JP6434704B2 - Coryneform bacteria transformed with xylooligosaccharide utilization - Google Patents

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本発明は、キシロオリゴ糖を効率良く利用できるコリネ型細菌形質転換体、さらに詳しくは、キシロオリゴ糖利用機能を付与するために特定の遺伝子操作が施されたコリネ型細菌形質転換体に関する。また、本発明は、この形質転換体を用いた高効率的な発酵又は反応方法に関する。   The present invention relates to a coryneform bacterium transformant that can efficiently use xylo-oligosaccharides, and more particularly to a coryneform bacterium transformant that has been subjected to a specific genetic manipulation in order to impart a function of using xylo-oligosaccharides. The present invention also relates to a highly efficient fermentation or reaction method using this transformant.

セルロース系バイオマスは、発酵に代表される微生物変換による有機化合物やエタノール等のバイオ燃料の製造原料として有用である。セルロース系バイオマスは、コーンデンプン、砂糖などの糖質系バイオマスと異なり、安価に農産廃棄物、林地残材等の木質廃棄物、およびススキ等のエネルギー作物として多様な種類のものが入手可能である。また、セルロース系バイオマスは、将来的に、穀物などの食料資源確保の障害とはならない原料である。セルロース系バイオマスは、35質量%〜45質量%のセルロース、30質量%〜40質量%のヘミセルロース、10質量%のリグニン、および10質量%の他の成分から構成されている。セルロースはグルコース(C6糖:ヘキソース)のポリマーである。一方、ヘミセルロースでは、C5糖:ペントースであるキシロースやアラビノース等が主要な構成糖成分である。   Cellulosic biomass is useful as a raw material for producing biofuels such as organic compounds and ethanol by microbial conversion represented by fermentation. Cellulose biomass, unlike corn-based biomass such as corn starch and sugar, can be obtained at low cost in a wide variety of types such as agricultural waste, woody waste such as forest residue, and energy crops such as Susuki. . Cellulosic biomass is a raw material that will not become an obstacle to securing food resources such as grains in the future. Cellulosic biomass is composed of 35 mass% to 45 mass% cellulose, 30 mass% to 40 mass% hemicellulose, 10 mass% lignin, and 10 mass% other components. Cellulose is a polymer of glucose (C6 sugar: hexose). On the other hand, in hemicellulose, C5 sugar: pentose such as xylose and arabinose are the main constituent sugar components.

草本系セルロース系バイオマスであるコーンストーバー(Corn stover)、小麦わら(Wheat straw)、稲わら(Rice straw)、バガス(Baggasse)等は、ヘミセルロース含量が高いため、前処理工程および酵素糖化工程後の糖化液(混合糖)には、セルロース由来のグルコースに加えて、ヘミセルロースの主要構成成分であるキシランに由来するキシロースやキシロオリゴ糖が含まれる (非特許論文1)。従って、セルロース系バイオマスの有効利用を図る上で、微生物による高効率的なキシロース利用技術の確立が不可欠であるが、前処理工程および酵素糖化工程では完全にヘミセルロースを分解できないため、キシロオリゴ糖が残存することが問題である。   Corn stover, wheat straw, rice straw, bagasse, etc., which are herbaceous cellulosic biomass, have high hemicellulose content, so after the pretreatment process and enzymatic saccharification process The saccharified liquid (mixed sugar) contains xylose and xylooligosaccharides derived from xylan, which is the main constituent of hemicellulose, in addition to glucose derived from cellulose (Non-Patent Document 1). Therefore, in order to make effective use of cellulosic biomass, establishment of highly efficient xylose utilization technology by microorganisms is indispensable, but hemicellulose cannot be completely decomposed in the pretreatment process and enzymatic saccharification process, so xylooligosaccharide remains. The problem is to do.

しかし、これまで使用されている工業用発酵微生物はキシロオリゴ糖を利用できない。また、酵素糖化工程においてキシロオリゴ糖がセルラーゼを著しく阻害することも報告されている (非特許論文2)。
このように草本系セルロースバイオマスの有効利用、糖化工程の効率アップ、およびヘミセルロース分解効率の改善には、キシロオリゴ糖の完全分解が望まれる。しかし、酵素によりキシロオリゴ糖を完全分解するには高活性のセルラーゼの使用、またはキシラナーゼ等のキシラン分解酵素の追加が必要となり(非特許論文3)、このことはコスト上昇につながる。したがって酵素使用量の低減を可能にし、コスト面で非常に有益である、キシロオリゴ糖を直接利用できる発酵微生物の創出が望まれていた。
However, the industrial fermentation microorganisms used so far cannot use xylooligosaccharides. It has also been reported that xylooligosaccharide significantly inhibits cellulase in the enzymatic saccharification process (Non-Patent Paper 2).
Thus, complete decomposition of xylo-oligosaccharides is desired for effective utilization of herbaceous cellulose biomass, increased efficiency of the saccharification process, and improvement of hemicellulose decomposition efficiency. However, in order to completely decompose xylo-oligosaccharides with an enzyme, it is necessary to use a highly active cellulase or to add a xylan-degrading enzyme such as xylanase (Non-Patent Document 3), which leads to an increase in cost. Therefore, it has been desired to create a fermenting microorganism capable of directly using xylooligosaccharide, which enables reduction of the amount of enzyme used and is very advantageous in terms of cost.

キシランを利用できる細菌はいくつか知られている。細胞外のエンド型のキシラナーゼで分解されたキシロビオースやキシロトリオース等のキシロオリゴ糖は、細菌細胞膜に存在する特異的な輸送体(トランスポーター)により細胞内に輸送され、細胞内のβ-キシロシダーゼによりD-キシロースに分解されてペントースリン酸経路、解糖系で代謝される。細菌の細胞膜に存在するキシロオリゴ糖の輸送体は、2種類が知られている。一方はキシロシド/Na+ (H+)シンポーター(xyloside/Na+ (H+) symporter)であり、他方はキシロシドABCトランスポーター(xyloside ABC transporter)である。 Several bacteria are known that can use xylan. Xylooligosaccharides such as xylobiose and xylotriose degraded by extracellular endo-type xylanase are transported into the cell by specific transporters (transporters) present in the bacterial cell membrane, and by intracellular β-xylosidase It is broken down into D-xylose and metabolized through the pentose phosphate pathway and glycolysis. There are two known xylo-oligosaccharide transporters present in bacterial cell membranes. One is a xyloside / Na + (H +) symporter (xyloside / Na + (H + ) symporter), the other is a xyloside ABC transporter (xyloside ABC transporter).

キシロシド/Na+ (H+)シンポーターは、細胞膜を複数回ペプチドが貫通する構造を有する蛋白質であり、キシロオリゴ糖をナトリウムイオンまたはプロトンと共輸送(シンンポート)する。クレブシエラ オキシトカ(Klebciella oxytoca) のキシロシド/Na+ (H+)シンポーター(XynT)遺伝子は大腸菌で発現され、キシロオリゴ糖のキシロシル6単位まで輸送可能である(非特許論文4)。また、クレブシエラ ニューモニア(Klebciella pneumoniae )のキシロシド/Na+ (H+)シンポーター(XynT)遺伝子も同じく大腸菌で発現され、キシロオリゴ糖のキシロシル3単位を細胞内に輸送できることが確認されている(非特許論文5)。 A xyloside / Na + (H + ) symporter is a protein having a structure in which a peptide penetrates a cell membrane a plurality of times, and cotransports (thin port) xylo-oligosaccharides with sodium ions or protons. The xyloside / Na + (H + ) symporter (XynT) gene of Klebciella oxytoca is expressed in Escherichia coli and can be transported up to 6 units of xylosyl of the xylo-oligosaccharide (Non-Patent Document 4). In addition, the xyloside / Na + (H + ) symporter (XynT) gene of Klebciella pneumoniae is also expressed in E. coli, and it has been confirmed that it can transport 3 units of xylooligosaccharide xylosyl into cells (non-patented). Paper 5).

キシロシドABCトランスポーターは基質結合性蛋白質、輸送蛋白質、およびATP結合蛋白質の複合体である。キシロシドABCトランスポーターは、エネルギー依存的にキシロオリゴ糖を細胞内に輸送するため、ATPを必要とする。ストレプトマイセス サーモビオラセウス(Streptomyces thermoviolaceus )で見いだされたABCトランスポーター(BxlEFG)の基質結合性蛋白質、およびサーモビオラセウス テアロサーモフィラス(Geobacillus staerothermophilus )で見いだされたABCトランスポーター(XynEFG)の基質結合性蛋白質は、それぞれ、キシロオリゴ糖に対して高い親和性を示した(非特許文献6および非特許文献7)。   The xyloside ABC transporter is a complex of a substrate binding protein, a transport protein, and an ATP binding protein. The xyloside ABC transporter requires ATP to transport xylo-oligosaccharides into cells in an energy-dependent manner. A substrate-binding protein of ABC transporter (BxlEFG) found in Streptomyces thermoviolaceus, and a substrate of ABC transporter (XynEFG) found in Thermobalaceus staerothermophilus Each of the binding proteins showed high affinity for xylo-oligosaccharide (Non-Patent Document 6 and Non-Patent Document 7).

このようにキシロオリゴ糖を利用可能な細菌の細胞膜におけるキシロオリゴ糖輸送体には2つのタイプが存在している。また、これらを異種細胞で発現させて物質生産に応用した報告がなされている。しかし、単離したキシロシド/Na+ (H+)シンポーターとキシロシダーゼ遺伝子を異種細胞である大腸菌で発現した例では、導入した大腸菌でのキシロオリゴ糖からの物質生産能は十分ではなかった(非特許文献4)。また、キシロシドABCトランスポーターについては、細胞内での遺伝子の発現や転写制御が研究されている段階であり(非特許文献8)、発酵微生物のような異種細胞で発現され、物質生産に適用された報告はない。 Thus, there are two types of xylo-oligosaccharide transporters in bacterial cell membranes that can use xylo-oligosaccharides. In addition, reports have been made that these are expressed in different cells and applied to substance production. However, in the case where the isolated xyloside / Na + (H + ) symporter and xylosidase gene were expressed in E. coli, which is a heterologous cell, the ability to produce substances from xylooligosaccharides in the introduced E. coli was not sufficient (non-patented) Reference 4). In addition, the xyloside ABC transporter is in the stage of studying gene expression and transcriptional regulation in cells (Non-Patent Document 8), and is expressed in heterologous cells such as fermenting microorganisms and applied to substance production. There are no reports.

輸送体により細胞内に輸送されたキシロオリゴ糖は、β-キシロシダーゼにより単糖のD-キシロースに分解される。β-キシロシダーゼは極めて高価であるため、β-キシロシダーゼを微生物で産生させる方法が報告されている。例えば、特許文献1および特許文献2は、アスペルギルス オリゼ(Aspergillus oryzae)等のカビからβ-キシロシダーゼ遺伝子を抽出し、アスペルギルス属菌株を形質転換してβ-キシロシダーゼを生産する方法を開示している。しかし、これらは生産した酵素によるリグノセルロース系バイオマスからのD-キシロースの回収が目的である。   The xylooligosaccharide transported into the cell by the transporter is broken down into monosaccharide D-xylose by β-xylosidase. Since β-xylosidase is extremely expensive, a method for producing β-xylosidase in a microorganism has been reported. For example, Patent Document 1 and Patent Document 2 disclose a method for producing β-xylosidase by extracting a β-xylosidase gene from a mold such as Aspergillus oryzae and transforming an Aspergillus strain. However, these are intended to recover D-xylose from lignocellulosic biomass by the produced enzyme.

非特許文献9および非特許文献10は、細菌由来のβ-キシロシダーゼの性質を報告しているが、一部の好熱菌由来β-キシロシダーゼの高温度条件下での反応を除いて、低比活性であったり、分解生成物であるD-キシロースによる生成物阻害を受けやすいなど、実際にリグノセルロースを糖化する酵素として利用する場合には問題があった。
アスペルギルス オリゼ等のカビのβ-キシロシダーゼを酵母表層で発現させて、キシロオリゴ糖をD-キシロースに分解し、D-キシロースを酵母内に取り込んで利用する方法が提案されているが、キシロオリゴ糖からのエタノール生産性が低く、グルコースとの同時利用ができない等の問題があった(特許文献3)。
Non-patent document 9 and Non-patent document 10 report the properties of β-xylosidase derived from bacteria, but the ratio of low ratios except for the reaction of some thermophilic β-xylosidases under high temperature conditions. There have been problems when using it as an enzyme that actually saccharifies lignocellulose, such as being active and susceptible to product inhibition by the degradation product D-xylose.
A method has been proposed in which fungal β-xylosidase such as Aspergillus oryzae is expressed on the surface of yeast, the xylooligosaccharide is decomposed into D-xylose, and D-xylose is taken into yeast and used. There was a problem that ethanol productivity was low and simultaneous use with glucose was impossible (Patent Document 3).

ここで、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)及びその組換え株は、嫌気性な還元条件下における糖類からの有機酸等の有機化合物へのバイオ変換反応において、増殖することなく物質生産が行えるので、食料と競合しないセルロース系バイオマス由来の糖類を原料とした化学品やバイオ燃料の生産(バイオリファイナリー)に有用な微生物である(特許文献4)。
物質生産の場合は、まず菌体(C. glutamicum)を好気的に培養後、反応容器に高密度に充填し、嫌気的条件下で基質を加えて反応を行う。高密度で反応できることから、コンパクトな反応装置設計が可能である。本発明者等は、ザイモモナス モビリス由来のピルベート デカルボキシラーゼ遺伝子及びアルコール デヒドロゲナーゼ遺伝子をコリネバクテリウム グルタミカムに導入・発現した形質転換体により、高効率にエタノールが生産される技術を開示している(非特許文献11)。
Here, Corynebacterium glutamicum and its recombinant strains can produce substances without growth in bioconversion reactions from sugars to organic compounds such as organic acids under anaerobic reduction conditions. It is a microorganism useful for the production (biorefinery) of chemicals and biofuels using saccharides derived from cellulosic biomass that do not compete with food as raw materials (Patent Document 4).
In the case of substance production, first, the cells (C. glutamicum) are aerobically cultured, then packed in a reaction vessel with high density, and the reaction is performed by adding a substrate under anaerobic conditions. Since it can react at high density, a compact reactor design is possible. The present inventors have disclosed a technique for producing ethanol with high efficiency by a transformant in which pyruvate decarboxylase gene and alcohol dehydrogenase gene derived from Zymomonas mobilis are introduced and expressed in Corynebacterium glutamicum (non-patent document). Reference 11).

さらに、増殖を伴いながら物質生産を行う、例えばサッカロミセス セレビシアエ、ザイモモナス モビリス、エシェリヒア コリなどを用いた発酵法では、糖化工程前のセルロース系バイオマスの高温・高圧処理等の前処理工程において生成するフェノール類、フラン類、有機酸などの“発酵阻害物質”(増殖阻害物質)による生産阻害を受けることが大きな問題となっている。しかし、コリネバクテリウム グルタミカムを用いる我々の技術は、増殖を伴わずに有機酸等の有機化合物へのバイオ変換反応が可能であることから、所謂“発酵阻害物質”(増殖阻害物質)による生産阻害を受けない利点を有する(非特許文献12)。   Furthermore, in fermentation methods using Saccharomyces cerevisiae, Zymomonas mobilis, Escherichia coli, etc., which produce substances with growth, phenols produced in pretreatment processes such as high-temperature and high-pressure treatment of cellulosic biomass before the saccharification process In addition, production inhibition by “fermentation-inhibiting substances” (growth-inhibiting substances) such as furans and organic acids is a major problem. However, our technology using Corynebacterium glutamicum allows bioconversion reaction to organic compounds such as organic acids without growth, so production inhibition by so-called “fermentation inhibitors” (growth inhibitors) (Non-patent Document 12).

コリネバクテリウム グルタミカムの野生株は、様々な利点を有するバイオ変換反応を可能とする能力を有するものの、本来の特性として、D‐キシロース等のC5糖(ペントース)を利用することができなかったが、発明者らは、この点に関して、コリネバクテリウム グルタミカムに、エシェリヒア コリ由来のキシロース イソメラーゼ遺伝子及びキシルロキナーゼ遺伝子を導入し、発現させることで、D−キシロースの利用能を付与する技術を開示している(非特許文献13)。   Although the wild strain of Corynebacterium glutamicum has the ability to enable bioconversion reactions with various advantages, it has been unable to utilize C5 sugars (pentoses) such as D-xylose as an original characteristic. In this regard, the inventors have disclosed a technique for imparting the availability of D-xylose by introducing and expressing the xylose isomerase gene and xylulokinase gene derived from Escherichia coli in Corynebacterium glutamicum. (Non-patent Document 13).

しかし、すぐれたキシロオリゴ糖利用能を有する微生物の創製が求められている。   However, there is a demand for the creation of microorganisms having excellent xylo-oligosaccharide utilization ability.

特開平11−313683号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-313683 特許公開2013−59272号公報Japanese Patent Publication No. 2013-59272 特許公開2012−65604号公報Japanese Patent Publication No. 2012-65604 WO01/96573A1WO01 / 96573A1

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本発明は、セルロース系バイオマス資源の有効利用を図る上で必要なキシロオリゴ糖の利用機能がすぐれた組換え微生物、及びこの微生物を用いる高効率な有機化合物の製造方法を提供することを課題とする。   An object of the present invention is to provide a recombinant microorganism having an excellent function of using xylooligosaccharides necessary for effective utilization of cellulosic biomass resources, and a highly efficient method for producing an organic compound using the microorganism. .

前記の課題を解決するために本発明者は研究を重ね、コリネ型細菌に、キシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質をコードする外来遺伝子、及びβ-キシロシダーゼをコードする外来遺伝子を導入することにより創製される形質転換体がキシロオリゴ糖から有機化合物を効率よく生産することを見出した。
また、上記2つの外来遺伝子の導入により、宿主のコリネ型細菌のキシロオリゴ糖利用速度が大幅に向上すると共に、D−グルコース及びキシロオリゴ糖の両糖の存在下での、D−グルコース及びキシロオリゴ糖を並行的かつ同時に利用できることを見出した。
In order to solve the above problems, the present inventor has been researched and created by introducing a foreign gene encoding a protein having xylo-oligosaccharide transport ability and a foreign gene encoding β-xylosidase into coryneform bacteria. It was found that the transformant efficiently produces an organic compound from xylooligosaccharide.
In addition, the introduction of the two foreign genes greatly improves the rate of utilization of xylooligosaccharides in the host coryneform bacterium, and D-glucose and xylooligosaccharides in the presence of both D-glucose and xylooligosaccharides. We found that it can be used in parallel and simultaneously.

本発明は上記知見に基づき完成されたものであり、下記の形質転換体および有機化合物の製造方法を提供する。
項1. 宿主のコリネ型細菌に、(A)キシロオリゴ糖の細胞外から細胞内への取り込みを可能とするキシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質をコードする外来遺伝子、及び(B)β-キシロシダーゼ活性を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が導入されているコリネ型細菌形質転換体。
項2. キシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質がABCトランスポーター型の輸送体蛋白質である項1に記載のコリネ型細菌形質転換体。
項3. ABCトランスポーター型のキシロオリゴ糖輸送体蛋白質をコードする外来遺伝子が、
(a)配列番号1の塩基配列からなるDNAであるか、または
(b)配列番号1と少なくとも90%の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号1と相補的な塩基配列からなる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であって、ABCトランスポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNAである項2に記載のコリネ型細菌形質転換体。
項4. キシロオリゴ糖の細胞外から細胞内への取り込みを可能とするキシロオリゴ糖輸送体がシンポーター型の輸送体蛋白質である項1に記載のコリネ型細菌形質転換体。
項5. シンポーター型のキシロオリゴ糖輸送体蛋白質をコードする外来遺伝子が
(c)配列番号2の塩基配列からなるDNA、または
(d)配列番号2と少なくとも90%の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号2と相補的な塩基配列からなる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であって、シンポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNAである項4に記載のコリネ型細菌形質転換体。
項6. キシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質がABCトランスポーター型の輸送体蛋白質およびシンポーター型の輸送体蛋白質である項1に記載のコリネ型細菌形質転換体。
項7. ABCトランスポーター型のキシロオリゴ糖輸送体蛋白質をコードする外来遺伝子が、
(a)配列番号1の塩基配列からなるDNAであるか、または
(b)配列番号1と少なくとも90%の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号1と相補的な塩基配列からなる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であって、ABCトランスポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNAであり、
シンポーター型のキシロオリゴ糖輸送体蛋白質をコードする外来遺伝子が
(c)配列番号2の塩基配列からなるDNA、または
(d)配列番号2と少なくとも90%の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号2と相補的な塩基配列からなる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であって、シンポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNAである項6に記載のコリネ型細菌形質転換体。
項8. β-キシロシダーゼ活性を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が、
(e)配列番号3の塩基配列からなるDNA、または
(f)配列番号3と少なくとも90%の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号3と相補的な塩基配列からなる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であって、β-キシロシダーゼ活性を有する蛋白質をコードするDNAである項1〜7の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。
項9. さらに、ATP-結合部位を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が導入されている項1〜8の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。
項10. ATP-結合部位を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が、
(g)配列番号4の塩基配列からなるDNAであるか、または
(h)配列番号4と少なくとも90%の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号4と相補的な塩基配列からなる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であって、ATP結合部位を有する蛋白質をコードするDNAである項9に記載のコリネ型細菌形質転換体。
項11. 宿主のコリネ型細菌が、D−キシロース利用能を有するコリネ型細菌である項1〜10の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。
項12. D−キシロース利用能を有するコリネ型細菌が、キシロース イソメラーゼをコードする外来遺伝子、及びキシルロキナーゼをコードする外来遺伝子を導入された形質転換体である項11に記載のコリネ型細菌形質転換体。
項13. 宿主のコリネ型細菌が、L−アラビノース輸送系のプロトンシンポーターをコードする外来遺伝子を導入された形質転換体である項1〜12の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。
項14. 宿主のコリネ型細菌が、コリネバクテリウム グルタミカムInd-araE/pCRA811 (受託番号 NITE BP−576)、コリネバクテリウム グルタミカムX5-Ind-araE/Plac-araBAD (受託番号 NITE BP−577)、コリネバクテリウム グルタミカムX5-Ind-araE-Δldh/pEthAra (受託番号 NITE BP−581)である項13記載のコリネ型細菌形質転換体。
項15. ABCトランスポーター型のキシロオリゴ糖輸送体をコードする外来遺伝子およびATP-結合部位を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が導入されており、これらの外来遺伝子が、それぞれ独立して、コリネバクテリウム アルカノリティカム(Corynebacterium alkanolyticum)、マイクロバクテリウム テスタセウム(Microbacterium testaceum)、アースロバクター フェナンスレニボランス(Arthrobacter phenanthrenivorans)、セルロモナス フラビゲナ(Cellulomonas flavigena)、ビフィドバクテリウム ロングム(Bifidobacterium longum)、ストレプトマイセス サーモビオラセウス(Streptomyces thermoviolaceus)、またはゲオバシルス スタエロサーモフィルス(Geobacillus staerothermophilus)由来の遺伝子である項1〜3、および6〜14の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。
項16. シンポーター型のキシロオリゴ糖輸送体をコードする外来遺伝子が導入されており、この外来遺伝子が、クロストリジウム アセトブチリカム(Clostridium acetobutylycum)、ラクトバシルス ブレビス(Lactobacillus brevis)、バシルス サブチリス(Bacillus subtilis)、またはクレブシエラ オキシトカ(Klebsiella oxytoca)由来の遺伝子である項1、3〜15の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。
項17. β-キシロシダーゼをコードする外来遺伝子が、コリネバクテリウム アルカノリティカム(Corynebacterium alkanolyticum)、マイクロバクテリウム テスタセウム(Microbacterium testaceum)、アースロバクター フェナンスレニボランス(Arthrobacter phenanthrenivorans)、セルロモナス フラビゲナ(Cellulomonas flavigena)、ビフィドバクテリウム ロングム(Bifidobacterium longum)、ストレプトマイセス スカビエイ(Streptomyces scabiei)、クロストリジウム アセトブチリカム(Clostridium acetobutylicum)、クロストリジウム セルロリティカム(Clostridium cellulolyticum)、ラクトバシルス ラムノサス(Lactobacillus rhamnosus)、ラクトバシルス ブレビス(Lactobacillus brevis)、パエニバシルス ポリミキサ(Paenibacillus polymyxa)、またはゲオバシルス サーモレオボランス(Geobacillus thermoleovorans)由来の遺伝子である項1〜16の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。
項18. コリネ型細菌の形質転換体がCorynebacterium glutamicum XYD9 (受託番号NITE P-01812)である項1〜17の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。
項19. 項1〜18の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体を、キシロオリゴ糖を含むか、又はキシロオリゴ糖とグルコースを含む反応液中で反応させる工程と、培養物から有機化合物を回収する工程とを含む有機化合物の製造方法。
項20. 有機化合物が、アミノ酸、有機酸、アルコール、核酸、生理活性物質、および有機性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種である項19に記載の方法。
項21. 還元条件下の反応液中で反応させる項19または20に記載の方法。
項22. 還元条件下の反応液の酸化還元電位が−200mV〜−500mVである項21に記載の方法。
The present invention has been completed based on the above findings, and provides the following transformants and methods for producing organic compounds.
Item 1. To the coryneform bacterium of the host, (A) a foreign gene encoding a protein having a xylo-oligosaccharide transporting ability that enables uptake of xylo-oligosaccharide from outside the cell into the cell, and (B) a protein having β-xylosidase activity. A coryneform bacterium transformant into which a foreign gene to be encoded has been introduced.
Item 2. Item 2. The coryneform bacterium transformant according to item 1, wherein the protein having xylooligosaccharide transport ability is an ABC transporter type transporter protein.
Item 3. A foreign gene encoding an ABC transporter type xylo-oligosaccharide transporter protein is
(a) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1, or
(b) DNA consisting of a base sequence having at least 90% homology with SEQ ID NO: 1 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to SEQ ID NO: 1, comprising ABC Item 3. The coryneform bacterium transformant according to Item 2, which is a DNA encoding a protein having a transporter-type transporter function.
Item 4. Item 2. The coryneform bacterium transformant according to item 1, wherein the xylo-oligosaccharide transporter that enables uptake of the xylo-oligosaccharide from outside the cell into the cell is a symporter-type transporter protein.
Item 5. A foreign gene encoding a symporter-type xylooligosaccharide transporter protein
(c) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 2, or
(d) DNA consisting of a base sequence having at least 90% homology with SEQ ID NO: 2 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to SEQ ID NO: 2, Item 5. The coryneform bacterium transformant according to Item 4, which is a DNA encoding a protein having a porter-type transporter function.
Item 6. Item 2. The coryneform bacterium transformant according to Item 1, wherein the protein having xylooligosaccharide transport ability is an ABC transporter type transporter protein and a symporter type transporter protein.
Item 7. A foreign gene encoding an ABC transporter type xylo-oligosaccharide transporter protein is
(a) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1, or
(b) DNA consisting of a base sequence having at least 90% homology with SEQ ID NO: 1 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to SEQ ID NO: 1, comprising ABC DNA encoding a protein having a transporter type transporter function,
A foreign gene encoding a symporter-type xylooligosaccharide transporter protein
(c) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 2, or
(d) DNA consisting of a base sequence having at least 90% homology with SEQ ID NO: 2 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to SEQ ID NO: 2, Item 7. The coryneform bacterium transformant according to item 6, which is a DNA encoding a protein having a porter-type transporter function.
Item 8. A foreign gene encoding a protein having β-xylosidase activity is
(e) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 3, or
(f) DNA consisting of a base sequence having at least 90% homology with SEQ ID NO: 3 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to SEQ ID NO: 3, Item 8. A coryneform bacterium transformant according to any one of Items 1 to 7, which is a DNA encoding a protein having xylosidase activity.
Item 9. Item 9. The coryneform bacterium transformant according to any one of Items 1 to 8, wherein a foreign gene encoding a protein having an ATP-binding site is introduced.
Item 10. A foreign gene encoding a protein having an ATP-binding site is
(g) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 4, or
(h) DNA consisting of a base sequence having at least 90% homology with SEQ ID NO: 4 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to SEQ ID NO: 4, comprising ATP Item 10. The coryneform bacterium transformant according to Item 9, which is a DNA encoding a protein having a binding site.
Item 11. Item 11. The coryneform bacterium transformant according to any one of Items 1 to 10, wherein the host coryneform bacterium is a coryneform bacterium having D-xylose utilization ability.
Item 12. Item 12. The coryneform bacterium transformant according to item 11, wherein the coryneform bacterium having D-xylose utilization ability is a transformant into which a foreign gene encoding xylose isomerase and a foreign gene encoding xylulokinase are introduced.
Item 13. Item 13. The coryneform bacterium transformant according to any one of Items 1 to 12, wherein the host coryneform bacterium is a transformant into which a foreign gene encoding a proton symporter of the L-arabinose transport system has been introduced.
Item 14. Corynebacterium glutamicum Ind-araE / pCRA811 (Accession number NITE BP-576), Corynebacterium glutamicum X5-Ind-araE / Plac-araBAD (Accession number NITE BP-577), Corynebacterium Item 14. The coryneform bacterium transformant according to Item 13, which is Glutamicum X5-Ind-araE-Δldh / pEthAra (Accession No. NITE BP-581).
Item 15. A foreign gene encoding an ABC transporter-type xylo-oligosaccharide transporter and a foreign gene encoding a protein having an ATP-binding site have been introduced, and these foreign genes are independently independent of Corynebacterium alkanolyticum. (Corynebacterium alkanolyticum), Microbacterium testaceum, Arthrobacter phenanthrenivorans, Cellulomonas flavigena, Bifidobacterium longum, Streptomyces cerevisiae Item 15. The coryneform bacterium transformant according to any one of Items 1 to 3 and 6 to 14, which is a gene derived from (Streptomyces thermoviolaceus) or Geobacillus staerothermophilus.
Item 16. A foreign gene that encodes a symporter-type xylooligosaccharide transporter has been introduced, and this foreign gene can be Clostridium acetobutylycum, Lactobacillus brevis, Bacillus subtilis, or Klebsiella oxytoca Item 16. A coryneform bacterium transformant according to any one of Items 1 and 3 to 15, which is a gene derived from oxytoca).
Item 17. Foreign genes encoding β-xylosidase include Corynebacterium alkanolyticum, Microbacterium testaceum, Arthrobacter phenanthrenivorans, Cellulomonas flavigena, Bifidobacterium longum, Streptomyces scabiei, Clostridium acetobutylicum, Clostridium cellulolyticum, Lactobacillus rhamnosus lus, Lactobacillus rhamnosus Polymixer (Paenibacillus polymyxa) or Geobacillus thermoleovorans (Geobacillus thermoleovorans) The coryneform bacterium transformant according to any one of Items 1 to 16, which is a gene derived from
Item 18. Item 18. The coryneform bacterium transformant according to any one of Items 1 to 17, wherein the coryneform bacterium transformant is Corynebacterium glutamicum XYD9 (Accession No. NITE P-01812).
Item 19. The step of reacting the coryneform bacterium transformant according to any one of Items 1 to 18 in a reaction solution containing xylooligosaccharide or containing xylooligosaccharide and glucose; and a step of recovering an organic compound from the culture; The manufacturing method of the organic compound containing this.
Item 20. Item 20. The method according to Item 19, wherein the organic compound is at least one selected from the group consisting of amino acids, organic acids, alcohols, nucleic acids, physiologically active substances, and organic gases.
Item 21. Item 21. The method according to Item 19 or 20, wherein the reaction is carried out in a reaction solution under reducing conditions.
Item 22. Item 22. The method according to Item 21, wherein the reaction solution under reducing conditions has a redox potential of -200 mV to -500 mV.

コリネ型細菌は、増殖を停止した状態で物質生産が行えるため、増殖に要する栄養源を消費せずに有用物質を生産させることができ、生産産物による増殖阻害を受けることがなく、さらにコンパクトな反応装置設計が可能等のメリットがある有用な微生物である。ところが、コリネ型細菌は、本来、キシロオリゴ糖を利用できないため、キシロオリゴ糖を多く含むセルロース系バイオマスの糖化液からの物質生産に使用できなかった。この点、本発明の形質転換体は、コリネ型細菌でありながら、キシロオリゴ糖を利用して有機化合物を効率よく生産することができるため、セルロース系バイオマスの糖化液から効率よく物質生産できる極めて有用な微生物である。
また、本発明のコリネ型細菌形質転換体は、キシロオリゴ糖利用に対するグルコース抑制が完全に解除され、D−グルコースとキシロオリゴ糖とを並行的かつ同時に利用できる。
本明細書中、コリネ型細菌形質転換体が「D−グルコース及びキシロオリゴ糖を並行的かつ同時利用することができる」、又は「同時利用性(能)を有する」とは、D−グルコース及びキシロオリゴ糖の混合糖を炭素源とする培地中で本発明の形質転換体を用いて有機化合物を生成させた場合に、何れか一方の糖を先に消費してから他方の糖を消費し始めるものではないことを意味する。
Coryneform bacteria can produce substances in a state where growth is stopped, so that useful substances can be produced without consuming nutrients necessary for growth, and growth inhibition is not affected by the product, making it more compact. It is a useful microorganism that has the merit that the reactor can be designed. However, coryneform bacteria originally cannot use xylo-oligosaccharides, and thus cannot be used for substance production from a saccharified solution of cellulosic biomass containing a large amount of xylo-oligosaccharides. In this respect, since the transformant of the present invention is a coryneform bacterium and can efficiently produce an organic compound using xylo-oligosaccharide, it is extremely useful for efficiently producing a substance from a saccharified solution of cellulosic biomass. Microbial.
In addition, the coryneform bacterium transformant of the present invention completely cancels glucose suppression for xylo-oligosaccharide utilization, and can use D-glucose and xylo-oligosaccharide in parallel and simultaneously.
In the present specification, the coryneform bacterium transformant means that “D-glucose and xylooligosaccharide can be used in parallel and simultaneously” or “having simultaneous availability (ability)” means D-glucose and xylooligo When an organic compound is produced using the transformant of the present invention in a medium containing a mixed sugar of carbon as a carbon source, one of the sugars is consumed first and then the other sugar starts to be consumed. Means not.

一般に、コリネ型細菌を含む微生物は、複数の糖類が存在する場合、D−グルコースを優先的に消費し、遅れてまたはその後に他の糖を消費し始める。しかし、セルロース系バイオマスはヘミセルロース含量が高いため、前処理および酵素糖化後の糖化液にはセルロース由来のグルコースに加えて、ヘミセルロースの主構成成分であるキシランに由来するキシランやキシロオリゴ糖が含まれる。従って、グルコースを優先的に消費する微生物によりセルロース系バイオマスの糖化液を原料として有機化合物を製造しようとすると、一般には、グルコースの消費に遅れてキシロオリゴ糖が消費され、製造効率ないしは原料利用効率が悪い。この点、本発明の形質転換体は、キシロオリゴ糖及びグルコースを並行的かつ同時に効率よく利用できるため、セルロース系バイオマスの糖化液を原料として効率よく有機化合物を製造することができる。   In general, microorganisms including coryneform bacteria preferentially consume D-glucose and begin consuming other sugars later or later when multiple sugars are present. However, since the cellulosic biomass has a high hemicellulose content, the saccharified solution after pretreatment and enzymatic saccharification contains xylan and xylo-oligosaccharides derived from xylan, which is the main component of hemicellulose, in addition to glucose derived from cellulose. Accordingly, when an organic compound is produced from a saccharified liquid of cellulosic biomass by a microorganism that consumes glucose preferentially, in general, xylooligosaccharide is consumed behind the consumption of glucose, and the production efficiency or the utilization efficiency of the raw material is increased. bad. In this respect, since the transformant of the present invention can efficiently use xylooligosaccharide and glucose in parallel and simultaneously, an organic compound can be efficiently produced using a saccharified solution of cellulosic biomass as a raw material.

従って、本発明の形質転換体は、農業残渣や木質バイオマス等の非可食バイオマスからバイオ化学品やバイオ燃料を効率的に製造するのに極めて有益である。   Therefore, the transformant of the present invention is extremely useful for efficiently producing biochemicals and biofuels from non-edible biomass such as agricultural residues and woody biomass.

実施例で使用した各ベクターの構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of each vector used in the Example. 実施例で作製した形質転換体の好気条件下での増殖を示す図である。It is a figure which shows the proliferation on the aerobic condition of the transformant produced in the Example. 実施例で作製した形質転換体の培養上清のLC−ESIMS分析結果を示す図である。It is a figure which shows the LC-ESIMS analysis result of the culture supernatant of the transformant produced in the Example. 実施例で作製した形質転換体の糖消費を示す図である。It is a figure which shows the sugar consumption of the transformant produced in the Example. 実施例で作製した形質転換体の糖消費を示す図である。It is a figure which shows the sugar consumption of the transformant produced in the Example. 実施例で作製した形質転換体の培養上清のLC−ESIMS分析結果を示す図である。It is a figure which shows the LC-ESIMS analysis result of the culture supernatant of the transformant produced in the Example. 実施例で作製した形質転換体の糖消費を示す図である。It is a figure which shows the sugar consumption of the transformant produced in the Example. 実施例で作製した形質転換体の培養上清のLC−ESIMS分析結果を示す図である。It is a figure which shows the LC-ESIMS analysis result of the culture supernatant of the transformant produced in the Example.

以下、本発明を詳細に説明する。
(I)形質転換体
本発明の形質転換体は、宿主のコリネ型細菌に、(A)キシロオリゴ糖の細胞外から細胞内への取り込みを可能とするキシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質をコードする外来遺伝子、及び(B)β-キシロシダーゼ活性を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が導入されているコリネ型細菌形質転換体である。
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
(I) Transformant The transformant of the present invention is an exogenous protein encoding a protein having a xylooligosaccharide transport ability that allows the host coryneform bacterium to take up (A) xylooligosaccharide from outside the cell into the cell. A coryneform bacterium transformant into which a gene and a foreign gene encoding (B) a protein having β-xylosidase activity have been introduced.

宿主
コリネ型細菌とは、バージーズ・マニュアル・デターミネイティブ・バクテリオロジー〔Bargeys Manual of Determinative Bacteriology、Vol. 8、599(1974)〕に定義されている一群の微生物であり、通常の好気的条件で増殖するものならば特に限定されるものではない。具体例を挙げれば、コリネバクテリウム属菌、ブレビバクテリウム属菌、アースロバクター属菌、マイコバクテリウム属菌、マイクロコッカス属菌等が挙げられる。コリネ型細菌の中ではコリネバクテリウム属菌が好ましい。
A host coryneform bacterium is a group of microorganisms defined in the Bargeys Manual of Determinative Bacteriology, Vol. 8, 599 (1974), and is under normal aerobic conditions. If it grows in, it will not be specifically limited. Specific examples include Corynebacterium, Brevibacterium, Arthrobacter, Mycobacterium, Micrococcus, and the like. Among the coryneform bacteria, the genus Corynebacterium is preferable.

コリネバクテリウム属菌としては、コリネバクテリウム グルタミカム、コリネバクテリウム エフィシェンス(Corynebacterium efficiens)、コリネバクテリウム アンモニアゲネス(Corynebacterium ammoniagenes)、コリネバクテリウム ハロトレランス(Corynebacterium halotolerance)、コリネバクテリウム アルカノリティカム(Corynebacterium alkanolyticum)等が挙げられる。中でも、安全でかつキシロオリゴ糖の利用能が高い点で、コリネバクテリウム グルタミカムが好ましい。好適な菌株として、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株(FERM P-18976)、ATCC13032株、ATCC13869株、ATCC13058株、ATCC13059株、ATCC13060株、ATCC13232株、ATCC13286株、ATCC13287株、ATCC13655株、ATCC13745株、ATCC13746株、ATCC13761株、ATCC14020株、ATCC31831株、MJ-233(FERM BP-1497)、MJ-233AB-41(FERM BP-1498)等が挙げられる。中でも、R株(FERM P-18976)、ATCC13032株、ATCC13869株が好ましい。   Corynebacterium glutamicum, Corynebacterium efficiens, Corynebacterium ammoniagenes, Corynebacterium halotolerance, Corynebacterium alkanolyticum (Corynebacterium) alkanolyticum) and the like. Of these, Corynebacterium glutamicum is preferable because it is safe and has high availability of xylooligosaccharides. Corynebacterium glutamicum R strain (FERM P-18976), ATCC13032 strain, ATCC13869 strain, ATCC13058 strain, ATCC13059 strain, ATCC13060 strain, ATCC13232 strain, ATCC13286 strain, ATCC13287 strain, ATCC13655 strain, ATCC13745 Strains, ATCC13746 strain, ATCC13761 strain, ATCC14020 strain, ATCC31831 strain, MJ-233 (FERM BP-1497), MJ-233AB-41 (FERM BP-1498) and the like. Among these, R strain (FERM P-18976), ATCC13032 strain, and ATCC13869 strain are preferable.

なお、分子生物学的分類により、ブレビバクテリウム フラバム(Brevibacterium flavum)、ブレビバクテリウム ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)、ブレビバクテリウム ディバリカタム(Brevibacterium divaricatum)、コリネバクテリウム リリウム(Corynebacterium lilium)等のコリネ型細菌もコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)に菌名が統一されている〔Liebl, W. et al., Transfer of Brevibacterium divaricatum DSM 20297T, "Brevibacterium flavum" DSM 20411, "Brevibacterium lactofermentum" DSM 20412 and DSM 1412, and Corynebacterium glutamicum and their distinction by rRNA gene restriction patterns. Int J Syst Bacteriol. 41:255-260. (1991)、駒形和男ら, コリネフォルム細菌の分類, 発酵と工業, 45:944-963 (1987)〕。   Depending on the molecular biological classification, coryneforms such as Brevibacterium flavum, Brevibacterium lactofermentum, Brevibacterium divaricatum, Corynebacterium lilium, etc. The name of the bacterium is the same as Corynebacterium glutamicum [Liebl, W. et al., Transfer of Brevibacterium divaricatum DSM 20297T, "Brevibacterium flavum" DSM 20411, "Brevibacterium lactofermentum" DSM 20412 and DSM 1412 , and Corynebacterium glutamicum and their distinction by rRNA gene restriction patterns. Int J Syst Bacteriol. 41: 255-260. (1991), Komagata Kazuo et al., Classification of coryneform bacteria, Fermentation and industry, 45: 944-963 (1987) ].

ブレビバクテリウム属菌としては、ブレビバクテリウム アンモニアゲネス(Brevibacterium ammoniagenes)(例えばATCC6872株)等が挙げられる。
アースロバクター属菌としては、アースロバクター グロビフォルミス(Arthrobacter globiformis)(例えばATCC8010株、ATCC4336株、ATCC21056株、ATCC31250株、ATCC31738株、ATCC35698株)等が挙げられる。
マイコバクテリウム属菌としては、マイコバクテリウム ボビス(Mycobacterium bovis)(例えばATCC19210株、ATCC27289株)等が挙げられる。
マイクロコッカス属菌としては、マイクロコッカス フロイデンライヒ(Micrococcus freudenreichii)(例えばNo. 239株(FERM P-13221))、マイクロコッカス ルテウス(Micrococcus leuteus)(例えばNo. 240株(FERM P-13222))、マイクロコッカス ウレアエ(Micrococcus ureae)(例えばIAM1010株)、マイクロコッカス ロゼウス(Micrococcus roseus)(例えばIFO3764株)等が挙げられる。
Examples of the genus Brevibacterium include Brevibacterium ammoniagenes (for example, ATCC6872 strain).
Examples of the genus Arthrobacter include Arthrobacter globiformis (for example, ATCC 8010 strain, ATCC 4336 strain, ATCC 21056 strain, ATCC 31250 strain, ATCC 31738 strain, ATCC 35698 strain) and the like.
Examples of the genus Mycobacterium include Mycobacterium bovis (for example, ATCC19210 strain, ATCC27289 strain).
Examples of the genus Micrococcus include Micrococcus freudenreichii (for example, No. 239 strain (FERM P-13221)), Micrococcus leuteus (for example, No. 240 strain (FERM P-13222)), Examples include Micrococcus ureae (for example, IAM1010 strain), Micrococcus roseus (for example, IFO3764 strain), and the like.

コリネ型細菌の野生株は、D−キシロース等のペントースを利用することができない。β-キシロシダーゼの作用によりキシロオリゴ糖から生成するキシロースから各種の有機化合物を効率よく生成できるように、宿主のコリネ型細菌は、D−キシロース利用能を有するものであることが好ましい。
コリネ型細菌にD−キシロース利用能を付与する方法としては特に限定されず、例えば、該コリネ型細菌に他の生物種由来のD−キシロース代謝関連遺伝子を導入する方法が挙げられる。
Wild strains of coryneform bacteria cannot use pentoses such as D-xylose. The host coryneform bacterium preferably has D-xylose availability so that various organic compounds can be efficiently produced from xylose produced from xylooligosaccharides by the action of β-xylosidase.
The method for imparting D-xylose utilization ability to coryneform bacteria is not particularly limited, and examples thereof include a method for introducing a D-xylose metabolism-related gene derived from another species into the coryneform bacteria.

原核生物及び一部のカビにおけるD−キシロースからD−キシルロース−5−ホスフェートへの代謝は、具体的には、D−キシロースからD−キシルロースへの反応を触媒するキシロース イソメラーゼ(xylA)、及びD−キシルロースからD−キシルロース−5−ホスフェートへの反応を触媒するキシルロキナーゼ(xylB)の2つの酵素に触媒された2ステップの反応により行われる。これらの酵素をコードする各遺伝子をコリネ型細菌に導入することによりコリネ型細菌にD−キシロース利用能が付与される。   Metabolism of D-xylose to D-xylulose-5-phosphate in prokaryotes and some molds specifically includes xylose isomerase (xylA), which catalyzes the reaction from D-xylose to D-xylulose, and D -Performed by two enzyme-catalyzed reactions of xylulokinase (xylB) that catalyze the reaction of xylulose to D-xylulose-5-phosphate. By introducing each gene encoding these enzymes into coryneform bacteria, the ability to use D-xylose is imparted to the coryneform bacteria.

例えば、本発明者らは既に、コリネ型細菌に、D−キシロース代謝関連遺伝子として、エシェリヒア コリ(Escherichia coli)由来のxylA遺伝子、及びxylB遺伝子を導入し、発現させることで、D−キシロースの利用能を付与する技術を開示している(Appl. Environ. Microbiol. Vol.72,3418-3428 (2006))。本発明においては、このような技術により作製されるD−キシロース利用能が付与されたコリネ型細菌を用いることができる。また、例えばD−キシロース利用能を付与する方法としては、上記のエシェリヒア コリ (Escherichia coli)以外の生物種由来遺伝子を導入した形質転換体であってもよい。   For example, the present inventors have already introduced xylA gene and xylB gene derived from Escherichia coli as D-xylose metabolism-related genes into coryneform bacteria, and expressed them, thereby using D-xylose. A technology for imparting performance is disclosed (Appl. Environ. Microbiol. Vol.72, 3418-3428 (2006)). In the present invention, a coryneform bacterium to which D-xylose utilization ability produced by such a technique is imparted can be used. For example, as a method for imparting D-xylose utilization ability, a transformant into which a gene derived from a species other than the above Escherichia coli is introduced may be used.

xylA遺伝子、及びxylB遺伝子は、通常、D−キシロースの代謝能を有する微生物に保有されている。xylA遺伝子、及びxylB遺伝子としては、それぞれ独立して、エシェリヒア コリ、コリネバクテリウム グルタミカム(xylB遺伝子のみ保有)、バチラス サブチリス(Bacillus subtilis)、サルモネラ ティフィムリウム(Salmonella typhimurium)、バチラス ハロデュランス(Bacillus halodurans)、シノリゾビューム メリロッティ(Sinorhizobium meliloti)、及びアグロバクテリュウム ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)からなる群より選ばれる微生物由来のものを用いることが好ましい。中でも、エシェリヒア コリに由来するxylA遺伝子(例えば、配列番号24のアミノ酸配列からなる遺伝子)、及びxylB遺伝子(例えば、配列番号25のアミノ酸配列からなる遺伝子)がより好ましい。   The xylA gene and the xylB gene are usually held in microorganisms having the ability to metabolize D-xylose. As the xylA gene and the xylB gene, Escherichia coli, Corynebacterium glutamicum (having only the xylB gene), Bacillus subtilis, Salmonella typhimurium, Bacillus halodurans (Bacillus halodurans) ), Sinorhizobium meliloti, and Agrobacterium tumefaciens, preferably derived from a microorganism selected from the group consisting of Agrobacterium tumefaciens. Among these, an xylA gene derived from Escherichia coli (for example, a gene consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 24) and an xylB gene (for example, a gene consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 25) are more preferable.

また、これらの微生物由来のxylA、またはxylBのアミノ酸配列において、1乃至数個(通常1〜5個、好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が欠失、付加、または置換されたアミノ酸配列を有し、かつキシロース イソメラーゼ活性、またはキシルロキナーゼ活性を有する類縁体をコードする遺伝子を用いることもできる。   In addition, in the amino acid sequence of xylA or xylB derived from these microorganisms, 1 to several (usually 1 to 5, preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2) amino acids are deleted, added, Alternatively, a gene encoding an analog having a substituted amino acid sequence and having xylose isomerase activity or xylulokinase activity can also be used.

また、宿主のコリネ型細菌は、種々の有機化合物を生産するために、正常に機能する解糖経路とペントースリン酸経路とを有していることが好ましい。さらには、ピルビン酸から目的とする発酵産物、例えばコハク酸、酢酸又は乳酸に変換するための酵素を含有することが好ましい。さらに、エタノール;乳酸、酢酸、ギ酸等のような有機酸;フルフラール、ヒドロキシメチルフルフラールのような糖分解産物に対して高い耐性を持っていることが好ましい。このような点から、本発明で用いられるコリネ型細菌としては、コリネバクテリウム グルタミカムR(FERM BP-18976)又は、コリネバクテリウム グルタミカムATCC31831等も好ましい。   The host coryneform bacterium preferably has a normally functioning glycolytic pathway and a pentose phosphate pathway in order to produce various organic compounds. Furthermore, it is preferable to contain an enzyme for converting pyruvic acid into a desired fermentation product such as succinic acid, acetic acid or lactic acid. Furthermore, it is preferable to have high resistance to ethanol; organic acids such as lactic acid, acetic acid, formic acid and the like; and sugar degradation products such as furfural and hydroxymethylfurfural. From this point, as the coryneform bacterium used in the present invention, Corynebacterium glutamicum R (FERM BP-18976), Corynebacterium glutamicum ATCC31831, or the like is preferable.

また、これらコリネ型細菌は自然界に存在する野生株の変異株、又は人為的な遺伝子組換え株等であってもよい。野生株の変異株としては、セロビオース利用性変異株であるFERM P-18977、FERM P-18978(特開2004−089029号公報)等が挙げられる。人為的な遺伝子組換え株としては、エタノール生産組換え株であるFERM P-17887(FERM P-17887はFERM BP-7621と同じ株である)、FERM P-17888(FERM P-17888はFERM BP-7622と同じ株である)、及びJ.Mol.Microbiol.Biotechnol.,Vol8,243-254(2004)記載株、すなわち日本国特許第42943735号に記載のFERM P-19361及びFERM P-19362等;セロビオース利用組換え株であるFERM P-18979(特開2004−089029号公報)等;コハク酸生産組換え株であるFERM P-19446(FERM P-19446はFERM BP-10060と同じ株である)及びFERM P-19477(FERM P-19477はFERM BP-10061と同じ株である)等が挙げられる。FERM P-19361及びFERM P-19362は、ザイモモナス モビリス由来のピルベート デカルボキシラーゼ遺伝子及びアルコール デヒドロゲナーゼ遺伝子をコリネバクテリウム グルタミカムに導入した形質転換体である。   These coryneform bacteria may be wild-type mutants that exist in nature, or artificial genetically modified strains. Examples of wild-type mutants include cellobiose-utilizing mutants such as FERM P-18977 and FERM P-18978 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-089029). As artificial genetically modified strains, ethanol-producing recombinant strains FERM P-17887 (FERM P-17887 is the same strain as FERM BP-7621), FERM P-17888 (FERM P-17888 is FERM BP And the strain described in J. Mol. Microbiol. Biotechnol., Vol 8, 243-254 (2004), that is, FERM P-19361 and FERM P-19362 described in Japanese Patent No. 4294735, etc. FERM P-18979 which is a recombinant cellobiose (JP-A-2004-089029), etc .; FERM P-19446 which is a succinic acid-producing recombinant strain (FERM P-19446 is the same strain as FERM BP-10060); ) And FERM P-19477 (FERM P-19477 is the same strain as FERM BP-10061). FERM P-19361 and FERM P-19362 are transformants obtained by introducing pyruvate decarboxylase gene and alcohol dehydrogenase gene derived from Zymomonas mobilis into Corynebacterium glutamicum.

さらに、コリネバクテリウム グルタミカム R (FERM BP-18976)、セロビオース利用性組換え株もしくは変異株(FERM P-18979、FERM P-18977及びFERM P-18978)、コハク酸生産組換え株(FERM P-19446及びFERM P-19477)、並びにエタノール生産組換え株(FERM P-17887(FERM BP-7621)、FERM P-17888(FERM BP-7622)及びJ.Mol.Microbiol.Biotechnol.,Vol 8,243-254(2004)記載の株(すなわちFERM P-19361及びFERM P-19362))からなる群より選択される菌株であって、かつD−キシロース利用能が付与されているものであることが好ましい。本発明において特に好ましいコリネ型細菌は、D−キシロース利用能が付与されたコリネバクテリウム グルタミカムR(FERM BP-18976)である。   Further, Corynebacterium glutamicum R (FERM BP-18976), cellobiose-utilizing recombinant strain or mutant strain (FERM P-18979, FERM P-18977 and FERM P-18978), succinic acid-producing recombinant strain (FERM P- 19446 and FERM P-19477), and ethanol-producing recombinant strains (FERM P-17887 (FERM BP-7621), FERM P-17888 (FERM BP-7622) and J. Mol. Microbiol. Biotechnol., Vol 8,243-254 It is preferably a strain selected from the group consisting of the strains described in (2004) (that is, FERM P-19361 and FERM P-19362) and imparted with D-xylose availability. A particularly preferred coryneform bacterium in the present invention is Corynebacterium glutamicum R (FERM BP-18976) to which D-xylose utilization ability is imparted.

また、セルロース系バイオマスの前処理および酵素糖化後の糖化液には、キシロオリゴ糖の他にキシロースが多く含まれるので、宿主のコリネ型細菌は、D−キシロースの取り込み能が野生株より向上した細菌であることが好ましい。D−キシロースの取り込み能が向上した細菌としては、L−アラビノース輸送系のプロトンシンポーターをコードする外来遺伝子を導入された細菌が好ましい。L−アラビノース輸送系のプロトンシンポーター遺伝子は既知であり、araEと称されている。細菌では、以下に示す菌株等でaraE遺伝子配列や酵素特性が報告されている。コリネバクテリウム グルタミカム(再表2009−154122号)、バチラス サブチリス(Bacillus subtilis)〔J. Bacteriol.、Vol. 179、7705-7711(1997)〕、クレブシエラ オキシトカ(Klebsiella oxytoca)8017〔J. Bacteriol.、Vol. 177、5379-5380(1995)〕、エシェリヒア コリ〔J. Biol. Chem.、Vol. 263、8003-8010(1988)〕。   In addition, since the saccharified solution after pretreatment and enzymatic saccharification of cellulosic biomass contains a large amount of xylose in addition to xylooligosaccharide, the host coryneform bacterium is a bacterium whose D-xylose uptake ability is improved from that of the wild type. It is preferable that As a bacterium having improved D-xylose uptake ability, a bacterium introduced with a foreign gene encoding an L-arabinose transport system proton symporter is preferable. The proton symporter gene of the L-arabinose transport system is known and is called araE. In bacteria, araE gene sequences and enzyme properties have been reported in the following strains and the like. Corynebacterium glutamicum (reissue 2009-154122), Bacillus subtilis (J. Bacteriol., Vol. 179, 7705-7711 (1997)), Klebsiella oxytoca 8017 [J. Bacteriol., Vol. 177, 5379-5380 (1995)], Escherichia coli [J. Biol. Chem., Vol. 263, 8003-8010 (1988)].

L−アラビノース輸送系のプロトンシンポーター活性を有するタンパク質をコードする外来性遺伝子としては、コリネバクテリウム グルタミカム、エシェリヒア コリ、バチラス サブチリス、クレブシエラ オキシトカ、及びサルモネラ ティフィムリウムからなる群より選ばれる微生物由来のaraE遺伝子が好ましく、コリネバクテリウム グルタミカム由来のaraE遺伝子が好ましい。   The exogenous gene encoding a protein having proton symporter activity of L-arabinose transport system is derived from a microorganism selected from the group consisting of Corynebacterium glutamicum, Escherichia coli, Bacillus subtilis, Klebsiella oxytoca, and Salmonella typhimurium The araE gene is preferred, and the araE gene derived from Corynebacterium glutamicum is preferred.

中でも、コリネバクテリウム グルタミカムATCC31831由来の配列番号26の塩基配列からなるDNA、又は配列番号26と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズし、かつL−アラビノース輸送系のプロトンシンポーター機能を有する蛋白質をコードするDNAを用いることが好ましい。   Among them, it hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 26 derived from Corynebacterium glutamicum ATCC31831, or DNA consisting of a base sequence complementary to SEQ ID NO: 26, and the proton of the L-arabinose transport system It is preferable to use DNA encoding a protein having a symporter function.

コリネバクテリウム グルタミカム由来のaraE遺伝子、及びエシェリヒア コリ由来のxylA遺伝子及びxylB遺伝子を導入した株として、コリネバクテリウム グルタミカムInd-araE/pCRA811(NITE BP−576)、コリネバクテリウム グルタミカムX5-Ind-araE/Plac-araBAD(NITE BP−577)(いずれも、独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許生物寄託センター(日本国千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8(郵便番号292-0818))に寄託済み。受託日:2008年5月28日)、及びコリネバクテリウム グルタミカムX5-Ind-araE-Δldh/pEthAra (NITE BP−581)(独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許生物寄託センターに寄託済み。受託日:2008年6月4日)などが挙げられる。これらのコリネ型細菌形質転換体は、D−グルコース及びD−キシロースを並行的かつ同時利用するものである。   Corynebacterium glutamicum Ind-araE / pCRA811 (NITE BP-576), Corynebacterium glutamicum X5-Ind-araE as strains into which the araE gene derived from Corynebacterium glutamicum and the xylA gene and xylB gene derived from Escherichia coli were introduced. / Plac-araBAD (NITE BP-577) (all of which are independent administrative corporations Product Evaluation Technology Infrastructure Japan Patent Biological Deposit Center (2-5-8 Kazusa Kamashi, Kisarazu City, Chiba Prefecture, Japan zip code 292-0818)) Deposit date: May 28, 2008), and Corynebacterium glutamicum X5-Ind-araE-Δldh / pEthAra (NITE BP-581) (National Institute of Technology and Evaluation, Patent Biology Center) (Date of trust: June 4, 2008). These coryneform bacterial transformants use D-glucose and D-xylose in parallel and simultaneously.

キシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質の遺伝子
本発明の形質転換体は、キシロオリゴ糖の細胞外から細胞内への取り込みを可能とするために、キシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が導入されている。前述したとおり、キシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質としては、キシロシドABCトランスポーター(以下、「ABCトランスポーター型輸送体蛋白質」ということもある)、及びキシロシド/Na+ (H+)シンポーター(以下、「シンポーター型輸送体蛋白質」ということもある)がある。
Gene of protein having ability to transport xylooligosaccharide In order to enable the transformant of the present invention to incorporate xylooligosaccharide from outside the cell into the cell, a foreign gene encoding a protein having ability to transport xylooligosaccharide has been introduced. ing. As described above, as a protein having a xylo-oligosaccharide transport ability, a xyloside ABC transporter (hereinafter sometimes referred to as “ABC transporter-type transporter protein”) and a xyloside / Na + (H + ) symporter (hereinafter, Sometimes referred to as “symporter-type transporter protein”).

ABCトランスポーター型輸送体蛋白質の遺伝子としては、コリネバクテリウム アルカノリティカム(Corynebacterium alkanolyticum)、マイクロバクテリウム テスタセウム(Microbacterium testaceum)、アースロバクター フェナンスレニボランス(Arthrobacter phenanthrenivorans)、セルロモナス フラビゲナ(Cellulomonas flavigena)、ビフィドバクテリウム ロングム(Bifidobacterium longum)、ストレプトマイセス サーモビオラセウス(Streptomyces thermoviolaceus)、またはゲオバシルス スタエロサーモフィルス(Geobacillus staerothermophilus)由来の遺伝子が好ましく、コリネバクテリウム アルカノリティカム由来の遺伝子がより好ましい。   ABC transporter protein genes include Corynebacterium alkanolyticum, Microbacterium testaceum, Arthrobacter phenanthrenivorans, Cellulomonas flavigena (Cellulomonas flavigena) ), Bifidobacterium longum, Streptomyces thermoviolaceus, or Geobacillus staerothermophilus, more preferably a gene from Corynebacterium alkanolyticum preferable.

ABCトランスポーター型のキシロオリゴ糖輸送体蛋白質をコードする外来遺伝子は、
(a)配列番号1の塩基配列からなるDNA、または
(b)配列番号1と90%以上、中でも95%以上、中でも98%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号1と相補的な塩基配列からなる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であって、ABCトランスポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNAが好ましい。
本発明において、ABCトランスポーター型の輸送体機能は、エシェリヒア コリ由来のxylA遺伝子及びxylB遺伝子、並びにコリネバクテリウム アルカノリティカム由来のβ-キシロシダーゼ遺伝子を発現させたコリネバクテリウム グルタミカムに、対象遺伝子を発現させ、得られた形質転換体をキシロオリゴ糖を含む培地で培養して、HPLCにてキシロビオースの消費をモニターし、キシロビオースの消費が検出される場合にこの機能を有すると判定する。
The foreign gene encoding the ABC transporter type xylo-oligosaccharide transporter protein is:
(a) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1, or
(b) a stringent condition with DNA comprising a nucleotide sequence having 90% or more identity with SEQ ID NO: 1, in particular 95% or more, in particular 98% or more, or DNA comprising a nucleotide sequence complementary to SEQ ID NO: 1 A DNA that hybridizes with DNA and that encodes a protein having an ABC transporter type transporter function is preferable.
In the present invention, the transporter function of the ABC transporter is such that Corynebacterium glutamicum expressing xylA gene and xylB gene derived from Escherichia coli and β-xylosidase gene derived from Corynebacterium alkanolyticum is used as a target gene. The resulting transformant is cultured in a medium containing xylooligosaccharide, and consumption of xylobiose is monitored by HPLC. When xylobiose consumption is detected, it is determined to have this function.

シンポーター型輸送体蛋白質の遺伝子としてはクロストリジウム アセトブチリカム(Clostridium acetobutylycum)、ラクトバシルス ブレビス(Lactobacillus brevis)、バシルス サブチリス(Bacillus subtilis)、またはクレブシエラ オキシトカ(Klebsiella oxytoca)由来の遺伝子が好ましく、クロストリジウム アセトブチリカム由来の遺伝子がより好ましい。   The gene of the symporter transporter protein is preferably a gene derived from Clostridium acetobutylycum, Lactobacillus brevis, Bacillus subtilis, or Klebsiella oxytoca. More preferred.

シンポーター型のキシロオリゴ糖輸送体蛋白質をコードする外来遺伝子は、
(c)配列番号2の塩基配列からなるDNAであるか、または
(d)配列番号2と90%以上、中でも95%以上、中でも98%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号2と相補的な塩基配列からなる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であって、シンポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNAが好ましい。
本発明において、シンポーター型の輸送体機能は、エシェリヒア コリ由来のxylA遺伝子及びxylB遺伝子、並びにコリネバクテリウム アルカノリティカム由来のβ-キシロシダーゼ遺伝子を発現させたコリネバクテリウム グルタミカムに対象遺伝子を発現させ、得られた形質転換体をキシロオリゴ糖を含む培地で培養してHPLCにてキシロビオースの消費をモニターし、キシロビオースの消費が検出される場合にこの機能を有すると判定する。
The foreign gene encoding the symporter type xylooligosaccharide transporter protein is
(c) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 2, or
(d) DNA having a nucleotide sequence having 90% or more, particularly 95% or more, particularly 98% or more, or DNA having a complementary nucleotide sequence to SEQ ID NO: 2 and stringent conditions A DNA that hybridizes with a DNA encoding a protein having a symporter-type transporter function is preferable.
In the present invention, the symporter-type transporter function is obtained by expressing a target gene in Corynebacterium glutamicum in which an xylA gene and an xylB gene derived from Escherichia coli and a β-xylosidase gene derived from Corynebacterium alkanolyticum are expressed. The obtained transformant is cultured in a medium containing xylooligosaccharide, and consumption of xylobiose is monitored by HPLC. When xylobiose consumption is detected, it is determined that this function is possessed.

本発明の形質転換体は、さらに、ATP-結合部位を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が導入されていることが好ましく、これにより、一層効率よくキシロオリゴ糖を利用して有機化合物を生産できるようになる。
特に、ABCトランスポーター型輸送体蛋白質はATP-結合部位を有する蛋白質を必要とする。キシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質がABCトランスポーター型輸送体蛋白質である場合、宿主のATP-結合部位を有する蛋白質を利用することもできるが、ATP-結合部位を有する蛋白質をコードする外来遺伝子を導入することが好ましい。
The transformant of the present invention is preferably further introduced with a foreign gene encoding a protein having an ATP-binding site, so that an organic compound can be produced more efficiently using xylooligosaccharides. Become.
In particular, the ABC transporter type transporter protein requires a protein having an ATP-binding site. When the protein having xylo-oligosaccharide transport ability is an ABC transporter type transporter protein, a protein having a host ATP-binding site can be used, but a foreign gene encoding a protein having an ATP-binding site is introduced. It is preferable to do.

ATP-結合部位を有する蛋白質の遺伝子としては、コリネバクテリウム アルカノリティカム(Clostridium acetobutylicum)、マイクロバクテリウム テスタセウム(Microbacterium testaceum)、アースロバクター フェナンスレニボランス(Arthrobacter phenanthrenivorans)、セルロモナス フラビゲナ(Cellulomonas flavigena)、ビフィドバクテリウム ロングム(Bifidobacterium longum)、ストレプトマイセス サーモビオラセウス(Streptomyces thermoviolacens)、またはゲオバシルス スタエロサーモフィルス(Geobacillus stearothermophilus)由来の遺伝子が好ましく、コリネバクテリウム アルカノリティカム由来の遺伝子がより好ましい。   Examples of genes for proteins having an ATP-binding site include Clostridium acetobutylicum, Microbacterium testaceum, Arthrobacter phenanthrenivorans, Cellulomonas flavigena (Cellulomonas flavigena). ), Bifidobacterium longum, Streptomyces thermoviolacens, or Geobacillus stearothermophilus, more preferably a gene from Corynebacterium alkanolyticum preferable.

ATP-結合部位を有する蛋白質をコードする外来遺伝子は、
(g)配列番号4の塩基配列からなるDNAであるか、または
(h)配列番号4と90%以上、中でも95%以上、中でも98%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号4と相補的な塩基配列からなる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であって、ATP-結合部位を有する蛋白質をコードするDNAが好ましい。
本発明において、ATP-結合部位を有するか否かは、エシェリヒア コリ由来のxylA遺伝子及びxylB遺伝子、コリネバクテリウム アルカノリティカム由来のβ-キシロシダーゼ遺伝子、並びにコリネバクテリウム アルカノリティカム由来のABCトランスポーター型のキシロオリゴ糖輸送体蛋白質をコードする遺伝子を発現させたコリネバクテリウム グルタミカムに対象遺伝子を発現させ、得られた形質転換体をキシロオリゴ糖を含む培地で培養してHPLCにてキシロビオースの消費をモニターし、キシロビオース消費速度の上昇が検出される場合にATP-結合部位を有すると判定する。
A foreign gene encoding a protein having an ATP-binding site is:
(g) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 4, or
(h) DNA having a nucleotide sequence having 90% or more, particularly 95% or more, particularly 98% or more of SEQ ID NO: 4 or DNA having a nucleotide sequence complementary to SEQ ID NO: 4 under stringent conditions A DNA that hybridizes with a DNA encoding a protein having an ATP-binding site is preferred.
In the present invention, whether or not it has an ATP-binding site is determined by determining whether the Escherichia coli-derived xylA and xylB genes, the Corynebacterium alkanolyticum-derived β-xylosidase gene, and the Corynebacterium alkanolyticum-derived ABC transporter The target gene is expressed in Corynebacterium glutamicum in which the gene encoding the type of xylooligosaccharide transporter protein is expressed, and the resulting transformant is cultured in a medium containing xylooligosaccharide and the consumption of xylobiose is monitored by HPLC. When an increase in the xylobiose consumption rate is detected, it is determined to have an ATP-binding site.

宿主に導入するキシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質をコードする遺伝子は、ABCトランスポーター型輸送体蛋白質の遺伝子であってもよく、シンポーター型輸送体蛋白質の遺伝子であってもよい。   The gene encoding a protein having xylooligosaccharide transport ability to be introduced into the host may be an ABC transporter type transporter protein gene or a symporter type transporter protein gene.

キシロオリゴ糖には、キシロース単位2つからなるキシロビオース、キシロース単位3つからなるキシロトリオース、キシロース単位4つからなるキシロテトラオースなどの他、キシロース単位を3つ〜6つ有するアラビノキシロオリゴ糖等、多種のものが含まれる。ABCトランスポーター型輸送体蛋白質は、キシロオリゴ糖の取り込み速度は遅いが、取り込めるキシロオリゴ糖の種類が多い。一方、シンポーター型輸送体蛋白質は、キシロオリゴ糖の取り込み速度は速いが、取り込めるキシロオリゴ糖の種類が少ない。従って、ABCトランスポーター型輸送体蛋白質の遺伝子とシンポーター型輸送体蛋白質の遺伝子との両方を導入することも好ましい。   Examples of xylooligosaccharides include xylobiose composed of two xylose units, xylotriose composed of three xylose units, xylose tetraose composed of four xylose units, and arabinoxylooligosaccharides having three to six xylose units. , Including a variety of things. The ABC transporter type transporter protein has a slow uptake rate of xylooligosaccharides, but there are many types of xylooligosaccharides that can be taken up. On the other hand, the symporter-type transporter protein has a fast xylooligosaccharide uptake rate, but has few types of xylooligosaccharides. Therefore, it is also preferable to introduce both the ABC transporter type transporter protein gene and the symporter type transporter protein gene.

β-キシロシダーゼ
β-キシロシダーゼは、キシロースによるフィードバック阻害を受け難いものが好ましい。このようなβ-キシロシダーゼとして、コリネバクテリウム アルカノリティカム、マイクロバクテリウム テスタセウム、アースロバクター フェナンスレニボランス、セルロモナス フラビゲナ、ビフィドバクテリウム ロングム、ストレプトマイセス スカビエイ(Streptomyces scabiei)、クロストリジウム アセトブチリカム、クロストリジウム セルロリティカム(Clostridium cellulolyticum)、ラクトバシルス ラムノサス(Lactobacillus rhamnosus)、ラクトバシルス ブレビス(Lactobacillus brevis)、パエニバシルス ポリミキサ(Paenibacillus polymyxa)、またはゲオバシルス サーモレオボランス(Geobacillus thermoleovorans)由来の遺伝子が挙げられる。中でも、コリネバクテリウム アルカノリティカム由来のβ-キシロシダーゼ遺伝子が好ましい。
β-xylosidase β-xylosidase is preferably resistant to feedback inhibition by xylose. Examples of such β-xylosidase include Corynebacterium alkanolyticum, Microbacterium testaceum, Arthrobacter phenanthrene renibolans, Cellulomonas flavigena, Bifidobacterium longum, Streptomyces scabiei, Clostridium acetobutylicum, Clostridium cellulolyticum, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus brevis, Paenibacillus polymyxa, or Geobacillus thermoreoboles (Gobacillus thermoranoles) Of these, the β-xylosidase gene derived from Corynebacterium alkanolyticum is preferable.

β-キシロシダーゼをコードする外来遺伝子は、
(e)配列番号3の塩基配列からなるDNAであるか、または
(f)配列番号3と90%以上、中でも95%以上、中でも98%以上の同一性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号3と相補的な塩基配列からなる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であって、β-キシロシダーゼ活性を有する蛋白質をコードするDNAが好ましい。
本発明において、β-キシロシダーゼ活性は、対象遺伝子を発現させたコリネバクテリウム グルタミカムから100 mM Tris-HCl (pH 7.5)バッファーを用いて抽出した粗酵素 100 μgを、1 mlの100 mM Tris-HCl (pH 7.5)反応液中で終濃度1 mM のp-nitrophenyl β-xylopyranosideと33℃で10分間反応させて反応液の410 nmにおける吸光度を測定し、その吸光度が0.2以上である場合にβ-キシロシダーゼ活性を有すると判定する。
The foreign gene encoding β-xylosidase is
(e) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 3, or
(f) DNA having a nucleotide sequence having 90% or more, particularly 95% or more, particularly 98% or more, or DNA having a complementary nucleotide sequence to SEQ ID NO: 3 and stringent conditions A DNA that hybridizes with a DNA encoding a protein having β-xylosidase activity is preferable.
In the present invention, β-xylosidase activity is determined by using 100 μg of crude enzyme extracted from Corynebacterium glutamicum expressing the target gene using 100 mM Tris-HCl (pH 7.5) buffer, and 1 ml of 100 mM Tris-HCl. (pH 7.5) The reaction solution was reacted with p-nitrophenyl β-xylopyranoside at a final concentration of 1 mM at 33 ° C. for 10 minutes in the reaction solution, and the absorbance at 410 nm of the reaction solution was measured. Determined to have xylosidase activity.

本発明において「ストリンジェントな条件」は、6×SSCの塩濃度のハイブリダイゼーション溶液中、50〜60℃の温度条件下、16時間ハイブリダイゼーションを行い、0.1×SSCの塩濃度の溶液中で洗浄を行う条件をいう。   In the present invention, “stringent conditions” refers to hybridization in a 6 × SSC salt concentration hybridization solution at a temperature of 50 to 60 ° C. for 16 hours in a 0.1 × SSC salt concentration solution. This is the condition for cleaning.

本発明において、塩基配列間の同一性は、計算ソフト GENETYX(登録商標) Ver.8(ジェネティックス社製)を用いて計算した値である。   In the present invention, the identity between base sequences is calculated using the calculation software GENETYX (registered trademark) Ver. It is a value calculated using 8 (manufactured by Genetics).

本発明で創製したコリネ型細菌形質転換体は、有機化合物の生産性を向上させるために、ペントースリン酸経路の流量の増加、エタノール、浸透圧、又は有機酸に対する耐性の増加、及び副生物(目的とする生成産物以外の炭素含有分子を意味すると理解される)生産の減少などの特徴の1又は2以上を生じる遺伝子修飾をさらに含むことができる。そのような遺伝子修飾は、具体的には、外来性遺伝子の過剰発現及び/又は内在性遺伝子の不活化;古典的突然変異誘起;スクリーニング及び/又は目的変異体の選別などにより導入することができる。   In order to improve the productivity of organic compounds, the coryneform bacterium transformant created by the present invention increases the flow rate of the pentose phosphate pathway, increases resistance to ethanol, osmotic pressure, or organic acids, and byproducts (objects). Can further include genetic modifications that produce one or more of the characteristics such as reduced production (understood to mean carbon-containing molecules other than the product of Such genetic modification can be specifically introduced by overexpression of a foreign gene and / or inactivation of an endogenous gene; classical mutagenesis; screening and / or selection of a target mutant. .

本発明のコリネ型細菌形質転換体は、キシロオリゴ糖を原料として、アミノ酸、有機酸、アルコール、核酸、生理活性物質、および有機性ガスなどの多様な有機化合物を、発酵生産物として生産できる。   The coryneform bacterium transformant of the present invention can produce various organic compounds such as amino acids, organic acids, alcohols, nucleic acids, physiologically active substances, and organic gases as fermentation products using xylo-oligosaccharides as a raw material.

(II)有機化合物の製造方法
上記説明した本発明のコリネ型細菌形質転換体を、キシロオリゴ糖を含むか、又はキシロオリゴ糖とグルコース若しくはグルコース単位からなるオリゴマー若しくはポリマーとを含む反応液中で反応させる工程と、培養物から有機化合物または発酵生産物を回収する工程とを含む方法により有機化合物または発酵生産物を製造することができる。
(II) Organic Compound Production Method The above-described coryneform bacterium transformant of the present invention is reacted in a reaction solution containing xylooligosaccharide, or containing xylooligosaccharide and glucose or an oligomer or polymer composed of glucose units. An organic compound or fermentation product can be produced by a method comprising a step and a step of recovering the organic compound or fermentation product from the culture.

微生物の増殖
キシロオリゴ糖を含む反応液中での反応に先立ち、形質転換体を好気条件下で、温度約25〜38℃で、約12〜48時間培養して増殖させることが好ましい。
Prior to the reaction in the reaction solution containing xylo-oligosaccharides of microorganisms , the transformants are preferably cultured and grown at a temperature of about 25 to 38 ° C. for about 12 to 48 hours under aerobic conditions.

培養用培地
反応に先立つ形質転換体の好気的培養に用いる培地は、炭素源、窒素源、無機塩類およびその他の栄養物質等を含有する天然培地または合成培地を用いることができる。
炭素源として、糖類(グルコース、フルクトース、マンノース、キシロース、アラビノース、ガラクトースのような単糖;スクロース、マルトース、ラクトース、セロビオース、キシロビオース、トレハロースのような二糖;澱粉のような多糖;糖蜜等)、マンニトール、ソルビトール、キシリトール、グリセリンのような糖アルコール;酢酸、クエン酵、乳酸、フマル酸、マレイン酸、グルコン酸のような有機酸;エタノール、プロパノールのようなアルコール;ノルマルパラフィンのような炭化水素等も用いることができる。
炭素源は、1種を単独で、又は2種以上を混合して使用できる。
As a medium used for aerobic culture of the transformant prior to the culture medium reaction, a natural medium or a synthetic medium containing a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts, and other nutrient substances can be used.
As carbon sources, sugars (monosaccharides such as glucose, fructose, mannose, xylose, arabinose, galactose; disaccharides such as sucrose, maltose, lactose, cellobiose, xylobiose, trehalose; polysaccharides such as starch; molasses etc.), Sugar alcohols such as mannitol, sorbitol, xylitol, glycerin; organic acids such as acetic acid, citric fermentation, lactic acid, fumaric acid, maleic acid, and gluconic acid; alcohols such as ethanol and propanol; hydrocarbons such as normal paraffin Can also be used.
A carbon source can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.

窒素源としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウムのような無機又は有機アンモニウム化合物、尿素、アンモニア水、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等を使用できる。また、コーンスティープリカー、肉エキス、ペプトン、NZ−アミン、蛋白質加水分解物、アミノ酸等の含窒素有機化合物等も使用できる。窒素源は、1種を単独で、又は2種以上を混合して使用できる。窒素源の培地中の濃度は、使用する窒素化合物によっても異なるが、通常、約0.1〜10(w/v%)とすればよい。
無機塩類としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硝酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸亜鉛、硫酸コバルト、炭酸カルシウム等が挙げられる。無機塩は、1種を単独で、又は2種以上を混合して使用できる。無機塩類の培地中の濃度は、使用する無機塩によっても異なるが、通常、約0.01〜1(w/v%)とすればよい。
As the nitrogen source, inorganic or organic ammonium compounds such as ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium nitrate and ammonium acetate, urea, aqueous ammonia, sodium nitrate, potassium nitrate and the like can be used. Further, corn steep liquor, meat extract, peptone, NZ-amine, protein hydrolyzate, nitrogen-containing organic compounds such as amino acids, and the like can also be used. A nitrogen source can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. The concentration of the nitrogen source in the medium varies depending on the nitrogen compound used, but is usually about 0.1 to 10 (w / v%).
Examples of inorganic salts include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous nitrate, manganese sulfate, zinc sulfate, cobalt sulfate, and calcium carbonate. One inorganic salt can be used alone, or two or more inorganic salts can be mixed and used. The concentration of inorganic salts in the medium varies depending on the inorganic salt used, but is usually about 0.01 to 1 (w / v%).

栄養物質としては、肉エキス、ペプトン、ポリペプトン、酵母エキス、乾燥酵母、コーンスティープリカー、脱脂粉乳、脱脂大豆塩酸加水分解物、動植物又は微生物菌体のエキスやそれらの分解物等が挙げられる。栄養物質の培地中の濃度は、使用する栄養物質によっても異なるが、通常約0.1〜10(w/v%)とすればよい。
さらに、必要に応じて、ビタミン類を添加することもできる。ビタミン類としては、ビオチン、チアミン(ビタミンB1)、ピリドキシン(ビタミンB6)、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等が挙げられる。
培地のpHは約6〜8が好ましい。
Examples of nutritional substances include meat extract, peptone, polypeptone, yeast extract, dry yeast, corn steep liquor, skim milk powder, defatted soy hydrochloride hydrolyzate, extracts of animals and plants or microbial cells, and degradation products thereof. The concentration of the nutrient substance in the medium varies depending on the nutrient substance to be used, but is usually about 0.1 to 10 (w / v%).
Furthermore, vitamins can be added as necessary. Examples of vitamins include biotin, thiamine (vitamin B1), pyridoxine (vitamin B6), pantothenic acid, inositol, nicotinic acid and the like.
The pH of the medium is preferably about 6-8.

具体的な好ましいコリネ型細菌用培地としては、A培地〔Inui, M. et al., Metabolic analysis of Corynebacterium glutamicum during lactate and succinate productions under oxygen deprivation conditions. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 7:182-196 (2004)〕、BT培地〔Omumasaba, C.A. et al., Corynebacterium glutamicum glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase isoforms with opposite, ATP-dependent regulation. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 8:91-103 (2004)〕等が挙げられる。これらの培地において、糖類濃度を上記範囲にして用いればよい。   A specific preferable medium for coryneform bacteria is A medium [Inui, M. et al., Metabolic analysis of Corynebacterium glutamicum during lactate and succinate productions under oxygen deprivation conditions.J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 7: 182- 196 (2004)), BT medium (Omumasaba, CA et al., Corynebacterium glutamicum glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase isoforms with opposite, ATP-dependent regulation. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 8: 91-103 (2004)) Etc. In these media, the saccharide concentration may be used within the above range.

反応液
反応液としては、キシロオリゴ糖を含む炭素源、窒素源、及び無機塩類等を含有する天然反応液または合成反応液を用いることができる。
炭素源としてはキシロオリゴ糖が含まれるが、キシロオリゴ糖に加えてD−グルコースも含むことができる。また、キシロオリゴ糖に加えて、マルトース、セルロース、デンプンなどのD−グルコース単位からなるオリゴマー又はポリマーを含むこともできる。そのような炭水化物からD−グルコース単位を遊離させるために、適当な炭水化物分解酵素(αグルコシダーゼ、グルカナーゼ、アミラーゼなど)を、反応培地に加えてもよく、コリネ型細菌形質転換体にこの酵素を生産させてもよい。
As the reaction solution, a natural reaction solution or a synthetic reaction solution containing a carbon source containing xylooligosaccharide, a nitrogen source, inorganic salts, and the like can be used.
The carbon source includes xylo-oligosaccharide, but can also include D-glucose in addition to xylo-oligosaccharide. In addition to xylo-oligosaccharides, oligomers or polymers composed of D-glucose units such as maltose, cellulose, and starch can also be included. In order to liberate D-glucose units from such carbohydrates, an appropriate carbohydrate degrading enzyme (alpha glucosidase, glucanase, amylase, etc.) may be added to the reaction medium, producing this enzyme in coryneform bacterial transformants. You may let them.

反応培地は、キシロオリゴ糖、D−グルコース、D−グルコースを生成するオリゴマーまたはポリマー以外の炭素源を含んでもよい。このような炭素源としては、本発明のコリネ型細菌形質転換体が利用できる糖類であればよいが、フルクトース、マンノース、アラビノース、ガラクトースのような単糖;スクロース、ラクトース、セロビオース、トレハロースのような二糖;糖蜜等が挙げられる。また、稲わら、バガス、コーンストーバー等の非可食農産廃棄物や、スイッチグラス、ネピアグラス、ミスキャンサス等のエネルギー作物を糖化酵素などで糖化した、グルコース、キシロース、キシロオリゴ糖などの複数の糖を含む糖化液を用いることもできる。
炭素源として、糖類の他に、マンニトール、ソルビトール、キシリトール、グリセリンのような糖アルコール;酢酸、クエン酵、乳酸、フマル酸、マレイン酸、グルコン酸のような有機酸;エタノール、プロパノールのようなアルコール;ノルマルパラフィンのような炭化水素等も用いることができる。
炭素源は、1種を単独で、又は2種以上を混合して使用できる。
反応液中の糖類の濃度は、約1〜20(w/v%)が好ましく、約2〜10(w/v%)がより好ましく、約2〜5(w/v%)がさらにより好ましい。
また、糖類を含む全炭素源の反応液中の濃度は、通常、約2〜5(w/v%)とすればよい。
The reaction medium may contain carbon sources other than xylo-oligosaccharides, D-glucose, oligomers or polymers that produce D-glucose. Such a carbon source may be any sugar that can be used by the coryneform bacterium transformant of the present invention, but is a monosaccharide such as fructose, mannose, arabinose, galactose; sucrose, lactose, cellobiose, trehalose, etc. Disaccharide; molasses etc. are mentioned. In addition, non-edible agricultural waste such as rice straw, bagasse and corn stover, and multiple sugars such as glucose, xylose and xylooligosaccharides obtained by saccharifying energy crops such as switchgrass, napiergrass and miscanthus with saccharifying enzymes A saccharified solution containing can also be used.
As a carbon source, in addition to sugars, sugar alcohols such as mannitol, sorbitol, xylitol, and glycerin; organic acids such as acetic acid, fermentation, lactic acid, fumaric acid, maleic acid, and gluconic acid; alcohols such as ethanol and propanol Hydrocarbons such as normal paraffin can also be used.
A carbon source can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types.
The concentration of the saccharide in the reaction solution is preferably about 1 to 20 (w / v%), more preferably about 2 to 10 (w / v%), and still more preferably about 2 to 5 (w / v%). .
Moreover, what is necessary is just to make the density | concentration in the reaction liquid of all the carbon sources containing saccharides normally about 2-5 (w / v%).

窒素源としては、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、酢酸アンモニウムのような無機又は有機アンモニウム化合物、尿素、アンモニア水、硝酸ナトリウム、硝酸カリウム等を使用できる。また、コーンスティープリカー、肉エキス、ペプトン、NZ−アミン、蛋白質加水分解物、アミノ酸等の含窒素有機化合物等も使用できる。窒素源は、1種を単独で、又は2種以上を混合して使用できる。窒素源の反応液中の濃度は、使用する窒素化合物によっても異なるが、通常、約0.1〜10(w/v%)とすればよい。
無機塩類としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硝酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸亜鉛、硫酸コバルト、炭酸カルシウム等が挙げられる。無機塩は、1種を単独で、又は2種以上を混合して使用できる。無機塩類の反応液中の濃度は、使用する無機塩によっても異なるが、通常、約0.01〜1(w/v%)とすればよい。
As the nitrogen source, inorganic or organic ammonium compounds such as ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium nitrate and ammonium acetate, urea, aqueous ammonia, sodium nitrate, potassium nitrate and the like can be used. Further, corn steep liquor, meat extract, peptone, NZ-amine, protein hydrolyzate, nitrogen-containing organic compounds such as amino acids, and the like can also be used. A nitrogen source can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. The concentration of the nitrogen source in the reaction solution varies depending on the nitrogen compound used, but is usually about 0.1 to 10 (w / v%).
Examples of inorganic salts include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous nitrate, manganese sulfate, zinc sulfate, cobalt sulfate, and calcium carbonate. An inorganic salt can be used individually by 1 type or in mixture of 2 or more types. The concentration of the inorganic salt in the reaction solution varies depending on the inorganic salt used, but is usually about 0.01 to 1 (w / v%).

さらに、必要に応じて、ビタミン類を添加することもできる。ビタミン類としては、ビオチン、チアミン(ビタミンB1)、ピリドキシン(ビタミンB6)、パントテン酸、イノシトール、ニコチン酸等が挙げられる。
反応液のpHは約6〜8が好ましい。
Furthermore, vitamins can be added as necessary. Examples of vitamins include biotin, thiamine (vitamin B1), pyridoxine (vitamin B6), pantothenic acid, inositol, nicotinic acid and the like.
The pH of the reaction solution is preferably about 6-8.

具体的な好ましいコリネ型細菌用反応液としては、前述したBT培地や、稲わら、バガス、コーンストーバー等の非可食農産廃棄物、又はスイッチグラス、ネピアグラス、ミスキャンサス等のエネルギー作物を糖化酵素で糖化した糖化液等が挙げられる。これらの培地において、糖類濃度を上記範囲にして用いればよい。   Specific preferred reaction solutions for coryneform bacteria include the BT medium described above, non-edible agricultural waste such as rice straw, bagasse and corn stover, or energy crops such as switchgrass, napiergrass and miscanthus. A saccharified solution saccharified with an enzyme may be mentioned. In these media, the saccharide concentration may be used within the above range.

反応条件
反応温度、即ち形質転換体の生存温度は、約20〜50℃が好ましく、約25〜47℃がより好ましい。上記温度範囲であれば、効率良く有機化合物を製造できる。
また、反応時間は、約1〜7日間が好ましく、約1〜3日間がより好ましい。
培養は、バッチ式、流加式、連続式の何れでもよい。中でも、バッチ式が好ましい。
反応は、好気的条件で行ってもよく、還元条件で行ってもよい。
Reaction conditions The reaction temperature, that is, the survival temperature of the transformant is preferably about 20 to 50 ° C, more preferably about 25 to 47 ° C. If it is the said temperature range, an organic compound can be manufactured efficiently.
The reaction time is preferably about 1 to 7 days, more preferably about 1 to 3 days.
The culture may be any of batch type, fed-batch type, and continuous type. Among these, the batch type is preferable.
The reaction may be carried out under aerobic conditions or under reducing conditions.

<還元条件>
還元条件では、コリネ型細菌は実質的に増殖せず、一層効率的に有機化合物を生産させることができる。
還元条件は、反応液の酸化還元電位で規定される。反応液の酸化還元電位は、約−200mV〜−500mVが好ましく、約−250mV〜−500mVがより好ましい。
反応液の還元状態は簡便にはレサズリン指示薬(還元状態であれば、青色から無色への脱色)で推定できるが、正確には酸化還元電位差計(例えば、BROADLEY JAMES社製、ORP Electrodes)を用いて測定できる。
<Reduction conditions>
Under reducing conditions, coryneform bacteria do not substantially grow and organic compounds can be produced more efficiently.
The reduction condition is defined by the oxidation-reduction potential of the reaction solution. The oxidation-reduction potential of the reaction solution is preferably about −200 mV to −500 mV, more preferably about −250 mV to −500 mV.
The reduction state of the reaction solution can be estimated simply with a resazurin indicator (decolorization from blue to colorless in the reduction state), but using a redox potentiometer (for example, BROADLEY JAMES, ORP Electrodes) Can be measured.

還元条件にある反応液の調整方法は、公知の方法を制限なく使用できる。例えば、反応液の液体媒体として、蒸留水などの代わりに反応液用水溶液を使用してもよく、反応液用水溶液の調整方法は、例えば硫酸還元微生物などの絶対嫌気性微生物用の培養液調整方法(Pfennig, N. et al., (1981) : The dissimilatory sulfate−reducing bacteria,In The Prokaryotes,A Handbook on Habitats Isolation and Identification of Bacteria,Ed.by Starr,M.P.et al., p926-940, Berlin,Springer Verlag.)や「農芸化学実験書 第三巻、京都大学農学部 農芸化学教室編、1990年第26刷、産業図書株式会社出版」などが参考となり、所望する還元条件下の水溶液を得ることができる。
具体的には、蒸留水などを加熱処理や減圧処理して溶解ガスを除去することにより、還元条件の反応液用水溶液を得ることができる。この場合、約10mmHg以下、好ましくは約5mmHg以下、より好ましくは約3mmHg以下の減圧下で、約1〜60分程度、好ましくは約5〜40分程度、蒸留水などを処理することにより、溶解ガス、特に溶解酸素を除去して還元条件下の反応液用水溶液を作成することができる。
また、適当な還元剤(例えば、チオグリコール酸、アスコルビン酸、システィン塩酸塩、メルカプト酢酸、チオール酢酸、グルタチオン、硫化ソーダ等)を添加して還元条件の反応液用水溶液を調整することもできる。
これらの方法を適宜組み合わせることも有効な還元条件の反応液用水溶液の調整方法である。
As a method for adjusting the reaction solution under reducing conditions, a known method can be used without limitation. For example, an aqueous solution for reaction solution may be used as a liquid medium for the reaction solution instead of distilled water, etc., and the method for adjusting the aqueous solution for reaction solution is, for example, a culture solution preparation for absolute anaerobic microorganisms such as sulfate reducing microorganisms. Method (Pfennig, N. et al., (1981): The dissimilatory sulfate-reducing bacteria, In The Prokaryotes, A Handbook on Habitats Isolation and Identification of Bacteria, Ed. By Starr, MP et al., P926- 940, Berlin, Springer Verlag.) And “Agricultural Chemistry Experiment Book Vol.3, Department of Agricultural Chemistry, Faculty of Agriculture, Kyoto University, 1990, 26th edition, published by Sangyo Tosho Co., Ltd.” Can be obtained.
Specifically, an aqueous solution for reaction solution under reducing conditions can be obtained by removing dissolved gas by heat treatment or decompression treatment of distilled water or the like. In this case, it is dissolved by treating distilled water or the like under reduced pressure of about 10 mmHg or less, preferably about 5 mmHg or less, more preferably about 3 mmHg or less for about 1 to 60 minutes, preferably about 5 to 40 minutes. An aqueous solution for reaction solution under reducing conditions can be prepared by removing gas, particularly dissolved oxygen.
In addition, an appropriate reducing agent (for example, thioglycolic acid, ascorbic acid, cysteine hydrochloride, mercaptoacetic acid, thiolacetic acid, glutathione, sodium sulfide, etc.) can be added to prepare an aqueous solution for a reaction solution under reducing conditions.
An appropriate combination of these methods is also an effective method for preparing an aqueous solution for reaction solution under reducing conditions.

反応中も反応液を還元条件に維持することが好ましい。反応途中での還元条件を維持するために、反応系外からの酸素の混入を可能な限り防止することが望ましく、具体的には、反応系を窒素ガス等の不活性ガスや炭酸ガス等で封入する方法が挙げられる。酸素混入をより効果的に防止する方法としては、反応途中において本発明の好気性細菌の菌体内の代謝機能を効率よく機能させるために、反応系のpH維持調整液の添加や各種栄養素溶解液を適宜添加する必要が生じる場合もあるが、このような場合には添加溶液から酸素を予め除去しておくことが有効である。   It is preferable to maintain the reaction solution under reducing conditions during the reaction. In order to maintain the reducing conditions in the middle of the reaction, it is desirable to prevent oxygen contamination from the outside of the reaction system as much as possible. Specifically, the reaction system is made of an inert gas such as nitrogen gas or carbon dioxide gas. The method of enclosing is mentioned. As a method for more effectively preventing oxygen contamination, in order to efficiently function the metabolic function of the aerobic bacteria of the present invention during the reaction, addition of a pH maintenance adjustment solution of the reaction system and various nutrient solution In such a case, it is effective to remove oxygen from the added solution in advance.

有機化合物の回収
上記のようにして培養することにより、反応液中に各種の有機化合物が生産される。反応液を回収することにより有機化合物を回収できるが、さらに、公知の方法で有機化合物を反応液から分離することもできる。そのような公知の方法として、イオン交換樹脂法、濃縮法、晶析法、活性炭吸着溶離法等が挙げられる。有機化合物としては、アミノ酸(アラニン、バリン、スレオニン、リジン、トリプトファン、メチオニンなど)、有機酸(乳酸、コハク酸、酢酸など)、アルコール(エタノール、ブタノール、イソブタノール、イソプロパノールなど)、核酸、生理活性物質、および有機性ガスなどなどが挙げられる。
Recovery of organic compound By culturing as described above, various organic compounds are produced in the reaction solution. The organic compound can be recovered by recovering the reaction solution, but the organic compound can also be separated from the reaction solution by a known method. Examples of such known methods include an ion exchange resin method, a concentration method, a crystallization method, and an activated carbon adsorption elution method. Organic compounds include amino acids (such as alanine, valine, threonine, lysine, tryptophan, and methionine), organic acids (such as lactic acid, succinic acid, and acetic acid), alcohols (such as ethanol, butanol, isobutanol, and isopropanol), nucleic acids, and physiological activities. Substance, organic gas, etc. are mentioned.

以下、本発明を実施例により詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in detail, this invention is not limited to these Examples.

実施例1 キシロオリゴ糖分解酵素遺伝子のクローニングと発現
(1)微生物からの染色体DNAの抽出
コリネバクテリウム グルタミカム (Corynebacterium glutamicum) R (FERM P-18976)からの染色体DNA抽出は、A培地 [(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2 SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 gを蒸留水1 Lに溶解] に、炭素源として、最終濃度4%になるように50% (w/v)グルコース溶液を添加し、白金耳を用いて植菌後、対数増殖期まで33℃で振盪培養し、菌体を集菌後、DNAゲノム抽出キット(商品名:GenomicPrep Cells and Tissue DNA Isolation Kit、アマシャム社製)を用いて、取扱説明書に従い、集めた菌体から染色体DNAを回収した。
Example 1 Cloning and Expression of Xylooligosaccharide Degrading Enzyme Gene
(1) Extraction of chromosomal DNA from microorganisms Extraction of chromosomal DNA from Corynebacterium glutamicum R (FERM P-18976) can be performed using the A medium [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g in 1 L of distilled water To the dissolution, add a 50% (w / v) glucose solution as a carbon source to a final concentration of 4%, inoculate using a platinum loop, and shake culture at 33 ° C until the logarithmic growth phase. After collecting the cells, chromosomal DNA was collected from the collected cells using a DNA genome extraction kit (trade name: GenomicPrep Cells and Tissue DNA Isolation Kit, manufactured by Amersham) according to the instruction manual.

コリネバクテリウム アルカノリティカム(Corynebacterium alkanolyticum)ATCC 21511からの染色体DNA抽出は、A培地 [(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 gを蒸留水1 Lに溶解] に、炭素源として、最終濃度4%になるように50% (w/v)グルコース溶液を添加し、白金耳を用いて植菌後、対数増殖期まで33℃で振盪培養し、菌体を集菌後、DNAゲノム抽出キット(商品名:GenomicPrep Cells and Tissue DNA Isolation Kit、アマシャム社製)を用いて、取扱説明書に従い、集めた菌体から染色体DNAを回収した。
クロストリジウム アセトブチリカム(Clostridium acetobutylicum)ATCC 824からの染色体DNA(Catalog No. ATCC824D-5)は、American Type Culture Collection(ATCC)より入手した。
Chromosomal DNA extraction from Corynebacterium alkanolyticum ATCC 21511 was performed using A medium [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g dissolved in 1 L of distilled water] and carbon source to a final concentration of 4% After adding a 50% (w / v) glucose solution, inoculating with a platinum loop, shaking culture at 33 ° C until the logarithmic growth phase, collecting the cells and collecting DNA genome extraction kit (trade name) : GenomicPrep Cells and Tissue DNA Isolation Kit, manufactured by Amersham), chromosomal DNA was recovered from the collected cells according to the instruction manual.
Chromosomal DNA (Catalog No. ATCC824D-5) from Clostridium acetobutylicum ATCC 824 was obtained from the American Type Culture Collection (ATCC).

(2) クローニングベクターの構築
クローニングベクターpCRB52Tk、pCRB11Tkの構築
プラスミドpCRB214 [FEBS Lett. 586:4228-4232 (2012)]を制限酵素BamHIで切断し、アガロース電気泳動後、アガロースゲルからNucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)によって回収したtacプロモーター(以降Ptac配列と記す)とコリネバクテリウム グルタミカム株由来tpi遺伝子のシャイン・ダルガノ(SD)配列及びクローニングベクターpKK223-3(ファルマシア社製)由来rrnBT1T2双方向ターミネーター配列(以降、ターミネーター配列と記す)を連結した約0.7-kbのDNA断片と、プラスミドpCRB52G(配列番号27)を制限酵素BamHIとBglIIで切断し、アガロース電気泳動後、アガロースゲルからNucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)によって回収したDNA複製起点pBY503 ori配列及びpHSG298(タカラバイオ株式会社製)を含む5.0-kbpのpCRB52 DNA断片、またはプラスミドpCRB11G(配列番号28)を制限酵素BamHIとBglIIで切断し、アガロース電気泳動後、アガロースゲルからNucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)によって回収したDNA複製起点pCG1 ori配列及びpHSG398(タカラバイオ株式会社製)を含む4.5-kbpのpCRB11 DNA断片を混合し、これにT4 DNAリガーゼ10×緩衝液 1μl 、T4 DNAリガーゼ(タカラバイオ株式会社製) 1 unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μl にして、15℃で3時間反応させ、結合させた。これらをそれぞれライゲーションA液、B液とした。
(2) Construction of cloning vector
Construction of Cloning Vectors pCRB52Tk, pCRB11Tk Plasmid pCRB214 [FEBS Lett. 586: 4228-4232 (2012)] was cleaved with restriction enzyme BamHI, and after agarose electrophoresis, NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (Takara Bio Inc.) Tac promoter (hereinafter referred to as Ptac sequence) recovered from Corynebacterium glutamicum tpi gene Shine-Dalgarno (SD) sequence and cloning vector pKK223-3 (Pharmacia) rrnBT1T2 bidirectional terminator sequence (hereinafter referred to as “Ptac sequence”) The approximately 0.7-kb DNA fragment linked to the terminator sequence) and the plasmid pCRB52G (SEQ ID NO: 27) were cleaved with restriction enzymes BamHI and BglII, and after agarose electrophoresis, NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up DNA replication origin pBY503 ori sequence and pHSG298 (Takara Bio Inc.) collected by Takara Bio Inc. PCRB52 DNA fragment containing 5.0-kbp or plasmid pCRB11G (SEQ ID NO: 28) containing the restriction enzyme BamHI and BglII, agarose electrophoresis, NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (Takara Bio Inc.) A 4.5-kbp pCRB11 DNA fragment containing the DNA replication origin pCG1 ori sequence and pHSG398 (manufactured by Takara Bio Inc.) recovered by the company was mixed, and this was mixed with 1 μl of T4 DNA ligase 10 × buffer and T4 DNA ligase (Takara) 1 unit of each component was added, made up to 10 μl with sterile distilled water, reacted at 15 ° C. for 3 hours, and bound. These were designated as Ligation A solution and B solution, respectively.

得られたライゲーションA液またはB液を用い、塩化カルシウム法[J. Mol. Biol. 53:159-162 (1970)] によりエシェリヒア コリHST02を形質転換し、カナマイシン 50μg/ml(ライゲーションA液)またはクロラムフェニコール50μg/ml(ライゲーションB液)を含むLB寒天培地〔1% ポリペプトン、0.5% 酵母エキス、0.5% 塩化ナトリウム、および1.5% 寒天〕に塗布した。
培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素NdeIとBamHIで切断し、挿入断片を確認した。この結果、ライゲーションA液由来のプラスミドでは、tacプロモーターを含むクローニングベクターpCRB52約5.3-kbのDNA断片に加え、ターミネーター配列を含む約0.4-kb DNA断片が認められた。このPtac配列を含むクローニングベクターをpCRB52Tと命名した。
Escherichia coli HST02 was transformed by the calcium chloride method [J. Mol. Biol. 53: 159-162 (1970)] using the resulting ligation solution A or solution B, and kanamycin 50 μg / ml (ligation solution A) or It was applied to an LB agar medium (1% polypeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride, and 1.5% agar) containing 50 μg / ml of chloramphenicol (ligation B solution).
The growing strain on the medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture, and the plasmid was cleaved with restriction enzymes NdeI and BamHI to confirm the inserted fragment. As a result, in the plasmid derived from the ligation A solution, in addition to the about 5.3-kb DNA fragment of the cloning vector pCRB52 containing the tac promoter, an about 0.4-kb DNA fragment containing the terminator sequence was observed. The cloning vector containing this Ptac sequence was named pCRB52T.

また、ライゲーションB液由来のプラスミドでは、tacプロモーターを含むクローニングベクターpCRB11約4.8-kbのDNA断片に加え、ターミネーター配列を含む約0.4-kb DNA断片が認められた。プラスミドPtac配列を含むクローニングベクターをpCRB11Tと命名した。   In addition, in the plasmid derived from the ligation B solution, an about 0.4-kb DNA fragment containing a terminator sequence was observed in addition to the about 4.8-kb DNA fragment of the cloning vector pCRB11 containing the tac promoter. The cloning vector containing the plasmid Ptac sequence was named pCRB11T.

下記1対のオリゴヌクレオチドを52℃でアニーリングさせて作成した25-bpのDNA断片(以降リンカーと記す)と、pCRB52TまたはpCRB11Tを制限酵素NdeIで切断し、NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)によって精製したDNA複製起点pBY503 ori配列及びpHSG298(タカラバイオ株式会社製)を含む5.7-kbpのDNA断片、またはDNA複製起点pCG1 ori配列及びpHSG398(タカラバイオ株式会社製)を含む4.2-kbpのDNA断片を混合し、これにT4 DNAリガーゼ10×緩衝液 1μl 、T4 DNAリガーゼ(タカラバイオ株式会社製) 1 unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μl にして、15℃で3時間反応させ、結合させた。これらをそれぞれをライゲーションC液、D液とした。
得られたライゲーションC液またはD液を用い、塩化カルシウム法〔Journal of Molecular Biology, 53, 159 (1970)〕によりエシェリヒア コリJM109を形質転換し、カナマイシン 50μg/mlを含むLB寒天培地〔1% ポリペプトン、0.5% 酵母エキス、0.5% 塩化ナトリウム、および1.5% 寒天〕に塗布した。
A 25-bp DNA fragment (hereinafter referred to as a linker) prepared by annealing the following pair of oligonucleotides at 52 ° C and pCRB52T or pCRB11T were cleaved with the restriction enzyme NdeI, and NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (Takara Bio) 5.7-kbp DNA fragment containing DNA replication origin pBY503 ori sequence and pHSG298 (manufactured by Takara Bio Inc.) or 4.2 containing DNA replication origin pCG1 ori sequence and pHSG398 (manufactured by Takara Bio Inc.) -kbp DNA fragment was mixed, and each component of 1 unit of T4 DNA ligase 10x buffer and 1 unit of T4 DNA ligase (Takara Bio Inc.) was added to 10 μl with sterilized distilled water. Reacted for 3 hours and allowed to bind. These were designated as Ligation C solution and D solution, respectively.
Using the obtained ligation solution C or solution D, Escherichia coli JM109 was transformed by the calcium chloride method [Journal of Molecular Biology, 53, 159 (1970)], and LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin [1% polypeptone , 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride, and 1.5% agar).

リンカー作成用オリゴヌクレオチド
(a-9) 5’- TATGGAATTCACGCGTGGTACCGA -3’(配列番号5)
(b-9) 5’- TATCGGTACCACGCGTGAATTCCA -3’(配列番号6)
尚、オリゴヌクレオチド(a-9)と(b-9)をアニーリングして作成されるリンカーの両端にはNdeIの付着末端が形成され、リンカー内部にはKpnI制限酵素部位が含まれる。
Oligonucleotide for creating linker
(a-9) 5'-TATGGAATTCACGCGT GGTACC GA -3 '(SEQ ID NO: 5)
(b-9) 5'-TATC GGTACC ACGCGTGAATTCCA-3 '(SEQ ID NO: 6)
In addition, NdeI sticky ends are formed at both ends of a linker prepared by annealing oligonucleotides (a-9) and (b-9), and a KpnI restriction enzyme site is contained inside the linker.

得られたコロニーを直接鋳型として以下のPCR法により約250-bpのDNA断片が増幅することにより目的の方向にリンカーが挿入されたプラスミドを選別し、培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出した。pCRB52T(ライゲーションC液)から得られたリンカー配列を含むクローニングベクターをpCRB52Tkと命名した。またpCRB11T(ライゲーションD液) から得られたリンカー配列を含むクローニングベクターをpCRB11Tkと命名した。   Using the obtained colony as a direct template, a plasmid with a linker inserted in the desired direction is selected by amplifying an approximately 250-bp DNA fragment by the following PCR method. Then, plasmid DNA was extracted from the culture solution. A cloning vector containing a linker sequence obtained from pCRB52T (Ligation C solution) was named pCRB52Tk. A cloning vector containing a linker sequence obtained from pCRB11T (Ligation D solution) was named pCRB11Tk.

コロニー選別用プライマー
(a-10) 5’- TATCGGTACCACGCGTGAATTCCA -3’ (配列番号6)
(b-10) 5’- GGGGTACCGGCTGTGCAGGTCGTAAATCAC -3’(配列番号7)
尚、プライマー(a-10)はリンカー作成に用いたアンチセンス側のオリゴヌクレオチドに相当し、プライマー(b-10)はPtac配列の5’末端に位置する。
Colony selection primer
(a-10) 5'-TATCGGTACCACGCGTGAATTCCA-3 '(SEQ ID NO: 6)
(b-10) 5'-GGGGTACCGGCTGTGCAGGTCGTAAATCAC-3 '(SEQ ID NO: 7)
The primer (a-10) corresponds to the antisense oligonucleotide used for preparing the linker, and the primer (b-10) is located at the 5 ′ end of the Ptac sequence.

実際のPCRは、TaKaRaサーマルサイクラー(タカラバイオ株式会社製)を用い、反応試薬としてKAPA Taq EXtra DNA Polymerase(日本ジェネティクス株式会社製)を用いて下記の条件で行った。   Actual PCR was performed under the following conditions using a TaKaRa thermal cycler (Takara Bio Inc.) and KAPA Taq EXtra DNA Polymerase (Nippon Genetics Co., Ltd.) as a reaction reagent.

反応液:
KAPATaq Extra DNA Polymerase (5 U/μl) 0.5μl
5x KAPATaq Extra Buffer (Mg2+ free) 10μl
25 mM MgCl2 solution 3.5μl
KAPA dNTP Mix (10mM each) 1.5μl
プライマー(a-10)と(b-10) 各々2μl(最終濃度 0.4μM)
滅菌蒸留水 30.5μl
以上を混合し、この50μlの反応液を10μl ずつに分注し、各反応液にコロニーを少量加えてPCRにかけた。
Reaction solution:
KAPATaq Extra DNA Polymerase (5 U / μl) 0.5 μl
5x KAPATaq Extra Buffer (Mg 2+ free) 10 μl
25 mM MgCl 2 solution 3.5 μl
KAPA dNTP Mix (10mM each) 1.5μl
Primer (a-10) and (b-10) each 2μl (final concentration 0.4μM)
Sterile distilled water 30.5μl
The above was mixed, 50 μl of the reaction solution was dispensed into 10 μl aliquots, a small amount of colonies were added to each reaction solution, and subjected to PCR.

PCRサイクル:
デナチュレーション過程:98℃ 10秒
アニーリング過程 :50℃ 5秒
エクステンション過程 :72℃ 30秒
以上を1サイクルとし、25サイクル行った。
PCR cycle:
Denaturation process: 98 ° C, 10 seconds Annealing process: 50 ° C, 5 seconds Extension process: 72 ° C, 30 seconds One cycle was performed for 25 cycles.

上記で生成した反応液10μlを0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、目的のプラスミドを含む場合、約250-bpのDNA断片が検出される。   10 μl of the reaction solution generated above is electrophoresed on a 0.8% agarose gel. When the target plasmid is contained, an approximately 250-bp DNA fragment is detected.

(3) キシロオリゴ糖利用酵素遺伝子のクローニング
コリネバクテリウム アルカノリティカム由来のキシロオリゴ糖利用酵素遺伝子のクローニング
コリネバクテリウム アルカノリティカム(Corynebacterium alkanolyticum)由来のβ-キシロシダーゼをコードするxylD遺伝子、ABCトランスポーター型のキシロオリゴ糖輸送体蛋白質群(以後、ABCトランスポーター)とβ-キシロシダーゼをコードするxylEFGDオペロン、ATP-結合部位を有する蛋白質(以後、ATP結合蛋白)をコードするmsiK遺伝子を含むDNA断片を以下のPCR法により増幅した。
(3) Cloning of xylo-oligosaccharide-utilizing enzyme gene
Cloning of xylooligosaccharide-utilizing enzyme gene derived from Corynebacterium alkanolyticum xylD gene encoding β-xylosidase derived from Corynebacterium alkanolyticum, ABC transporter type xylooligosaccharide transporter protein group (hereinafter, (ABC transporter), a xylEFGD operon encoding β-xylosidase, and a DNA fragment containing an msiK gene encoding a protein having an ATP-binding site (hereinafter, ATP-binding protein) was amplified by the following PCR method.

PCRに際して、xylD遺伝子、xylEFGDオペロン及びmsiK遺伝子をクローン化するべく、配列番号3(コリネバクテリウム アルカノリティカムxylD遺伝子)、配列番号1(コリネバクテリウム アルカノリティカムxylEFGD遺伝子)及び配列番号4 (コリネバクテリウム アルカノリティカムmsiK遺伝子)を基に、それぞれ下記の一対のプライマーを使用した。   In order to clone the xylD gene, xylEFGD operon and msiK gene during PCR, SEQ ID NO: 3 (Corynebacterium alkanolyticum xylD gene), SEQ ID NO: 1 (Corynebacterium alkanolyticum xylEFGD gene) and SEQ ID NO: 4 (Coryne) Based on the bacterial alkanolity cam msiK gene, the following pair of primers was used.

xylD遺伝子増幅用プライマー
(a-1); 5’- GAGAATTCCATATGACCGCCCCCGGATCCGCA -3’(配列番号8)
(b-1); 5’- GGGGTACCTCAGCTGACGGGTGCCTCGGCC -3’ (配列番号9)
尚、プライマー(a-1)には、NdeI制限酵素部位が、プライマー(b-1)には、KpnI制限酵素部位が付加されている。
xylD gene amplification primer (a-1); 5'-GAGAATTC CATATG ACCGCCCCCGGATCCGCA-3 '(SEQ ID NO: 8)
(B-1); 5'-GG GGTACC TCAGCTGACGGGTGCCTCGGCC -3 '(SEQ ID NO: 9)
The primer (a-1) has an NdeI restriction enzyme site, and the primer (b-1) has a KpnI restriction enzyme site.

xylEFGD遺伝子増幅用プライマー
(a-2); 5’- GGGGTACCTCAGCTGACGGGTGCCTCGGCC -3’ (配列番号10)
(b-2); 5’- GGGAATTCCATATGAGAGCACACAGGATCCTGACG -3’(配列番号11)
尚、プライマー(a-2)には、KpnI制限酵素部位が、プライマー(b-2)には、NdeI制限酵素部位が付加されている。
xylEFGD gene amplification primer (a-2); 5'-GG GGTACC TCAGCTGACGGGTGCCTCGGCC -3 '(SEQ ID NO: 10)
(B-2); 5'-GGGAATTC CATATG AGAGCACACAGGATCCTGACG-3 '(SEQ ID NO: 11)
The primer (a-2) has a KpnI restriction enzyme site, and the primer (b-2) has an NdeI restriction enzyme site.

misK遺伝子増幅用プライマー
(a-3); 5’- GCGGTACCACTACGGATCGTCCGGCACGTA -3’(配列番号12)
(b-3); 5’- CCGGTACCTTACGCCGAGACGATCGCCTTG -3’(配列番号13)
尚、プライマー(a-3)及びプライマー(b-3)には、KpnI制限酵素部位が付加されている。
misK gene amplification primer (a-3); 5'-GC GGTACC ACTACGGATCGTCCGGCACGTA-3 '(SEQ ID NO: 12)
(B-3); 5′-CC GGTACC TTACGCCGAGACGATCGCCTTG -3 ′ (SEQ ID NO: 13)
In addition, a KpnI restriction enzyme site is added to the primer (a-3) and the primer (b-3).

クロストリジウム アセトブチリカム由来のキシロオリゴ糖利用酵素遺伝子のクローニング
クロストリジウム アセトブチリカム由来のシンポーター型のキシロオリゴ糖輸送体蛋白質(以後、シンポーター)をコードするxynT遺伝子を含むDNA断片を以下のPCR法により増幅した。
PCRに際して、xynT遺伝子をクローン化するべく、配列番号2(クロストリジウム アセトブチリカムxynT遺伝子)を基に、それぞれ下記の一対のプライマーを使用した。
Cloning of Clostridium acetobutylicum-derived Xylooligosaccharide Utilizing Enzyme Gene A DNA fragment containing the xynT gene encoding a symporter-type xylo-oligosaccharide transporter protein (hereinafter referred to as symporter) derived from Clostridium acetobutylicum was amplified by the following PCR method.
In order to clone the xynT gene during PCR, the following pair of primers was used based on SEQ ID NO: 2 (Clostridial acetobutylicum xynT gene).

xynT遺伝子増幅用プライマー
(a-4); 5’- GGAATTCCATATGATAGGAAGTTTTAAAATTAAAATGAG -3’
(配列番号14)
(b-4); 5’- CGGGATCCTCATAAATTTAAATTCTCCCCTCTATTTA -3’
(配列番号15)
尚、プライマー(a-4)にはNdeI制限酵素部位が、プライマー(b-4)にはBamHI制限酵素部位が付加されている。
xynT gene amplification primer (a-4); 5'- GGAATTC CATATG ATAGGAAGTTTTAAAATTAAAATGAG -3 '
(SEQ ID NO: 14)
(B-4); 5'- CG GGATCC TCATAAATTTAAATTCTCCCCTCTATTTA -3 '
(SEQ ID NO: 15)
The primer (a-4) has an NdeI restriction enzyme site, and the primer (b-4) has a BamHI restriction enzyme site.

鋳型DNAは、コリネバクテリウム アルカノリティカムは、American Type Culture Collection (ATCC)より入手したコリネバクテリウム アルカノリティカムATCC 21511から抽出した染色体DNAを、クロストリジウム アセトブチリカムは、American Type Culture Collection (ATCC)より入手したクロストリジウム アセトブチリカム ATCC 824由来の染色体DNAを用いた。   Template DNA: Corynebacterium alkanolyticum is chromosomal DNA extracted from Corynebacterium alkanolyticum ATCC 21511 obtained from American Type Culture Collection (ATCC), Clostridium acetobutylicum is obtained from American Type Culture Collection (ATCC) Clostridium acetobutylicum ATCC 824-derived chromosomal DNA was used.

実際のPCRは、TaKaRaサーマルサイクラー(タカラバイオ株式会社製)を用い、反応試薬としてPrimeSTAR GXL DNA Polymerase(タカラバイオ株式会社製)を用いて下記の条件で行った。   Actual PCR was performed using a TaKaRa thermal cycler (Takara Bio Inc.) and PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (Takara Bio Inc.) as a reaction reagent under the following conditions.

反応液:
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (1.25 U/μl) 1μl
5x PrimeSTAR GXL Buffer (Mg2+ plus) 10μl
dNTP Mixture (2.5mM each) 4μl
鋳型DNA 1μl(DNA含有量1μg以下)
上記記載の2種プライマー*) 各々1μl(最終濃度 0.2μM)
滅菌蒸留水 32μl
以上を混合し、この50μlの反応液をPCRにかけた。
*) コリネバクテリウム アルカノリティカムxylD遺伝子を増幅する場合はプライマー(a-1) と (b-1) の組み合わせ、コリネバクテリウム アルカノリティカムxylEFGD遺伝子を増幅する場合はプライマー(a-2) と (b-2) の組み合わせ、コリネバクテリウム アルカノリティカムmsiK遺伝子を増幅する場合はプライマー(a-3) と (b-3) の組み合わせ、クロストリジウム アセトブチリカムxynT遺伝子を増幅する場合はプライマー(a-4) と (b-4) の組み合わせで行った。
Reaction solution:
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (1.25 U / μl) 1μl
5x PrimeSTAR GXL Buffer (Mg 2+ plus) 10μl
dNTP Mixture (2.5mM each) 4μl
Template DNA 1μl (DNA content 1μg or less)
2 primers as described above *) 1μl each (final concentration 0.2μM)
Sterile distilled water 32 μl
The above was mixed and 50 μl of the reaction solution was subjected to PCR.
*) When amplifying the Corynebacterium alkanolyticum xylD gene, combine primer (a-1) and (b-1) .To amplify the Corynebacterium alkanolyticum xylEFGD gene, (b-2), primer (a-3) and (b-3) to amplify the Corynebacterium alkanolyticum msiK gene, primer (a-4) to amplify Clostridium acetobutylicum xynT gene ) And (b-4).

PCRサイクル:
デナチュレーション過程:98℃ 10秒
アニーリング過程 :50℃ 5秒
エクステンション過程 :68℃
コリネバクテリウム アルカノリティカムxylD遺伝子 90秒
コリネバクテリウム アルカノリティカムxylEFGD遺伝子 180秒
コリネバクテリウム アルカノリティカムmsiK遺伝子 60秒
クロストリジウム アセトブチリカムxynT遺伝子 60秒
以上を1サイクルとし、30サイクル行った。
PCR cycle:
Denaturation process: 98 ° C 10 seconds Annealing process: 50 ° C 5 seconds Extension process: 68 ° C
Corynebacterium alkanolytic cam xylD gene 90 seconds Corynebacterium alkanolyticum xylEFGD gene 180 seconds Corynebacterium alkanolyticum msiK gene 60 seconds Clostridium acetobutylicum xynT gene 60 seconds or more were performed for 30 cycles.

上記で生成した反応液10μlを0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、コリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylD遺伝子の場合約2.4-kb、コリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylEFGD遺伝子の場合約5.6-kb、コリネバクテリウム アルカノリティカム株由来msiK遺伝子の場合約1.1-kb、クロストリジウム アセトブチリカム株由来xynT遺伝子の場合約1.5-kbのDNA断片が検出できた。各DNA断片はNucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)によって精製した。   10 μl of the reaction solution generated above was electrophoresed on a 0.8% agarose gel, about 2.4-kb for the xylD gene derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain, and about 5.6--for the xylEFGD gene derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain. In the case of kb, about 1.1-kb in the case of the msiK gene derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain, and about 1.5-kb in the case of the xynT gene derived from the Clostridium acetobutylicum strain, a DNA fragment was detected. Each DNA fragment was purified by NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (manufactured by Takara Bio Inc.).

(4) キシロオリゴ糖分解酵素遺伝子発現プラスミドの構築
キシロオリゴ糖分解酵素遺伝子のpCRB52Tkへのクローニング
上記項(3)に示したPCRにより増幅したコリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylD遺伝子を含む約2.4-kb DNA断片10μlを制限酵素NdeI及びKpnIで、コリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylEFGD遺伝子を含む約5.6-kb DNA断片10μlを制限酵素NdeI及びKpnIで、クロストリジウム アセトブチリカム株由来xynT遺伝子を含む約1.5-kb DNA断片10μlを制限酵素NdeI及びBamHIで切断した。tacプロモーターを含有するクローニングベクターpCRB52Tk 2μlをxylD遺伝子及びxylEFGD遺伝子の場合制限酵素NdeI及びKpnIで、xynT遺伝子の場合制限酵素NdeI及びBamHIで切断し、Alkaline Phosphatase, Calf Intestinal (CIP)による脱リン酸化処理後、NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)によって精製し、それぞれ挿入する遺伝子と混合してこれにT4 DNAリガーゼ10×緩衝液 1μl 、T4 DNAリガーゼ(タカラバイオ株式会社製) 1 unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10 μl にして、15℃で3時間反応させ、結合させた。これをライゲーションE液、F液、及びG液とした。
(4) Construction of xylo-oligosaccharide degrading enzyme gene expression plasmid
Cloning of Xylooligosaccharide Degrading Enzyme Gene into pCRB52Tk About 10 μl of a 2.4-kb DNA fragment containing the xylD gene derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain amplified by PCR shown in (3) above was digested with restriction enzymes NdeI and KpnI. About 10 μl of about 5.6-kb DNA fragment containing xylEFGD gene derived from bacterial alkanolyticum strain was digested with restriction enzymes NdeI and KpnI, and about 10 μl of about 1.5-kb DNA fragment containing xynT gene derived from Clostridium acetobutylicum strain was digested with restriction enzymes NdeI and BamHI . 2 μl of cloning vector pCRB52Tk containing tac promoter is cleaved with restriction enzymes NdeI and KpnI for xylD gene and xylEFGD gene, and with restriction enzymes NdeI and BamHI for xynT gene and dephosphorylated with Alkaline Phosphatase, Calf Intestinal (CIP) Then, it is purified by NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (manufactured by Takara Bio Inc.), mixed with the gene to be inserted and mixed with 10 μl of T4 DNA ligase 10 × buffer, T4 DNA ligase (manufactured by Takara Bio Inc.) 1 Each component of the unit was added, made up to 10 μl with sterile distilled water, reacted at 15 ° C. for 3 hours, and bound. This was designated as Ligation E solution, F solution, and G solution.

得られたライゲーションE液、F液及びG液を、塩化カルシウム法 [J. Mol. Biol. 53:159-162 (1970)] によりエシェリヒア コリHST02を形質転換し、カナマイシン50μg/mlを含むLB寒天培地〔1% ポリペプトン、0.5% 酵母エキス、0.5% 塩化ナトリウム、および1.5% 寒天〕に塗布した。   The resulting ligation E solution, F solution and G solution were transformed into Escherichia coli HST02 by the calcium chloride method [J. Mol. Biol. 53: 159-162 (1970)], and LB agar containing kanamycin 50 μg / ml It was applied to a medium [1% polypeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride, and 1.5% agar].

各々培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素でそれぞれ切断し、挿入断片を確認した。この結果、プラスミドpCRB52Tk約5.7-kbのDNA断片に加え、コリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylD遺伝子(ライゲーションE液)の場合、約2.4-kbの挿入断片が、コリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylEFGD遺伝子(ライゲーションF液)の場合、約5.6-kbの挿入断片が、クロストリジウム アセトブチリカム株由来xynT遺伝子(ライゲーションG液)の場合、約1.5-kbの挿入断片が認められた。   Each of the growing strains on the medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture solution, and each plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted fragment. As a result, in addition to the plasmid pCRB52Tk DNA fragment of about 5.7-kb, in the case of the xylD gene (ligation E solution) derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain, the inserted fragment of about 2.4-kb is derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain. In the case of the xylEFGD gene (ligation F solution), an insertion fragment of about 5.6-kb was observed, and in the case of the xynT gene derived from a Clostridium acetobutylicum strain (ligation G solution), an insertion fragment of about 1.5-kb was observed.

コリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylD遺伝子を含むプラスミドをpCRF100 (図1)、コリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylEFGD遺伝子を含むプラスミドをpCRF101 (図1)、クロストリジウム アセトブチリカム株由来xynT遺伝子を含むプラスミドをpCRF104 (図1)と命名した。
また、上記項(3)に示したPCRにより増幅したコリネバクテリウム アルカノリティカム株由来msiK遺伝子を含む約1.1-kb DNA断片10μl及びコリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylEFGD遺伝子を含むプラスミドpCRF101 10μlを各々制限酵素KpnIで切断し、Alkaline Phosphatase, Calf Intestinal (CIP)による脱リン酸化処理、NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)による精製の後、両者を混合し、これにT4 DNAリガーゼ10×緩衝液 1μl 、T4 DNAリガーゼ (タカラバイオ株式会社製) 1 unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μl にして、15℃で3時間反応させ、結合させた。これをライゲーションH液とした。
Plasmid containing xylD gene from Corynebacterium alkanolyticum strain is pCRF100 (Fig. 1), plasmid containing xylEFGD gene from Corynebacterium alkanolyticum strain is pCRF101 (Fig. 1), and plasmid containing xynT gene from Clostridium acetobutylicum strain It was named pCRF104 (FIG. 1).
Also, 10 μl of an about 1.1-kb DNA fragment containing the msiK gene derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain amplified by PCR shown in the above (3) and 10 μl of the plasmid pCRF101 containing the xylEFGD gene derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain were used. Each was cleaved with the restriction enzyme KpnI, dephosphorylated with Alkaline Phosphatase, Calf Intestinal (CIP), purified with NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (manufactured by Takara Bio Inc.), and then mixed with T4 DNA. Each component of ligase 10 × buffer 1 μl and T4 DNA ligase (Takara Bio Inc.) 1 unit was added to 10 μl with sterilized distilled water, reacted at 15 ° C. for 3 hours, and bound. This was designated as Ligation H solution.

得られたライゲーションH液を、塩化カルシウム法 [J. Mol. Biol. 53:159-162 (1970)]によりエシェリヒア コリHST02を形質転換し、カナマイシン50μg/mlを含むLB寒天培地〔1% ポリペプトン、0.5% 酵母エキス、0.5% 塩化ナトリウム、および1.5% 寒天〕に塗布した。
得られたコロニーを直接鋳型として以下のPCR法により約1.5-kbのDNA断片が増幅することにより目的の方向にリンカーが挿入されたプラスミドを選別し、培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出した。コリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylEFGD遺伝子及びコリネバクテリウム アルカノリティカム株由来msiK遺伝子を含むプラスミドをpCRF102 (図1)と命名した。
The obtained ligation H solution was transformed with Escherichia coli HST02 by the calcium chloride method [J. Mol. Biol. 53: 159-162 (1970)], and LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin [1% 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride, and 1.5% agar).
Using the obtained colony as a direct template, a plasmid with a linker inserted in the desired direction is selected by amplifying an approximately 1.5-kb DNA fragment by the following PCR method. Then, plasmid DNA was extracted from the culture solution. A plasmid containing the xylEFGD gene derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain and the msiK gene derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain was named pCRF102 (FIG. 1).

コロニー選別用プライマー
(a-11); 5’- GCGGTACCACTACGGATCGTCCGGCACGTA -3’ (配列番号12)
(b-11); 5’- GGGGTACCGTAGAAACGCAAAAAGGCCATCCGTC -3’(配列番号7)
尚、プライマー(a-11)はmsiK遺伝子増幅用のセンスプライマー、プライマー(b-11)はターミネーター配列に位置する。
Colony selection primer (a-11); 5'-GC GGTACC ACTACGGATCGTCCGGCACGTA -3 '(SEQ ID NO: 12)
(b-11); 5'-GGGGTACCGTAGAAACGCAAAAAGGCCATCCGTC-3 '(SEQ ID NO: 7)
The primer (a-11) is a sense primer for amplifying the msiK gene, and the primer (b-11) is located in a terminator sequence.

実際のPCRは、TaKaRaサーマルサイクラー(タカラバイオ株式会社製)を用い、反応試薬としてKAPA Taq EXtra DNA Polymerase(日本ジェネティクス株式会社製)を用いて下記の条件で行った。   Actual PCR was performed under the following conditions using a TaKaRa thermal cycler (Takara Bio Inc.) and KAPA Taq EXtra DNA Polymerase (Nippon Genetics Co., Ltd.) as a reaction reagent.

反応液:
KAPATaq Extra DNA Polymerase (5 U/μl) 0.5μl
5x KAPATaq Extra Buffer (Mg2+ free) 10μl
25 mM MgCl2 solution 3.5μl
KAPA dNTP Mix (10mM each) 1.5μl
プライマー(a-11)と(b-11) 各々2μl(最終濃度 0.4μM)
滅菌蒸留水 30.5μl
以上を混合し、この50μlの反応液を10μl ずつに分注し、各反応液にコロニーを少量加えてPCRにかけた。
Reaction solution:
KAPATaq Extra DNA Polymerase (5 U / μl) 0.5 μl
5x KAPATaq Extra Buffer (Mg 2+ free) 10 μl
25 mM MgCl 2 solution 3.5 μl
KAPA dNTP Mix (10mM each) 1.5μl
Primer (a-11) and (b-11) each 2μl (final concentration 0.4μM)
Sterile distilled water 30.5μl
The above was mixed, 50 μl of the reaction solution was dispensed into 10 μl aliquots, a small amount of colonies were added to each reaction solution, and subjected to PCR.

PCRサイクル:
デナチュレーション過程:98℃ 10秒
アニーリング過程 :52℃ 5秒
エクステンション過程 :72℃ 30秒
以上を1サイクルとし、25サイクル行った。
上記で生成した反応液10μlを0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、目的のプラスミドを含む場合、約1.5-kbのDNA断片が検出される。
PCR cycle:
Denaturation process: 98 ° C., 10 seconds annealing process: 52 ° C., 5 seconds extension process: 72 ° C. 30 cycles or more were performed for 25 cycles.
10 μl of the reaction solution generated above is electrophoresed on a 0.8% agarose gel. When the target plasmid is contained, an approximately 1.5-kb DNA fragment is detected.

キシロオリゴ糖分解酵素遺伝子導入株のpCRB11Tkへのクローニング構築
キシロオリゴ糖分解酵素遺伝子であるコリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylD遺伝子の発現量を増加させるため、上記に示した発現プラスミドpCRF102と共存できる高コピープラスミドpCRB11TkにxylD遺伝子をクローニングすることにした。
上記項(3)に示したPCRにより増幅したコリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylD遺伝子を含む約2.4-kb DNA断片10μlおよびtacプロモーターを含有するクローニングベクターpCRB11Tk 2μlを制限酵素NdeI及びKpnIで切断し、NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)によって精製した後に、各DNA断片を混合してこれにT4 DNAリガーゼ10×緩衝液 1μl 、T4 DNAリガーゼ(タカラバイオ株式会社製) 1 unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μl にして、15℃で3時間反応させ、結合させた。これをライゲーションI液とした。
Cloning construction of xylooligosaccharide- degrading enzyme gene-introduced strain into pCRB11Tk High-copy that can coexist with the expression plasmid pCRF102 shown above to increase the expression level of xylD gene derived from Corynebacterium alkanolyticum, a xylooligosaccharide-degrading enzyme gene We decided to clone the xylD gene into the plasmid pCRB11Tk.
About 10 μl of the 2.4-kb DNA fragment containing the xylD gene derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain amplified by PCR shown in (3) above and 2 μl of the cloning vector pCRB11Tk containing the tac promoter were digested with restriction enzymes NdeI and KpnI. After purification by NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (Takara Bio Inc.), each DNA fragment was mixed and mixed with T4 DNA ligase 10 × buffer 1 μl, T4 DNA ligase (Takara Bio Inc.) 1 unit The components were added to 10 μl with sterilized distilled water, reacted at 15 ° C. for 3 hours, and bound. This was designated as Ligation I solution.

得られたライゲーションI液を、塩化カルシウム法 [J. Mol. Biol. 53:159-162 (1970)]によりエシェリヒア コリHST02を形質転換し、クロラムフェニコール50μg/mlを含むLB寒天培地〔1% ポリペプトン、0.5% 酵母エキス、0.5% 塩化ナトリウム、および1.5% 寒天〕に塗布した。
培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素でそれぞれ切断し、挿入断片を確認した。この結果、プラスミドpCRB11Tk約5.2-kbのDNA断片に加え、コリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylD遺伝子約2.4-kbの挿入断片が認められた。本プラスミドをpCRF103 (図1)と命名した。
The resulting ligation I solution was transformed with Escherichia coli HST02 by the calcium chloride method [J. Mol. % Polypeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride, and 1.5% agar).
The growing strain on the medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture solution, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted fragment. As a result, in addition to a DNA fragment of plasmid pCRB11Tk of about 5.2-kb, an inserted fragment of about 2.4-kb of xylD gene derived from Corynebacterium alkanolyticum was observed. This plasmid was named pCRF103 (FIG. 1).

β-キシロシダーゼ遺伝子の大腸菌発現系ベクターへのクローニング
コリネバクテリウム アルカノリティカム(Corynebacterium alkanolyticum)XylDの酵素学的性質を解析するため、N末にヒスチジンタグを融合したXylDを大腸菌で発現させるための発現ベクターを構築した。
コリネバクテリウム アルカノリティカムのxylD遺伝子を含む約2.4-kb DNA断片を下記1対のプライマーを用いてPCR法によって増幅させた。
Cloning of β-xylosidase gene into E. coli expression system vector To analyze the enzymatic properties of Corynebacterium alkanolyticum XylD, expression to express XylD fused with histidine tag at the N-terminus in E. coli A vector was constructed.
An approximately 2.4-kb DNA fragment containing the xylD gene of Corynebacterium alkanolyticum was amplified by PCR using the following pair of primers.

xylD遺伝子増幅用プライマー
(a-5); 5’- GCCGGCAACCATATGACCGAACTGCCCCCTCT -3’(配列番号16)
(b-5); 5’- AGGAAGATCTCAGCTGACGGGTGCCTCGGCC -3’ (配列番号17)
尚、プライマー(a-1)には、NdeI制限酵素部位が、プライマー(b-1)には、BglII制限酵素部位が付加されている。
xylD gene amplification primer (a-5); 5'- GCCGGCAAC CATATG ACCGAACTGCCCCCTCT -3 '(SEQ ID NO: 16)
(B-5); 5'- AGGA AGATCT CAGCTGACGGGTGCCTCGGCC -3 '(SEQ ID NO: 17)
The primer (a-1) has an NdeI restriction enzyme site, and the primer (b-1) has a BglII restriction enzyme site.

鋳型DNAは、コリネバクテリウム アルカノリティカムは、American Type Culture Collection (ATCC)より入手したコリネバクテリウム アルカノリティカムATCC 21511から抽出した染色体DNAを用いた。
実際のPCRは、TaKaRaサーマルサイクラー(タカラバイオ株式会社製)を用い、反応試薬としてPrimeSTAR GXL DNA Polymerase(タカラバイオ株式会社製)を用いて下記の条件で行った。
As the template DNA, chromosomal DNA extracted from Corynebacterium alkanolyticum ATCC 21511 obtained from American Type Culture Collection (ATCC) was used as Corynebacterium alkanolyticum.
Actual PCR was performed using a TaKaRa thermal cycler (Takara Bio Inc.) and PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (Takara Bio Inc.) as a reaction reagent under the following conditions.

反応液:
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (1.25 U/μl) 1μl
5x PrimeSTAR GXL Buffer (Mg2+ plus) 10μl
dNTP Mixture (2.5mM each) 4μl
鋳型DNA 1μl(DNA含有量1μg以下)
プライマー (a-5)と(b-5) 各々1μl(最終濃度 0.2μM)
滅菌蒸留水 32μl
以上を混合し、この50μlの反応液をPCRにかけた。
Reaction solution:
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (1.25 U / μl) 1μl
5x PrimeSTAR GXL Buffer (Mg 2+ plus) 10μl
dNTP Mixture (2.5mM each) 4μl
Template DNA 1μl (DNA content 1μg or less)
Primer (a-5) and (b-5) each 1μl (final concentration 0.2μM)
Sterile distilled water 32 μl
The above was mixed and 50 μl of the reaction solution was subjected to PCR.

PCRサイクル:
デナチュレーション過程:98℃ 10秒
アニーリング過程 :50℃ 5秒
エクステンション過程 :68℃ 90秒
以上を1サイクルとし、30サイクル行った。
PCR cycle:
Denaturation process: 98 ° C., 10 seconds annealing process: 50 ° C., 5 seconds extension process: 68 ° C. 90 seconds or more was set as one cycle, and 30 cycles were performed.

上記で生成した反応液10μlを0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、コリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylD遺伝子の場合約2.4-kbのDNA断片が検出できた。増幅したDNA断片はNucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)によって精製した。   10 μl of the reaction solution generated above was electrophoresed on a 0.8% agarose gel, and in the case of the xylD gene derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain, a DNA fragment of about 2.4-kb could be detected. The amplified DNA fragment was purified by NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (manufactured by Takara Bio Inc.).

コリネバクテリウム アルカノリティカムxylD遺伝子の2.4-kb DNA断片10μlをNdeIおよびBglIIで切断し、N末にヒスチジンタグを融合して組み換えタンパクを発現できる発現ベクターpColdII(タカラバイオ株式会社製)2μlを制限酵素NdeI及びBamHIで切断して、NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)によって精製した後に、各DNA断片を混合してこれにT4 DNAリガーゼ10×緩衝液 1μl 、T4 DNAリガーゼ(タカラバイオ株式会社製) 1 unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μl にして、15℃で3時間反応させ、結合させた。これをライゲーションJ液とした。   Restricted to 2 μl of the expression vector pColdII (manufactured by Takara Bio Inc.) capable of expressing recombinant protein by cleaving 10 μl of 2.4-kb DNA fragment of Corynebacterium alkanolyticum xylD gene with NdeI and BglII and fusing a histidine tag to the N-terminus After digestion with enzymes NdeI and BamHI and purification by NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (Takara Bio Inc.), each DNA fragment was mixed and mixed with 1 μl of T4 DNA ligase 10 × buffer, T4 DNA ligase ( 1 unit of each component was added, made up to 10 μl with sterile distilled water, reacted at 15 ° C. for 3 hours, and bound. This was designated as Ligation J solution.

得られたライゲーションJ液を、塩化カルシウム法 [J. Mol. Biol. 53:159-162 (1970)]によりエシェリヒア コリHST02を形質転換し、アンピシリン50μg/mlを含むLB寒天培地〔1% ポリペプトン、0.5% 酵母エキス、0.5% 塩化ナトリウム、および1.5% 寒天〕に塗布した。
培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素でそれぞれ切断し、挿入断片を確認した。この結果、プラスミドpColdII約4.4-kbのDNA断片に加え、コリネバクテリウム アルカノリティカム株由来xylD遺伝子約2.4-kbの挿入断片が認められた。本プラスミドをpCRF105と命名した。
The obtained ligation solution J was transformed with Escherichia coli HST02 by the calcium chloride method [J. Mol. 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride, and 1.5% agar).
The growing strain on the medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture solution, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted fragment. As a result, in addition to a DNA fragment of about 4.4-kb of plasmid pColdII, an inserted fragment of about 2.4-kb of the xylD gene derived from the Corynebacterium alkanolyticum strain was observed. This plasmid was designated as pCRF105.

(5) キシロオリゴ糖分解酵素の大腸菌での発現と精製
上記の発現プラスミドpCRF105を塩化カルシウム法 [J. Mol. Biol. 53:159-162 (1970)]により組み換えタンパク質発現用エシェリヒア コリBL21(DE3)株を形質転換し、アンピシリン50μg/mlを含むLB寒天培地〔1% ポリペプトン、0.5% 酵母エキス、0.5% 塩化ナトリウム、および1.5% 寒天〕に塗布した。得られた形質転換体をアンピシリン50μg/mlを含むLB培地〔1% ポリペプトン、0.5% 酵母エキス、0.5% 塩化ナトリウム〕に植菌して37℃で1晩振盪培養した後、培養液1 mlを遠心して集菌し、菌体を新しい培地に懸濁してアンピシリン50μg/mlを含む100 ml LB培地〔1% ポリペプトン、0.5% 酵母エキス、0.5% 塩化ナトリウム〕に添加して37℃で振盪培養した。培養液の濁度OD610が0.5に達したら0.5 mM IPTG (isopropyl 1-thio-beta-d-galactoside)を培養液に添加して15℃で24時間振盪培養してタンパク質発現を誘導した。
(5) Expression and Purification of Xylooligosaccharide Degrading Enzyme in Escherichia coli The above expression plasmid pCRF105 was transformed into Escherichia coli BL21 (DE3) for expression of recombinant protein by the calcium chloride method [J. Mol. Biol. 53: 159-162 (1970)]. The strain was transformed and spread on LB agar medium (1% polypeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride, and 1.5% agar) containing 50 μg / ml of ampicillin. The obtained transformant was inoculated into LB medium [1% polypeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride] containing ampicillin 50 μg / ml, and cultured with shaking at 37 ° C. overnight. The cells were collected by centrifugation, the cells were suspended in a new medium, added to 100 ml LB medium (1% polypeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride) containing 50 μg / ml of ampicillin and cultured at 37 ° C. with shaking. . When the turbidity OD610 of the culture solution reached 0.5, 0.5 mM IPTG (isopropyl 1-thio-beta-d-galactoside) was added to the culture solution, and cultured with shaking at 15 ° C. for 24 hours to induce protein expression.

発現誘導後24時間で遠心によって集菌し、菌体を10 ml 溶菌バッファー[100 mM (Tris-HCl (pH 8.0), 0.5 M NaCl, 25 mM imidazole, 10 mM 2-mercaptoethanol]で懸濁し、超音波破砕処理を行った。菌体破砕液を遠心した後に上精をHisTrap HP column (1 ml, GEヘルスケア・ジャパン 株式会社製)にアプライし、20 ml洗浄バッファー[100 mM (Tris-HCl [pH 8.0], 0.5 M NaCl, 25 mM imidazole]でカラムを洗浄後、4 ml 溶出バッファー[100 mM (Tris-HCl [pH 8.0], 0.5 M NaCl, 250 mM imidazole]でヒスチジンタグ融合XylDタンパクを溶出させた。溶出したタンパク液を透析によってバッファーA[20 mM NaPi [pH 7.0], 1mM EDTA, 5 mM MgCl2]にバッファー交換した後、HiTrap Q HP column (1 ml, GEヘルスケア・ジャパン 株式会社製)にアプライし、AKTA FPLC system (GEヘルスケア・ジャパン 株式会社製)にてNaCl濃度を連続的に1.0 Mまで変化させることでタンパクを溶出させた。回収した各フラクションについてSDS-PAGEを行い、約86kDaのバンドを単一に含むフラクションを集めて精製ヒスチジンタグ融合XylDタンパクを得た。タンパク質の濃度はBio-Rad protein assay kit (Bio-Rad 社製)を用いて定量した。 Cells were collected by centrifugation 24 hours after induction of expression, and the cells were suspended in 10 ml lysis buffer [100 mM (Tris-HCl (pH 8.0), 0.5 M NaCl, 25 mM imidazole, 10 mM 2-mercaptoethanol)] After centrifugation of the bacterial cell disruption solution, the supernatant was applied to a HisTrap HP column (1 ml, manufactured by GE Healthcare Japan, Inc.) and washed with a 20 ml washing buffer [100 mM (Tris-HCl [ After washing the column with pH 8.0], 0.5 M NaCl, 25 mM imidazole], the histidine-tagged XylD protein was eluted with 4 ml elution buffer [100 mM (Tris-HCl [pH 8.0], 0.5 M NaCl, 250 mM imidazole]. The eluted protein solution was exchanged with buffer A [20 mM NaPi [pH 7.0], 1 mM EDTA, 5 mM MgCl 2 ] by dialysis, and then HiTrap Q HP column (1 ml, GE Healthcare Japan, Inc.). AKTA FPLC system (manufactured by GE Healthcare Japan Co., Ltd.) and continuously changing the NaCl concentration to 1.0 M. Each collected fraction was subjected to SDS-PAGE, and fractions containing a single band of about 86 kDa were collected to obtain a purified histidine-tagged XylD protein.The protein concentration was Bio-Rad protein assay kit. Quantification was performed using (Bio-Rad).

(6) キシロース利用株の構築 (X2AraE株の構築)
キシロオリゴ糖トランスポーターとβ-キシロシダーゼの導入によりキシロオリゴ糖を取り込み分解できるようになると考えられるが、キシロオリゴ糖を炭素源として利用するには、キシロオリゴ糖の分解によって生成するキシロースが利用できなければならない。コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R株にはキシロース利用能がないが、染色体に1コピーの大腸菌由来xylA-xylB遺伝子を染色体導入したコリネバクテリウム グルタミカムX1株でキシロース利用が可能になることをすでに報告している[Appl. Microbiol. Biotechnol. 81:691-699 (2008)]。また今回、キシロース利用を更に高めるために、染色体に2コピーの大腸菌由来xylA-xylB遺伝子を導入したX2株[Appl. Microbiol. Biotechnol. 81:691-699 (2008)]に1コピーのコリネバクテリウム グルタミカム ATCC31831株由来アラビノーストランスポーターaraE遺伝子を導入した。
(6) Construction of xylose utilization strain (construction of X2AraE strain)
It is considered that introduction of a xylooligosaccharide transporter and β-xylosidase makes it possible to take in and decompose xylooligosaccharide, but in order to use xylooligosaccharide as a carbon source, xylose produced by the decomposition of xylooligosaccharide must be available. Corynebacterium glutamicum R strain does not have the ability to use xylose, but it has already been confirmed that xylose can be used with Corynebacterium glutamicum X1 strain into which a single copy of E. coli-derived xylA-xylB gene has been introduced into the chromosome. [Appl. Microbiol. Biotechnol. 81: 691-699 (2008)]. In addition, in order to further enhance the utilization of xylose, one copy of Corynebacterium was introduced into X2 strain [Appl. Microbiol. Biotechnol. 81: 691-699 (2008)] in which two copies of the xylA-xylB gene derived from E. coli were introduced into the chromosome. The arabinose transporter araE gene derived from glutamicum ATCC31831 was introduced.

araE遺伝子マーカーレス染色体導入用プラスミドpCRD108 [Appl. Microbiol. Biotechnol. 85:105-115 (2009)]は、コリネバクテリウム グルタミカムR内で複製不能なプラスミドであり、コリネバクテリウム グルタミカム R株の生育に必須でないと報告されている配列SSIs 11領域 [Appl. Environ. Microbiol.、71:3369-3372(2005)] へのaraE遺伝子導入用プラスミドである。pCRD108を用いて、電気パルス法 [Agric. Biol. Chem. 54:443-447(1990) 及びRes. Microbiol. 144:181-185(1993)] により、コリネバクテリウム グルタミカムX2株を形質転換し、カナマイシン 50μg/mlを含むA寒天培地〔A液体培地、および1.5% 寒天〕に塗布した。上記の培地で得られた一重交叉株を、10%(W/V)スクロース含有BT寒天培地[(NH2)2CO 2g、(NH4)2SO4 7g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 mlを蒸留水1Lに溶解、および1.5% 寒天]に塗付した。 The araE gene markerless plasmid pCRD108 [Appl. Microbiol. Biotechnol. 85: 105-115 (2009)] is a plasmid that cannot replicate in Corynebacterium glutamicum R. This is a plasmid for introducing the araE gene into the SSIs 11 region [Appl. Environ. Microbiol., 71: 3369-3372 (2005)], which is reported to be not essential. pCRD108 was used to transform Corynebacterium glutamicum X2 strain by the electric pulse method [Agric. Biol. Chem. 54: 443-447 (1990) and Res. Microbiol. 144: 181-185 (1993)] It was applied to A agar medium [A liquid medium and 1.5% agar] containing kanamycin 50 μg / ml. Single crossover strain obtained in the above medium, 10% (W / V) sucrose-containing BT agar medium [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% ( w / v) 1 ml of biotin solution and 2 ml of 0.01% (w / v) thiamin solution were dissolved in 1 L of distilled water and applied to 1.5% agar.

プラスミドpCRD108が染色体上の相同領域との一重交叉株の場合、pCRD108上のカナマイシン耐性遺伝子の発現によるカナマイシン耐性と、バチラス サブチリス(Bacillus subtilis)のsacR-sacB遺伝子の発現によるスクロース含有培地での致死性を示すのに対し、二重交叉株の場合、pCRD108上のカナマイシン耐性遺伝子の脱落によるカナマイシン感受性と、sacR-sacB遺伝子の脱落によるスクロース含有培地での生育性を示す。従って、マーカーレス染色体遺伝子導入株は、カナマイシン感受性及びスクロース含有培地生育性を示す。そこで、カナマイシン感受性及びスクロース含有培地生育性を示した株を選択した。
このコリネバクテリウム グルタミカムR株の染色体に2コピーの大腸菌由来xylA-xylB遺伝子及び1コピーのコリネバクテリウム グルタミカム ATCC31831株由来araE遺伝子を導入した株をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)X2AraEと命名した(表1)。
When plasmid pCRD108 is a single crossover with a homologous region on the chromosome, kanamycin resistance by expression of kanamycin resistance gene on pCRD108 and lethality in sucrose-containing medium by expression of sacR-sacB gene of Bacillus subtilis On the other hand, in the case of the double crossover strain, kanamycin sensitivity due to loss of the kanamycin resistance gene on pCRD108 and growth in a sucrose-containing medium due to loss of the sacR-sacB gene are shown. Therefore, the markerless chromosome gene-introduced strain exhibits kanamycin sensitivity and sucrose-containing medium growth. Therefore, a strain showing kanamycin sensitivity and viability of medium containing sucrose was selected.
Corynebacterium glutamicum X2AraE was named as a strain obtained by introducing two copies of E. coli-derived xylA-xylB gene and one copy of Corynebacterium glutamicum ATCC31831 araE gene into the chromosome of this Corynebacterium glutamicum R strain ( Table 1).

(7)マーカーレス用xynT遺伝子導入用ベクター LKSind8-xynTの構築
xynT遺伝子をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)X2AraE株にマーカーレスで染色体に導入するために必要なDNA領域を、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)Rの生育に必須でないと報告されている配列[Appl. Environ. Microbiol. 71:3369-3372(2005)](SSI領域)を基に決定した。このDNA領域(Indel8領域)を以下のPCR法により増幅した。
(7) Construction of markerless xynT gene transfer vector LKSind8-xynT
The DNA region necessary for introducing the xynT gene into the chromosome without a marker in the Corynebacterium glutamicum X2AraE strain is a sequence that is reported to be not essential for the growth of Corynebacterium glutamicum R [ Appl. Environ. Microbiol. 71: 3369-3372 (2005)] (SSI region). This DNA region (Indel8 region) was amplified by the following PCR method.

PCRに際しては、以下の一対のプライマーセットを使用した。
xynT遺伝子導入用Indel8領域増幅用プライマーセット
(a-6); 5’- GGACTAGTAAGGCCGCTGCGGAGGGAACTGT -3’
(配列番号18)
(b-6); 5’- CGACAACGGCTGCACACTCTAGACCGCGGATATCAATCTC -3’
(配列番号19)
(a-7); 5’- GAGATTGATATCCGCGGTCTAGAGTGTGCAGCCGTTGTCG -3’
(配列番号20)
(b-7); 5’- GGACTAGTGCATCTGCATGCGCAGTGGAC -3’
(配列番号21)
In the PCR, the following pair of primer sets were used.
Indel8 region amplification primer set for xynT gene transfer
(a-6); 5'-GG ACTAGT AAGGCCGCTGCGGAGGGAACTGT -3 '
(SEQ ID NO: 18)
(b-6); 5'- CGACAACGGCTGCACAC TCTAGA CCGCGGATATCAATCTC -3 '
(SEQ ID NO: 19)
(a-7); 5'- GAGATTGATATCCGCGG TCTAGA GTGTGCAGCCGTTGTCG -3 '
(SEQ ID NO: 20)
(b-7); 5'-GG ACTAGT GCATCTGCATGCGCAGTGGAC -3 '
(SEQ ID NO: 21)

尚、プライマー(a-6)と(b-7)には、SpeI制限酵素部位が、プライマー(b-6)と(a-7)には、XbaI制限酵素部位が付加されている。
鋳型DNAは、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)Rから抽出した染色体DNAを用いた。
実際のPCRは、TaKaRaサーマルサイクラー(タカラバイオ株式会社製)を用い、反応試薬としてPrimeSTAR GXL DNA Polymerase(タカラバイオ株式会社製)を用いて下記の条件で行った。
The primers (a-6) and (b-7) have a SpeI restriction enzyme site, and the primers (b-6) and (a-7) have an XbaI restriction enzyme site.
As the template DNA, chromosomal DNA extracted from Corynebacterium glutamicum R was used.
Actual PCR was performed using a TaKaRa thermal cycler (Takara Bio Inc.) and PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (Takara Bio Inc.) as a reaction reagent under the following conditions.

反応液:
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (1.25 U/μl) 1μl
5x PrimeSTAR GXL Buffer (Mg2+ plus) 10μl
dNTP Mixture (2.5mM each) 4μl
鋳型DNA 1μl(DNA含有量1μg以下)
プライマー (a-6)と(b-6)または
プライマー (a-7)と(b-7) 各々1μl(最終濃度0.2μM)
滅菌蒸留水 32μl
以上を混合し、この50μlの反応液をPCRにかけた。
Reaction solution:
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (1.25 U / μl) 1μl
5x PrimeSTAR GXL Buffer (Mg2 + plus) 10μl
dNTP Mixture (2.5mM each) 4μl
Template DNA 1μl (DNA content 1μg or less)
Primer (a-6) and (b-6) or Primer (a-7) and (b-7) each 1μl (final concentration 0.2μM)
Sterile distilled water 32 μl
The above was mixed and 50 μl of the reaction solution was subjected to PCR.

PCRサイクル:
デナチュレーション過程:98℃ 10秒
アニーリング過程 :50℃ 5秒
エクステンション過程 :68℃ 90秒
以上を1サイクルとし、30サイクル行った。
上記で生成した反応液を0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、約1.5-kbのDNA断片をNucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)によって精製した。
PCR cycle:
Denaturation process: 98 ° C., 10 seconds annealing process: 50 ° C., 5 seconds extension process: 68 ° C. 90 seconds or more was set as one cycle, and 30 cycles were performed.
The reaction solution generated above was electrophoresed on a 0.8% agarose gel, and a DNA fragment of about 1.5-kb was purified by NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (manufactured by Takara Bio Inc.).

プライマー (a-6)と(b-6)から増幅されるDNA断片(Indel8-1とする)の3’端20-bpとプライマー (a-7)と(b-7)から増幅されるDNA断片(Indel8-2とする)の5’端20-bpは配列がオーバーラップするようにデザインしており、両DNA断片を熱変性後アニーリングさせることにより連結することができる。
実際の連結反応はTaKaRaサーマルサイクラー(タカラバイオ株式会社製)を用い、反応試薬としてPrimeSTAR GXL DNA Polymerase(タカラバイオ株式会社製)を用いて下記の条件で行った。
DNA amplified from primer (a-7) and (b-7) and 3 'end 20-bp of DNA fragment (Indel8-1) amplified from primers (a-6) and (b-6) The 5 'end 20-bp of the fragment (referred to as Indel8-2) is designed so that the sequences overlap, and can be ligated by annealing both DNA fragments after heat denaturation.
The actual ligation reaction was performed using a TaKaRa thermal cycler (Takara Bio Inc.) and PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (Takara Bio Inc.) as a reaction reagent under the following conditions.

反応液:
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (1.25 U/μl) 1μl
5x PrimeSTAR GXL Buffer (Mg2+ plus) 10μl
dNTP Mixture (2.5mM each) 4μl
DNA断片 Indel8-1とIndel8-2 各1μl
滅菌蒸留水 34μl
以上を混合し、この50μlの反応液をPCRにかけた。
Reaction solution:
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (1.25 U / μl) 1μl
5x PrimeSTAR GXL Buffer (Mg2 + plus) 10μl
dNTP Mixture (2.5mM each) 4μl
DNA fragment Indel8-1 and Indel8-2 1 μl each
Sterile distilled water 34 μl
The above was mixed and 50 μl of the reaction solution was subjected to PCR.

PCRサイクル:
デナチュレーション過程:98℃ 10秒
アニーリング過程 :50℃ 5秒
エクステンション過程 :68℃ 90秒
以上を1サイクルとし、15サイクル行った。
PCR cycle:
Denaturation process: 98 ° C, 10 seconds Annealing process: 50 ° C, 5 seconds Extension process: 68 ° C, 90 seconds or more, with 15 cycles.

連結反応後の反応液を鋳型として以下の条件で2回目のPCRを行った。
反応液:
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (1.25 U/μl) 1μl
5x PrimeSTAR GXL Buffer (Mg2+ plus) 10μl
dNTP Mixture (2.5mM each) 4μl
連結反応後の反応液 1μl
プライマー (a-6)と(b-7) 各々1μl(最終濃度 0.2μM)
滅菌蒸留水 34μl
以上を混合し、この50μlの反応液をPCRにかけた。
A second PCR was performed under the following conditions using the reaction solution after the ligation reaction as a template.
Reaction solution:
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (1.25 U / μl) 1μl
5x PrimeSTAR GXL Buffer (Mg 2+ plus) 10μl
dNTP Mixture (2.5mM each) 4μl
1 μl of reaction solution after ligation reaction
Primer (a-6) and (b-7) each 1μl (final concentration 0.2μM)
Sterile distilled water 34 μl
The above was mixed and 50 μl of the reaction solution was subjected to PCR.

PCRサイクル:
デナチュレーション過程:98℃ 10秒
アニーリング過程 :50℃ 5秒
エクステンション過程 :68℃ 180秒
以上を1サイクルとし、20サイクル行った。
上記で生成した反応液を0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、約3.0-kbのDNA断片をNucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)によって精製した。
PCR cycle:
Denaturation process: 98 ° C., 10 seconds annealing process: 50 ° C., 5 seconds extension process: 68 ° C. 180 seconds or more was set as one cycle, and 20 cycles were performed.
The reaction solution generated above was electrophoresed on a 0.8% agarose gel, and a DNA fragment of about 3.0-kb was purified by NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (manufactured by Takara Bio Inc.).

精製した増幅産物を制限酵素SpeIで切断し、マーカーレス遺伝子破壊用プラスミドpCRA725 [J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 8:243-254(2004)、(特開2006-124440)]は制限酵素XbaIで切断後、Alkaline Phosphatase, Calf Intestinal (CIP)による脱リン酸化処理をした。各DNA断片をNucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)による精製の後、両者を混合し、これにT4 DNAリガーゼ10×緩衝液 1μl 、T4 DNAリガーゼ (タカラバイオ株式会社製) 1 unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μl にして、15℃で3時間反応させ、結合させた。これをライゲーションK液とした。得られたライゲーションK液を、塩化カルシウム法 [J. Mol. Biol. 53:159-162 (1970)] によりエシェリヒア コリHST02を形質転換し、カナマイシン50μg/mlを含むLB寒天培地〔1% ポリペプトン、0.5% 酵母エキス、0.5% 塩化ナトリウム、および1.5% 寒天〕に塗布した。
培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素でそれぞれ切断し、挿入断片を確認した。この結果、プラスミドpCRA725約4.0-kbのDNA断片に加え、indel8領域の約3.0-kbのDNA断片が検出された。本プラスミドをLKSind8と命名した。
The purified amplification product was cleaved with the restriction enzyme SpeI, and the markerless gene disruption plasmid pCRA725 [J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 8: 243-254 (2004), (JP 2006-124440)] was digested with the restriction enzyme XbaI. After cutting, dephosphorylation with Alkaline Phosphatase, Calf Intestinal (CIP) was performed. After purifying each DNA fragment with NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (Takara Bio Inc.), both were mixed, and this was mixed with 1 μl of T4 DNA ligase 10 × buffer, T4 DNA ligase (Takara Bio Inc.) 1 Each component of the unit was added, made up to 10 μl with sterile distilled water, reacted at 15 ° C. for 3 hours, and bound. This was designated as ligation K solution. The obtained ligation K solution was transformed with Escherichia coli HST02 by the calcium chloride method [J. Mol. Biol. 53: 159-162 (1970)], and LB agar medium containing 50 μg / ml kanamycin [1% polypeptone, 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride, and 1.5% agar).
The growing strain on the medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture solution, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted fragment. As a result, in addition to the approximately 4.0-kb DNA fragment of plasmid pCRA725, an approximately 3.0-kb DNA fragment in the indel8 region was detected. This plasmid was designated LKSind8.

pCRF104を鋳型としてPtac-xynT-ターミネーター配列を含むDNA断片(以降xynT発現カセットと呼ぶ)を以下の条件でPCR法で増幅させた。
xynT発現カセット増幅用プライマー
(a-8); 5’- GGACTAGTGGCTGTGCAGGTCGTAAATCAC -3’ (配列番号22)
(b-8); 5’- GGACTAGTGTAGAAACGCAAAAAGGCCATCCGTC -3’(配列番号23)
尚、プライマー(a-8)と(b-8)には、SpeI制限酵素部位が付加されている。鋳型DNAは、pCRF104を用いた。
A DNA fragment containing the Ptac-xynT-terminator sequence (hereinafter referred to as xynT expression cassette) was amplified by PCR using pCRF104 as a template under the following conditions.
Primer for xynT expression cassette amplification
(a-8); 5'-GG ACTAGT GGCTGTGCAGGTCGTAAATCAC -3 '(SEQ ID NO: 22)
(b-8); 5'-GG ACTAGT GTAGAAACGCAAAAAGGCCATCCGTC-3 '(SEQ ID NO: 23)
In addition, a SpeI restriction enzyme site is added to the primers (a-8) and (b-8). As the template DNA, pCRF104 was used.

実際のPCRは、TaKaRaサーマルサイクラー(タカラバイオ株式会社製)を用い、反応試薬としてPrimeSTAR GXL DNA Polymerase(タカラバイオ株式会社製)を用いて下記の条件で行った。
反応液:
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (1.25 U/μl) 1μl
5x PrimeSTAR GXL Buffer (Mg2+ plus) 10μl
dNTP Mixture (2.5mM each) 4μl
鋳型DNA 1μl(DNA含有量1μg)
プライマー (a-8)と(b-8) 各々1μl(最終濃度 0.2μM)
滅菌蒸留水 32μl
以上を混合し、この50μlの反応液をPCRにかけた。
Actual PCR was performed using a TaKaRa thermal cycler (Takara Bio Inc.) and PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (Takara Bio Inc.) as a reaction reagent under the following conditions.
Reaction solution:
PrimeSTAR GXL DNA Polymerase (1.25 U / μl) 1μl
5x PrimeSTAR GXL Buffer (Mg 2+ plus) 10μl
dNTP Mixture (2.5mM each) 4μl
Template DNA 1μl (DNA content 1μg)
Primers (a-8) and (b-8) each 1μl (final concentration 0.2μM)
Sterile distilled water 32 μl
The above was mixed and 50 μl of the reaction solution was subjected to PCR.

PCRサイクル:
デナチュレーション過程:98℃ 10秒
アニーリング過程 :60℃ 5秒
エクステンション過程 :68℃ 90秒
以上を1サイクルとし、20サイクル行った。
PCR cycle:
Denaturation process: 98 ° C, 10 seconds Annealing process: 60 ° C, 5 seconds Extension process: 68 ° C, 90 seconds or more, one cycle, 20 cycles.

上記で生成した反応液を0.8%アガロースゲルにより電気泳動を行い、約2.0-kbのDNA断片をNucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)によって精製した。   The reaction solution generated above was electrophoresed on a 0.8% agarose gel, and a DNA fragment of about 2.0-kb was purified by NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (manufactured by Takara Bio Inc.).

精製した増幅産物を制限酵素SpeIで切断し、LKSind8は制限酵素XbaIで切断後、Alkaline Phosphatase, Calf Intestinal (CIP)による脱リン酸化処理をした。各DNA断片をNucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (タカラバイオ株式会社製)による精製の後、両者を混合し、これにT4 DNAリガーゼ10×緩衝液 1μl 、T4 DNAリガーゼ (タカラバイオ株式会社製) 1 unitの各成分を添加し、滅菌蒸留水で10μl にして、15℃で3時間反応させ、結合させた。これをライゲーションL液とした。得られたライゲーションL液を、塩化カルシウム法 [J. Mol. Biol. 53:159-162 (1970)] によりエシェリヒア コリHST02を形質転換し、カナマイシン50μg/mlを含むLB寒天培地〔1% ポリペプトン、0.5% 酵母エキス、0.5% 塩化ナトリウム、および1.5% 寒天〕に塗布した。
培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素でそれぞれ切断し、挿入断片を確認した。本プラスミドをInd-xynTと命名した。
The purified amplification product was cleaved with the restriction enzyme SpeI, and LKSind8 was cleaved with the restriction enzyme XbaI and then dephosphorylated with Alkaline Phosphatase, Calf Intestinal (CIP). After purifying each DNA fragment with NucleoSpin Gel and PCR Clean-Up (Takara Bio Inc.), both were mixed, and this was mixed with 1 μl of T4 DNA ligase 10 × buffer, T4 DNA ligase (Takara Bio Inc.) 1 Each component of the unit was added, made up to 10 μl with sterile distilled water, reacted at 15 ° C. for 3 hours, and bound. This was designated as Ligation L solution. The resulting ligation L solution was transformed into Escherichia coli HST02 by the calcium chloride method [J. Mol. 0.5% yeast extract, 0.5% sodium chloride, and 1.5% agar).
The growing strain on the medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture solution, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted fragment. This plasmid was named Ind-xynT.

(8) xynT遺伝子染色体導入株の構築
xynT遺伝子導入用プラスミドInd-xynTは、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)R内で複製不可能なプラスミドである。Ind-xynTを、電気パルス法 [Agric. Biol. Chem. 54:443-447 (1990)及びRes. Microbiol. 144:181-185(1993)] の方法に従って、コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)X2AraE株へ導入し、カナマイシン50μg/mlを含むA寒天培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 g、寒天15 gを蒸留水1 Lに溶解]に塗布した。
(8) Construction of xynT gene chromosome transfer strain
The plasmid Ind-xynT for introducing xynT gene is a plasmid that cannot replicate in Corynebacterium glutamicum R. Ind-xynT was prepared according to the method of the electric pulse method [Agric. Biol. Chem. 54: 443-447 (1990) and Res. Microbiol. 144: 181-185 (1993)] X2AraE A agar medium [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g, and agar 15 g were dissolved in 1 L of distilled water.

さらに、上記の培地で得られた株を、スクロース10%(wt/vol)を含有するA寒天培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 g、寒天15 gを蒸留水1 Lに溶解]に塗布した。 Furthermore, the strain obtained in the above medium was added to A agar medium containing 10% (wt / vol) of sucrose [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml , 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g, and agar 15 g dissolved in 1 L of distilled water] did.

プラスミドInd-xynTが染色体上の相同領域と1点相同組換えを起こした場合、Ind-xynT上のカナマイシン耐性遺伝子の発現によるカナマイシン耐性と、バチラス サブチリス(Bacillus subtilis)のsacR-sacB遺伝子の発現によるスクロース致死性を示すのに対し、2点相同組換えを起こした場合は、Ind-xynTのカナマイシン耐性遺伝子の脱落によるカナマイシン感受性と、sacR-sacB遺伝子の脱落によるスクロース含有培地での生育性とを示す。従って、目的とするxynT遺伝子染色体導入株は、カナマイシン感受性及びスクロース含有培地生育性を示す。
カナマイシン感受性及びスクロース含有培地生育性を示した株をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)X2AraET(表1)と命名した。
When plasmid Ind-xynT undergoes one-point homologous recombination with a homologous region on the chromosome, it depends on kanamycin resistance by expression of kanamycin resistance gene on Ind-xynT and by expression of sacR-sacB gene of Bacillus subtilis In contrast to sucrose lethality, when two-point homologous recombination occurred, kanamycin sensitivity due to loss of the kanamycin resistance gene of Ind-xynT and viability in a sucrose-containing medium due to loss of the sacR-sacB gene Show. Therefore, the intended xynT gene chromosome-introduced strain exhibits kanamycin sensitivity and sucrose-containing medium growth.
The strain that showed kanamycin sensitivity and growth of sucrose-containing medium was named Corynebacterium glutamicum X2AraET (Table 1).

(9) キシロオリゴ糖分解酵素遺伝子導入株の構築
キシロオリゴ糖分解酵素遺伝子導入株の構築には、コリネバクテリウム グルタミカムR株の染色体に1コピーの大腸菌由来xylA-xylB遺伝子を染色体導入したコリネバクテリウム グルタミカムX1 [Appl. Microbiol. Biotechnol. 81:691-699 (2008)] 株、またはコリネバクテリウム グルタミカムR株の染色体に2コピーの大腸菌由来xylA-xylB遺伝子と1コピーのコリネバクテリウム グルタミカム ATCC31831株由来アラビノーストランスポーターaraE遺伝子を導入したコリネバクテリウム グルタミカムX2AraE株、更にはX2AraE株にクロストリジウム アセトブチリカム xynTを染色体導入したX2AraET株を宿主として用いた。
(9) Construction of Xylooligosaccharide Degrading Enzyme Gene-Introduced Strain Xylooligosaccharide Degrading Enzyme Gene-Introduced Strain X1 [Appl. Microbiol. Biotechnol. 81: 691-699 (2008)] strain, or two copies of Escherichia coli xylA-xylB gene and one copy of Corynebacterium glutamicum ATCC31831 strain arabinose on the chromosome of Corynebacterium glutamicum R strain Corynebacterium glutamicum X2AraE strain into which the transporter araE gene was introduced, and further X2AraET strain into which X2AraE strain was chromosomally introduced with clostridium acetobutylicum xynT were used as hosts.

上述のプラスミドpCRF100 (図1)を用いて、電気パルス法 [Agric. Biol. Chem. 54:443-447(1990) 及びRes. Microbiol. 144:181-185(1993)] により、コリネバクテリウム グルタミカムX1 [Appl Microbiol Biotechnol. 81:691-699 (2008)] 株を形質転換し、カナマイシン 50μg/mlを含むA寒天培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 g、寒天15 gを蒸留水1 Lに溶解]に塗布した。この培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素で切断し、挿入プラスミドを確認した。この結果、上記で作製のプラスミドpCRF100の導入が認められた。得られた株をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)XYD1と命名した(表1)。 By using the above-mentioned plasmid pCRF100 (FIG. 1), by the electric pulse method [Agric. Biol. Chem. 54: 443-447 (1990) and Res. Microbiol. 144: 181-185 (1993)], Corynebacterium glutamicum X1 [Appl Microbiol Biotechnol. 81: 691-699 (2008)] strain was transformed and A agar medium containing 50 μg / ml kanamycin [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g, agar 15 g in 1 L of distilled water Dissolved]. The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted plasmid. As a result, introduction of the plasmid pCRF100 prepared above was confirmed. The resulting strain was named Corynebacterium glutamicum XYD1 (Table 1).

同様に、上述のプラスミドpCRF101 (図1)を用いて、電気パルス法 [Agric. Biol. Chem. 54:443-447(1990) 及びRes. Microbiol. 144:181-185(1993)] により、コリネバクテリウム グルタミカムX1 [Appl Microbiol Biotechnol. 81:691-699 (2008)] 株を形質転換し、カナマイシン 50μg/mlを含むA寒天培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 g、寒天15 gを蒸留水1 Lに溶解]に塗布した。この培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素で切断し、挿入プラスミドを確認した。この結果、上記で作製のプラスミドpCRF101の導入が認められた。得られた株をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)XYD2と命名した(表1)。液体培養の一部は等量の50%グリセロールを添加した後、グリセロールストックとして-80℃で保存した。 Similarly, by using the above-described plasmid pCRF101 (FIG. 1), the electric pulse method [Agric. Biol. Chem. 54: 443-447 (1990) and Res. Microbiol. 144: 181-185 (1993)] bacterium glutamicum X1 [Appl Microbiol Biotechnol 81:. 691-699 (2008)] strain was transformed, a agar medium [(NH 2) containing kanamycin 50μg / ml 2 CO 2 g, (NH 4) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02 % (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g, distilled water agar 15 g Dissolved in 1 L]. The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted plasmid. As a result, introduction of the plasmid pCRF101 prepared above was confirmed. The resulting strain was named Corynebacterium glutamicum XYD2 (Table 1). A portion of the liquid culture was stored at −80 ° C. as a glycerol stock after adding an equal volume of 50% glycerol.

同様に、上述のプラスミドpCRF102 (図1)を用いて、電気パルス法 [Agric. Biol. Chem. 54:443-447(1990) 及びRes. Microbiol. 144:181-185(1993)] により、コリネバクテリウム グルタミカムX1 [Appl Microbiol Biotechnol. 81:691-699 (2008)] 株を形質転換し、カナマイシン 50μg/mlを含むA寒天培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 g、寒天15 gを蒸留水1 Lに溶解]に塗布した。この培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素で切断し、挿入プラスミドを確認した。この結果、上記で作製のプラスミドpCRF102の導入が認められた。得られた株をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)XYD3と命名した(表1)。液体培養の一部は等量の50%グリセロールを添加した後、グリセロールストックとして-80℃で保存した。 Similarly, by using the above-described plasmid pCRF102 (FIG. 1), the electric pulse method [Agric. Biol. Chem. 54: 443-447 (1990) and Res. Microbiol. 144: 181-185 (1993)] Bacterium glutamicum X1 [Appl Microbiol Biotechnol. 81: 691-699 (2008)] strain was transformed and A agar medium containing 50 μg / ml kanamycin [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02 % (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g, distilled water agar 15 g Dissolved in 1 L]. The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted plasmid. As a result, introduction of the plasmid pCRF102 prepared above was confirmed. The resulting strain was named Corynebacterium glutamicum XYD3 (Table 1). A portion of the liquid culture was stored at −80 ° C. as a glycerol stock after adding an equal volume of 50% glycerol.

同様に、上述のプラスミドpCRF102とpCRF103 (図1)を用いて、電気パルス法 [Agric. Biol. Chem. 54:443-447(1990) 及びRes. Microbiol. 144:181-185(1993)] により、コリネバクテリウム グルタミカムX1 [Appl Microbiol Biotechnol. 81:691-699 (2008)] 株を形質転換し、カナマイシン 50μg/mlとクロラムフェニコール5μg/mlを含むA寒天培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 g、寒天15 gを蒸留水1 Lに溶解]に塗布した。この培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素で切断し、挿入プラスミドを確認した。この結果、上記で作製のプラスミドpCRF102とpCRF103の導入が認められた。得られた株をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)XYD4と命名した(表1)。液体培養の一部は等量の50%グリセロールを添加した後、グリセロールストックとして-80℃で保存した。 Similarly, using the above-described plasmids pCRF102 and pCRF103 (FIG. 1), the electric pulse method [Agric. Biol. Chem. 54: 443-447 (1990) and Res. Microbiol. 144: 181-185 (1993)] , Corynebacterium glutamicum X1 [Appl Microbiol Biotechnol. 81: 691-699 (2008)] strain was transformed into A agar medium [(NH 2 ) 2 CO containing kanamycin 50 μg / ml and chloramphenicol 5 μg / ml. 2 g, (NH 4) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino 7 g of acid and 15 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water. The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted plasmid. As a result, introduction of the plasmids pCRF102 and pCRF103 prepared above was confirmed. The resulting strain was named Corynebacterium glutamicum XYD4 (Table 1). A portion of the liquid culture was stored at −80 ° C. as a glycerol stock after adding an equal volume of 50% glycerol.

同様に、上述のプラスミドpCRF103とpCRF104 (図1)を用いて、電気パルス法 [Agric. Biol. Chem. 54:443-447(1990) 及びRes. Microbiol. 144:181-185(1993)] により、コリネバクテリウム グルタミカムX1 [Appl Microbiol Biotechnol. 81:691-699 (2008)] 株を形質転換し、カナマイシン 50μg/mlとクロラムフェニコール5μg/mlを含むA寒天培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 g、寒天15 gを蒸留水1 Lに溶解]に塗布した。 Similarly, by using the above-described plasmids pCRF103 and pCRF104 (FIG. 1), the electric pulse method [Agric. Biol. Chem. 54: 443-447 (1990) and Res. Microbiol. 144: 181-185 (1993)] , Corynebacterium glutamicum X1 [Appl Microbiol Biotechnol. 81: 691-699 (2008)] strain was transformed into A agar medium [(NH 2 ) 2 CO containing kanamycin 50 μg / ml and chloramphenicol 5 μg / ml. 2 g, (NH 4) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino 7 g of acid and 15 g of agar were dissolved in 1 L of distilled water.

この培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素で切断し、挿入プラスミドを確認した。この結果、上記で作製のプラスミドpCRF103とpCRF104の導入が認められた。得られた株をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)XYD5と命名した(表1)。液体培養の一部は等量の50%グリセロールを添加した後、グリセロールストックとして-80℃で保存した。   The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted plasmid. As a result, introduction of the plasmids pCRF103 and pCRF104 prepared above was confirmed. The resulting strain was named Corynebacterium glutamicum XYD5 (Table 1). A portion of the liquid culture was stored at −80 ° C. as a glycerol stock after adding an equal volume of 50% glycerol.

同様に、発現ベクターpCRB52TkとpCRB11Tkを用いて、電気パルス法 [Agric. Biol. Chem. 54:443-447(1990) 及びRes. Microbiol. 144:181-185(1993)] により、コリネバクテリウム グルタミカムX2AraE株を形質転換し、カナマイシン 50μg/mlとクロラムフェニコール5μg/mlを含むA寒天培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 g、寒天15 gを蒸留水1 Lに溶解]に塗布した。この培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素で切断し、挿入プラスミドを確認した。この結果、発現ベクターpCRB52TkとpCRB11Tkの導入が認められた。得られた株をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)XYD6と命名した(表1)。液体培養の一部は等量の50%グリセロールを添加した後、グリセロールストックとして-80℃で保存した。 Similarly, by using the expression vectors pCRB52Tk and pCRB11Tk, the electric pulse method [Agric. Biol. Chem. 54: 443-447 (1990) and Res. Microbiol. 144: 181-185 (1993)] Transform X2AraE strain, and agar agar containing kanamycin 50 μg / ml and chloramphenicol 5 μg / ml [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g , K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02 % (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g and agar 15 g were dissolved in 1 L of distilled water. The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted plasmid. As a result, the introduction of expression vectors pCRB52Tk and pCRB11Tk was observed. The resulting strain was named Corynebacterium glutamicum XYD6 (Table 1). A portion of the liquid culture was stored at −80 ° C. as a glycerol stock after adding an equal volume of 50% glycerol.

同様に、上述のプラスミドpCRF102とpCRF103 (図1)を用いて、電気パルス法 [Agric. Biol. Chem. 54:443-447(1990) 及びRes. Microbiol. 144:181-185(1993)] により、コリネバクテリウム グルタミカムX2AraE株を形質転換し、カナマイシン 50μg/mlとクロラムフェニコール5μg/mlを含むA寒天培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 g、寒天15 gを蒸留水1 Lに溶解]に塗布した。この培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素で切断し、挿入プラスミドを確認した。この結果、上記で作製のプラスミドpCRF102とpCRF103の導入が認められた。得られた株をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)XYD7と命名した(表1)。液体培養の一部は等量の50%グリセロールを添加した後、グリセロールストックとして-80℃で保存した。 Similarly, using the above-described plasmids pCRF102 and pCRF103 (FIG. 1), the electric pulse method [Agric. Biol. Chem. 54: 443-447 (1990) and Res. Microbiol. 144: 181-185 (1993)] , Corynebacterium glutamicum X2AraE strain, A agar medium containing 50 μg / ml kanamycin and 5 μg / ml chloramphenicol [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO4.2H2O 1 ml , 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g, and agar 15 g dissolved in 1 L of distilled water] did. The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted plasmid. As a result, introduction of the plasmids pCRF102 and pCRF103 prepared above was confirmed. The resulting strain was named Corynebacterium glutamicum XYD7 (Table 1). A portion of the liquid culture was stored at −80 ° C. as a glycerol stock after adding an equal volume of 50% glycerol.

同様に、上述のプラスミドpCRF103とpCRF104 (図1)を用いて、電気パルス法 [Agric. Biol. Chem. 54:443-447(1990) 及びRes. Microbiol. 144:181-185(1993)] により、コリネバクテリウム グルタミカムX2AraE株を形質転換し、カナマイシン 50μg/mlとクロラムフェニコール5μg/mlを含むA寒天培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 g、寒天15 gを蒸留水1 Lに溶解]に塗布した。この培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素で切断し、挿入プラスミドを確認した。この結果、上記で作製のプラスミドpCRF103とpCRF104の導入が認められた。得られた株をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)XYD8と命名した(表1)。液体培養の一部は等量の50%グリセロールを添加した後、グリセロールストックとして-80℃で保存した。 Similarly, by using the above-described plasmids pCRF103 and pCRF104 (FIG. 1), the electric pulse method [Agric. Biol. Chem. 54: 443-447 (1990) and Res. Microbiol. 144: 181-185 (1993)] , Corynebacterium glutamicum X2AraE strain, A agar medium containing 50 μg / ml kanamycin and 5 μg / ml chloramphenicol [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2 H2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g, agar 15 g dissolved in 1 L of distilled water ] Was applied. The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted plasmid. As a result, introduction of the plasmids pCRF103 and pCRF104 prepared above was confirmed. The resulting strain was named Corynebacterium glutamicum XYD8 (Table 1). A portion of the liquid culture was stored at −80 ° C. as a glycerol stock after adding an equal volume of 50% glycerol.

同様に、上述のプラスミドpCRF102とpCRF103 (図1)を用いて、電気パルス法[Agric. Biol. Chem. 54:443-447(1990) 及びRes. Microbiol. 144:181-185(1993)] により、コリネバクテリウム グルタミカムX2AraET株を形質転換し、カナマイシン 50μg/mlとクロラムフェニコール5μg/mlを含むA寒天培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 g、寒天15 gを蒸留水1 Lに溶解]に塗布した。この培地上の生育株を常法により液体培養し、培養液よりプラスミドDNAを抽出、該プラスミドを制限酵素で切断し、挿入プラスミドを確認した。この結果、上記で作製のプラスミドpCRF102とpCRF103の導入が認められた。得られた株をコリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)XYD9と命名した(表1)。液体培養の一部は等量の50%グリセロールを添加した後、グリセロールストックとして-80℃で保存した。 Similarly, using the above-described plasmids pCRF102 and pCRF103 (FIG. 1), the electric pulse method [Agric. Biol. Chem. 54: 443-447 (1990) and Res. Microbiol. 144: 181-185 (1993)] , Corynebacterium glutamicum X2AraET strain, transformed into Kanamycin 50 μg / ml and chloramphenicol 5 μg / ml A agar medium ((NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g, agar 15 g dissolved in 1 L of distilled water ] Was applied. The growing strain on this medium was subjected to liquid culture by a conventional method, plasmid DNA was extracted from the culture, and the plasmid was cleaved with a restriction enzyme to confirm the inserted plasmid. As a result, introduction of the plasmids pCRF102 and pCRF103 prepared above was confirmed. The resulting strain was named Corynebacterium glutamicum XYD9 (Table 1). A portion of the liquid culture was stored at −80 ° C. as a glycerol stock after adding an equal volume of 50% glycerol.

実施例1に記した遺伝子組換えの概要を、表1および図1にまとめて示す。コリネバクテリウム グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)XYD9は、独立行政法人製品評価技術基盤機構 特許生物寄託センター(日本国千葉県木更津市かずさ鎌足2-5-8(郵便番号292-0818))に寄託した(受託日:2014年3月13日、受託番号:NITE P−01812)。   The outline of gene recombination described in Example 1 is summarized in Table 1 and FIG. Corynebacterium glutamicum XYD9 has been deposited with the Patent Biological Depositary Center of the National Institute of Technology and Evaluation (2-5-8 Kazusa Kamashi, Kisarazu City, Chiba, Japan (zip code 292-0818)) Date of trust: March 13, 2014, accession number: NITE P-01812).

*) 表内の表示の略語は以下の通り
<遺伝子起源略語>
ESC; エシェリヒア コリ
COG; コリネバクテリウム グルタミカム
COA; コリネバクテリウム アルカノリティカム
CLA; クロストリジウム アセトブチリカム
*) The abbreviations shown in the table are as follows.
ESC; Escherichia coli
COG; Corynebacterium glutamicum
COA; Corynebacterium alkanolyticum
CLA; Clostridium acetobutylicum

(10) グルコースとキシロビオースの分析
培養液中のグルコースおよびキシロビオースの分析は以下のHPLCによって行った。
培養液上精50μlを水950 μlで希釈したものをサンプルとし、HPLC装置(東ソー社製)にて、カラムにHPX-87P column (BIO-RAD社製) を用い、カラム温度85 oC、水を移動相として流速 0.6 ml min-1で糖を分離した。糖の検出は示差屈折率検出器によって行った。
(10) Analysis of glucose and xylobiose Glucose and xylobiose in the culture broth were analyzed by the following HPLC.
A sample prepared by diluting 50 μl of the culture supernatant with 950 μl of water is used as a sample, and an HPLC device (manufactured by Tosoh Corporation) is used with a column of HPX-87P column (manufactured by BIO-RAD), a column temperature of 85 ° C., water Was used as a mobile phase to separate sugars at a flow rate of 0.6 ml min- 1 . Sugar was detected by a differential refractive index detector.

(11) キシロオリゴ糖および有機酸の分析
培養液中のキシロオリゴ糖の分析は以下のLC-ESIMSによって分析した。
培養液上精20μlをアセトニトリル 80μlと混合して遠心した後、その上精をサンプルとした。キシロオリゴ糖の分離はHPLC装置(島津製作所製)にて、カラムにTSKgel Amide-80 column (4.5 cm × 0.2 mm, 東ソー株式会社製) を用い、カラム温度60 oC、流速0.2 ml min-1で溶離液組成は10 mM アンモニウム酢酸/アセトニトリルを25/75から65/35までの連続的グラジエント(15分間)で行った。
キシロオリゴ糖の検出は、AB SCIEX QTRAP 5500 LC/MS/MS System (Applied Biosystems/MDS Analytical Technologies社製)を使用し、酢酸が付加した負イオンを検出することで行った。標品はMegazyme社より購入した。
培養液中の有機酸の分析は以下のHPLCによって分析した。
培養液上精50μlを0.75 mM H2SO4水溶液950μlと混合してサンプルとした。有機酸の分離はHPLC装置(島津製作所製)にて、カラムにTSKgel OApack-A colum (30 cm × 7.8 mm, 東ソー株式会社製) を用い、カラム温度40 oC、流速1.0 ml min-1で溶離液組成は0.75 mM H2SO4水溶液で行った。有機酸の検出はUV検出器にて行った。
(11) Analysis of xylo- oligosaccharides and organic acids The xylo-oligosaccharides in the culture broth were analyzed by the following LC-ESIMS.
20 μl of the culture supernatant was mixed with 80 μl of acetonitrile and centrifuged, and the supernatant was used as a sample. Separation of xylo-oligosaccharides was performed using a TSKgel Amide-80 column (4.5 cm x 0.2 mm, manufactured by Tosoh Corporation) with an HPLC system (manufactured by Shimadzu Corporation) at a column temperature of 60 ° C and a flow rate of 0.2 ml min -1 . The eluent composition was 10 mM ammonium acetate / acetonitrile with a continuous gradient (15 minutes) from 25/75 to 65/35.
Xylooligosaccharide was detected by using AB SCIEX QTRAP 5500 LC / MS / MS System (Applied Biosystems / MDS Analytical Technologies) and detecting negative ions to which acetic acid was added. The standard was purchased from Megazyme.
The organic acid in the culture was analyzed by the following HPLC.
A sample was prepared by mixing 50 μl of the supernatant on the culture with 950 μl of a 0.75 mM H 2 SO 4 aqueous solution. Separation of organic acids was performed with an HPLC system (manufactured by Shimadzu Corp.) using TSKgel OApack-A colum (30 cm x 7.8 mm, manufactured by Tosoh Corporation) at a column temperature of 40 ° C and a flow rate of 1.0 ml min -1 . The eluent composition was 0.75 mM H 2 SO 4 aqueous solution. The organic acid was detected with a UV detector.

実施例2.キシロオリゴ糖分解酵素の酵素学的解析
上記の実施例1(5)で得られたN末にヒスチジンタグを融合したコリネバクテリウム アルカノリティカム由来XylDについて酵素活性を測定した。
β-キシロシダーゼ活性の測定は、33℃の温度条件下で、1 mlの100 mM HEPES (pH 7.0)に基質のp-nitrophenyl-β-D-xylopyranoside(以降pNPXと略す)を0.04, 0.1, 0.4, 0.8または2.0 mM各濃度で加えた反応液に1μg/μlの酵素液を1 μl添加することで反応を開始し、Beckman DU800 spectrophotometer (ベックマンコールター社製)によって遊離のp-nitrophenolの生成を410 nmの吸収をモニターすることによって行った。またα-アラビノフラノシダーゼ活性の測定についても上記と同様にして、基質としてp-nitrophenyl-α-arabinofuranoside (pNPA)を0.2, 0.4, 1.0, 2.0または4.0 mM各濃度で加えることで行った。1/vと1/[S]から得られるLineweaver-BurkプロットからKm, Vmaxを求めた。
Example 2 Enzymatic Analysis of Xylooligosaccharide Degrading Enzyme The enzyme activity of XylD derived from Corynebacterium alkanolyticum obtained by fusing a histidine tag to the N-terminal obtained in Example 1 (5) above was measured.
β-xylosidase activity was measured at 33 ° C under a temperature of 33 ° C by adding 0.04, 0.1, 0.4 to the substrate p-nitrophenyl-β-D-xylopyranoside (hereinafter abbreviated as pNPX) in 100 mM HEPES (pH 7.0). The reaction was started by adding 1 μl of 1 μg / μl enzyme solution to the reaction solution added at 0.8, 2.0 or 2.0 mM concentration, and free p-nitrophenol was generated by Beckman DU800 spectrophotometer (manufactured by Beckman Coulter). This was done by monitoring the absorbance at nm. In addition, α-arabinofuranosidase activity was measured in the same manner as described above by adding p-nitrophenyl-α-arabinofuranoside (pNPA) as a substrate at each concentration of 0.2, 0.4, 1.0, 2.0 or 4.0 mM. Km and Vmax were obtained from the Lineweaver-Burk plot obtained from 1 / v and 1 / [S].

その結果、コリネバクテリウム アルカノリティカム由来XylDのβ-キシロシダーゼは、Km、Vmax、turn over numberはそれぞれ2.4 mM、1.3μmol s-1μg-1、111 s-1μg-1であった。バクテリアやカビのβ-キシロシダーゼでは一般的なβ-キシロシダーゼ活性のturn over nubmerは0.02〜30 s-1μg-1であることから、コリネバクテリウム アルカノリティカム由来XylDのβ-キシロシダーゼ活性は既知のキシロシダーゼのなかでは高い部類に入ることが明らかとなった。またコリネバクテリウム アルカノリティカム由来XylDのα-アラビノフラノシダーゼ活性はKm、Vmax、turn over numberはそれぞれ50.0 mM、0.06μmol s-1μg-1、5 s-1μg-1で、低いながらもα-アラビノフラノシダーゼ活性も有することが示された(表2)。   As a result, the β-xylosidase of XylD derived from Corynebacterium alkanolyticum had Km, Vmax, and turn over number of 2.4 mM, 1.3 μmol s-1 μg-1, and 111 s-1 μg-1, respectively. In β-xylosidase of bacteria and fungi, the general β-xylosidase turnover nubmer is 0.02 to 30 s-1 μg-1, so β-xylosidase activity of XylD derived from Corynebacterium alkanolyticum is known to be a known xylosidase It became clear that it was in a high class among. The α-arabinofuranosidase activity of XylD derived from Corynebacterium alkanolyticum is Km, Vmax, and turn over number are 50.0 mM, 0.06 μmol s-1 μg-1, and 5 s-1 μg-1, respectively. -It was also shown to have arabinofuranosidase activity (Table 2).

β-キシロシダーゼは一般的にキシロースによる生成物阻害を受けることが知られており、キシロースに対する一般的な阻害定数Ki値は2 〜10 mMである。そこでコリネバクテリウム アルカノリティカム由来XylDについてキシロースによる生成物阻害を検討した。   β-xylosidase is generally known to undergo product inhibition by xylose, and a typical inhibition constant Ki value for xylose is 2-10 mM. Therefore, we examined the product inhibition by xylose of XylD derived from Corynebacterium alkanolyticum.

阻害定数Ki値の測定は、基質のpNPXを0.4, 1.2または2.0mMの濃度で含む1 mlの100 mM HEPES (pH 7.0)について、キシロースを40, 60, 80または100mMの濃度で加えた反応液に1μg/μlの酵素液を1 μl添加することで反応を開始し、Beckman DU800 spectrophotometer (ベックマンコールター社製)によって遊離のp-nitrophenolの生成を410 nmの吸収をモニターすることによって行った。各 pNPX濃度条件についてキシロース濃度[I]と1/vでプロットし、pNPX各濃度から得られたLineweaver-Burkプロットの交点からKi値を求めた。その結果コリネバクテリウム アルカノリティカム XylDのキシロースに対するKi値は65 mMであり、既知のβ-キシロシダーゼの中ではキシロース阻害を受けにくい部類であることが明らかとなった。   Inhibition constant Ki value was measured using 1 ml of 100 mM HEPES (pH 7.0) containing the substrate pNPX at a concentration of 0.4, 1.2 or 2.0 mM and xylose added at a concentration of 40, 60, 80 or 100 mM. The reaction was started by adding 1 μl of an enzyme solution of 1 μg / μl, and free p-nitrophenol was produced by monitoring absorption at 410 nm using a Beckman DU800 spectrophotometer (manufactured by Beckman Coulter). Each pNPX concentration condition was plotted with xylose concentration [I] and 1 / v, and the Ki value was determined from the intersection of the Lineweaver-Burk plots obtained from each pNPX concentration. As a result, the Ki value for xylose of Corynebacterium alkanolyticum XylD was 65 mM, and it was revealed that it is a class that is not susceptible to xylose inhibition among known β-xylosidases.

実施例3.キシロオリゴ糖を炭素源とした好気増殖試験
コリネバクテリウム グルタミカムX1株、XYD1株、XYD2株(表1)について、グリセロールストック液50 μlを、カナマイシン 50μg/mlと4 % [wt/vol] グルコースを含む2.5 ml A培地 [(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 gを蒸留水1 Lに溶解]に植菌後、33℃で16時間振盪培養によって前培養した。
Example 3 Aerobic growth test using xylooligosaccharide as a carbon source Corynebacterium glutamicum X1, XYD1, and XYD2 (Table 1) were prepared using 50 μl of glycerol stock solution, 50 μg / ml of kanamycin and 4% [wt / vol] glucose. 2.5 ml A medium [(NH 2) 2 CO 2 g containing, (NH 4) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin 2 ml of solution, 2 g of yeast extract, and 7 g of vitamin assay casamino acid were dissolved in 1 L of distilled water] and then precultured by shaking culture at 33 ° C. for 16 hours.

前培養液2 mlを遠心によって集菌し、BT培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 mlを蒸留水1 Lに溶解]で菌体を2回洗浄した。 2 ml of the preculture was collected by centrifugation, and BT medium [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml The cells were washed twice with 2% 0.01% (w / v) thiamin solution dissolved in 1 L of distilled water.

カナマイシン 50μg/mlと2 % [wt/vol] キシロオリゴ糖(和光純薬)を含む10 ml のBT培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 mlを蒸留水1 Lに溶解]に洗浄後の菌体をOD610が0.5になるように移し、33℃で80時間振盪培養した。その結果を図2に示す。図2の菱形(◆)はX1株、四角(■)はXYD1株、三角(▲)はXYD2株の増殖曲線を示している。
X1株とXYD1株は増殖できなかったが、XYD2株だけが増殖可能であった。
10 ml of BT medium containing kanamycin 50 μg / ml and 2% [wt / vol] xylo-oligosaccharide (Wako Pure Chemical) [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml , 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml dissolved in 1 L of distilled water] And cultured for 80 hours with shaking. The result is shown in FIG. In FIG. 2, the rhombus (♦) indicates the growth curve of the X1 strain, the square (■) indicates the growth curve of the XYD1 strain, and the triangle (▲) indicates the growth curve of the XYD2 strain.
The X1 and XYD1 strains could not grow, but only the XYD2 strain could grow.

実施例4.XylEFGの基質特異性
コリネバクテリウム グルタミカムXYD2株(表1)について、グリセロールストック液50 μlを、カナマイシン 50μg/mlと4 % [wt/vol] グルコースを含む2.5 mlのA培地 [(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 gを蒸留水1 Lに溶解]に植菌後、33℃で16時間振盪培養によって前培養した。
Example 4 Substrate-specific Corynebacterium glutamicum XYD2 strain (Table 1) of XylEFG 50 μl of glycerol stock solution, 2.5 ml of A medium containing kanamycin 50 μg / ml and 4% [wt / vol] glucose [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay 7 g of casamino acid dissolved in 1 L of distilled water] was inoculated, and precultured by shaking culture at 33 ° C. for 16 hours.

前培養液2 mlを遠心によって集菌し、BT培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 mlを蒸留水1 Lに溶解]で菌体を2回洗浄した。 2 ml of the preculture was collected by centrifugation, and BT medium [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml The cells were washed twice with 2% 0.01% (w / v) thiamin solution dissolved in 1 L of distilled water.

カナマイシン 50μg/mlと0.5% [wt/vol] キシロオリゴ糖(和光純薬製)を含む10 ml のA培地 [(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 gを蒸留水1 Lに溶解]に洗浄後の菌体をOD610が0.5になるように移し、33℃で30時間振盪培養した。 10 ml of medium A containing [kanamycin 50μg / ml and 0.5% [wt / vol] xylo-oligosaccharide (Wako Pure Chemical Industries) [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 Bacteria after washing in 1 ml of 0.02% (w / v) biotin solution, 1 ml of 0.01% (w / v) thiamin solution, 2 g of yeast extract and 7 g of vitamin assay casamino acid in 1 L of distilled water The body was transferred to an OD610 of 0.5 and cultured with shaking at 33 ° C. for 30 hours.

培養後の培地を遠心後、上精をLC-ESIMSによって分析した。培養直前の培地の分析の結果を図3(1)に示している。キシロオリゴ糖(和光純薬製)にはX2(キシロビオース)、X3(キシロトリオース)、X4(キシロテトラオース)に加え、分子量が3ユニット〜6ユニットのペントースオリゴマーに相当するオリゴ糖P3 〜 P6が含まれており、これらはアラビノキシロオリゴ糖と思われる。XYD2株の培養後の培地の分析の結果を図3(2)に示す。XYD2株ではX2(キシロビオース)、X3(キシロトリオース)、X4(キシロテトラオース)のキシロオリゴ糖に加え、アラビノキシロオリゴ糖と思われるオリゴ糖P3 〜P5もほぼ完全に消費されていた。   The culture medium after centrifugation was centrifuged, and the supernatant was analyzed by LC-ESIMS. The result of the analysis of the medium immediately before the culture is shown in FIG. Xylooligosaccharides (Wako Pure Chemical Industries) have X2 (Xylobiose), X3 (Xylotriose), X4 (Xylotetraose), and oligosaccharides P3 to P6 corresponding to pentose oligomers with a molecular weight of 3 to 6 units. These are thought to be arabinoxylo-oligosaccharides. The results of analysis of the medium after culturing the XYD2 strain are shown in FIG. In the XYD2 strain, in addition to X2 (xylobiose), X3 (xylotriose), and X4 (xylotetraose) xylo-oligosaccharides, oligosaccharides P3 to P5 that seem to be arabinoxylo-oligosaccharides were almost completely consumed.

実施例5.MsiK(ATP結合蛋白)の高発現効果
XYD2株とXYD3株のグルコース、キシロオリゴ糖混合糖培地での糖消費を比較した。
コリネバクテリウム グルタミカム X1株にxylEFGD遺伝子クラスターを発現させることでキシロオリゴ糖を効率良く取り込めるようになった。しかしxylEFG遺伝子クラスター中には、ABCトランスポーターに必須なATP結合蛋白をコードする遺伝子がなく、ATP結合蛋白を相補する因子がコリネバクテリウム グルタミカムで発現しているものと考えられた。
xylEFG遺伝子クラスターと同様の遺伝子構造はStreptomyces属 [Appl. Environ. Microbiol. 65:2636-2643 (1999).及びJ Bacteriol. 186:1029-1037. (2004)] やBacillus属 [J Bacteriol. 192:5312-5318. (2010).] で報告されているキシロビオースやセロビオースなどのオリゴ糖取り込みに関与するABCトランスポーター遺伝子でも共通してみられ、ゲノム上で離れた位置に存在するATP結合蛋白 MsiK(Streptomyces属) [J Bacteriol. 179:2092-2095. (1997).]、またはMsmX (Bacillus属)[J Bacteriol. 192:5312-5318. (2010).] がこれらABCトランスポーターのATP結合蛋白として機能する。
異種バクテリア由来のホモログではなくnativeのMsiKを利用すればXylEFGから構成されるABCトランスポーターがより効率良く機能する可能性が考えられたことから、コリネバクテリウム アルカノリティカムから新規にクローニングしたmsiK遺伝子の高発現効果を確認した。
Embodiment 5 FIG. High expression effect of MsiK (ATP binding protein)
The sugar consumption of the XYD2 and XYD3 strains in the glucose and xylooligosaccharide mixed sugar medium was compared.
The xylEFGD gene cluster was expressed in Corynebacterium glutamicum X1 so that xylooligosaccharides could be efficiently incorporated. However, in the xylEFG gene cluster, there was no gene encoding an ATP-binding protein essential for ABC transporters, and it was considered that a factor complementary to the ATP-binding protein was expressed in Corynebacterium glutamicum.
The gene structure similar to the xylEFG gene cluster is similar to the genus Streptomyces [Appl. Environ. Microbiol. 65: 2636-2643 (1999). and J Bacteriol. 186: 1029-1037. (2004)] and the genus Bacillus [J Bacteriol. 192: 5312-5318. (2010).] ATP-binding protein MsiK, which is also found in ABC transporter genes involved in oligosaccharide uptake such as xylobiose and cellobiose reported in Streptomyces) [J Bacteriol. 179: 2092-2095. (1997).], Or MsmX (Bacillus genus) [J Bacteriol. 192: 5312-5318. (2010).] As ATP-binding proteins of these ABC transporters Function.
The use of native MsiK rather than a heterologous bacterial homologue suggests that the ABC transporter composed of XylEFG may function more efficiently. Therefore, the newly cloned msiK gene from Corynebacterium alkanolyticum The high expression effect of was confirmed.

尚、XYD2株とXYD3株(表1)のキシロシダーゼ活性はほぼ同等だった(表3)。
In addition, the xylosidase activity of the XYD2 strain and the XYD3 strain (Table 1) was almost the same (Table 3).

コリネバクテリウム グルタミカムXYD2株とXYD3株について、グリセロールストック液50 μlを、カナマイシン 50μg/mlと4 % [wt/vol] グルコースを含む2.5 mlのA培地 [(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 gを蒸留水1 Lに溶解]に植菌後、33℃で16時間振盪培養によって前培養した。 For Corynebacterium glutamicum XYD2 and XYD3, add 50 μl of glycerol stock solution, 2.5 ml of A medium containing 50 μg / ml of kanamycin and 4% [wt / vol] glucose [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO4.7H2O + 0.042% (w / v ) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml , 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g of distilled water 1 L After inoculation, the cells were precultured at 33 ° C. for 16 hours by shaking culture.

前培養液2 mlを遠心によって集菌し、BT培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2 SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 mlを蒸留水1 Lに溶解]で菌体を2回洗浄した。 2 ml of the preculture was collected by centrifugation, and BT medium [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml The cells were washed twice with 2% 0.01% (w / v) thiamin solution dissolved in 1 L of distilled water.

カナマイシン 50μg/ml、0.4% [wt/vol] キシロオリゴ糖と0.4% [wt/vol] グルコースを含む10 ml のBT培地 [(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 mlを蒸留水1 Lに溶解]に洗浄後の菌体をOD610が1.0になるように移し、33℃で振盪培養した。グルコースとキシロビオースの消費をHPLCでモニターした結果を図4に示す。図4において破線はXYD2株、実線はXYD3株の糖消費を示し、丸(●)はグルコース、三角(▲)はキシロビオースの消費を示している。結果は、XYD2株とXYD3株ともにグルコースとキシロビオースの同時利用が可能であったが、キシロオリゴ糖消費速度はXYD2株が0.4 mM/hなのに対してXYD3株では1.4 mM/hであり、コリネバクテリウム アルカノリティカム由来MsiKの高発現によってキシロビオース消費速度が3倍以上速くなった(表4)。 10 ml of BT medium containing kanamycin 50 μg / ml, 0.4% [wt / vol] xylo-oligosaccharide and 0.4% [wt / vol] glucose [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml dissolved in 1 L of distilled water] Transferred and cultured at 33 ° C with shaking. The results of monitoring glucose and xylobiose consumption by HPLC are shown in FIG. In FIG. 4, the broken line indicates the sugar consumption of the XYD2 strain, the solid line indicates the glucose consumption, the circle (●) indicates glucose, and the triangle (▲) indicates xylobiose consumption. The results showed that both XYD2 and XYD3 strains were able to use glucose and xylobiose at the same time. The high expression of MsiK derived from alkanolytic cam increased the xylobiose consumption rate more than 3 times (Table 4).

実施例6.シンポ―タ―型のキシロオリゴ糖輸送体蛋白質の利用
キシロオリゴ糖の取り込みには、XylEFG-MsiK のようなxyloside ABCトランスポーター以外に、クレブシエラ オキシトカ XynTなどの ATPのエネルギーを必要としないシンポ―タ― [Appl. Environ. Microbiol. 69:5957-5967. (2003).] が知られている。そこでクレブシエラ オキシトカ XynTと相同性を示すクロストリジウム アセトブチリカムのCA_C3451遺伝子をクローニングしてpCRB52Tk のtacプロモーター下流に組み込んだ。当該遺伝子を以降はxynTと呼ぶ。クロストリジウム アセトブチリカム XynTのクレブシエラ オキシトカ XynTに対する相同性はアミノ酸レベルでそれぞれ32.8 % identityであった。クロストリジウム アセトブチリカム xynT遺伝子を組み込んだ発現プラスミドpCRF104 (図1)とXylD高発現プラスミドpCRF103(図1)を同時導入してXYD5株(表1)を構築した。またxyloside ABCトランスポーター発現株として、コリネバクテリウム アルカノリティカム xylEFGD-msiK遺伝子を組み込んだpCRF102(図1)とXylD高発現プラスミドpCRF103(図1)を同時導入してXYD4株(表1)を構築し、両株でのキシロオリゴ糖消費速度を比較した。
Example 6 Utilization of symporter-type xylo- oligosaccharide transporter protein In addition to xyloside ABC transporters such as XylEFG-MsiK, symporters that do not require ATP energy such as Klebsiella oxytoca XynT [ Appl. Environ. Microbiol. 69: 5957-5967. (2003).] Is known. Therefore, the CA_C3451 gene of Clostridium acetobutylicum showing homology with Klebsiella oxytoca XynT was cloned and inserted downstream of the tac promoter of pCRB52Tk. This gene is hereinafter referred to as xynT. The homology of Clostridium acetobutylicum XynT to Klebsiella oxytoca XynT was 32.8% identity at the amino acid level. Clostridium acetobutylicum Expression plasmid pCRF104 (FIG. 1) incorporating the xynT gene and XylD high expression plasmid pCRF103 (FIG. 1) were simultaneously introduced to construct XYD5 strain (Table 1). In addition, as an xyloside ABC transporter expression strain, pCRF102 (Fig. 1) incorporating the Corynebacterium alkanolyticum xylEFGD-msiK gene and the XylD high expression plasmid pCRF103 (Fig. 1) were simultaneously introduced to construct the XYD4 strain (Table 1). The xylo-oligosaccharide consumption rates of both strains were compared.

コリネバクテリウム グルタミカムXYD4株とXYD5株について、グリセロールストック液50 μlを、カナマイシン 50μg/ml、クロラムフェニコール 5μg/mlと4 % [wt/vol] グルコースを含む2.5 ml A培地 [(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 gを蒸留水1 Lに溶解]に植菌後、33℃で16時間振盪培養によって前培養した。 Corynebacterium glutamicum XYD4 and XYD5 strains, glycerol stock solution 50 μl, kanamycin 50 μg / ml, chloramphenicol 5 μg / ml and 2.5 ml A medium containing 4% [wt / vol] glucose [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4. 7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay 7 g of casamino acid dissolved in 1 L of distilled water] was inoculated, and precultured by shaking culture at 33 ° C. for 16 hours.

前培養液2 mlを遠心によって集菌し、BT培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 mlを蒸留水1 Lに溶解]で菌体を2回洗浄した。 2 ml of the preculture was collected by centrifugation, and BT medium [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml The cells were washed twice with 2% 0.01% (w / v) thiamin solution dissolved in 1 L of distilled water.

カナマイシン 50μg/ml、クロラムフェニコール5μg/ml、0.8% [wt/vol] キシロオリゴ糖と4 % [wt/vol] グルコースを含む10 ml のA培地 [(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 gを蒸留水1 Lに溶解]に洗浄後の菌体をOD610が0.2になるように移し、33℃で振盪培養した。グルコースとキシロビオースの消費をHPLCでモニターして比較した結果を図5に示す。破線はXYD4株、実線はXYD5株を示し、丸(●)がグルコースで三角(▲)がキシロビオースの消費を示している。結果は、キシロビオース消費速度はXYD4株が1.4 mM/h、XYD5株が1.8 mM/h(表5)でシンポーター型トランスポーターを発現するXYD5株の方がキシロビオース消費速度が速かった。 Kanamycin 50 μg / ml, Chloramphenicol 5 μg / ml, 10 ml of A medium containing 0.8% [wt / vol] xylo-oligosaccharide and 4% [wt / vol] glucose [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% ( w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g The cells after washing were dissolved in 1 L of water] so that the OD610 was 0.2, and cultured with shaking at 33 ° C. The results of comparing the consumption of glucose and xylobiose by monitoring with HPLC are shown in FIG. The broken line indicates the XYD4 strain, the solid line indicates the XYD5 strain, the circle (●) indicates glucose and the triangle (▲) indicates xylobiose consumption. As a result, the consumption rate of xylobiose was 1.4 mM / h for the XYD4 strain, 1.8 mM / h for the XYD5 strain (Table 5), and the XYD5 strain expressing the symporter-type transporter was faster.

実施例7.XynTの基質特異性
本研究で用いているキシロオリゴ糖にはX2(キシロビオース)、X3(キシロトリオース)、X4(キシロテトラオース)に加え、分子量が3ユニット〜6ユニットのペントースオリゴマーに相当するオリゴ糖P3 〜P6が含まれており、これらはアラビノキシロオリゴ糖と思われる。図6(1)に培養直前の培地上精のLCMSの結果を示している。上記実施例4に示したようにXylEFGD発現株ではオリゴ糖P6以外の全てを消費できる。そこでクロストリジウム アセトブチリカムXynTの基質特異性を検討するため、上記実施例6に示したXYD4株とXYD5株の培養後の培地上精をLC-ESIMSで解析した。その結果、図6(2)に示すXYD4株ではオリゴ糖P6以外の全てを消費できるが、図6(3)に示すXYD5株ではX2(キシロビオース)、X3(キシロトリオース)、X4(キシロテトラオース)は完全消費されていたが、アラビノキシロオリゴ糖と思われるオリゴ糖P3 〜P6に関してはほとんど消費はみられなかった。このことはクロストリジウム アセトブチリカム XynTはキシロオリゴ糖の取り込み速度は速いが、アラビノキシロオリゴ糖はほとんど取り込めないことを示していた。
Example 7 Substrate specificity of XynT In addition to X2 (xylobiose), X3 (xylotriose), and X4 (xylobitetraose), the xylooligosaccharide used in this study is an oligo corresponding to a pentose oligomer with a molecular weight of 3 to 6 units. The sugars P3 to P6 are included and these appear to be arabinoxylo-oligosaccharides. FIG. 6 (1) shows the LCMS result of the supernatant on the medium immediately before the culture. As shown in Example 4 above, XylEFGD expression strains can consume all except oligosaccharide P6. Therefore, in order to examine the substrate specificity of Clostridium acetobutylicum XynT, the supernatant on the medium after culturing the XYD4 and XYD5 strains shown in Example 6 above was analyzed by LC-ESIMS. As a result, in the XYD4 strain shown in FIG. 6 (2), all but oligosaccharide P6 can be consumed, but in the XYD5 strain shown in FIG. 6 (3), X2 (xylobiose), X3 (xylotriose), X4 (xylotetra). Aus) was completely consumed, but almost no consumption was observed with respect to oligosaccharides P3 to P6 which seem to be arabinoxylo-oligosaccharides. This indicates that Clostridium acetobutylicum XynT has a high uptake rate of xylo-oligosaccharides but hardly arabinoxylo-oligosaccharides.

実施例8.還元条件下での糖消費および有機酸生産
XYD6株、XYD7、XYD8株(表1)について、還元条件下でのグルコース、キシロオリゴ糖消費、および有機酸生産を検討した。
コリネバクテリウム グルタミカムXYD6株、XYD7、XYD8株のグリセロールストック液100 μlを、カナマイシン 50μg/ml、クロラムフェニコール 5μg/mlを含むA寒天培地[(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 g、寒天15 gを蒸留水1 Lに溶解]に塗布した。24時間後に菌体をカナマイシン 50μg/ml、クロラムフェニコール5μg/ml、4 % [wt/vol] グルコースを含む10 ml A培地 [(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 gを蒸留水1 Lに溶解]に植菌(A610 > 10)後、33℃で6時間振盪培養し、その培養液8 mlをカナマイシン 50μg/ml、クロラムフェニコール5μg/ml、4 % [wt/vol] グルコースを含む1L A培地 [(NH2)2CO 2 g、(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 ml、yeast extract 2 g、vitamin assay casamino acid 7 gを蒸留水1 Lに溶解]に添加して33℃、200rpmで14時間振盪培養により前培養した。
Example 8 FIG. Sugar consumption and organic acid production under reducing conditions
For XYD6 strain, XYD7, and XYD8 strain (Table 1), glucose, xylooligosaccharide consumption, and organic acid production under reducing conditions were examined.
Agar agar medium [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g, agar 15 g Was dissolved in 1 L of distilled water]. After 24 hours, the cells were categorized into kanamycin 50 μg / ml, chloramphenicol 5 μg / ml, and 10 ml A medium containing 4% [wt / vol] glucose [(NH 2 ) 2 CO 2 g, (NH 4 ) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02 % (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, dissolved in distilled water 1 L the vitamin assay casamino acid 7 g After inoculating (A 610 > 10), shake culture at 33 ° C for 6 hours, and 8 ml of the culture solution contains 50 μg / ml kanamycin, 5 μg / ml chloramphenicol, and 4% [wt / vol] glucose 1L A medium [(NH 2) 2 CO 2 g, (NH 4) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) thiamin solution 2 ml, yeast extract 2 g, vitamin assay casamino acid 7 g dissolved in 1 L of distilled water] Pre-cultured by shaking culture at 200 rpm for 14 hours.

前培養液1Lを遠心によって集菌し、1LのBT-U培地[(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 mlを蒸留水1 Lに溶解]で菌体を2回洗浄した。 The preculture 1L cells were collected by centrifugation, BT-U medium 1L [(NH 4) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g , 0.06% (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) The cells were washed twice with 2 ml of thiamin solution dissolved in 1 L of distilled water.

洗浄後の菌体6 gを48 mlのBT-U培地[(NH4)2SO4 7 g、KH2PO4 0.5 g、K2HPO4 0.5 g、MgSO4.7H2O 0.5 g、0.06% (w/v) Fe2SO4.7H2O + 0.042% (w/v) MnSO4.2H2O 1 ml、0.02% (w/v) biotin solution 1 ml、0.01% (w/v) thiamin solution 2 mlを蒸留水1 Lに溶解]に懸濁し、そのうち40 mlを反応容器に移してグルコース・キシロオリゴ糖混合液(15 % [wt/vol] グルコース + 7.5 % [wt/vol] キシロオリゴ糖)10 mlを添加して還元条件下で反応を開始した。反応温度は33℃、pHはpHコントローラーを用いて2.5 Nアンモニア水の添加によりpH7.5に維持しながら行った。 BT-U medium the cells 6 g of washed 48 ml [(NH 4) 2 SO 4 7 g, KH 2 PO 4 0.5 g, K 2 HPO 4 0.5 g, MgSO 4 .7H 2 O 0.5 g, 0.06 % (w / v) Fe 2 SO 4 .7H 2 O + 0.042% (w / v) MnSO 4 .2H 2 O 1 ml, 0.02% (w / v) biotin solution 1 ml, 0.01% (w / v) Dissolve 2 ml of thiamin solution in 1 L of distilled water], transfer 40 ml of the solution to a reaction vessel, and mix glucose / xylo-oligosaccharide (15% [wt / vol] glucose + 7.5% [wt / vol] xylooligosaccharide) ) 10 ml was added to initiate the reaction under reducing conditions. The reaction temperature was 33 ° C., and the pH was maintained at pH 7.5 by adding 2.5 N aqueous ammonia using a pH controller.

グルコースとキシロビオースの消費、および有機酸生産をHPLCでモニターした結果を図7に示す。実線は糖消費、破線は有機酸生産を示す。丸(●)はグルコース、三角(▲)はキシロビオースの消費を示している。菱形(◆)は乳酸、四角(■)はコハク酸の生産を示している。その結果、図7(1)に示すキシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質遺伝子及びβ-キシロシダーゼ遺伝子を含まないベクター導入株XYD6 株ではグルコースの消費のみでキシロビオースの消費は全く見られず、図7(2)に示すXYD7株および図7(3)に示すXYD8株ではグルコースとキシロビオースの同時利用がみられた。キシロビオース消費速度は、キシロオリゴ糖トランスポーターとしてコリネバクテリウム アルカノリティカム由来XylEFG-MsiKを発現させたXYD7株では9.3 mM/h、クロストリジウム アセトブチリカム由来XynTを発現させたXYD8株では58.4 mM/h(表6)でXYD8株がXYD7株より約6倍のキシロビオース消費速度を示した。キシロオリゴ糖消費が可能となったXYD7株およびXYD8株では、キシロオリゴ糖消費できないベクター導入株のXYD6 株よりも有機酸生産量が顕著に増加していた。 The results of monitoring glucose and xylobiose consumption and organic acid production by HPLC are shown in FIG. The solid line shows sugar consumption and the broken line shows organic acid production. Circles (●) indicate glucose and triangles (▲) indicate xylobiose consumption. Diamonds (♦) indicate production of lactic acid and squares (■) indicate production of succinic acid. As a result, in the vector-introduced strain XYD6 strain not containing the protein gene having the xylo-oligosaccharide transport ability and β-xylosidase gene shown in FIG. ) And XYD8 strain shown in FIG. 7 (3) showed simultaneous use of glucose and xylobiose. Xylobiose consumption rate was 9.3 mM / h in XYD7 strain expressing XylEFG-MsiK derived from Corynebacterium alkanolyticum as a xylooligosaccharide transporter, and 58.4 mM / h in XYD8 strain expressing XynT derived from Clostridium acetobutylicum (Table 6). ), The XYD8 strain showed about 6 times the xylobiose consumption rate than the XYD7 strain. In the XYD7 and XYD8 strains that were able to consume xylo-oligosaccharides, the production of organic acids was significantly higher than the XYD6 strain, a vector-introduced strain that was not able to consume xylo-oligosaccharides.

実施例9.還元条件下での基質特異性
上記実施例8の還元条件下での反応24時間後の反応液上精をLC-ESIMS分析した結果を図8に示す。図8(1)に示すキシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質遺伝子及びβ-キシロシダーゼ遺伝子を含まないベクターを導入したコントロール株XYD6 株では、オリゴ糖の消費は全くみられなかった。図8(2)に示すコリネバクテリウム アルカノリティカム XylEFGD-MsiK発現株ではX2(キシロビオース)、X3(キシロトリオース)、X4(キシロテトラオース)に加えてアラビノキシロオリゴ糖と思われるP3とP4ともにほとんど消費されていたが、上記実施例4の図3(2)に示している好気培養時と異なり、P5の消費はほとんどみられなかった。図8(3)に示すクロストリジウム アセトブチリカムXynTを発現させたXYD7株では上記実施例7の図6(3)に示している好気培養時と同様X2(キシロビオース)、X3(キシロトリオース)、X4(キシロテトラオース)は完全消費されていたが、アラビノキシロオリゴ糖と思われるP4とP5は全く消費されていなかった。ただしP3はほとんど消費されていた。
Example 9 Substrate specificity under reducing conditions FIG. 8 shows the results of LC-ESIMS analysis of the supernatant on the reaction solution 24 hours after the reaction under the reducing conditions in Example 8 above. In the control strain XYD6 strain into which the vector containing no protein gene having the xylo-oligosaccharide transport ability and β-xylosidase gene shown in FIG. 8 (1) was introduced, no oligosaccharide consumption was observed. In the Corynebacterium alkanolyticum XylEFGD-MsiK expression strain shown in Fig. 8 (2), in addition to X2 (xylobiose), X3 (xylotriose), and X4 (xylotetraose), P3 and P4 that appear to be arabinoxylo-oligosaccharides Both of them were almost consumed, but unlike the aerobic culture shown in FIG. 3 (2) of Example 4 above, P5 was hardly consumed. In the XYD7 strain in which Clostridium acetobutylicum XynT shown in FIG. 8 (3) is expressed, X2 (xylobiose), X3 (xylotriose), X4 as in the aerobic culture shown in FIG. 6 (3) of Example 7 above. (Xylotetraose) was completely consumed, but P4 and P5 which seem to be arabinoxylo-oligosaccharides were not consumed at all. However, P3 was almost consumed.

実施例10.ABC型とシンポーター型トランスポーターの共発現株による還元条件下での糖消費
コリネバクテリウム アルカノリティカム XylEFGD-MsiKを発現するXYD7株はキシロオリゴ糖の取り込み速度は遅いが、取り込めるアラビノキシロオリゴ糖の種類が多い。一方、クロストリジウム アセトブチリカムXynTを発現するXYD8株はキシロオリゴ糖の取り込み速度はかなり速いが、アラビノキシロオリゴ糖はほとんど取り込めない。そこで両方のトランスポーターを共発現させればキシロオリゴ糖の取り込みが速く、なお且つアラビノキシロオリゴ糖も取り込めるようになるのではないかと考えた。
Example 10 Saccharide consumption Corynebacterium alkanolyticum XylEFGD-MsiK-expressing XYD7 strain expressing xylo-oligosaccharide is slow, but arabinoxylo-oligosaccharide There are many varieties. On the other hand, the XYD8 strain expressing Clostridium acetobutylicum XynT has a fairly high uptake rate of xylo-oligosaccharides, but can hardly take up arabinoxylo-oligosaccharides. Therefore, we thought that if both transporters were co-expressed, xylooligosaccharides could be taken up quickly and arabinoxylooligosaccharides could be taken up.

コリネバクテリウム グルタミカムXYD9株(表1)について上記実施例8に示すのと同様の条件で還元条件下での反応を行い、グルコースとキシロビオースの消費、および有機酸生産をHPLCでモニターした結果を図7(4)に示す。実線は糖消費、破線は有機酸生産を示す。丸(●)はグルコース、三角(▲)はキシロビオースの消費を示している。菱形(◆)は乳酸、四角(■)はコハク酸の生産を示している。キシロビオース消費速度は49.6 mM/hでXYD8株の58.4 mM/hよりも若干下がったが、XYD7株の9.3 mM/hと比較すると依然速い消費速度を示していた(表6)。   Corynebacterium glutamicum XYD9 strain (Table 1) was reacted under reducing conditions under the same conditions as shown in Example 8 above, and glucose and xylobiose consumption and organic acid production were monitored by HPLC. 7 (4). The solid line shows sugar consumption and the broken line shows organic acid production. Circles (●) indicate glucose and triangles (▲) indicate xylobiose consumption. Diamonds (♦) indicate production of lactic acid and squares (■) indicate production of succinic acid. The consumption rate of xylobiose was 49.6 mM / h, which was slightly lower than 58.4 mM / h of the XYD8 strain, but still showed a faster consumption rate compared to 9.3 mM / h of the XYD7 strain (Table 6).

還元条件下での反応24時間後の反応液上精をLC-ESIMS分析した結果を図8(4)に示す。XYD9株ではX2(キシロビオース)、X3(キシロトリオース)、X4(キシロテトラオース)に加えてアラビノキシロオリゴ糖と思われるP3とP4と更にP5も完全に消費していた。これによりXYD9株はキシロオリゴ糖の取り込みが速く、なお且つアラビノキシロオリゴ糖も取り込めることが示された。   FIG. 8 (4) shows the results of LC-ESIMS analysis of the supernatant on the reaction solution 24 hours after the reaction under reducing conditions. In addition to X2 (xylobiose), X3 (xylotriose), and X4 (xylotetraose), XYD9 strain completely consumed P3, P4 and P5, which seem to be arabinoxylo-oligosaccharides. This indicates that the XYD9 strain has a fast uptake of xylo-oligosaccharide and can also take in arabinoxylo-oligosaccharide.

本発明のコリネ型細菌形質転換体は、農業残渣や木質バイオマス等の非可食バイオマスからバイオ化学品やバイオ燃料を効率的に製造するのに極めて有益である。   The coryneform bacterium transformant of the present invention is extremely useful for efficiently producing biochemicals and biofuels from non-edible biomass such as agricultural residues and woody biomass.

Claims (19)

宿主のコリネ型細菌に、(A)キシロオリゴ糖の細胞外から細胞内への取り込みを可能とするキシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質をコードする外来遺伝子、及び(B)β-キシロシダーゼ活性を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が導入されているコリネ型細菌形質転換体であって、
導入されている外来遺伝子が、以下の(a)及び(b)から選択される少なくとも1種のDNAであることを特徴とするコリネ型細菌形質転換体。
(a)配列番号1の塩基配列からなるDNA
(b)配列番号1と90%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号1と相補的な塩基配列からなる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であって、ABCトランスポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNA
To the coryneform bacterium of the host, (A) a foreign gene encoding a protein having a xylo-oligosaccharide transporting ability that enables uptake of xylo-oligosaccharide from outside the cell into the cell, and (B) a protein having β-xylosidase activity. A coryneform bacterium transformant into which a foreign gene to be encoded is introduced,
A coryneform bacterium transformant, wherein the introduced foreign gene is at least one DNA selected from the following (a) and (b):
(a) DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1
(b) DNA comprising a nucleotide sequence having a homology of 90% or more with SEQ ID NO: 1 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA comprising a nucleotide sequence complementary to SEQ ID NO: 1, comprising ABC DNA encoding a protein having a transporter-type transporter function
宿主のコリネ型細菌に、(A)キシロオリゴ糖の細胞外から細胞内への取り込みを可能とするキシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質をコードする外来遺伝子、及び(B)β-キシロシダーゼ活性を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が導入されているコリネ型細菌形質転換体であって、
(A)の外来遺伝子が、以下の(a)及び/又は(b)のABCトランスポーター型と、以下の(c)及び/又は(d)のシンポーター型の輸送体タンパク質をコードするDNAであるか、
(A)の外来遺伝子が、以下の(a)及び/又は(b)のABCトランスポーター型の輸送体タンパク質をコードするDNAであるか、又は
(B)の外来遺伝子が、以下の(e)及び(f)から選択される少なくとも1種のDNAであることを特徴とするコリネ型細菌形質転換体。
(a)配列番号1の塩基配列からなるDNA
(b)配列番号1と90%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号1と相補的な塩基配列からなる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であって、ABCトランスポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNA
(c)配列番号2の塩基配列からなるDNA
(d)配列番号2と90%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号2と相補的な塩基配列からなる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であって、シンポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNA
(e)配列番号3の塩基配列からなるDNA
(f)配列番号3と90%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号3と相補的な塩基配列からなる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であって、β-キシロシダーゼ活性を有する蛋白質をコードするDNA
To the coryneform bacterium of the host, (A) a foreign gene encoding a protein having a xylo-oligosaccharide transporting ability that enables uptake of xylo-oligosaccharide from outside the cell into the cell, and (B) a protein having β-xylosidase activity. A coryneform bacterium transformant into which a foreign gene to be encoded is introduced,
The foreign gene (A) is a DNA encoding the ABC transporter type (a) and / or (b) below and the symporter type transporter protein (c) and / or (d) below: Is there
The foreign gene of (A) is DNA encoding the ABC transporter type transporter protein of (a) and / or (b) below, or
A coryneform bacterium transformant, wherein the foreign gene of (B) is at least one DNA selected from the following (e) and (f):
(a) DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1
(b) DNA comprising a nucleotide sequence having a homology of 90% or more with SEQ ID NO: 1 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA comprising a nucleotide sequence complementary to SEQ ID NO: 1, comprising ABC DNA encoding a protein having a transporter-type transporter function
(c) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 2
(d) a DNA comprising a nucleotide sequence having 90% or more homology with SEQ ID NO: 2 or a DNA hybridizing under stringent conditions with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to SEQ ID NO: 2, DNA encoding a protein having a porter-type transporter function
(e) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 3
(f) DNA consisting of a base sequence having 90% or more homology with SEQ ID NO: 3 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to SEQ ID NO: 3, -DNA encoding a protein having xylosidase activity
宿主のコリネ型細菌に、(A)キシロオリゴ糖の細胞外から細胞内への取り込みを可能とするキシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質をコードする外来遺伝子、及び(B)β-キシロシダーゼ活性を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が導入されているコリネ型細菌形質転換体であって、
(A)の外来遺伝子が、ABCトランスポーター型及び/又はシンポーター型の輸送体蛋白質をコードするDNAであり、かつ以下の(a)〜(d)から選択される少なくとも1種のDNAであって、
(B)の外来遺伝子が、以下の(e)及び(f)から選択される少なくとも1種のDNAであることを特徴とするコリネ型細菌形質転換体。
(a)配列番号1の塩基配列からなるDNA
(b)配列番号1と90%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号1と相補的な塩基配列からなる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であって、ABCトランスポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNA
(c)配列番号2の塩基配列からなるDNA
(d)配列番号2と90%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号2と相補的な塩基配列からなる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であって、シンポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNA
(e)配列番号3の塩基配列からなるDNA
(f)配列番号3と90%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号3と相補的な塩基配列からなる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であって、β-キシロシダーゼ活性を有する蛋白質をコードするDNA
To the coryneform bacterium of the host, (A) a foreign gene encoding a protein having a xylo-oligosaccharide transporting ability that enables uptake of xylo-oligosaccharide from outside the cell into the cell, and (B) a protein having β-xylosidase activity. A coryneform bacterium transformant into which a foreign gene to be encoded is introduced,
The foreign gene (A) is a DNA encoding ABC transporter type and / or symporter type transporter protein, and is at least one kind of DNA selected from the following (a) to (d): And
A coryneform bacterium transformant, wherein the foreign gene of (B) is at least one DNA selected from the following (e) and (f):
(a) DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1
(b) DNA comprising a nucleotide sequence having a homology of 90% or more with SEQ ID NO: 1 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA comprising a nucleotide sequence complementary to SEQ ID NO: 1, comprising ABC DNA encoding a protein having a transporter-type transporter function
(c) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 2
(d) a DNA comprising a nucleotide sequence having 90% or more homology with SEQ ID NO: 2 or a DNA hybridizing under stringent conditions with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to SEQ ID NO: 2, DNA encoding a protein having a porter-type transporter function
(e) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 3
(f) DNA consisting of a base sequence having 90% or more homology with SEQ ID NO: 3 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to SEQ ID NO: 3, -DNA encoding a protein having xylosidase activity
キシロオリゴ糖輸送能を有する蛋白質がABCトランスポーター型の輸送体蛋白質およびシンポーター型の輸送体蛋白質である請求項2または3に記載のコリネ型細菌形質転換体。   The coryneform bacterium transformant according to claim 2 or 3, wherein the protein having xylooligosaccharide transport ability is an ABC transporter type transporter protein and a symporter type transporter protein. ABCトランスポーター型のキシロオリゴ糖輸送体蛋白質をコードする外来遺伝子が、
(a)配列番号1の塩基配列からなるDNAであるか、または
(b)配列番号1と90%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号1と相補的な塩基配列からなる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であって、ABCトランスポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNAであり、
シンポーター型のキシロオリゴ糖輸送体蛋白質をコードする外来遺伝子が
(c)配列番号2の塩基配列からなるDNA、または
(d)配列番号2と90%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号2と相補的な塩基配列からなる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であって、シンポーター型の輸送体機能を有する蛋白質をコードするDNAである請求項4に記載のコリネ型細菌形質転換体。
A foreign gene encoding an ABC transporter type xylo-oligosaccharide transporter protein is
(a) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1, or
(b) DNA comprising a nucleotide sequence having a homology of 90% or more with SEQ ID NO: 1 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA comprising a nucleotide sequence complementary to SEQ ID NO: 1, comprising ABC DNA encoding a protein having a transporter type transporter function,
A foreign gene encoding a symporter-type xylooligosaccharide transporter protein
(c) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 2, or
(d) a DNA comprising a nucleotide sequence having 90% or more homology with SEQ ID NO: 2 or a DNA hybridizing under stringent conditions with a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to SEQ ID NO: 2, The coryneform bacterium transformant according to claim 4, which is a DNA encoding a protein having a porter-type transporter function.
さらに、ATP-結合部位を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が導入されている請求項1〜5の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。   Furthermore, the coryneform bacterium transformant according to any one of claims 1 to 5, wherein a foreign gene encoding a protein having an ATP-binding site has been introduced. ATP-結合部位を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が、
(g)配列番号4の塩基配列からなるDNAであるか、または
(h)配列番号4と90%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNA、若しくは配列番号4と相補的な塩基配列からなる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であって、ATP結合部位を有する蛋白質をコードするDNAである請求項6に記載のコリネ型細菌形質転換体。
A foreign gene encoding a protein having an ATP-binding site is
(g) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 4, or
(h) DNA consisting of a base sequence having 90% or more homology with SEQ ID NO: 4 or DNA hybridizing under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to SEQ ID NO: 4, comprising ATP The coryneform bacterium transformant according to claim 6, which is a DNA encoding a protein having a binding site.
宿主のコリネ型細菌が、D−キシロース利用能を有するコリネ型細菌である請求項1〜7の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。   The coryneform bacterium transformant according to any one of claims 1 to 7, wherein the host coryneform bacterium is a coryneform bacterium having D-xylose utilization ability. D−キシロース利用能を有するコリネ型細菌が、キシロース イソメラーゼをコードする外来遺伝子、及びキシルロキナーゼをコードする外来遺伝子を導入された形質転換体である請求項8に記載のコリネ型細菌形質転換体。   9. The coryneform bacterium transformant according to claim 8, wherein the coryneform bacterium having D-xylose utilization ability is a transformant into which a foreign gene encoding xylose isomerase and a foreign gene encoding xylulokinase are introduced. . 宿主のコリネ型細菌が、L−アラビノース輸送系のプロトンシンポーターをコードする外来遺伝子を導入された形質転換体である請求項1〜9の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。   The coryneform bacterium transformant according to any one of claims 1 to 9, wherein the host coryneform bacterium is a transformant into which a foreign gene encoding a proton symporter of L-arabinose transport system is introduced. 宿主のコリネ型細菌が、コリネバクテリウム グルタミカムInd-araE/pCRA811 (受託番号 NITE BP−576)、コリネバクテリウム グルタミカムX5-Ind-araE/Plac-araBAD (受託番号 NITE BP−577)、コリネバクテリウム グルタミカムX5-Ind-araE-Δldh/pEthAra (受託番号 NITE BP−581)である請求項10に記載のコリネ型細菌形質転換体。   Corynebacterium glutamicum Ind-araE / pCRA811 (Accession number NITE BP-576), Corynebacterium glutamicum X5-Ind-araE / Plac-araBAD (Accession number NITE BP-577), Corynebacterium The coryneform bacterium transformant according to claim 10, which is glutamicum X5-Ind-araE-Δldh / pEthAra (accession number NITE BP-581). ABCトランスポーター型のキシロオリゴ糖輸送体をコードする外来遺伝子およびATP-結合部位を有する蛋白質をコードする外来遺伝子が導入されており、これらの外来遺伝子が、それぞれ独立して、コリネバクテリウム アルカノリティカム(Corynebacterium alkanolyticum)、マイクロバクテリウム テスタセウム(Microbacterium testaceum)、アースロバクター フェナンスレニボランス(Arthrobacter phenanthrenivorans)、セルロモナス フラビゲナ(Cellulomonas flavigena)、ビフィドバクテリウム ロングム(Bifidobacterium longum)、ストレプトマイセス サーモビオラセウス(Streptomyces thermoviolaceus)、またはゲオバシルス スタエロサーモフィルス(Geobacillus staero thermophilus)由来の遺伝子である請求項1〜11の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。   A foreign gene encoding an ABC transporter-type xylo-oligosaccharide transporter and a foreign gene encoding a protein having an ATP-binding site have been introduced, and these foreign genes are independently independent of Corynebacterium alkanolyticum. (Corynebacterium alkanolyticum), Microbacterium testaceum, Arthrobacter phenanthrenivorans, Cellulomonas flavigena, Bifidobacterium longum, Streptomyces cerevisiae The coryneform bacterium transformant according to any one of claims 1 to 11, which is a gene derived from (Streptomyces thermoviolaceus) or Geobacillus staero thermophilus. シンポーター型のキシロオリゴ糖輸送体をコードする外来遺伝子が導入されており、この外来遺伝子が、クロストリジウム アセトブチリカム(Clostridium acetobutylycum)、ラクトバシルス ブレビス(Lactobacillus brevis)、バシルス サブチリス(Bacillus subtilis)、またはクレブシエラ オキシトカ(Klebsiella oxytoca)由来の遺伝子である請求項1〜12の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。   A foreign gene encoding a symporter-type xylo-oligosaccharide transporter has been introduced, and this foreign gene is clostridium acetobutylycum, Lactobacillus brevis, Bacillus subtilis, or Klebsiella oxytoca The coryneform bacterium transformant according to any one of claims 1 to 12, which is a gene derived from oxytoca). β-キシロシダーゼをコードする外来遺伝子が、コリネバクテリウム アルカノリティカム(Corynebacterium alkanolyticum)、マイクロバクテリウム テスタセウム(Microbacterium testaceum)、アースロバクター フェナンスレニボランス(Arthrobacter phenanthrenivorans)、セルロモナス フラビゲナ(Cellulomonas flavigena)、ビフィドバクテリウム ロングム(Bifidobacterium longum)、ストレプトマイセス スカビエイ(Streptomyces scabiei)、クロストリジウム アセトブチリカム(Clostridium acetobutylicum)、クロストリジウム セルロリティカム(Clostridium cellulolyticum)、ラクトバシルス ラムノサス(Lactobacillus rhamnosus)、ラクトバシルス ブレビス(Lactobacillus brevis)、パエニバシルス ポリミキサ(Paenibacillus polymyxa)、またはゲオバシルス サーモレオボランス(Geobacillus thermoleovorans)由来の遺伝子である請求項1〜13の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。   Foreign genes encoding β-xylosidase include Corynebacterium alkanolyticum, Microbacterium testaceum, Arthrobacter phenanthrenivorans, Cellulomonas flavigena, Bifidobacterium longum, Streptomyces scabiei, Clostridium acetobutylicum, Clostridium cellulolyticum, Lactobacillus rhamnosus lus, Lactobacillus rhamnosus Polymixer (Paenibacillus polymyxa) or Geobacillus thermoleovorans (Geobacillus thermoleovoran) The coryneform bacterium transformant according to any one of claims 1 to 13, which is a gene derived from s). コリネ型細菌の形質転換体がCorynebacterium glutamicum XYD9 (受託番号NITE P-01812)である請求項1〜14の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体。   The coryneform bacterium transformant according to any one of claims 1 to 14, wherein the transformant of the coryneform bacterium is Corynebacterium glutamicum XYD9 (accession number NITE P-01812). 請求項1〜15の何れかに記載のコリネ型細菌形質転換体を、キシロオリゴ糖を含むか、又はキシロオリゴ糖とグルコース若しくはグルコース単位からなるオリゴマー若しくはポリマーとを含む反応液中で反応させる工程と、培養物から有機化合物を回収する工程とを含む有機化合物の製造方法。   The step of reacting the coryneform bacterium transformant according to any one of claims 1 to 15 in a reaction solution containing xylooligosaccharide, or containing xylooligosaccharide and glucose or an oligomer or polymer comprising a glucose unit; Recovering the organic compound from the culture, and a method for producing the organic compound. 有機化合物が、アミノ酸、有機酸、アルコール、核酸、生理活性物質、および有機性ガスからなる群より選ばれる少なくとも1種である請求項16に記載の方法。   The method according to claim 16, wherein the organic compound is at least one selected from the group consisting of amino acids, organic acids, alcohols, nucleic acids, physiologically active substances, and organic gases. 還元条件下の反応液中で反応させる請求項16または17に記載の方法。   The method according to claim 16 or 17, wherein the reaction is carried out in a reaction solution under reducing conditions. 還元条件下の反応液の酸化還元電位が−200mV〜−500mVである請求項18に記載の方法。   The method according to claim 18, wherein the oxidation-reduction potential of the reaction solution under reducing conditions is -200 mV to -500 mV.
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