素としては例えばビオチンを使用することができる。
(M) -3 Preparation of labeled cRNA Labeled cRNA can be synthesized using a commercially available kit, for example, a bioarray high yield RNA transcript labeling kit (manufactured by Affymetrix) according to the attached manual. For example, biotin can be used as the labeling dye.

(m)−4ハイブリダイゼーション
ハイブリダイゼーションカクテルを調製するには、例えば、5μgのビオチンラベルされたcRNA、1.7μlの3nMコントロールオリゴヌクレオチドB2(アフィメトリクス社製)、5μlの20倍濃度 ユーカリオティックハイブリダイゼーションコントロール(アフィメトリクス社製),1μlの10mg/mLサケ精子DNA(アフィメトリクス社製),1μlの50mg/mLアセチル化牛血清アルブミン(アフィメトリクス社製),50μlの2倍濃度ハイブリダイゼーション溶液(アフィメトリクス社製)を混ぜ、全量100μlになるよう滅菌水(アフィメトリクス社製)を加えて混ぜた後、市販の装置、例えば、ハイブリダイゼーションオーブン(アフィメトリクス社製)を用いて、添付のマニュアルに従い、DNAアレイにハイブリダイゼーションを行う。適当な時間、例えば16時間のハイブリダイゼーション後、ハイブリダイゼーションカクテルをDNAアレイから除去し、市販の装置、例えば、ジーンチップフルディクスステーション(アフィメトリクス社製)を用いて、DNAアレイを付属のマニュアルに従い、洗浄後、適当な染色溶液、例えばストレプトアビジン−フィコエリトリン溶液で染色する。ストレプトアビジン−フィコエリトリン溶液は、300μlの2倍濃縮メス染色溶液(アフィメトリクス社製)、24μlの50mg/mLアセチル化牛血清アルブミン、6μlの1mg/mLストレプトアビジン−フィコエリトリン(アフィメトリクス社製),及び270μlの滅菌水から成る。
(M) -4 Hybridization To prepare a hybridization cocktail, for example, 5 μg of biotin-labeled cRNA, 1.7 μl of 3 nM control oligonucleotide B2 (manufactured by Affymetrix), 5 μl of 20-fold concentration Eucaliotic High Hybridization control (Affymetrix), 1 μl of 10 mg / mL salmon sperm DNA (Affymetrix), 1 μl of 50 mg / mL acetylated bovine serum albumin (Affymetrix), 50 μl of double concentration hybridization solution (Affymetrix) ), Add sterile water (Affymetrix) to a total volume of 100 μl, mix, and attach using a commercially available device such as a hybridization oven (Affymetrix). Hybridize the DNA array according to the manual. After hybridization for an appropriate time, for example, 16 hours, the hybridization cocktail is removed from the DNA array, and the DNA array is used according to the attached manual using a commercially available device, for example, GeneChip Fluidics Station (Affymetrix). After washing, the cells are stained with a suitable staining solution, such as a streptavidin-phycoerythrin solution. Streptavidin-phycoerythrin solution consists of 300 μl of 2 × concentrated female staining solution (Affymetrix), 24 μl of 50 mg / mL acetylated bovine serum albumin, 6 μl of 1 mg / mL streptavidin-phycoerythrin (Affymetrix), and 270 μl of Consists of sterilized water.

(m)−5データ解析
固体支持体上のDNAアレイについての解析・定量には、データの解析は市販の解析ソフト、例えば、ジーンチップオペレーティングシステム(GCOS; GeneChip Operating Software 1.0 アフィメトリクス社製)を用いて行うことができる。遺伝子発現量の解析には、市販の解析ソフトウェア(例えばGeneSpring;シリコンジェネティクス社製、ImaGene;富士フイルム社製、Array Gauge;アマシャムファルマシアバイオテク社製、ImageQuant等)を使用することができる。遺伝子発現量の解析の結果、ある条件で特徴的な発現を示す遺伝子群を特定することができ、これらの遺伝子群を機能解析のターゲットとして選出することができる。さらに、機能解析の結果をもとに、醸造条件を最適化することができる。
(M) -5 Data analysis For analysis and quantification of DNA arrays on solid supports, data analysis is performed using commercially available analysis software such as GeneChip Operating Software (GCOS; GeneChip Operating Software 1.0 manufactured by Affymetrix). Can be done. For analysis of the gene expression level, commercially available analysis software (for example, GeneSpring; manufactured by Silicon Genetics, ImaGene; manufactured by Fuji Film, Array Gauge; manufactured by Amersham Pharmacia Biotech, ImageQuant, etc.) can be used. As a result of the analysis of the gene expression level, it is possible to identify gene groups exhibiting characteristic expression under certain conditions, and to select these gene groups as targets for functional analysis. Furthermore, brewing conditions can be optimized based on the results of functional analysis.

(n)工業用酵母の分類
本発明のDNAアレイを用いた工業用酵母の分類は例えば以下の方法にて行なうことができる。酵母からのゲノムDNAの調製、およびアレイへのハイブリダイゼーションは前述の方法を用いて行ってよい。アレイの輝度の検出は上述のGCOSを用いて行うことができる。本発明のDNAアレイのSc型、非Sc型プローブにハイブリダイズする割合を算出することによって、被検株と全塩基配列を決定した工業用酵母、例えばサッカロマイセス パストリアヌス ヴァイヘンステファン34/70株との相同性を算出することができ、その値によって工業用酵母を分類することができる。
(N) Classification of industrial yeasts Classification of industrial yeasts using the DNA array of the present invention can be performed, for example, by the following method. Preparation of genomic DNA from yeast and hybridization to the array may be performed using the methods described above. The detection of the brightness of the array can be performed using the above-described GCOS. By calculating the ratio of hybridization to the Sc-type and non-Sc-type probes of the DNA array of the present invention, the test strain and the industrial yeast whose total base sequence was determined, for example, Saccharomyces pastorianus weihenstephan 34/70 Homology can be calculated, and industrial yeasts can be classified according to the value.

(o)塩基多型検出
DNA−DNAハイブリダイゼーションの結果を詳細に解析することによって塩基多型を検出することも可能である。塩基多型検出を検出する目的で使用する本発明のDNAアレイのプローブは、全塩基配列を決定した工業用酵母の配列と同じ配列のオリゴヌクレオチド(PMプローブ)と、例えば中央の位置の塩基が異なる配列のオリゴヌクレオチド(MMプローブ)を用いる。この本発明のDNAアレイを用いることにより、PMプローブよりもMMプローブにより強くハイブリダイズしている遺伝子については塩基配列が34/70株とは異なる可能性が高いと判断できる。被検株のDNAを本DNAアレイにハイブリダイズさせた結果から、MMプローブの輝度が、PMプローブの輝度の、例えば5倍以上のものを抽出すれば、塩基多型を検出することができる。
(O) Nucleotide polymorphism detection Nucleotide polymorphisms can also be detected by analyzing the results of DNA-DNA hybridization in detail. The probe of the DNA array of the present invention used for the detection of nucleotide polymorphism detection is composed of an oligonucleotide (PM probe) having the same sequence as that of the industrial yeast for which the entire nucleotide sequence has been determined, for example, a base at the center position. Different oligonucleotides (MM probes) are used. By using this DNA array of the present invention, it can be judged that there is a high possibility that the base sequence of a gene that is hybridized more strongly with the MM probe than with the PM probe is different from that of the 34/70 strain. From the result of hybridizing the DNA of the test strain to the present DNA array, the nucleotide polymorphism can be detected if the brightness of the MM probe is, for example, 5 times higher than the brightness of the PM probe.

(p)機能解析を行なう遺伝子の選出
本発明のDNAアレイを用いて、機能解析を行う遺伝子を選出することができる。酵母からのゲノムDNAの調製、およびDNAアレイへのハイブリダイゼーション、DNAアレイの輝度の検出は前述の方法を用いて行ってよい。本発明のDNAアレイのプローブの中で被検株とハイブリダイズしなかった遺伝子は、被検株においては遺伝子が欠失しているか、塩基配列が全塩基配列を決定した34/70株とは異なる可能性が高いと判断できる。また、他のプローブに比べて高い輝度を示した遺伝子は被検株に於いてコピー数が高くなっている可能性が高いと判断できる。このような違いが醸造特性に影響を及ぼしている可能性が考えられ、これらの遺伝子を機能解析のターゲットとして選出することができる。
また、塩基多型検出に用いた本発明のDNAアレイを用いることにより、上述のPMプローブよりもMMプローブにより強くハイブリダイズしている遺伝子を抽出し、塩基多型を検出することによって、機能解析を行う遺伝子を選定することも可能である。
(P) Selection of gene for functional analysis Using the DNA array of the present invention, a gene for functional analysis can be selected. Preparation of genomic DNA from yeast, hybridization to a DNA array, and detection of the brightness of the DNA array may be performed using the methods described above. Among the probes of the DNA array of the present invention, the gene that did not hybridize with the test strain is the 34/70 strain in which the gene is deleted in the test strain or the base sequence is determined as the entire base sequence. It can be judged that there is a high possibility of difference. Moreover, it can be judged that the gene which showed the high brightness | luminance compared with the other probe has high possibility that the copy number is high in a test strain. There is a possibility that such a difference affects the brewing characteristics, and these genes can be selected as targets for functional analysis.
In addition, by using the DNA array of the present invention used for nucleotide polymorphism detection, a gene that is more strongly hybridized by the MM probe than the above-described PM probe is extracted, and the nucleotide polymorphism is detected, thereby analyzing the function. It is also possible to select a gene to perform.

〔実施例〕
以下、実施例によって本発明の詳細を述べるが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
〔Example〕
EXAMPLES Hereinafter, although the detail of this invention is described according to an Example, this invention is not limited to a following example.

サッカロマイセス パストリアヌス ヴァイヘンステファン34/70株(Saccharomyces pastorianus Weihenstephan34/70、以降34/70株と略す)のゲノムDNAの調製
ゲノムDNAの調製は“Yeast a practical approach(IRL PRESS)6.2.1(p228-229)”に記載された方法を一部改変して行った。34/70株を200mLのYPD培地(2%グルコース、1%酵母エキス、2%ポリペプトン)に接種し、培養液の660nmにおける吸光度が4になるまで30℃で振とう培養した後、遠心分離により菌体を回収した。得られた菌体を25mLのバッファーA(50mMリン酸ナトリウム、25mM EDTA、1%(v/v)β-メルカプトエタノール、pH7.5)で洗浄した後、再度25mLのバッファーAに懸濁し、7mgのザイモリアーゼ-100T(生化学工業)を添加して37℃、60分間穏やかに振とうした。25mLのバッファーB(0.2M Tris-HCl、80mM EDTA、1% SDS、(pH9.5))を加えて65℃、30分間静置した後、氷上で冷却し、12mLの5M酢酸カリウムを加えて混和してさらに60分間氷上に静置した。得られた溶液を5,000g、10分、15℃で遠心分離し、回収した上清に等容量のエタノールを添加してDNAを沈殿させ、直ちに5,000g、10分、15℃で遠心分離して回収した。得られた沈殿物を70%(v/v)エタノールで洗浄後、自然乾燥させた後に5mLのTEバッファー(10mM Tris-HCl、1mM EDTA、pH8.0)に溶解し、粗ゲノムDNA溶液を得た。3.5mLの粗ゲノムDNA溶液に4.06gの塩化セシウム、840μgのビスベンズイミド(Hoechst33258)を加えて溶解し、100,000g、17時間、25℃で遠心分離後、UVライトを照射してDNAバンドを可視化させ、下層のバンドを回収した。回収したDNA溶液は塩化セシウム溶液で飽和したイソプロパノールで抽出してビスベンズイミド(Hoechst33258)を除き、回収した水層に4倍容量の0.3M酢酸ナトリウムを加えて混和した後、3倍容量のエタノールを添加してDNAを沈殿させ、遠心分離により回収した。回収したDNAは75μg/mLのRNaseを含むTEバッファーに溶解し、37℃で5分間保持した後、フェノール/クロロホルム抽出を3回繰り返し、回収した水層から再びエタノール沈殿によって精製した。遠心分離で回収した沈殿を70%(v/v)エタノールで洗浄後に自然乾燥し、TEバッファーに溶解してゲノムDNA溶液を調製した。
Preparation of genomic DNA of Saccharomyces pastorianus Weihenstephan 34/70 strain (Saccharomyces pastorianus Weihenstephan 34/70, hereinafter abbreviated as 34/70 strain) The method described in “)” was partially modified. The strain 34/70 was inoculated into 200 mL of YPD medium (2% glucose, 1% yeast extract, 2% polypeptone), cultured at 30 ° C. until the absorbance at 660 nm of the culture solution reached 4, and then centrifuged. The cells were collected. The obtained microbial cells were washed with 25 mL of buffer A (50 mM sodium phosphate, 25 mM EDTA, 1% (v / v) β-mercaptoethanol, pH 7.5) and then suspended again in 25 mL of buffer A, 7 mg Zymolyase-100T (Seikagaku Corporation) was added and gently shaken at 37 ° C. for 60 minutes. Add 25 mL of Buffer B (0.2 M Tris-HCl, 80 mM EDTA, 1% SDS, (pH 9.5)) and let stand at 65 ° C. for 30 minutes, then cool on ice, add 12 mL of 5 M potassium acetate. Mix and leave on ice for an additional 60 minutes. The resulting solution was centrifuged at 5,000 g for 10 minutes at 15 ° C., and an equal volume of ethanol was added to the collected supernatant to precipitate the DNA, which was immediately centrifuged at 5,000 g for 10 minutes at 15 ° C. And recovered. The obtained precipitate was washed with 70% (v / v) ethanol, air dried, and then dissolved in 5 mL of TE buffer (10 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8.0) to obtain a crude genomic DNA solution. It was. 4.06 g of cesium chloride and 840 μg of bisbenzimide (Hoechst33258) are added to 3.5 mL of crude genomic DNA solution and dissolved. After centrifugation at 100,000 g for 17 hours at 25 ° C., the DNA band is irradiated with UV light. Was visualized and the lower band was collected. The recovered DNA solution was extracted with isopropanol saturated with a cesium chloride solution to remove bisbenzimide (Hoechst33258), and 4 times volume of 0.3 M sodium acetate was added to the recovered aqueous layer and mixed, and then 3 times volume of ethanol was added. The DNA was precipitated by addition and recovered by centrifugation. The recovered DNA was dissolved in TE buffer containing 75 μg / mL RNase and kept at 37 ° C. for 5 minutes, and then phenol / chloroform extraction was repeated three times, and the recovered aqueous layer was purified again by ethanol precipitation. The precipitate collected by centrifugation was washed with 70% (v / v) ethanol, air-dried, and dissolved in TE buffer to prepare a genomic DNA solution.

ショットガンライブラリーの作製
実施例1で調製した34/70株のゲノム溶液を、TEバッファーを用いて1mg/mLの濃度に調製し、その0.1mLをHydroshear(ジンマシーンズ社製、speed6、cycle20)で処理することにより、ゲノムDNAを断片化した。DNAブランティングキット(DNA Blunting kit、宝酒造社製)を用いて、ゲノム断片の末端を平滑化したのち、0.8%アガロース電気泳動により分画し、1.5〜2.5kbのゲノム断片をゲルから切り出しDNAを溶出した。DNA溶出液をフェノール/クロロホルム処理後、エタノール沈殿しゲノムライブラリーインサートを得た。T4リガーゼ(宝酒造社製)を用いて、上記インサート全量とpUC18 SmaI/BAP(アマシャムバイオサイエンス社製)0.5μgとを15℃で、15時間ライゲーションした。
Preparation of shotgun library The 34/70 strain genomic solution prepared in Example 1 was prepared to a concentration of 1 mg / mL using TE buffer, and 0.1 mL of the solution was prepared by Hydroshear (Jin Machines, speed6, cycle20). ), The genomic DNA was fragmented. After blunting the ends of the genomic fragments using a DNA Blunting kit (Takara Shuzo), fractionation was performed by 0.8% agarose electrophoresis, and a 1.5-2.5 kb genomic fragment was obtained. The DNA was cut out from the gel and eluted. The DNA eluate was treated with phenol / chloroform and then ethanol precipitated to obtain a genomic library insert. Using T4 ligase (Takara Shuzo), the total amount of the above insert and pUC18 SmaI / BAP (Amersham Biosciences) 0.5 μg were ligated at 15 ° C. for 15 hours.

ライゲーション反応物をエタノール沈殿し、10μLのTEバッファーに溶解した。大腸菌ELECTRO CELL DH5α(宝酒造社製)40μLに対して1μLのライゲーション溶液を、添付実験マニュアルに示された条件で、エレクトロポレーションにより導入した。これを0.1mg/mLアンピシリン、0.1mg/mL X−gal、1mMイソプロピル-β-D-チオガラクトピラノシド(IPTG)を含むLB平板培地〔寒天を1.6%含むLB培地(1%バクトトリプトン、0.5%酵母エキス、1% 塩化ナトリウム、pH7.0)〕に塗布し、37℃終夜培養した。   The ligation reaction product was ethanol precipitated and dissolved in 10 μL of TE buffer. 1 μL of the ligation solution was introduced by electroporation under the conditions shown in the attached experiment manual with respect to 40 μL of E. coli ELECTRO CELL DH5α (Takara Shuzo). The LB plate medium containing 0.1 mg / mL ampicillin, 0.1 mg / mL X-gal, 1 mM isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (IPTG) [LB medium containing 1.6% agar (1 % Bactotryptone, 0.5% yeast extract, 1% sodium chloride, pH 7.0)] and cultured at 37 ° C. overnight.

該平板培地上に形成されたコロニーより得られた形質転換体を、0.1mg/mLアンピシリンを含むLB培地50μLを添加した384穴タイタープレート中で、37℃終夜静置培養した後、50%グリセロール水溶液を50μL加え、攪拌してグリセロールストックとして用いた。   A transformant obtained from a colony formed on the plate medium was statically cultured overnight at 37 ° C. in a 384-well titer plate supplemented with 50 μL of LB medium containing 0.1 mg / mL ampicillin, and then 50% 50 μL of glycerol aqueous solution was added and stirred to use as a glycerol stock.

コスミドライブラリーの作製
実施例1で得られた34/70株ゲノムDNA約0.1mgをSau3AI(宝酒造社製)で部分消化した。この断片のSuper Cos Iベクター(ストラタジーン社製)のBamHI部位への挿入は、マニュアルに従って行った。この方法により得られた連結産物は、Gigapack III Gold(ストラタジーン社製)を用いてパッケージングを行い、マニュアルに従い、大腸菌XL1−BlueMR株(ストラタジーン社製)株に導入した。これをアンピシリン0.1mg/mLを含むLB平板培地に塗布し、37℃で終夜培養した。得られたコロニーは、96穴タイタープレートで0.1mg/mLアンピシリンを含むLB培地(各ウェル50μL)で37℃終夜培養した後、50%グリセロール水溶液50μLを加え、攪拌してグリセロールストックとした。
Preparation of cosmid library About 0.1 mg of 34/70 strain genomic DNA obtained in Example 1 was partially digested with Sau3AI (Takara Shuzo). Insertion of this fragment into the BamHI site of Super Cos I vector (Stratagene) was performed according to the manual. The ligation product obtained by this method was packaged using Gigapack III Gold (Stratagene) and introduced into E. coli XL1-BlueMR strain (Stratagene) according to the manual. This was applied to an LB plate medium containing 0.1 mg / mL of ampicillin and cultured at 37 ° C. overnight. The obtained colonies were cultured in a 96-well titer plate in LB medium (50 μL each well) containing 0.1 mg / mL ampicillin at 37 ° C. overnight, 50 μL of a 50% glycerol aqueous solution was added, and the mixture was stirred to prepare a glycerol stock.

塩基配列の決定
(4−1)DNA断片の調製
34/70株ゲノムの全塩基配列は、主に全ゲノムショットガン法を用いて決定した。該方法で塩基配列を決定するDNA断片は、上記実施例2で調製したショットガンライブラリーよりPCR法を用いて調製した。具体的には、0.1mg/mLアンピシリンを含むLB培地をウェルあたり50μLずつ分注した384穴タイタープレートに全ゲノムショットガンライブラリー由来クローンをレプリケーター(ジンソリューション社製)で植菌し、37℃で終夜静置培養を行った。該培養液を、10μLのPCR用反応液[TaKaRa Ex Taq(宝酒造社製)]を含む384穴リアクションプレート(エービージーン社製)に、レプリケーター(ジンソリューション社製)を用いて移し、GeneAmp PCR System9700 (アプライドバイオシステムズ社製)を用い、牧野らのプロトコール“DNA Research,5,p1-9 (1998)”に従ってPCRを行い、挿入断片の増幅を行った。プライマーにはM13_forプライマー(配列番号:5)およびM13_rvプライマー(配列番号:6)を使用した。その後、PCR産物精製用キット(アマシャムバイオサイエンス社製)により余剰プライマーおよびヌクレオチドの除去を行い、これをシーケンス反応のテンプレートとして用いた。
Determination of Base Sequence (4-1) Preparation of DNA Fragment The total base sequence of the 34/70 strain genome was determined mainly using the whole genome shotgun method. A DNA fragment whose nucleotide sequence was determined by this method was prepared from the shotgun library prepared in Example 2 above using the PCR method. Specifically, a clone derived from the whole genome shotgun library was inoculated with a replicator (manufactured by Ginsolution) into a 384-well titer plate in which 50 μL of LB medium containing 0.1 mg / mL ampicillin was dispensed per well, The stationary culture was performed overnight at 37 ° C. The culture solution was transferred to a 384-well reaction plate (manufactured by AB Gene Co.) containing 10 μL of a PCR reaction solution [TaKaRa Ex Taq (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) using a replicator (manufactured by Jinsolution Co., Ltd.), and GeneAmp PCR PCR was performed using System9700 (Applied Biosystems) according to Makino et al. Protocol “DNA Research, 5, p1-9 (1998)” to amplify the inserted fragment. M13_for primer (SEQ ID NO: 5) and M13_rv primer (SEQ ID NO: 6) were used as primers. Thereafter, excess primers and nucleotides were removed using a PCR product purification kit (Amersham Biosciences), and this was used as a template for a sequence reaction.

上記実施例3のコスミドライブラリーからのDNA断片は以下の方法で調製した。アンピシリン50μg/mLを含む2×YT培地(1.6%バクトトリプトン、1%酵母エキス、0.5%塩化ナトリウム、pH7.0)を1.0mLずつ分注した96穴プレートの各ウェルに、全コスミドライブラリー由来クローンを植菌し、30℃で終夜振とう培養を行った。該培養液より、プラスミド自動調製機KURABO PI-1100(倉敷紡績社製)を用い、倉敷紡績社のマニュアルに従って、コスミドDNAを調製し、これをシーケンス反応のテンプレートとして用いた。   A DNA fragment from the cosmid library of Example 3 was prepared by the following method. Into each well of a 96-well plate containing 1.0 mL of 2 × YT medium (1.6% bactotryptone, 1% yeast extract, 0.5% sodium chloride, pH 7.0) containing ampicillin 50 μg / mL, all cosmetic drives A rally-derived clone was inoculated and cultured with shaking at 30 ° C. overnight. A cosmid DNA was prepared from the culture broth using an automatic plasmid preparation machine KURABO PI-1100 (manufactured by Kurashiki Boseki Co., Ltd.) according to the manual of Kurashiki Boseki Co., and used as a template for the sequence reaction.

(4−2)シーケンス反応
2μLのDYEnamic ET Terminator Sequencing Kit(アマシャムバイオサイエンス社製)に対し、ショットガンDNA断片のシーケンス反応用プライマー対としてM13_for(配列番号:5)/M13_rv(配列番号:6)“DNA Research, 5, p1-9 (1998)”を、コスミドDNAのシーケンス反応プライマー対としてSS-cosF.1(配列番号:7)/SS-cosR.1(配列番号:8)を使用し、上記(4−1)で調製したPCR産物又はコスミドDNAを混ぜて8μLのシーケンス反応液とした。プライマーおよびDNA断片の量は各々3.2pmolおよび50〜200ngである。該反応液を用い、GeneAmp PCR System9700で60サイクルのダイターミネーターシーケンス反応を行った。サイクルパラメーターはDYEnamic ET Terminator Sequencing Kitに付属するマニュアルに従った。サンプルの精製はMultiScreen HV plate(ミリポア社製)を用い、ミリポア社のマニュアルに従って行った。精製された反応物は4℃の暗所で保存した。MegaBACE1000 Sequencing System(アマシャムバイオサイエンス社製)およびABI PRISM 3700 DNA Analyser(アプライドバイオシステムズ社製)を用い、付属のマニュアルに従って分析した。MegaBACE1000 Sequencing Systemで得られた332,592配列と3700 DNA Analyserで得られた13,461配列のデータは、サーバーEnterprise6500(サンマイクロシステムズ社製)へ転送し、保存した。346,053配列分のデータはゲノムサイズの約7倍に相当した。
尚、実施例で用いるPCR用プライマーの一覧を表3に示す。
(4-2) Sequencing reaction For 2 μL of DYEnamic ET Terminator Sequencing Kit (Amersham Biosciences), M13_for (SEQ ID NO: 5) / M13_rv (SEQ ID NO: 6) is used as a primer pair for the sequence reaction of shotgun DNA fragments. "DNA Research, 5, p1-9 (1998)" was used as a sequence reaction primer pair of cosmid DNA SS-cosF.1 (SEQ ID NO: 7) /SS-cosR.1 (SEQ ID NO: 8), The PCR product or cosmid DNA prepared in (4-1) above was mixed to prepare an 8 μL sequencing reaction solution. The amount of primer and DNA fragment is 3.2 pmol and 50-200 ng, respectively. Using this reaction solution, a 60-cycle dye terminator sequencing reaction was performed using GeneAmp PCR System 9700. The cycle parameters were according to the manual attached to the DYEnamic ET Terminator Sequencing Kit. The sample was purified using a MultiScreen HV plate (Millipore) according to the Millipore manual. The purified reaction was stored in the dark at 4 ° C. Analysis was performed using MegaBACE1000 Sequencing System (Amersham Bioscience) and ABI PRISM 3700 DNA Analyzer (Applied Biosystems) according to the attached manual. Data of 332,592 sequence obtained by MegaBACE1000 Sequencing System and 13,461 sequence obtained by 3700 DNA Analyzer were transferred to server Enterprise6500 (manufactured by Sun Microsystems) and stored. The data for 346,053 sequence corresponded to about 7 times the genome size.
Table 3 shows a list of PCR primers used in the examples.

アセンブリ(塩基配列断片を整列して重ね合わせ、連結する作業)
上記実施例4で得られた346,053配列のDNA断片のシークエンスデータからゲノム塩基配列の再構築の全作業はUNIX(登録商標)プラットフォーム上で行った。ベースコールをphred(ワシントン大学)、ベクター配列のマスクをCross_Match(ワシントン大学)、アセンブリをPhrap(ワシントン大学)で行った。アセンブリの結果得られるコンティグはグラフィカルエディターconsed(ワシントン大学)を用いて解析した。ベースコールからアセンブリまでの一連の作業はconsedに付属するスクリプトphredPhrapを利用することで一括して行った。
Assembly (work to align and connect base sequence fragments)
All the operations of reconstructing the genomic base sequence from the sequence data of the 346,053 sequence DNA fragment obtained in Example 4 were performed on the UNIX (registered trademark) platform. Base calls were made with phred (University of Washington), vector sequence masks with Cross_Match (University of Washington), and assembly with Phrap (University of Washington). The contig obtained as a result of assembly was analyzed using the graphical editor consed (University of Washington). A series of operations from base call to assembly was performed in a lump using the script phredPhrap attached to consed.

S.cerevisiaeゲノム塩基配列との比較データベース作成
S. pastorianusは、S.cerevisiaeとその近縁種との自然交雑体であると考えられている“Int.J.Syst Bacteriol.,35,p508-511(1985)”。そこで、(4−2)で得られたコスミドDNAクローンの両端塩基配列(10,044塩基配列)をS.cerevisiaeゲノム塩基配列に対しての相同性検索アルゴリズムによる相同性検索を行うことにより、各塩基配列について、S.cerevisiaeゲノム塩基配列上での相同領域の特定とその同一性を決定し、データベースを作成した。コスミド塩基配列について対応するS.cerevisiaeゲノム塩基配列との同一性分布図を図2に示す。コスミドの塩基配列は、S.cerevisiaeゲノム塩基配列と94%より高い同一性を示す塩基配列群と約84%前後の同一性を示す塩基配列群に大別された。94%より高い同一性を示す塩基配列群はSc型塩基配列、約84%前後の同一性を示す塩基配列群は非Sc型塩基配列とした。同様に(4−2)で得られたショットガンクローンおよびコスミドクローン両端塩基配列とS.cerevisiaeゲノム塩基配列との比較データベースを作成した。表1は、3,648コスミドクローンの両端塩基配列とS.cerevisiaeゲノム塩基配列との比較データベースの例を示す表である。塩基配列決定を行ったコスミドのフォワード鎖、リバース鎖それぞれのS.cerevisiaeゲノム塩基配列上での相同領域とその同一性を示す。
Comparison database creation with S. cerevisiae genome sequence
S. pastorianus is considered to be a natural hybrid between S. cerevisiae and its related species “Int. J. Syst Bacteriol., 35, p508-511 (1985)”. Therefore, the homologous search by the homology search algorithm with respect to the S. cerevisiae genomic base sequence is performed on the both end base sequences (10,044 base sequences) of the cosmid DNA clone obtained in (4-2). Regarding the nucleotide sequence, the identification and identity of the homologous region on the S. cerevisiae genomic nucleotide sequence was determined, and a database was created. FIG. 2 shows an identity distribution map of the cosmid base sequence with the corresponding S. cerevisiae genomic base sequence. The base sequences of cosmids were broadly divided into a base sequence group showing an identity higher than 94% with the S. cerevisiae genomic base sequence and a base sequence group showing about 84% identity. A base sequence group showing an identity higher than 94% was an Sc type base sequence, and a base sequence group showing about 84% identity was a non-Sc base sequence. Similarly, a comparison database was prepared of the base sequences of both ends of the shotgun clone and cosmid clone obtained in (4-2) and the S. cerevisiae genomic base sequence. Table 1 is a table showing an example of a comparative database between the base sequences of both ends of 3,648 cosmid clones and the S. cerevisiae genomic base sequence. The homologous region and its identity on the S. cerevisiae genomic nucleotide sequence of each of the forward and reverse strands of the cosmid for which the nucleotide sequence was determined are shown.

作成した比較データベースで得られた情報を基にコスミドクローン、ショットガンクローンのS.cerevisiaeゲノム塩基配列上へのマッピングを行った(図3)。また、実施例5で得られたコンティグ塩基配列とS.cerevisiaeゲノム塩基配列との比較データベース作成を行い、マッピングを行った。マッピング手法は上記に述べた方法とほぼ同様であるが、コスミドあるいはショットガンクローンのフォワード鎖とリバース鎖が異なるコンティグ内に存在する場合、これらのコンティグ間を連結させた(図4)。   Based on the information obtained from the prepared comparative database, cosmid clones and shotgun clones were mapped onto the S. cerevisiae genome base sequence (FIG. 3). In addition, a comparison database was created between the contig base sequence obtained in Example 5 and the S. cerevisiae genomic base sequence, and mapping was performed. The mapping method is almost the same as the method described above. However, when the forward strand and the reverse strand of the cosmid or shotgun clone are present in different contigs, these contigs were linked (FIG. 4).

ORFの同定と機能推定
実施例5でアセンブリした塩基配列中のORF(Open Reading Frame)の同定を行った。実施例を具体的に下記に示す。開始コドンから終始コドンまで150塩基配列以上の長さをもつ配列に対し、相補鎖も含めて6種類の読み枠についてORFを同定するプログラム、ORF finder (http://www.ncbi.nih.gov/gorf/gorf.html)を用い、実施例5でアセンブリした塩基配列中に存在するORFの同定を行った。抽出したORFの機能推定は、SGDに登録され、公開されているS.cerevisiaeのORFのアミノ酸配列との相同性検索により行った。表2は、非Sc型ゲノム中に存在するORFの機能予測結果に対応するS.cerevisiaeのORF名の例を示す表である。左から順に、ビール酵母ゲノム塩基配列に存在するORF名、ORFのポリヌクレオチド長、ORFのポリペプチド長、相同性検索により決定されたS.cerevisiaeのORF名、同一性、一致長及び遺伝子の機能を示す。
Identification of ORF and estimation of function ORF (Open Reading Frame) in the base sequence assembled in Example 5 was identified. Examples are specifically shown below. ORF finder (http://www.ncbi.nih.gov), a program that identifies ORFs for six types of reading frames, including complementary strands, for sequences with a length of 150 bases or more from the start codon to the end codon /gorf/gorf.html) was used to identify the ORF present in the base sequence assembled in Example 5. The function estimation of the extracted ORF was performed by homology search with the amino acid sequence of the ORF of S. cerevisiae registered and published in SGD. Table 2 is a table showing an example of the ORF name of S. cerevisiae corresponding to the function prediction result of the ORF existing in the non-Sc type genome. From left to right, ORF name, ORF polynucleotide length, ORF polypeptide length, ORF name of S. cerevisiae determined by homology search, identity, match length and gene function Indicates.

DNAマイクロアレイとPCRによる染色体構造の解析
酵母からのゲノムDNAの調製はQIAGEN Genomic Tip 100/G (#10243:キアゲン社製)およびQIAGEN Genomic DNA buffer set (#19060:キアゲン社製)を用いて、キットに添付のマニュアルに従って行った。このDNA 10μgをWinzelerらの方法“Science 281 1194-1197, (1998)”に従ってDNaseI(インビトロジェン社製)で消化し、ターミナルトランスフェラーゼ(ロッシュ社製)でビオチン化して、DNAマイクロアレイ(Affymetrix Gene Chip Yeast Genome S98 Array:アフィメトリクス社製)にハイブリダイズさせた。ハイブリダイゼーションおよびアレイの輝度の検出はアフィメトリクス社製 Gene Chip解析基本システムを用いて行った。
S.cerevisiaeS288C株と34/70株のそれぞれから得たプローブの輝度を発現解析用ソフト(マイクロアレイスィート5.0:アフィメトリクス社製)を用いて比較し、輝度の差をS.cerevisiaeS288C株を基準としたシグナル比(Signal log ratio)として算出した。次に各プローブのシグナル比を表計算ソフト(マイクロソフトExcel2000)を用いて各染色体ごとに整列させ、シグナル比を棒グラフで表すと、図5に示すようにシグナル比の値が大きく変化する箇所がいくつかの染色体で認められた。この実験で用いられているハイブリダイゼーションの条件では、34/70株ゲノムの中で、S.cerevisiaeと100%近い同一性を示すSc型遺伝子のみがハイブリダイズするために、34/70株ゲノム中のSc型遺伝子の数が変化することでシグナル比の変化が生じたと考えられ、シグナル比の値が大きく変化する箇所では、Sc型塩基配列からなるSc型染色体から非Sc型塩基配列からなる非Sc型染色体(あるいはその逆)へのキメラ染色体構造の存在が示唆された。
このキメラ染色体構造を、ショットガン法により決定した34/70株のゲノム塩基配列を基に、片側がSc型、反対側が非Sc型の塩基配列であるプライマーを2組(XVI-1(L)cer-95894(配列番号:9)/XVI-1(R)nonSc-106302rv(配列番号:10)、XVI-2(L)cer-859737(配列番号:11)/XVI-2(R)nonSc-864595rv(配列番号:12)設計し、34/70株由来のゲノムDNAをDNA断片としてPCRによって確認した。以下、XVI番染色体の2箇所についての例を述べる。
PCRは、TaKaRa LA TaqTMと添付のバッファーを用い、添付のマニュアルに従い、TaKaRa PCR Thermal Cycler SPを用いて反応を行った。
Analysis of chromosome structure by DNA microarray and PCR Preparation of genomic DNA from yeast using QIAGEN Genomic Tip 100 / G (# 10243: Qiagen) and QIAGEN Genomic DNA buffer set (# 19060: Qiagen) It was carried out according to the attached manual. 10 μg of this DNA was digested with DNaseI (manufactured by Invitrogen) according to the method “Science 281 1194-1197, (1998)” by Winzeler et al. S98 Array: manufactured by Affymetrix Co.). Hybridization and array brightness detection were performed using the Gene Chip analysis basic system manufactured by Affymetrix.
The luminance of probes obtained from S. cerevisiae S288C and 34/70 strains was compared using expression analysis software (Microarray Suite 5.0: manufactured by Affymetrix), and the difference in luminance was a signal based on S. cerevisiae S288C strain. Calculated as the ratio (Signal log ratio). Next, when the signal ratio of each probe is aligned for each chromosome using spreadsheet software (Microsoft Excel2000) and the signal ratio is represented by a bar graph, the number of points where the value of the signal ratio changes greatly as shown in FIG. It was found on some chromosomes. Under the hybridization conditions used in this experiment, only the Sc-type gene showing nearly 100% identity with S. cerevisiae hybridizes in the 34/70 strain genome. It is considered that a change in the signal ratio was caused by the change in the number of Sc-type genes, and in a place where the value of the signal ratio greatly changed, a non-Sc base sequence consisting of a non-Sc base sequence was obtained from a Sc type chromosome consisting of a Sc type base sequence. The existence of a chimeric chromosome structure on the Sc-type chromosome (or vice versa) was suggested.
Based on the genomic base sequence of the 34/70 strain determined by the shotgun method, this chimeric chromosome structure was based on two sets of primers (XVI-1 (L) cer-95894 (SEQ ID NO: 9) / XVI-1 (R) nonSc-106302rv (SEQ ID NO: 10), XVI-2 (L) cer-859737 (SEQ ID NO: 11) / XVI-2 (R) nonSc- 864595rv (SEQ ID NO: 12) was designed, and genomic DNA derived from the 34/70 strain was confirmed by PCR as a DNA fragment.
PCR was performed using TaKaRa LA Taq and the attached buffer and TaKaRa PCR Thermal Cycler SP according to the attached manual.

PCRの結果、34/70株からは、予想される長さのDNA断片が増幅されたことが0.8%アガロース電気泳動で確認されたが、PCRのテンプレートとして実験室株S.cerevisiaeX2180−1AのゲノムDNAを用いた場合にはDNA断片の増幅は認められなかった。さらに34/70株から増幅されたDNA断片の両端の塩基配列を確認したところ、確かにショットガン法により決定したゲノム塩基配列と一致していることが明らかとなり、その領域内においてSc型染色体と非Sc型染色体の連結(乗換え)が生じていることが確認された。
以上の結果からXVI番染色体には、図6に示すように少なくとも2種類の染色体が存在すると考えられた。同様の手法を用いて、Sc型染色体と非Sc型染色体(あるいはその逆)との連結、つまりキメラ染色体構造の存在が示唆される領域に関して確認を行った。このようなSc型染色体と非Sc型染色体のキメラ染色体構造は、34/70株全染色体中では少なくとも13個所確認された(図1)。
ゲノム情報を利用することによって、下面発酵酵母の複雑な染色体構造が明らかとなり、34/70株には少なくとも37種類以上の染色体が存在することが明らかとなった。
As a result of PCR, it was confirmed by 0.8% agarose electrophoresis that a DNA fragment of the expected length was amplified from the 34/70 strain, but as a PCR template, a laboratory strain S. cerevisiae X2180-1A was used. When the genomic DNA was used, amplification of the DNA fragment was not observed. Furthermore, when the nucleotide sequences at both ends of the DNA fragment amplified from the 34/70 strain were confirmed, it was revealed that the DNA sequence was indeed identical with the genomic nucleotide sequence determined by the shotgun method. It was confirmed that non-Sc-type chromosomes were linked (transferred).
From the above results, it was considered that the XVI chromosome has at least two types of chromosomes as shown in FIG. Using a similar method, confirmation was made regarding a region where the connection between the Sc-type chromosome and the non-Sc-type chromosome (or vice versa), that is, the presence of a chimeric chromosome structure was suggested. Such a chimeric chromosome structure of Sc-type chromosome and non-Sc-type chromosome was confirmed in at least 13 places in all chromosomes of 34/70 strain (FIG. 1).
By using genomic information, the complex chromosomal structure of bottom fermenting yeast was clarified, and it was clarified that 34/70 strains had at least 37 types of chromosomes.

34/70株のSSU1遺伝子のクローニング
実施例6で得られた比較データベースを用いて、非Sc型SSU1遺伝子を含むクローンを検索し、ショットガンクローンのフォワード塩基配列、リバース塩基配列とS.cerevisiaeとの相同性がそれぞれ62.9%、82.9%で、位置情報より完全長の非Sc型SSU1遺伝子を含む約2.4kbの断片が挿入されたショットガンクローンSSS103_G08を取得した。
これをショットガンライブラリーから選択し、PCR法によって非Sc型SSU1遺伝子の全長を取得した。プライマーとしてSacI-nonSc-SSU1_for1(配列番号:13)、およびBglII-nonSc-SSU1_rv1460(配列番号:14)の合成DNAを用いた。この組み合わせによって非Sc型SSU1遺伝子の塩基番号1〜1460が増幅され、約1.5kbのSacI-BglII断片が得られた。
Cloning of SSU1 gene of 34/70 strain Using the comparative database obtained in Example 6, a clone containing a non-Sc type SSU1 gene was searched, and the forward base sequence, reverse base sequence and S. cerevisiae of the shotgun clone Were obtained, and a shotgun clone SSS103_G08 was obtained in which a fragment of about 2.4 kb containing a full-length non-Sc type SSU1 gene was inserted from the position information.
This was selected from a shotgun library, and the full length of the non-Sc type SSU1 gene was obtained by PCR. SacI-nonSc-SSU1_for1 (SEQ ID NO: 13) and BglII-nonSc-SSU1_rv1460 (SEQ ID NO: 14) synthetic DNA were used as primers. By this combination, base numbers 1-1460 of the non-Sc type SSU1 gene were amplified, and a SacI-BglII fragment of about 1.5 kb was obtained.

Sc型SSU1遺伝子については、34/70株のゲノムDNAをテンプレートとし、SGDの情報を元に設計したプライマー対を用いたPCRで遺伝子の全長を取得した。プライマーにはSacI-ScSSU1_for1(配列番号:15)、およびBglII-ScSSU1_rv1406(配列番号:16)の合成DNAを用いた。この組み合わせによってSc型SSU1遺伝子の塩基番号1〜1406が増幅され、約1.4kbのSacI-BglII断片が得られた。
上記のようにして得られたSc型および非Sc型SSU1遺伝子断片を、TA cloningキット(インビトロジェン社製)によってキットに添付のpCR 2.1-TOPOベクターに挿入し、これらをそれぞれTOPO/ScSSU1およびTOPO/nonSc-SSU1とした。得られたSc型および非Sc型SSU1遺伝子の塩基配列は、サンガーの方法“F.Sanger,Science,214,p1215,1981”で調べた(図10)。
For the Sc-type SSU1 gene, the full length of the gene was obtained by PCR using the 34/70 strain genomic DNA as a template and a primer pair designed based on SGD information. SacI-ScSSU1_for1 (SEQ ID NO: 15) and BglII-ScSSU1_rv1406 (SEQ ID NO: 16) synthetic DNA were used as primers. By this combination, base numbers 1 to 1406 of the Sc-type SSU1 gene were amplified, and a SacI-BglII fragment of about 1.4 kb was obtained.
The Sc-type and non-Sc-type SSU1 gene fragments obtained as described above were inserted into the pCR 2.1-TOPO vector attached to the kit by TA cloning kit (manufactured by Invitrogen), and these were inserted into TOPO / ScSSU1 and TOPO / It was set as nonSc-SSU1. The base sequences of the obtained Sc-type and non-Sc-type SSU1 genes were examined by the Sanger method “F. Sanger, Science, 214, p1215, 1981” (FIG. 10).

SSU1遺伝子破壊株の作製
文献 “Goldstein et al., yeast.15 1541(1999)”に記載の方法に従い、薬剤耐性マーカーを含むプラスミド(pFA6a (G418r)、pAG25(nat1)) をテンプレートとしたPCRによって遺伝子破壊用断片を作製した。PCR用のプライマーとして、非Sc型SSU1遺伝子破壊にはnonSc-SSU1_for(配列番号:17)/nonSc-SSU1_rv(配列番号:18)を、Sc型SSU1遺伝子破壊にはScSSU1_for(配列番号:19)/ScSSU1_rv(配列番号:20)を用いた。非Sc型SSU1遺伝子の破壊にはさらにプラスミドpPGAPAUR (AUR1-C)およびプライマーnonSc-SSU1_for+pGAPAUR(配列番号:21)/nonSc-SSU1_rv+AUR1-C(配列番号:22)を用いた。このようにしてSc型SSU1遺伝子破壊用断片2種類、非Sc型SSU1遺伝子破壊用断片3種類を作製した。
上述の方法で作製した遺伝子破壊用断片で下面発酵酵母BH96株を形質転換した。形質転換は特開平07−303475号公報に記載された方法で行い、選択薬剤の濃度はそれぞれgeneticin 300mg/L、nourseothricin 50mg/L、aureobasidin A 1mg/Lとした。
Preparation of SSU1 gene disruption strain PCR using plasmids containing drug resistance markers (pFA6a (G418 r ), pAG25 (nat1)) as a template according to the method described in the literature “Goldstein et al., Yeast.15 1541 (1999)” A fragment for gene disruption was prepared. As primers for PCR, nonSc-SSU1_for (SEQ ID NO: 17) / nonSc-SSU1_rv (SEQ ID NO: 18) is used for non-Sc SSU1 gene disruption, and ScSSU1_for (SEQ ID NO: 19) / for Sc-type SSU1 gene disruption. ScSSU1_rv (SEQ ID NO: 20) was used. Plasmid pPGAPAUR (AUR1-C) and primer nonSc-SSU1_for + pGAPAUR (SEQ ID NO: 21) / nonSc-SSU1_rv + AUR1-C (SEQ ID NO: 22) were further used for disruption of the non-Sc type SSU1 gene. In this way, two types of Sc-type SSU1 gene disruption fragments and three types of non-Sc-type SSU1 gene disruption fragments were prepared.
The bottom fermenting yeast strain BH96 was transformed with the gene disruption fragment prepared by the method described above. Transformation was performed by the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-303475, and the concentrations of selected drugs were geneticin 300 mg / L, nourseothricin 50 mg / L, and aureobasidin A 1 mg / L, respectively.

ここで得られた形質転換体について、それぞれ用いた薬剤耐性マーカーが導入されかつ各SSU1遺伝子が破壊されていることをSouthern解析によって確認した。まず、親株および形質転換体から抽出したゲノムDNAを、Sc型SSU1遺伝子破壊確認にはNcoIで、非Sc型SSU1遺伝子破壊確認にはHindIIIで制限酵素処理(37℃、18hrs)し、これを1.5%アガロースゲル電気泳動で展開後、メンブレンにトランスファーした。以下はAlkphos Direct Labelling Reagents(アマシャムファルマシア社製)のプロトコールにしたがって、Sc型1あるいは非Sc型SSU1遺伝子に特異的なプローブとハイブリダイズ(55℃、18hrs)させ、CDP-Starでシグナルを検出した。
このようにして遺伝子破壊が確認できた株を、それぞれ
Sc-1 (ScSSU1/Scssu1::G418r)
Sc-2 (Scssu1::G418r/Scssu1::nat)
nonSc-1 (nonSc-SSU1/nonSc-SSU1/nonSc-ssu1::G418r)
nonSc-2 (nonSc-SSU1/nonSc-ssu1::G418r/nonSc-ssu1::nat)
nonSc-3 (nonSc-ssu1::G418r/nonSc-ssu1::nat/nonSc-ssu1::AUR1-C)
と命名した。
About the transformant obtained here, it was confirmed by Southern analysis that the respective drug resistance markers used were introduced and that each SSU1 gene was destroyed. First, genomic DNA extracted from a parent strain and a transformant was treated with restriction enzyme (37 ° C., 18 hrs) with NcoI for confirming Sc-type SSU1 gene disruption and with HindIII for confirming non-Sc-type SSU1 gene disruption. .Developed by 5% agarose gel electrophoresis and transferred to a membrane. In the following, according to the protocol of Alkphos Direct Labeling Reagents (manufactured by Amersham Pharmacia), hybridization with a probe specific to Sc type 1 or non-Sc type SSU1 gene (55 ° C., 18 hrs) was performed, and the signal was detected with CDP-Star .
In this way, each strain where gene disruption was confirmed
Sc-1 (ScSSU1 / Scssu1 :: G418 r )
Sc-2 (Scssu1 :: G418 r / Scssu1 :: nat)
nonSc-1 (nonSc-SSU1 / nonSc-SSU1 / nonSc-ssu1 :: G418 r )
nonSc-2 (nonSc-SSU1 / nonSc-ssu1 :: G418 r / nonSc-ssu1 :: nat)
nonSc-3 (nonSc-ssu1 :: G418 r / nonSc-ssu1 :: nat / nonSc-ssu1 :: AUR1-C)
Named.

ビール試験醸造における亜硫酸生成量の解析
親株ならびに実施例10で得られた遺伝子破壊株 Sc-1〜nonSc-3を用いた発酵試験を以下の条件で行った。
麦汁エキス濃度 12.75%
麦汁容量 2L
麦汁溶存酸素濃度 約9ppm
発酵温度 15℃一定
酵母投入量 10g 湿酵母菌体/2L麦汁
発酵液を経時的にサンプリングし、酵母増殖量(OD600)(図7−a)、外観エキス濃度(図7−b)、亜硫酸濃度(図7−c)の経時変化を調べた。亜硫酸の定量は、酸性下で蒸留により亜硫酸を過酸化水素水に捕集した後、アルカリで滴定することによって行った((財)日本醸造協会 改訂BCOJビール分析法)。
この結果、Sc型SSU1遺伝子破壊株では親株と同程度の亜硫酸生成量であったのに対し、非Sc型SSU1遺伝子破壊株では著しく低下していることが分かった。このことから、亜硫酸生成において下面発酵酵母特有の非Sc型SSU1遺伝子が大きく寄与していることが示唆された。
またこのとき、非Sc型SSU1遺伝子破壊株では増殖速度およびエキス消費速度が著しく低下しており、亜硫酸排出能を欠落させることによって細胞内に過剰の亜硫酸が蓄積し、生育を阻害するという考えを支持する結果が得られた。
Analysis of the amount of sulfite produced in beer test brewing A fermentation test using the parent strain and the gene-disrupted strains Sc-1 to nonSc-3 obtained in Example 10 was performed under the following conditions.
Wort extract concentration 12.75%
Wort capacity 2L
Wort dissolved oxygen concentration about 9ppm
Fermentation temperature 15 ° C constant yeast input 10g Wet yeast cells / 2L wort The fermentation liquor was sampled over time, yeast growth (OD600) (Fig. 7-a), appearance extract concentration (Fig. 7-b), sulfurous acid Changes with time in the concentration (FIG. 7-c) were examined. Sulfurous acid was quantified by collecting sulfurous acid in aqueous hydrogen peroxide by distillation under acidic conditions and then titrating with alkali (Japan Brewing Association revised BCOJ beer analysis method).
As a result, it was found that the amount of sulfite produced in the Sc-type SSU1 gene-disrupted strain was about the same as that of the parent strain, whereas that in the non-Sc-type SSU1 gene-disrupted strain was significantly reduced. This suggested that the non-Sc type SSU1 gene peculiar to bottom fermentation yeast greatly contributed to sulfite production.
In addition, at this time, the growth rate and extract consumption rate of the non-Sc SSU1 gene-disrupted strain are remarkably reduced, and excess sulfite accumulates in the cells due to lack of sulfite excretion ability, thereby inhibiting growth. Supporting results were obtained.

SSU1遺伝子高発現株の作製
実施例9記載のプラスミドTOPO/nonSc-SSU1から制限酵素(SacI−BglII)処理によって非Sc型SSU1遺伝子全長を含む約1.5kbの断片を切り出した。これを同様に制限酵素(SacI−BglII)処理したpNI−NUTに挿入し、非Sc型SSU1遺伝子高発現ベクターpYI-nonSc-SSU1を構築した。ベクターpNI-NUTは酵母染色体相同組換え部位としてURA3、形質転換マーカーとしてヌーセオスリシン耐性遺伝子(nat1)およびアンピシリン耐性遺伝子(Ampr)を含んでいる。一方、Sc型SSU1遺伝子高発現ベクターpNI-SSU1は、上記pYI-nonSc-SSU1の非Sc型SSU1遺伝子部分を、約2kbのS.cerevisiae由来のSSU1-R“J.Ferment.Bioeng.,86,p427,(1998)”で置換した構造である。ここで導入した各SSU1遺伝子の高発現には、グリセルアルデヒド-3-ホスフェートデヒドロゲナーゼ遺伝子(TDH3)のプロモーターおよびターミネーターを用いた。
上述の方法で作製した高発現ベクターで下面発酵酵母BH225株を形質転換した。形質転換は特開平07−303475号公報に記載された方法で行い、nourseothricin50mg/Lを含むYPD平板培地で選択した。
Preparation of SSU1 gene high expression strain A fragment of about 1.5 kb including the full length of non-Sc type SSU1 gene was excised from plasmid TOPO / nonSc-SSU1 described in Example 9 by restriction enzyme (SacI-BglII) treatment. This was similarly inserted into pNI-NUT treated with a restriction enzyme (SacI-BglII) to construct a non-Sc SSU1 gene high expression vector pYI-nonSc-SSU1. The vector pNI-NUT contains URA3 as a yeast chromosomal homologous recombination site, and includes a nuoseosricin resistance gene (nat1) and an ampicillin resistance gene (Amp r ) as transformation markers. On the other hand, the Sc-type SSU1 gene high expression vector pNI-SSU1 is a non-Sc-type SSU1 gene portion of the above-mentioned pYI-nonSc-SSU1 and has an S. This is a structure substituted with SSU1-R “J. Ferment. Bioeng., 86, p427, (1998)” derived from cerevisiae. The glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase gene (TDH3) promoter and terminator were used for the high expression of each SSU1 gene introduced here.
The bottom fermenting yeast strain BH225 was transformed with the high expression vector prepared by the method described above. Transformation was performed by the method described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 07-303475, and selection was performed on a YPD plate medium containing nourseothricin 50 mg / L.

高発現の確認はRT−PCRによって行った。totalRNAの抽出にはRNeasy Mini Kit(キアゲン社製)を用い、for total RNA isolation from yeastのマニュアルにしたがって行った。Sc型SSU1遺伝子特異的プライマーにはScSSU1_for331(配列番号:23)/ScSSU1_982rv(配列番号:24)、非Sc型SSU1遺伝子特異的プライマーにはnonSc-SSU1_for329(配列番号:25)/nonSc-SSU1_981rv(配列番号:26)、内部標準には酵母において構成的発現遺伝子であるPDA1を用い、特異的プライマーとしてPDA1_for1(配列番号:27)/PDA1_730rv(配列番号:28)を用いた。PCR産物を1.2%アガロース電気泳動で展開後、エチジウムブロマイド溶液で染色し、各SSU1遺伝子のシグナル値をPDA1遺伝子のシグナル値で標準化して親株のそれと比較した。こうして高発現が確認された株をそれぞれSc型SSU1遺伝子高発現株、非Sc型SSU1遺伝子高発現株と命名した。   High expression was confirmed by RT-PCR. Total RNA was extracted using RNeasy Mini Kit (manufactured by Qiagen) according to the manual for total RNA isolation from yeast. ScSSU1_for331 (SEQ ID NO: 23) / ScSSU1_982rv (SEQ ID NO: 24) for the Sc-type SSU1 gene-specific primer, and nonSc-SSU1_for329 (SEQ ID NO: 25) / nonSc-SSU1_981rv (sequence) for the non-Sc-type SSU1 gene-specific primer No. 26), PDA1 which is a constitutive expression gene in yeast was used as an internal standard, and PDA1_for1 (SEQ ID NO: 27) / PDA1_730rv (SEQ ID NO: 28) was used as a specific primer. The PCR product was developed by 1.2% agarose electrophoresis, stained with ethidium bromide solution, and the signal value of each SSU1 gene was normalized with the signal value of PDA1 gene and compared with that of the parent strain. The strains that were confirmed to be highly expressed in this way were named Sc type SSU1 gene high expression strain and non-Sc type SSU1 gene high expression strain, respectively.

ビール試験醸造における亜硫酸排出量の解析
親株並びに実施例12で得られたSSU1遺伝子高発現株を用いた発酵試験を以下の条件で行った。
麦汁エキス濃度 12.83%
麦汁容量 2L
麦汁溶存酸素濃度 約9ppm
発酵温度 12℃一定
酵母投入量 10g湿酵母菌体/2L麦汁
実施例11と同様に、発酵液を経時的にサンプリングし、酵母増殖量 (OD600) (図8−a)、外観エキス濃度(図8−b)、亜硫酸濃度(図8−c)の経時変化を調べた。亜硫酸生成量は、Sc型SSU1高発現株(発酵終了時において19ppm)は親株(同12ppm)より若干高い程度であったのに対して、非Sc型SSU1遺伝子高発現株では著しい増大(同45ppm)がみられた。またこのとき、親株と高発現株の間で、増殖速度およびエキス消費速度には差がみられなかった。
以上の結果から、本発明によって開示された下面発酵酵母の亜硫酸排出ポンプを高レベルで構成的に発現させて、亜硫酸のビール中への排出能が強化された酵母では、発酵工程や発酵期間を変えることなく、ビールの抗酸化剤として作用する亜硫酸の排出量を特異的に増加させることが可能となった。これによって香味安定性に優れ、より品質保持期間の長い酒類を製造することが可能となった。
Analysis of Sulfurous Acid Emission in Beer Test Brewing A fermentation test using the parent strain and the SSU1 gene high expression strain obtained in Example 12 was performed under the following conditions.
Wort extract concentration 12.83%
Wort capacity 2L
Wort dissolved oxygen concentration about 9ppm
Fermentation temperature 12 ° C constant yeast input 10g wet yeast cells / 2L wort As in Example 11, the fermentation broth was sampled over time, and the yeast growth (OD600) (Fig. 8-a), appearance extract concentration ( FIG. 8-b) and the change with time of the sulfurous acid concentration (FIG. 8-c) were examined. The amount of sulfite produced was slightly higher in the Sc-type SSU1 high-expressing strain (19 ppm at the end of fermentation) than the parent strain (12 ppm in the same), whereas in the non-Sc-type SSU1 highly expressing strain (45 ppm in the same) ) Was seen. At this time, there was no difference in growth rate and extract consumption rate between the parent strain and the high expression strain.
From the above results, in the yeast in which the sulfite discharge pump of the bottom fermentation yeast disclosed by the present invention is constitutively expressed at a high level and the discharge ability of sulfite into beer is enhanced, the fermentation process and fermentation period are reduced. Without change, it became possible to specifically increase the amount of sulfurous acid that acts as an antioxidant for beer. This makes it possible to produce alcoholic beverages with excellent flavor stability and a longer quality retention period.

34/70株のMET14遺伝子のクローニング
実施例6で得られた比較データベースを用いて、非Sc型MET14遺伝子を含むクローンを検索し、ショットガンクローンのフォワード塩基配列、リバース塩基配列とS.cerevisiaeとの相同性がそれぞれ79.0%、56.0%で、位置情報より完全長の非Sc型MET14構造遺伝子を含む約1.9kbの断片が挿入されたショットガンクローンSSS134_O21を取得した。
これをショットガンライブラリーから選択し、PCRによって非Sc型MET14遺伝子の全長を取得した。プライマーとして、表3に示すSacI-nonSc-MET14_for-21(配列番号:29)、およびBamHI-nonSc-MET14_rv618(配列番号:30)の合成DNAを用いた。この組み合わせによって約0.6kbの非Sc型MET14遺伝子SacI−BamHI断片が得られた。
Cloning of MET14 gene of 34/70 strain Using the comparative database obtained in Example 6, a clone containing a non-Sc MET14 gene was searched, and the forward base sequence, reverse base sequence and S. cerevisiae of the shotgun clone were Were obtained, and a shotgun clone SSS134_O21 into which a fragment of about 1.9 kb containing a full-length non-Sc MET14 structural gene was obtained from the positional information was obtained.
This was selected from a shotgun library, and the full length of the non-Sc MET14 gene was obtained by PCR. As primers, synthetic DNAs of SacI-nonSc-MET14_for-21 (SEQ ID NO: 29) and BamHI-nonSc-MET14_rv618 (SEQ ID NO: 30) shown in Table 3 were used. This combination yielded a non-Sc MET14 gene SacI-BamHI fragment of about 0.6 kb.

Sc型MET14遺伝子については、34/70株のゲノムDNAをテンプレートとし、SGDの情報を元に設計したプライマー対を用いたPCRで遺伝子の全長を取得した。プライマーにはSacI-ScMET14_for(配列番号:31)、およびBamHI-ScMET14_rv(配列番号:32)の合成DNAを用いた。この組み合わせによって約0.6kbのSc型MET14遺伝子の塩基番号1〜609が増幅され、約0.6kbのSacI-BamHI断片が得られた。
上記のようにして得られたSc型および非Sc型MET14遺伝子断片を、TA cloningキット(インビトロジェン社製)によってキットに添付のpCR 2.1-TOPOベクターに挿入し、これらをそれぞれTOPO/ScMET14およびTOPO/nonSc-MET14とした。
得られたSc型および非Sc型MET14遺伝子の塩基配列は、サンガーの方法“Science,214,p1215(1981)”で調べた(図11)。
For the Sc-type MET14 gene, the full length of the gene was obtained by PCR using the 34/70 strain genomic DNA as a template and a primer pair designed based on SGD information. SacI-ScMET14_for (SEQ ID NO: 31) and BamHI-ScMET14_rv (SEQ ID NO: 32) synthetic DNA were used as primers. By this combination, base numbers 1 to 609 of the approximately 0.6 kb Sc-type MET14 gene were amplified, and an approximately 0.6 kb SacI-BamHI fragment was obtained.
The Sc-type and non-Sc-type MET14 gene fragments obtained as described above were inserted into the pCR 2.1-TOPO vector attached to the kit using a TA cloning kit (manufactured by Invitrogen), and these were inserted into TOPO / ScMET14 and TOPO / It was set as nonSc-MET14.
The base sequences of the obtained Sc-type and non-Sc-type MET14 genes were examined by the Sanger method “Science, 214, p1215 (1981)” (FIG. 11).

Sc型SSU1遺伝子高発現株における各MET14遺伝子の高発現
実施例14記載のSc型および非Sc型MET14遺伝子を含む約0.6kbの断片をpUP3GLP(特開2000−316559)のマルチクローニングサイトに挿入し、各MET14遺伝子がグリセルアルデヒド−3−ホスフェートデヒドロゲナーゼ遺伝子のプロモーターおよびターミネーターで発現されるような、高発現ベクターpUP3ScMET14、pUP3nonSc-MET14を構築した。一方、実施例12記載のSc型SSU1遺伝子高発現ベクターpNI-SSU1で上面ビール酵母KN009F株を形質転換し、Sc型SSU1遺伝子高発現株FOY227株を作製した。このFOY227株を上述のpUP3ScMET14、pUP3nonSc-MET14で形質転換し、Sc型SSU1遺伝子高発現株におけるSc型MET14遺伝子高発現株FOY306株,非Sc型MET14遺伝子高発現株FOY307株を作製した。
High expression of each MET14 gene in a high expression strain of Sc-type SSU1 gene Insert a fragment of about 0.6 kb containing the Sc-type and non-Sc-type MET14 genes described in Example 14 into the multicloning site of pUP3GLP (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-316559). Then, high expression vectors pUP3ScMET14 and pUP3nonSc-MET14 were constructed so that each MET14 gene was expressed by the promoter and terminator of the glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase gene. On the other hand, the upper brewer's yeast KN009F strain was transformed with the Sc-type SSU1 gene high expression vector pNI-SSU1 described in Example 12 to produce the Sc-type SSU1 gene high expression strain FOY227. This FOY227 strain was transformed with the above-mentioned pUP3ScMET14 and pUP3nonSc-MET14 to prepare a Sc-type MET14 gene high-expression strain FOY306 and a non-Sc-type MET14 gene high-expression FOY307 strain in the Sc-type SSU1 high-expression strain.

ビール試験醸造における亜硫酸排出量の解析
実施例15で得られたSc型SSU1遺伝子高発現株FOY227株、Sc型SSU1高発現株におけるSc型MET14遺伝子高発現株FOY306株、非Sc型MET14遺伝子高発現株FOY307株および親株KN009F株を用いた発酵試験を以下の条件で行った。
麦汁エキス濃度 12.84%
麦汁容量 1.5L
麦汁溶存酸素濃度 約9ppm
発酵温度 25℃一定
酵母投入量 7.5g湿酵母菌体/1.5L麦汁
実施例11と同様に、発酵液を経時的にサンプリングし、酵母増殖量 (OD600)、外観エキス濃度、亜硫酸濃度の経時変化を調べた。酵母増殖量、エキス消費量には各株間で差が認められなかったが、亜硫酸生成量は、図9に示すように、親株(KN009F)が殆ど亜硫酸を生成しない(発酵終了時において0.32ppm)のに対し、Sc型SSU1遺伝子高発現株FOY227株では僅かに生成量が増加(同3.4ppm)しており、これに更にSc型MET14を高発現させた株FOY306株では、若干増加が認められ(同6.4ppm)非Sc型MET14遺伝子高発現株では著しい増大(同16.6ppm)が認められた。
Analysis of sulfite discharge in beer test brewing Sc type SSU1 gene high expression strain FOY227 obtained in Example 15, Sc type SSU1 high expression strain Sc type MET14 gene high expression strain FOY306 strain, non-Sc type MET14 gene high expression A fermentation test using the strain FOY307 and the parent strain KN009F was performed under the following conditions.
Wort extract concentration 12.84%
Wort capacity 1.5L
Wort dissolved oxygen concentration about 9ppm
Fermentation temperature 25 ° C constant yeast input 7.5g wet yeast cells / 1.5L wort As in Example 11, the fermentation broth was sampled over time, yeast growth (OD600), appearance extract concentration, sulfite concentration The change with time was examined. Although there was no difference between the strains in the amount of yeast growth and the amount of extract consumed, as shown in FIG. 9, the parent strain (KN009F) hardly produced sulfite as shown in FIG. 9 (0.32 ppm at the end of fermentation). On the other hand, the production amount of the F-type SFU1 gene FOY227 strain slightly increased (3.4 ppm), and the FOY306 strain that highly expressed the Sc-type MET14 further increased slightly. A significant increase (16.6 ppm) was observed in the non-Sc MET14 gene high expression strain.

以上の結果から、本発明によって開示された下面発酵酵母特有のアデニリル硫酸キナーゼを構成的に発現させて、亜硫酸の生成能が強化された酵母では、発酵工程や発酵期間を変えることなく、ビールの抗酸化剤として作用する亜硫酸の排出量を特異的に増加させることが可能となった。これによって香味安定性に優れ、より品質保持期間の長い酒類を製造することが可能となった。   From the above results, in yeast that constitutively expresses the adenylyl sulfate kinase disclosed by the present invention and has enhanced sulfite production ability, without changing the fermentation process or fermentation period, The amount of sulfurous acid that acts as an antioxidant can be specifically increased. This makes it possible to produce alcoholic beverages with excellent flavor stability and a longer quality retention period.

下面発酵酵母のDNAマイクロアレイの作製
下面発酵酵母のDNAマイクロアレイを34/70株の全ゲノム塩基配列情報から推定したORFおよびそのORF間の領域のDNA塩基配列に基づいて作成した。
Preparation of DNA microarray of bottom fermenting yeast A DNA microarray of bottom fermenting yeast was prepared based on the DNA base sequence of the ORF estimated from the whole genome base sequence information of the 34/70 strain and the region between the ORFs.

DNA マイクロアレイの作製
(1)34/70株の全ゲノム塩基配列情報から22483領域、(2)34/70株でSc型ORFとして同定されていない403個のSGD由来のS.cerevisiae ORF領域、(3)Genbankに登録されている20個のS.pastorianus遺伝子配列情報から27領域、(4)内部標準として64個の遺伝子塩基配列領域情報に基づき、GeneChip技術(アフィメトリクス社)を用いて、ビール酵母全ゲノム塩基配列に対してユニークなPM(Perfect Match)プローブ(25塩基のオリゴヌクレオチド配列)を設計した。解析において広範な定量性と再現性が得られるよう上記(1)、(2)、(3)で選択した領域について1領域から11プローブ、(4)について1領域から20プローブを選択した。また、各プローブで非特異的なハイブリダイゼーションの度合いを定量するためにPMプローブの13番目の塩基が異なるMM(MisMatch)プローブも設計した。
設計した全PMおよびMMプローブをGeneChip技術を用いて基板上に合成し、下面発酵酵母DNAマイクロアレイを作製した。
Preparation of DNA microarray (1) 22483 region from the whole genome sequence information of 34/70 strain, (2) 403 SGD-derived S. cerevisiae ORF regions not identified as Sc type ORF in 34/70 strain, 3) 27 regions from 20 S. pastorinus gene sequence information registered in Genbank, and (4) brewer's yeast using GeneChip technology (Affymetrix) based on 64 gene sequence region information as an internal standard. A PM (Perfect Match) probe (25 base oligonucleotide sequence) unique to the whole genome base sequence was designed. In order to obtain a wide range of quantification and reproducibility in the analysis, 11 probes were selected from 1 region for the regions selected in the above (1), (2), and (3), and 20 probes were selected from 1 region for (4). In addition, in order to quantify the degree of non-specific hybridization in each probe, an MM (MisMatch) probe having a different 13th base of the PM probe was also designed.
The designed all PM and MM probes were synthesized on a substrate using GeneChip technology to prepare a bottom fermentation yeast DNA microarray.

1)には以下のものが含まれる。
6307個のA)非Sc型ORF由来のDNA塩基配列、B)7640個のSc型ORF由来のDNA塩基配列、C)28個の34/70株のミトコンドリアORF由来のDNA塩基配列、D)553個の上記ORFとして同定されていないが、NCBI-BlastX相同性検索で相同性が存在したDNA塩基配列領域、E)7955個の上記A)、B)のORF間の領域。
1) includes the following.
6307 A) DNA base sequences derived from non-Sc ORF, B) 7640 Sc base ORF-derived DNA base sequences, C) 28 34/70 strain mitochondrial ORF-derived DNA base sequences, D) 553 DNA base sequence region that was not identified as one of the above ORFs but had homology in the NCBI-BlastX homology search, E) a region between ORFs of 7955 above A) and B).

2)には以下のものが含まれる。
YBL108C-A、YBR074W、YFL061W、YIL165C、YGR291C、YJR052W、YDR223W、YAL025C、YAR073W、YFL057C、YLL015W、YJR105W、YLR299C-A、YNR073C、YDL246C、YHL049C、YAR010C、YKL096W、YBL026W、YMR230W、YAL037C-A、YAL037C-B、YAL037W、YAL063C-A、YAL064C-A、YAL064W、YAL065C、YAL068W-A、YAL069W、YAR009C、YAR020C、YAR042W、YAR047C、YAR053W、YAR060C、YAR061W、YAR062W、YBL027W、YBL040C、YBL068W-A、YBL101W-B、YBL109W、YBL112C、YBR092C、YBR191W-A、YBR219C、YCL019W、YCL029C、YCL065W、YCL066W、YCL068C、YCL069W、YCL073C、YCL074W、YCL075W、YCL076W、YCR035C、YCR036W、YCR038W-A、YCR101C、YCR104W、YCR105W、YCR106W、YCR107W、YCR108C、YDL003W、YDL037C、YDL064W、YDL073W、YDL094C、YDL095W、YDL096C、YDL136W、YDL143W、YDL152W、YDL191W、YDL200C、YDL201W、YDL247W-A、YDL248W、YDR014W、YDR015C、YDR034C-D、YDR039C、YDR045C、YDR098C-B、YDR160W、YDR210C-D、YDR210W-B、YDR215C、YDR225W、YDR261C-D、YDR261W-B、YDR292C、YDR302W、YDR304C、YDR305C、YDR342C、YDR344C、YDR364C、YDR365W-B、YDR427W、YDR433W、YDR471W、YDR510C-A、YDR543C、YDR544C、YEL012W、YEL075W-A、YER039C-A、YER046W-A、YER056C-A、YER060W-A、YER074W、YER138C、YER187W、YER188C-A、YER190C-A、YFL002W-A、YFL014W、YFL019C、YFL020C、YFL030W、YFL031W、YFL051C、YFL052W、YFL053W、YFL054C、YFL055W、YFL056C、YFL063W、YFL065C、YFL066C、YFL067W、YFR012W-A、YGL028C、YGL041C、YGL052W、YGL210W-A、YGL259W、YGL262W、YGL263W、YGR034W、YGR038C-B、YGR089W、YGR107W、YGR109W-A、YIL082W-A、YGR122C-A、YGR146C、YGR148C、YGR161W-B、YGR182C、YGR183C、YGR271C-A、YGR290W、YGR295C、YHL009W-A、YHL009W-B、YHL015W-A、YHL046W-A、YHL047C、YHL048C-A、YHL048W、YHR032C-A、YHR032W-A、YHR039C-A、YHR043C、YHR070C-A、YHR071C-A、YHR071W、YHR141C、YHR165W-A、YHR179W、YHR180C-B、YHR180W-A、YHR182W、YHR193C、YHR193C-A、YHR207C、YHR211W、YHR213W-A、YHR216W、YHR217C、YHR218W-A、YIL029C、YIL052C、YIL069C、YIL148W、YIL171W、YIL174W、YIL176C、YIR018C-A、YIR041W、YIR042C、YIR043C、YIR044C、YJL012C-A、YJL014W、YJL062W-A、YJL136C、YJL175W、YJL222W-B、YJR024C、YJR027W、YJR032W、YJR053W、YJR054W、YJR094W-A、YJR107W、YJR110W、YJR111C、YJR140W-A、YJR151C、YJR152W、YJR153W、YJR154W、YJR155W、YJR162C、YKL018W、YKL020C、YKL044W、YKL224C、YKL225W、YKR012C、YKR013W、YKR017C、YKR018C、YKR019C、YKR020W、YKR035C、YKR036C、YKR040C、YKR041W、YKR042W、YKR052C、YKR053C、YKR057W、YKR062W、YKR094C、YKR102W、YKR103W、YKR104W、YLL014W、YLL030C、YLL037W、YLL038C、YLL043W、YLL065W、YLR029C、YLR030W、YLR062C、YLR098C、YLR099W-A、YLR107W、YLR139C、YLR140W、YLR142W、YLR144C、YLR145W、YLR154C-G、YLR154W-A、YLR154W-B、YLR154W-C、YLR154W-E、YLR154W-F、YLR155C、YLR156W、YLR157C-B、YLR157W-C、YLR162W、YLR205C、YLR207W、YLR209C、YLR227W-B、YLR236C、YLR237W、YLR238W、YLR245C、YLR251W、YLR271W、YLR278C、YLR287C-A、YLR305C、YLR306W、YLR311C、YLR317W、YLR338W、YLR344W、YLR345W、YLR354C、YLR364W、YLR380W、YLR401C、YLR402W、YLR410W-B、YLR411W、YLR412C-A、YLR412W、YLR413W、YLR448W、YLR460C、YLR461W、YLR463C、YLR465C、YML003W、YML039W、YML073C、YMR087W、YMR143W、YMR175W-A、YMR247W-A、YMR268W-A、YMR324C、YMR325W、YNL020C、YNL035C、YNL054W-B、YNL243W、YNR034W-A、YNR075C-A、YNR077C、YOL038C-A、YOL053W、YOL101C、YOL103W-B、YOL162W、YOL163W、YOL164W、YOL164W-A、YOL165C、YOL166C、YOL166W-A、YOR050C、YOR096W、YOR101W、YOR192C-B、YOR192C-C、YOR225W、YOR235W、YOR343W-B、YOR366W、YOR381W-A、YOR382W、YOR383C、YOR384W、YOR385W、YOR386W、YOR387C、YOR389W、YPL003W、YPL019C、YPL023C、YPL036W、YPL048W、YPL055C、YPL060C-A、YPL175W、YPL194W、YPL197C、YPL257W-B、YPR002C-A、YPR008W、YPR014C、YPR028W、YPR043W、YPR048W、YPR087W、YPR094W、YPR108W、YPR137C-B、YPR161C、YPR162C、YPR163C、YPR164W、YPR165W、YPR166C、YPR167C、YPR168W、YPR169W、YPR169W-A、YPR170C、YPR170W-A、YPR171W、YPR172W、YPR173C、YPR174C、YPR175W、YPR176C、YPR177C、YPR178W、YPR179C、YPR180W、YPR181C、YPR182W、YPR183W、YPR184W、YPR185W、YPR186C、YPR187W、YPR188C、YPR189W、YPR190C
2) includes the following.
YBL108C-A, YBR074W, YFL061W, YIL165C, YGR165C, YJR052W, YDR223W, YAL025C, YAR073W, YFL057C, YLL015W, YJR105W, YLR299C-A, YNR073C, YDL246C, YHL049C, YHL049C, YHL049C, YHL0MR B, YAL037W, YAL063C-A, YAL064C-A, YAL064W, YAL065C, YAL068W-A, YAL069W, YAR009C, YAR020C, YAR042W, YAR047C, YAR053W, YAR060C, YAR061W, YAR062W, YW062W, YW06 YBL109W, YBL112C, YBR092C, YBR191W-A, YBR219C, YCL019W, YCL029C, YCL065W, YCL066W, YCL068C, YCL069W, YCL073C, YCL074W, YCL075W, YCL076W, YCR035C, YCR0W YCR108C, YDL003W, YDL037C, YDL064W, YDL073W, YDL094C, YDL095W, YDL096C, YDL136W, YDL143W, YDL152W, YDL191W, YDL200C, YDL201W, YDL247W-A, YDL248C, YDR014W, YDR015C YDR160W, YDR210C-D, YDR210W-B, YDR215C, YDR225W, YDR261C-D, YDR261W-B, YDR292C, YDR302W, YDR304C, YDR3 05C, YDR342C, YDR344C, YDR364C, YDR365W-B, YDR427W, YDR433W, YDR471W, YDR510C-A, YDR543C, YDR544C, YEL012W, YEL075W-A, YER039C-A, YER046W-A, YER056C-A, YER060W-A, YER060W YER138C, YER187W, YER188C-A, YER188C-A, YER190C-A, YFL002W-A, YFL014W, YFL019C, YFL020C, YFL030W, YFL031W, YFL051C, YFL052W, YFL053W, YFL054C, YFL055W, YFL056C, FL65C, YFL056C YGL028C, YGL041C, YGL052W, YGL210W-A, YGL259W, YGL262W, YGL263W, YGR034W, YGR038C-B, YGR089W, YGR107W, YGR109W-A, YIL082W-A, YGR122C-A, YGR146C, GR161W, YGR148C YGR271C-A, YGR290W, YGR295C, YHL009W-A, YHL009W-B, YHL015W-A, YHL046W-A, YHL047C, YHL048C-A, YHL048W, YHR032C-A, YHR032W-A, YHR039C-A, YHR043C, Y YHR071C-A, YHR071W, YHR141C, YHR165W-A, YHR179W, YHR180C-B, YHR180W-A, YHR182W, YHR193C, YHR193C-A, YHR207C, YHR211W, YHR213W-A, YHR216W, YHR217C, YHR218W-C, YHR218W-C, YHR218W-C YIL069C, YIL148W, YIL171 W, YIL174W, YIL176C, YIR018C-A, YIR041W, YIR042C, YIR043C, YIR044C, YJL012C-A, YJL014W, YJL062W-A, YJL136C, YJL175W, YJL222W-B, YJR024C, YJR05 YJR107W, YJR110W, YJR111C, YJR140W-A, YJR151C, YJR152W, YJR153W, YJR154W, YJR155W, YJR162C, YKL018W, YKL020C, YKL044W, YKL224C, YKL225W, YKR012C, YKR01C YKR041W, YKR042W, YKR052C, YKR053C, YKR057W, YKR062W, YKR094C, YKR102W, YKR103W, YKR104W, YLL014W, YLL030C, YLL037W, YLL038C, YLL043W, YLR065W, YLR029W, YLR029C, YLR029C YLR142W, YLR144C, YLR145W, YLR154C-G, YLR154W-A, YLR154W-B, YLR154W-C, YLR154W-E, YLR154W-F, YLR155C, YLR156W, YLR157C-B, YLR157W-C, YLR162W, YLR205C, YLR207W, LR YLR227W-B, YLR236C, YLR237W, YLR238W, YLR245C, YLR251W, YLR271W, YLR278C, YLR287C-A, YLR305C, YLR306W, YLR311C, YL R317W, YLR338W, YLR344W, YLR345W, YLR354C, YLR354W, YLR364W, YLR380W, YLR401C, YLR402W, YLR410W-B, YLR411W, YLR412C-A, YLR412W, YLR413W, YLR448W, YLR460C, YLR461W, YLR463C, Y4653 YMR143W, YMR175W-A, YMR247W-A, YMR247W-A, YMR324C, YMR325W, YNL020C, YNL035C, YNL054W-B, YNL243W, YNR034W-A, YNR075C-A, YNR077C, YOL038C-A, YOL053B, YOL053C YOL162W, YOL163W, YOL164W, YOL164W-A, YOL165C, YOL166C, YOL166W-A, YOR050C, YOR096W, YOR101W, YOR192C-B, YOR192C-C, YOR225W, YOR235W, YOR343W-B, YOR366W, YOR3831W, YOR381W-Y YOR384W, YOR385W, YOR386W, YOR387C, YOR389W, YPL003W, YPL019C, YPL023C, YPL036W, YPL048W, YPL055C, YPL060C-A, YPL175W, YPL194W, YPL197C, YPL257W-B, YPR002C-W, PR08C-A, PR YPR087W, YPR094W, YPR108W, YPR137C-B, YPR161C, YPR162C, YPR163C, YPR164W, YPR165W, YPR166C, YPR167C, YPR168W, YPR169W, YPR169W-A, YPR170C, YPR170W-A, YPR171W, YPR172W, YPR173C, YPR174C, YPR175W, YPR176C, YPR177C, YPR178W, YPR179C, YPR180W, YPR181C, YPR182W, YPR183W, YPR184W, YPR185W, YPR186C, YPR187C, PR12W, YPR188C

3)は以下のものが含まれる。
GenBank Accession 番号;AY130327、BAA96796.1、BAA96795.1、BAA14032.1、NP_012081.1、NP_009338.1、BAA19915.1、P39711、AY130305、AF399764、AX684850、AB044575、AF114923、AF114915、AF114903、M81158、AJ229060、X12576、X00731、X01963の遺伝子
3) includes the following.
GenBank Accession Number; AY130327, BAA96796.1, BAA96795.1, BAA14032.1, NP_012081.1, NP_009338.1, BAA19915.1, P39711, AY130305, AF399764, AX684850, AB044575, AF114923, AF114915, AF114903, M81158, AJ229060, X12576, X00731, X01963 genes

4)は以下のものが含まれる。
GenBank 登録番号;J04423.1、J04423.1、J04423.1、J04423.1、J04423.1、J04423.1、J04423.1、X03453.1、X03453.1、L38424.1、L38424.1、L38424.1、X17013.1、X17013.1、X17013.1、M24537.1、M24537.1、M24537.1、X04603.1、X04603.1、X04603.1、K01391.1、K01391.1、K01391.1、J04423.1、J04423.1、J04423.1、J04423.1、J04423.1、J04423.1、J04423.1、X03453.1、X03453.1、L38424.1、L38424.1、L38424.1、X17013.1、X17013.1、X17013.1、M24537.1、M24537.1、M24537.1、X04603.1、X04603.1、X04603.1、V01288.1、V01288.1、V01288.1、X16860.1、X16860.1、X16860.1、L12026.1、L12026.1、L12026.1、Z75578.1、Z75578.1、Z75578.1、Z75578.1、Z75578.1、J01355.1、J01355.1、J01355.1、J01355.1、J01355.1の遺伝子
4) includes the following.
GenBank registration number: J04423.1, J04423.1, J04423.1, J04423.1, J04423.1, J04423.1, J04423.1, X03453.1, X03453.1, L38424.1, L38424.1, L38424. 1, X17013.1, X17013.1, X17013.1, M24537.1, M24537.1, M24537.1, X04603.1, X04603.1, X04603.1, K01391.1, K01391.1, K01391.1, J04423.1, J04423.1, J04423.1, J04423.1, J04423.1, J04423.1, J04423.1, X03453.1, X03453.1, L38424.1, L38424.1, L38424.1, X17013. 1, X17013.1, X17013.1, M24537.1, M24537.1, M24537.1, X04603.1, X04603.1, X04603.1, V01288.1, V01288.1, V01288.1, X16860.1, X16860.1, X16860.1, L12026.1, L12026.1, L12026.1, Z75578.1, Z75578.1, Z75578.1, Z75578.1, Z75578.1, J01355.1, J01355.1, J01355. 1, gene of J01355.1, J01355.1

亜鉛枯渇条件下で高発現される遺伝子マーカーの同定
1.mRNAの調製
34/70株を1LのLZMM+40mM ZnSO4培地に植菌し、30℃で終夜振盪培養を行った。LZMM培地は、0.17%アミノ酸を含まないイーストナイトロジェンベース(ディフコ社製)、0.5%硫酸アンモニウム、20mM クエン酸ナトリウム(pH4.2)、125μM塩化マンガン、10μM塩化鉄、2%マルトース、10mM EDTA(pH8.0)からなる。酵母菌体を回収し、300mLの滅菌水で3回洗浄し、OD600nmの吸光度が0.25になるように500mlの1)亜鉛枯渇培地(上記LZMM培地)、2)LZMM+40mM ZnSO4培地、3)酸化ストレス培地(LZMM+40μM ZnSO4+過酸化水素培地;上記LZMM+40μM ZnSO4培地に過酸化水素を2mMになるように添加した培地)、4)炭素源飢餓培地(LZMM+40μM ZnSO4-Mal培地;上記LZMM+40μM ZnSO4培地からマルトースを除いた培地)に植菌し30℃で振盪 培養を行った。6時間培養後、RNA調製のためにそれぞれの酵母培養液を50mLずつ回収した。
RNeasy(登録商標)ミニキット(キアゲン社製)を用いて添付のマニュアルに従ってトータルRNAの調製を行った。
それぞれのトータルRNAからのポリAメッセンジャーRNA(Poly(A)+ mRNA)の調製はオリゴテックスダイレクトmRNAキット(キアゲン社製)を用いて添付のマニュアルに従って行った。
Identification of genetic markers that are highly expressed under zinc depletion conditions Preparation of mRNA The strain 34/70 was inoculated into 1 L of LZMM + 40 mM ZnSO4 medium and cultured with shaking at 30 ° C. overnight. LZMM medium is yeast nitrogen base containing 0.17% amino acid (Difco), 0.5% ammonium sulfate, 20 mM sodium citrate (pH 4.2), 125 μM manganese chloride, 10 μM iron chloride, 2% maltose, It consists of 10 mM EDTA (pH 8.0). The yeast cells are collected, washed 3 times with 300 mL of sterilized water, and 500 ml of 1) zinc-depleted medium (LZMM medium above) so that the absorbance at OD 600 nm is 0.25, 2) LZMM + 40 mM ZnSO4 medium, 3 ) Oxidative stress medium (LZMM + 40 μM ZnSO4 + hydrogen peroxide medium; medium in which hydrogen peroxide was added to 2 mM to the above LZMM + 40 μM ZnSO4 medium), 4) Carbon source starvation medium (LZMM + 40 μM ZnSO4-Mal medium; The above LZMM + 40 μM ZnSO4 medium in which maltose was removed was inoculated and cultured at 30 ° C. with shaking. After culturing for 6 hours, 50 mL of each yeast culture solution was collected for RNA preparation.
Total RNA was prepared using an RNeasy (registered trademark) mini kit (Qiagen) according to the attached manual.
Poly A messenger RNA (Poly (A) + mRNA) was prepared from each total RNA using Oligotex Direct mRNA Kit (Qiagen) according to the attached manual.

2.ビオチンラベルされたcRNAの調製
ビオチンラベルされたcRNAの合成はバイオアレイハイイールドRNAトランスクリプトラベリングキット(アフィメトリクス社製)を用いて添付のマニュアルに従って行った。
2. Preparation of biotin-labeled cRNA Biotin-labeled cRNA was synthesized using a bioarray high yield RNA transcript labeling kit (Affymetrix) according to the attached manual.

3.ハイブリダイゼーション
5μgのビオチンラベルされたcRNA、1.7μlの3nMコントロールオリゴヌクレオチドB2(アフィメトリクス社製)、5μlの20倍濃度ユーカリオティックハイブリダイゼーションコントロール(アフィメトリクス社製),1μlの10mg/mL サケ精子DNA(アフィメトリクス社製),1μlの50mg/mLアセチル化牛血清アルブミン(アフィメトリクス社製),50μlの2倍濃度ハイブリダイゼーション溶液(アフィメトリクス社製)を混ぜ、全量100μlになるよう滅菌水(アフィメトリクス社製)を加えてハイブリダイゼーションカクテルを調製した。これをハイブリダイゼーションオーブン(アフィメトリクス社製)を用いて付属のマニュアルに従い、DNAマイクロアレイにハイブリダイズさせた。16時間のハイブリダイゼーション後、ハイブリダイゼーションカクテルをDNAマイクロアレイから除去し、ジーンチップフルディクスステーション(アフィメトリクス社製)を用いて、付属のマニュアルに従い、DNAマイクロアレイを洗浄した。その後、600μLのストレプトアビジン−フィコエリトリン溶液で染色した。ストレプトアビジン−フィコエリトリン溶液は、300μlの2倍濃縮 メス染色溶液(アフィメトリクス社製)、24μlの50mg/mLアセチル化牛血清アルブミン、6μlの1mg/mLストレプトアビジン−フィコエリトリン(アフィメトリクス社製)、270μlの滅菌水(アフィメトリクス社製)で調製した。
3. Hybridization 5 μg of biotin-labeled cRNA, 1.7 μl of 3 nM control oligonucleotide B2 (Affymetrix), 5 μl of 20-fold eucalitic hybridization control (Affymetrix), 1 μl of 10 mg / mL salmon sperm DNA (Affymetrix), 1 μl of 50 mg / mL acetylated bovine serum albumin (Affymetrix), 50 μl of double-concentration hybridization solution (Affymetrix) are mixed, and sterilized water (Affymetrix) to make a total volume of 100 μl Was added to prepare a hybridization cocktail. This was hybridized to a DNA microarray using a hybridization oven (Affymetrix) according to the attached manual. After 16 hours of hybridization, the hybridization cocktail was removed from the DNA microarray, and the DNA microarray was washed using a GeneChip Fullix Station (Affymetrix) according to the attached manual. Then, it dye | stained with 600 microliters streptavidin-phycoerythrin solution. Streptavidin-phycoerythrin solution is 300 μl of 2-fold concentrated female staining solution (Affymetrix), 24 μl of 50 mg / mL acetylated bovine serum albumin, 6 μl of 1 mg / mL streptavidin-phycoerythrin (Affymetrix), 270 μl of sterilization Prepared with water (Affymetrix).

4.データ解析
マイクロアレイのシグナル強度の検出はジーンチップオペレーティングシステム(GCOS; GeneChip Operating Software 1.0 アフィメトリクス社製)を用いて行った。比較解析におけるシグナル強度の調整のためのノーマライゼーションは、GCOS上のオールプローブセットを使用して行った。(1)亜鉛枯渇対亜鉛存在、(2)酸化ストレス対亜鉛存在、(3)炭素源飢餓対亜鉛存在、それぞれの遺伝子発現の比較ファイルをGCOSを用いて作成した。酸化ストレスおよび炭素源飢餓状態ではその発現が増加せず、亜鉛枯渇培地でのみ発現が増加されている遺伝子で、増加の度合いを示すシグナルログ比が0.3以上の遺伝子を表4に示す。
Sc-1159-1_at、Sc-1161-1_at、Sc-5030-1_at、Sc-2123-1_atはそれぞれSc型のYGL258W、YGL256W、YOL154W、YKL175Wであり、亜鉛枯渇条件下において転写レベルでの発現が誘導されることが知られている(Higgins,VJ.,et al.,Appl.Environ.Microbiol.,69: 7535-7540(2003))。一方で、Lg-4216-1_s_atは非Sc型のYKL175W(亜鉛イオンのトランスポーター)であり、その機能をもつ遺伝子は亜鉛枯渇時に誘導されることが確認されている。
本実験結果より、34/70株の全ゲノム塩基配列情報に基づき作製したDNAマイクロアレイによって、亜鉛枯渇条件下で高発現される遺伝子マーカーを同定することができた。
4). Data Analysis The signal intensity of the microarray was detected using GeneChip Operating System (GCOS; GeneChip Operating Software 1.0 Affymetrix). Normalization for adjustment of signal intensity in the comparative analysis was performed using an all probe set on GCOS. (1) Zinc depletion vs. zinc presence, (2) Oxidative stress vs. zinc presence, (3) Carbon source starvation vs. zinc presence, comparative files of gene expression were prepared using GCOS. Table 4 shows genes whose expression does not increase in the oxidative stress and carbon source starvation state, and whose expression is increased only in the zinc-depleted medium, and the signal log ratio indicating the degree of increase is 0.3 or more.
Sc-1159-1_at, Sc-1161-1_at, Sc-5030-1_at and Sc-2123-1_at are Sc-type YGL258W, YGL256W, YOL154W and YKL175W, respectively, and induces expression at the transcription level under zinc-depleted conditions (Higgins, VJ., Et al., Appl. Environ. Microbiol., 69: 7535-7540 (2003)). On the other hand, Lg-4216-1_s_at is a non-Sc type YKL175W (zinc ion transporter), and it has been confirmed that a gene having this function is induced upon zinc depletion.
From the results of this experiment, it was possible to identify genetic markers that are highly expressed under zinc-depleted conditions by using a DNA microarray prepared based on the entire genome sequence information of 34/70 strains.

プローブセット名はDNAマイクロアレイに載せたプローブセットの名称を示す。検出は転写産物がGCOSの検出アルゴリズム(パラメーター;初期設定)に基づき、検出されている(P;Present)か検出されていない(A;Absent)かを示す。変化は転写産物がGCOSの変化アルゴリズム(パラメーター;初期設定)に基づき、転写産物が比較データの転写産物と比べて増加している(I;Increase)、変化していない(NC;No Change)、減少している(D;Decrease)をそれぞれ示す。シグナルログ比は二つのアレイ結果を比較した時に、マイナスなら減少、プラスなら増加を示し、数値はそれぞれの大きさを示す。遺伝子名はそのプローブがどの遺伝子領域から作成されたかを示す。型はSc型遺伝子(Sc)、および非Sc型遺伝子(非Sc)のいずれであるかを示す。   The probe set name indicates the name of the probe set placed on the DNA microarray. Detection indicates whether the transcript is detected (P; Present) or not detected (A; Absent) based on the GCOS detection algorithm (parameter; initial setting). The change is based on the GCOS change algorithm (parameter; initial setting), and the transcript is increased (I; Increase) or unchanged (NC; No Change). Each decrease (D; Decrease) is shown. When the two log results are compared, the signal log ratio indicates a decrease if it is negative, an increase if it is positive, and a numerical value indicates the magnitude of each. The gene name indicates from which gene region the probe was created. The type indicates whether it is a Sc-type gene (Sc) or a non-Sc-type gene (non-Sc).

ビール試験醸造中の下面発酵酵母の遺伝子発現解析
34/70株を用いた発酵試験を以下の条件で行った。
麦汁エキス濃度 12.84%
麦汁容量 2L
麦汁溶存酸素濃度 約9ppm
発酵温度 15℃一定
酵母投入量 10g 湿酵母菌体/2L麦汁
発酵液を経時的にサンプリングし、酵母増殖量(OD600)(図12−a)、外観エキス濃度(図12−b)の経時変化を調べた。発酵開始時から42時間目の菌体をサンプリングし、(実施例18)と同様の方法でmRNAを調整し、ビオチンラベルし、下面発酵酵母のDNAマイクロアレイにハイブリダイズさせた。
DNAマイクロアレイのシグナル強度(輝度)の検出はジーンチップオペレーティングシステム(GCOS; GeneChip Operating Software 1.0 アフィメトリクス社製)を用いて行った。
Sc型遺伝子と、対応する非Sc型遺伝子のプローブセットの輝度(発現量)を比較したところ、両者間で顕著な差が認められたものが存在した。発酵中の亜硫酸の生成に関与すると考えられるSSU1遺伝子、MET14遺伝子の例を表5に示す。34/70株において、非Sc型SSU1遺伝子はSc型SSU1遺伝子の約3.4倍、非Sc型MET14遺伝子はSc型MET14遺伝子の約7倍発現していることが明らかとなった。
Gene expression analysis of bottom fermentation yeast during beer test brewing A fermentation test using 34/70 strains was performed under the following conditions.
Wort extract concentration 12.84%
Wort capacity 2L
Wort dissolved oxygen concentration about 9ppm
Fermentation temperature 15 ° C constant yeast input 10g Wet yeast cells / 2L wort The fermentation liquor was sampled over time, and the yeast growth (OD600) (Fig. 12-a) and appearance extract concentration (Fig. 12-b) over time We examined changes. The bacterial cells at 42 hours from the start of fermentation were sampled, mRNA was prepared by the same method as in Example 18, labeled with biotin, and hybridized to the DNA microarray of bottom fermentation yeast.
Detection of the signal intensity (luminance) of the DNA microarray was performed using GeneChip Operating System (GCOS; GeneChip Operating Software 1.0 manufactured by Affymetrix).
When the brightness (expression level) of the probe set of the Sc-type gene and the corresponding non-Sc-type gene was compared, there was one in which a significant difference was observed between the two. Table 5 shows examples of the SSU1 gene and the MET14 gene that are considered to be involved in the production of sulfite during fermentation. In the 34/70 strain, it was revealed that the non-Sc type SSU1 gene was expressed about 3.4 times that of the Sc type SSU1 gene, and the non-Sc type MET14 gene was expressed about 7 times that of the Sc type MET14 gene.

これらの輝度の差が各プローブセットのハイブリダイゼーションの効率の違いや、Sc型、非Sc型間のクロスハイブリダイゼーションの影響によるものどうかを調べるために、下面発酵酵母のDNAマイクロアレイを用いたDNA−DNAハイブリダイゼーションを行った。下面発酵酵母34/70株、実験室酵母(S.cerevisiae)S288C株、Saccharomyces carlsbergensis IFO11023株のゲノムDNAを実施例8と同様の方法で下面発酵酵母のDNAマイクロアレイにハイブリダイズさせ、各プローブセットの輝度を測定した。表6に示すように、34/70株のSSU1遺伝子、MET14遺伝子それぞれのSc型に対する非Sc型の輝度の比は1.0から1.3倍であり、発現量の比に比べて極めて小さかった。また、非Sc型SSU1遺伝子、非Sc型MET14遺伝子を持たないS288C株は非Sc型のSSU1プローブ、非Sc型MET14プローブにおける輝度が極めて低く、Sc型SSU1遺伝子、Sc型MET14遺伝子を持たないIFO11023株はSc型SSU1プローブ、Sc型MET14プローブにおける輝度が極めて低いことから、Sc型、非Sc型間でのクロスハイブリダイゼーションの可能性はきわめて低いことも明らかになった。以上のことから、下面発酵酵母34/70株の非Sc型SSU1遺伝子、非Sc型MET14遺伝子は対応するSc型遺伝子よりも有意に高発現していることが明らかとなった。これらの遺伝子は下面発酵酵母の高亜硫酸生成能に関与する遺伝子の候補と考えられる。
以上の結果から、機能解析の対象となる遺伝子の特定を行う上で、下面発酵酵母のDNAマイクロアレイを用いた遺伝子発現解析が有効であることが明らかとなった。
In order to examine whether the difference in brightness is due to the difference in hybridization efficiency of each probe set or the influence of cross hybridization between Sc type and non-Sc type, DNA- using a DNA microarray of bottom fermentation yeast DNA hybridization was performed. The genomic DNAs of the bottom fermenting yeast strain 34/70, the laboratory yeast (S. cerevisiae) S288C strain, and the Saccharomyces carlsbergensis IFO11023 strain were hybridized to the DNA microarray of the bottom fermenting yeast in the same manner as in Example 8. Luminance was measured. As shown in Table 6, the ratio of non-Sc type brightness to Sc type of SSU1 gene and MET14 gene of 34/70 strains is 1.0 to 1.3 times, which is very small compared to the ratio of expression level. It was. In addition, the S288C strain having no non-Sc type SSU1 gene and non-Sc type MET14 gene has extremely low brightness in the non-Sc type SSU1 probe and non-Sc type MET14 probe, and has no Sc type SSU1 gene and Sc type MET14 gene. It was also revealed that the possibility of cross-hybridization between Sc-type and non-Sc-type was extremely low because the strain had extremely low brightness in the Sc-type SSU1 probe and Sc-type MET14 probe. From the above, it was revealed that the non-Sc type SSU1 gene and the non-Sc type MET14 gene of the bottom fermenting yeast strain 34/70 were significantly expressed higher than the corresponding Sc type gene. These genes are thought to be candidates for genes involved in the ability of bottom fermenting yeast to produce high sulfite.
From the above results, it has been clarified that gene expression analysis using a DNA microarray of bottom fermentation yeast is effective in specifying genes to be subjected to functional analysis.

下面発酵酵母のDNAアレイを用いた醸造用酵母の分類
酵母からのゲノムDNAの調製、およびアレイへのハイブリダイゼーションは(実施例8)と同様に行い、DNAマイクロアレイの輝度の検出はAffymetrix社製Gene Chip解析基本システム(GCOS; GeneChip operating Software 1.0)を用いて行った。表7に示すように全塩基配列を決定した34/70株は本発明のDNAアレイのSc型、非Sc型プローブの99%以上に対してハイブリダイズすることが確認された。また、他の下面発酵酵母についても同様のDNA−DNAハイブリダイゼーションを行ったところ、多くの場合(たとえば表7、BH225株、BH232株、BH235株)においてSc型、非Sc型プローブの99%以上に対してハイブリダイズすることが確認され、これらの株が34/70株と非常に近縁であることが明らかになった。このことは、本発明のDNAアレイがこれらの株の遺伝子発現解析にも使用可能であることを示している。一方、本発明のDNAアレイのプローブに対してハイブリダイズする割合が低い株(たとえば表7 BH212株)においては、先に挙げた株よりも34/70株から分類学的に離れた株であることが示唆された。
以上の結果から下面発酵酵母間の相同性を算出することができ、これをもとに醸造用酵母を分類することが可能であった。
また、下面発酵酵母のDNAアレイのプローブの中で被検株とハイブリダイズしなかった遺伝子は、被検株においては遺伝子が欠失しているか、塩基配列が全塩基配列を決定した34/70株とは異なる可能性が高い。また、他のプローブに比べて高い輝度を示した遺伝子は被検株に於いてコピー数が高くなっている可能性が高い。これらの遺伝子を機能解析の対象として選出することができる。
Classification of yeast for brewing using DNA array of bottom fermenting yeast Preparation of genomic DNA from yeast and hybridization to the array were carried out in the same manner as in Example 8, and the luminance of the DNA microarray was detected by Gene of Affymetrix. The analysis was performed using a chip analysis basic system (GCOS; GeneChip operating Software 1.0). As shown in Table 7, it was confirmed that 34/70 strains whose total nucleotide sequence was determined hybridized with 99% or more of the Sc-type and non-Sc-type probes of the DNA array of the present invention. In addition, when the same DNA-DNA hybridization was performed on other bottom fermenting yeasts, 99% or more of Sc-type and non-Sc-type probes in many cases (for example, Table 7, BH225 strain, BH232 strain, BH235 strain). It was confirmed that these strains are very closely related to the 34/70 strain. This indicates that the DNA array of the present invention can also be used for gene expression analysis of these strains. On the other hand, strains that hybridize to the probe of the DNA array of the present invention (for example, BH212 strain in Table 7) are strains that are taxonomically separated from 34/70 strains than the strains listed above. It has been suggested.
From the above results, it was possible to calculate the homology between the bottom fermenting yeasts, and to classify the brewing yeasts based on this.
In addition, genes that did not hybridize with the test strain among the probes of the DNA array of the bottom fermenting yeast were deleted in the test strain or the base sequence determined the entire base sequence. It is likely that it is different from stock. Moreover, it is highly possible that a gene showing high brightness compared to other probes has a high copy number in the test strain. These genes can be selected for functional analysis.

下面発酵酵母のDNAアレイを用いた塩基多型の検出
DNA−DNAハイブリダイゼーションの結果を詳細に解析することによって塩基多型を検出することが可能であった。本発明のDNAアレイのプローブは全塩基配列を決定した34/70株の配列と同じ配列のオリゴヌクレオチド(PM;パーフェクトマッチ)と中央の位置の塩基が異なる配列のオリゴヌクレオチド(MM;ミスマッチ)から構成されているが、PMよりもMMにより強くハイブリダイズしている遺伝子については塩基配列が34/70株とは異なる可能性が高い。実験室株S288C株のDNAを本発明のDNAアレイにハイブリダイズさせた結果から、MMの輝度がPMの輝度の5倍以上のものを抽出して塩基配列を比較したところ、表8に示すように1塩基の塩基多型の検出が可能であることが確認できた。
Detection of nucleotide polymorphism using DNA array of bottom fermenting yeast It was possible to detect nucleotide polymorphism by analyzing the results of DNA-DNA hybridization in detail. The probe of the DNA array of the present invention consists of an oligonucleotide (PM; perfect match) having the same sequence as that of the 34/70 strain whose entire base sequence has been determined, and an oligonucleotide (MM; mismatch) having a different base at the central position. Although it is configured, it is highly possible that the base sequence of the gene hybridized more strongly with MM than with PM is different from that of the 34/70 strain. From the results of hybridizing the DNA of the laboratory strain S288C to the DNA array of the present invention, those having a brightness of MM of 5 times or more of the brightness of PM were extracted and compared in nucleotide sequence. It was confirmed that a single nucleotide polymorphism can be detected.

ビール酵母全染色体構造を示す図である。白抜きはSc型、黒抜きは非Sc型染色体を示す。楕円はセントロメアを示す。ローマ数字はそれぞれ対応するS.cerevisiaeの染色体番号を示す。非Sc型染色体を示す図で、黒の塗り潰し部分はその領域で連結していることを示している。例えばnonScII-nonScIVは黒の塗り潰し部分(300kb)でnonScIIとnonScIVが連結していることを示している。It is a figure which shows a brewer's yeast whole-chromosome structure. White indicates Sc type and black indicates non-Sc type chromosome. Ellipses indicate centromeres. Each Roman numeral indicates the chromosome number of the corresponding S. cerevisiae. It is a figure which shows a non-Sc type | mold chromosome, It has shown that the black filling part has connected in the area | region. For example, nonScII-nonScIV indicates that nonScII and nonScIV are connected with a black-filled portion (300 kb). 34/70株のゲノムDNAより調製した3648個のコスミドの両端塩基配列とS.cerevisiaeゲノム塩基配列との同一性分布を示す図である。横軸はS.cerevisiaeとの相同性を示し、例えば横軸84は82%より大きく、84%以下の相同性を示している。縦軸は、その同一性を示すコスミド塩基配列の個数を示す。It is a figure which shows the identity distribution of the both-ends base sequence of 3648 cosmids prepared from the genomic DNA of 34/70 strain, and S. cerevisiae genomic base sequence. The horizontal axis indicates homology with S. cerevisiae, for example, the horizontal axis 84 indicates greater than 82% and less than 84% homology. The vertical axis shows the number of cosmid base sequences showing the identity. コスミド、ショットガンクローンのS.cerevisiaeゲノム塩基配列へのマッピング例を示す図である。(1)、(2)はそれぞれ、S.cerevisiaeXVI番染色体塩基配列上のワトソン鎖に存在する遺伝子、塩基配列、クリック鎖上に存在する遺伝子を示す。(2)、(4)、(5)、(6)はそれぞれ、Sc型塩基配列を有するコスミドクローン、非Sc型塩基配列を有するコスミドクローン、Sc型塩基配列を有するショットガンクローン、非Sc型塩基配列を有するショットガンクローンを示す。It is a figure which shows the example of mapping to the S.cerevisiae genome base sequence of a cosmid and a shotgun clone. (1) and (2) respectively show a gene present on the Watson chain on the S. cerevisiae XVI chromosome base sequence, a base sequence, and a gene present on the click chain. (2), (4), (5) and (6) are respectively a cosmid clone having a Sc-type base sequence, a cosmid clone having a non-Sc type base sequence, a shotgun clone having a Sc-type base sequence, and a non-Sc type. A shotgun clone having a base sequence is shown. ビール酵母コンティグのS.cerevisiaeゲノム塩基配列へのマッピング結果の一例を示す。AはS.cerevisiae XVI番染色体の模式図を示す。BはXVI番染色体の857-886kb部分を拡大した図である。縦軸および横軸はS.cerevisiaeゲノム塩基配列に対するコンティグの同一性(%)、アライメントされた位置をそれぞれ示す。実線およびその上の数値はコンティグ、コンティグ番号をそれぞれ示す。点線は同じショットガンおよびコスミド由来のフォワードーリバース鎖情報を用いてコンティグ間を連結したことを示す。An example of the mapping result to the S. cerevisiae genome base sequence of a brewer's yeast contig is shown. A shows a schematic diagram of S. cerevisiae chromosome XVI. B is an enlarged view of the 857-886 kb portion of chromosome XVI. The ordinate and abscissa indicate the contig identity (%) and the aligned position with respect to the S. cerevisiae genomic base sequence, respectively. The solid line and the numerical value above it indicate the contig and the contig number, respectively. The dotted line indicates that the contigs are connected using the forward and reverse strand information derived from the same shotgun and cosmid. 34/70株のゲノムDNAをDNAマイクロアレイにハイブリさせ、プローブの輝度をS.cerevisiaeS288C株と比較したシグナル比(Signal log ratio)をXVI番染色体上のプローブについて整列させた結果を示す。矢印で示した3箇所でシグナル比の顕著な変化が認められ、この部分でSc型、非Sc型の乗換えが生じていることが示唆される。The results show that the 34/70 strain genomic DNA was hybridized to a DNA microarray, and the signal intensity (Signal log ratio) compared with the S. cerevisiae S288C strain was aligned for the probe on chromosome XVI. Significant changes in the signal ratio are observed at the three locations indicated by arrows, suggesting that Sc and non-Sc type transfer occurs at this portion. DNAマイクロアレイとPCRによる解析結果から推定される34/70株のXVI番染色体の構造を示す。The structure of the XVI chromosome of 34/70 strain estimated from the analysis result by DNA microarray and PCR is shown. SSU1遺伝子破壊株を用いたビール試験醸造における発酵過程の経時変化を示す図である。3つのグラフの横軸はいずれも発酵時間を表しており、縦軸はそれぞれa) 酵母増殖量(OD600)、b) 外観エキス濃度(w/w%)、c) 亜硫酸濃度(ppm)を示している。It is a figure which shows the time-dependent change of the fermentation process in the beer test brewing using a SSU1 gene disruption strain. The horizontal axis of each of the three graphs represents the fermentation time, and the vertical axis represents a) yeast growth (OD600), b) appearance extract concentration (w / w%), and c) sulfite concentration (ppm), respectively. ing. SSU1遺伝子高発現株を用いたビール試験醸造における発酵過程の経時変化を示す図である。3つのグラフの横軸はいずれも発酵時間を表しており、縦軸はそれぞれa) 酵母増殖量(OD600)、b) 外観エキス濃度(w/w%)、c) 亜硫酸濃度(ppm)を示している。It is a figure which shows a time-dependent change of the fermentation process in the beer test brewing using a SSU1 gene high expression strain. The horizontal axis of each of the three graphs represents the fermentation time, and the vertical axis represents a) yeast growth (OD600), b) appearance extract concentration (w / w%), and c) sulfite concentration (ppm), respectively. ing. Sc型SSU1高発現株におけるMET14遺伝子高発現株を用いたビール試験醸造における発酵過程の経時変化を示す図である。グラフの横軸は発酵時間を、縦軸は亜硫酸濃度(ppm)を表している。It is a figure which shows the time-dependent change of the fermentation process in the beer test brewing using the MET14 gene high expression strain in Sc type | mold SSU1 high expression strain. The horizontal axis of the graph represents the fermentation time, and the vertical axis represents the sulfurous acid concentration (ppm). 解析した各SSU1遺伝子の塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence of each SSU1 gene analyzed. 解析した各MET14遺伝子の塩基配列を示す図である。It is a figure which shows the base sequence of each analyzed MET14 gene. 34/70株を用いたビール試験醸造における発酵過程の経時変化を示す図である。2つのグラフの横軸はいずれも発酵時間を表しており、縦軸はそれぞれa)酵母増殖量(OD600)、b)外観エキス濃度(w/w%)を示している。It is a figure which shows the time-dependent change of the fermentation process in the beer test brewing using 34/70 strain. In each of the two graphs, the horizontal axis represents the fermentation time, and the vertical axis represents a) yeast growth amount (OD600) and b) appearance extract concentration (w / w%), respectively.

Claims (11)

下記いずれかのアミノ酸配列を有し、亜硫酸排出能を有するポリペプチドをコードするDNA:
(a) 配列番号:3で表されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又は配列番号:3で表されるアミノ酸配列において、1〜10個のアミノ酸残基が欠失及び/又は置換及び/又は付加されたアミノ酸配列;または
(b) 配列番号:3で表されるアミノ酸配列に対して95%以上の同一性を有するアミノ酸配列。
DNA encoding a polypeptide having any of the following amino acid sequences and having sulfite excretion ability:
(a) In the polypeptide having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 or the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3, 1 to 10 amino acid residues are deleted and / or substituted and / or added. Amino acid sequence; or
(b) an amino acid sequence having 95 % or more identity to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3.
列番号:3で表されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又は配列番号:3で表されるアミノ酸配列において、1〜個のアミノ酸残基が欠失及び/又は置換及び/又は付加されたアミノ酸配列を有し、亜硫酸排出能を有するポリペプチドをコードする請求項1に記載のDNA SEQ ID NO: polypeptide or SEQ ID NO: having the amino acid sequence represented by: in the amino acid sequence represented by 3, several amino acid residues 1 to have been deleted and / or substituted and / or additional amino acids The DNA according to claim 1, which has a sequence and encodes a polypeptide having a sulfite excretion ability . 請求項1または2に記載のDNAを有する組換えベクター。   A recombinant vector comprising the DNA according to claim 1 or 2. 請求項1または2に記載のDNAに隣接して、プロモーター及び/又はターミネーターを設置していることを特徴とする請求項2に記載の組換えベクター。   The recombinant vector according to claim 2, wherein a promoter and / or terminator is provided adjacent to the DNA according to claim 1 or 2. プロモーターが、構成的な発現をするプロモーターであることを特徴とする請求項4に記載の組換えベクター。   The recombinant vector according to claim 4, wherein the promoter is a promoter that constitutively expresses. プロモーターが、グリセロアルデヒド−3−ホスフェートデヒドロゲナーゼ遺伝子のプロモーターであることを特徴とする請求項4又は5に記載の組換えベクター。   The recombinant vector according to claim 4 or 5, wherein the promoter is a promoter of a glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase gene. 請求項1又は2に記載のDNA又は請求項3〜6のいずれかに記載の組換えベクターを含む形質転換体。   A transformant comprising the DNA according to claim 1 or 2 or the recombinant vector according to any one of claims 3 to 6. Saccharomyces属酵母であることを特徴とする請求項7に記載の形質転換体。   The transformant according to claim 7, which is a yeast of the genus Saccharomyces. 請求項7又は8に記載の形質転換体を用いることを特徴とするアルコール又は酒類の製造方法。   A method for producing alcohol or liquor, comprising using the transformant according to claim 7 or 8. 下記いずれかのアミノ酸配列を有し、亜硫酸排出能を有するポリペプチド:
(a) 配列番号:3で表されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又は配列番号:3で表されるアミノ酸配列において、1〜10個のアミノ酸残基が欠失及び/又は置換及び/又は付加されたアミノ酸配列;または
(b) 配列番号:3で表されるアミノ酸配列に対して95%以上の同一性を有するアミノ酸配列。
A polypeptide having any one of the following amino acid sequences and having sulfite excretion ability:
(a) In the polypeptide having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 or the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3, 1 to 10 amino acid residues are deleted and / or substituted and / or added. Amino acid sequence; or
(b) an amino acid sequence having 95 % or more identity to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3.
列番号:3で表されるアミノ酸配列を有するポリペプチド又は配列番号:3で表されるアミノ酸配列において、1〜個のアミノ酸残基が欠失及び/又は置換及び/又は付加されたアミノ酸配列を有し、亜硫酸排出能を有する請求項10に記載のポリペプチド SEQ ID NO: polypeptide or SEQ ID NO: having the amino acid sequence represented by: in the amino acid sequence represented by 3, several amino acid residues 1 to have been deleted and / or substituted and / or additional amino acids The polypeptide according to claim 10, which has a sequence and has sulfite excretion ability .
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