JPH05506357A - 酵母株同定用マーカー - Google Patents
酵母株同定用マーカーInfo
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- JPH05506357A JPH05506357A JP91509477A JP50947791A JPH05506357A JP H05506357 A JPH05506357 A JP H05506357A JP 91509477 A JP91509477 A JP 91509477A JP 50947791 A JP50947791 A JP 50947791A JP H05506357 A JPH05506357 A JP H05506357A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
酵母株同定用マーカー
略語: GUS β−グルクロニダーゼ:MUG 4−メチル ウンベリフェリ
ル グルクロニリド: 5SPEO,18M NaCl、0.015M クエン
flfトUウム(pH7,0)、0.001 M EDTA;x−gluc 5
−ブロモ−4−クロロ−3−インドリル グルクロニリド。
発明の背景
ワイン醗酵は、酵母の純粋培養接種を応用することから始まって、進歩し続けて
いる。本実験により、異種菌株を広範囲なワインの製造に利用できるようになり
、しかも醗酵が非常に確実で制御された状態で行われるようになり、結果的には
ワインの香気が損なわれるのを最小限に抑えられる(1)。ごく最近では、活性
ドライ酵母を利用することにより、ワイン製造者は異種菌株のワイン学的特性を
より広い範囲で活用できるようになった。しかしながら、ワイン製造の原料には
数多くの未知な微生物が含まれており、その中にはワインの香気を損なったり腐
敗させたりする微生物もある。したがって、醗酵中に特定のワイン酵母株を同定
および調査するための適切な方法が、菌株の接種および滅菌工程の最適化を図る
上で必要とされている。
酵母株同定において遺伝子マーカーが使用できる可能性が認められるようになり
、慎重にマークされたワイン用菌株が、1984年にVezinhetおよびL
acroixにより開発された(2)。ワイン用菌株は「マーク化Kl」(“m
arkedkl’ )として市販されているが、これはラルビン■(Lalvi
n V)酵母群から天然の突然変異体を選抜することにより開発されたものであ
り、ジウロンおよびエリスロマイシン耐性遺伝子で2重にマークされている。マ
ークされた菌株に−1を含む一連の研究は、醗酵中の酵母群の速度論に対する洞
察を可能にしたが(3,4) 、選抜したワイン用酵母菌が容易にマークできな
いという点において依然として制限を受けている。
ここでは、組換えDNA実験技術を用い、E、coLiのβ−グルクロニダーゼ
(GUS)遺伝子をマーカーとして好ましい酵母株に導入する操作を記載する。
GUS遺伝子は、線虫の、さらに最近では植物の遺伝子発現の研究で用いられる
リポータ−遺伝子系として開発されたものである(5.6)。酵母株におけるマ
ーカーとしてのこのGUS系の利点としては、5accharorlIyces
ceravisiaeにおいてその潜在的に存在する量が少ないこと、および
その分析が蛍光分析法、分光分析法および寒天プレートテストにより容易に行わ
れることが挙げられる。
発明の概要
本発明は、酵母のプロモーターおよびターミネータ−配列に連結しているβ−グ
ルクロニダーゼ(GUS)コード領域を含む新規なプラスミドを提供するもので
あり、それにより前記コード領域は酵母内で発現可能となる。好ましいプロモー
ターおよびターミネータ−配列としては、酵母内での発現を可能にするものであ
れば如何なるものでもよく、特に好ましいのは5accharoaycesce
reυ1siaeのアルコールデヒドロゲナーゼのプロモーターおよびターミネ
ーター配列である。
本発明のプラスミドは、プロモーターおよびターミネータ−配列をGUS遺伝子
に連結させ、その結果得られた新規な構築体を適当なキャリヤープラスミドに挿
入することにより得られる。好ましくは、そのキャリヤープラスミドは、宿主で
ある酵母の染色体上のDNA配列と実質的に同一であるDNA配列を含むもので
あり、それによりその新規な構築体が染色体に組込まれるのを助ける。好ましい
キャリヤープラスミドはpWX509であり、SMRI−410遺伝子を含む。
SMRl −410遺伝子には:(a)選択マーカーとして有用であること、お
よび(b)配列が酵母の」」遺伝子とほぼ同一である、という2つの機能がある
ため、新規な構築体の宿主染色体への組込みを促進する。
キャリヤープラスミドは、宿主染色体に組込むことにより、その新規な構築体を
酵母株(例えば、工業用あるいは倍数体の酵母株、特にはワイン酵母株)へ導入
するのに用いられる。そして、GUS活性の試験は、全酵母数におけるマークさ
れた菌株の比率をめるのに用いることができる。
GUS酵素の基質の多くは自然輸送では酵母細胞膜を透過することができない。
したがって、本試験法は、(a)GUS酵素の基質(例えばX−glucまたは
MUG)を酵母株のサンプルに添加すること:(b)酵母株の細胞膜を透過させ
ること;(C)検出可能な量のGUS酵素反応生成物が生成するのに十分な時間
、酵母株をインキュベートすること:および(d)前記生成物をテストすること
、よりなる。
GUS遺伝子は酵母株を調査するためのマーカー遺伝子として、特に工業的なア
ルコール醗酵プロセスの分野において用いられる。
本発明の一つの具体例として、GUS遺伝子は混合培養醗酵物中のキラー酵母株
を調査するために用いられる。
マークされた酵母キラー株は、混合培養接種系において、醗酵条件下での感受性
酵母株に対するキラートキシンの効果を直接定量するために用いることができる
、ということがわかっている。広範囲の酵母株が容易にマークできるので、この
分析法は適用において制限を受けず、さらに混合培養醗酵におけるキラー酵母株
の単純で明確な定量方法を提供するものである。
図面の簡単な説明
第1図は、GUSベクターの組立を示す。
第2図は、pAW220の地図を示す。
第3図は、キラー活性の寒天プレート検定法による結果を示す。寒天(pH4,
2、0,003%メチレンブルー)には−昼夜培養されたaAMC株が接種され
、キラー活性がテストされる菌株を固型培地上にのせる。IIAは公知のキラー
株であり、2Aは公知の感受性株である。
aAM株はIIAと同じように応答し、生育したバッチの周囲にクリアゾーンお
よびメチレンブルーで染色された境界線を形成する。
第4図は、aAM株およびaAMC株より分離した染色体のトランスバース・オ
ルタネ−ティング会フィールド(transverse alternatin
g field)電気泳動の結果を示す。
第5図は、キラー株であるIIAおよび3AM、および感受性株である2Aおよ
び3 A M C由来のdsRNA種の電気泳動の結果を示す。
第6図は、3AM(・)および3AMC(0)の酵母生育曲線(図面A)および
糖料用性曲線(図面B)を示す。
第7図は、コントロールの単一培養醗酵および混合培養醗酵による生育曲線を示
す。図面A:コントロールである単一培養醗酵の生育曲線。記号:・3AM;0
3AMC:ロ5A、図面B:混合培11s酵の生育曲線。記号:・3AMおよび
5Aが2:Iの比率で接種されている;03AMCおよび5Aが2=1の比率で
接種されている:■3AMおよび5Aが1:1の比率で接種されている:Δ3A
MCおよび5Aが1:1の比率で接種されている。
第8図は、コロニー形成単位(cfus/ml)で表された混合培養醗酵におけ
る各菌株の生育曲線を示す。図面A:3AM(・)および5A(ロ)がl=1の
比率で接種された混合醗酵。図面B : 3 AMC(0)および5A(ロ)が
1:lの比率で接種された混合醗酵。図面C:3AM(・)および5A(ロ)が
2:1の比率で接種された混合醗酵。図面D + 3 AMC(0)および5A
(ロ)が2=1の比率で接種された混合醗酵。
第9図は、全酵母細胞数の百分率で表された混合醗酵における各菌株の割合を示
す。図面A:3AM(・)および5A(ロ)がl:lの比率で接種された混合醗
酵。
図面B:3AMC(○)および5A(ロ)がIIIの比率で接種された混合醗酵
。図面C:3AM株(・)および5A(ロ)が2=1の比率で接種された混合醗
酵。図面D : 3 AMC(0)およびSAC口)が2:lの比率で接種され
た混合醗酵。
第10図は、異なる接種比率で行った5A株との混合塔II醗酵時の全細胞集団
に対するキラー株3AMの比率の経時変化。記号+3AMと5Aの比率・2 :
1 ;01:l:■l:2:ロl:4゜
発明の詳細な説明
好ましい具体例を以下に記載する。
実施例■:ワイン用酵母のためのマーカー系の構築試料および方法
菌株および培地:酵母株AWRI 3A(AWRI796としても公知)はオー
ストラリア・ワイン・リサーチ・インスティテユート(^ustralian
wine Re5earChInstitute)り入手した。全ての組み換え
プラスミドの増幅にはE、coli D H5a株を用いた。酵母生育培地はY
PD(1%酵母抽出物(Dirco) 、 2%バクトーペプトン(Dirco
)および2%グルコースまたは5D(0,67% アミノ酸を含まないバクト酵
母窒素ベース(Dirco)および2%グルコース〕である。プラスミドpWX
509はG。
P、 Ca5ey (Anheuser−busch Co、、 SL、 Lo
uis)より入手した。プラスミドpKLG4はV、 Walbat (Sta
nrordLln i vers i ty)より人手した(プラスミドpKL
G4は市販品として人手することもできる)。
GUSベクターのWjlM:DH5aの形質転換はHanaha口の方法(30
)に従って行った。迅速なプラスミドの分離はIsh−Horowiczおよび
Burkeにより記載されている(31)ように行った。DNAフラグメントは
GENECL E A N (8101ot)キットを用いて、業者の指示に従
って分離された。フラグメント末端の脱リン酸化は、業者の指示どおり、DNA
に1ユニツトの仔つシ腸のアルカリフォスファターゼ(Boehringer−
Mannheim)を加え、緩衝液中で30分間、37℃でインキュベートする
ことにより行われた。DNAの連結はT4 DNAリガーゼ(Boehring
er−Mannheim)を用いて指示された緩衝液中で行われた。
酵母の形質転換および分析:酵母細胞の形質転換はIto らの方法(32)を
用いて行った。形質転換体はスルホメトウロンメチル(10μg/ml)を含有
するSD培地上で選抜された。DNAは全て、Day+s らの方法(33)に
従って形質転換体から分離された。サザン・プロッティングおよびハイブリダイ
ゼーションは5outhernの方法(34)に若干の修正を加えた方法により
行った。用いた膜はハイボンドN + (Amersham)であり、DNAの
固定は膜を紫外線光に5分間さらすことにより行った。ハイブリダイゼーション
は、4%ポリエチレングリコール4000.2XSSPE、I%SDS、50%
ホルムアミド、0.5%プロットおよびキャリヤーDNA (最終1度が0.5
mg/ml)を含む溶液中で42℃で行われた。DNAプローブはAmersh
amから入手したオリゴラベリング・キッドを用いて行った。
パルスフィールドゲル電気泳動ニドランスバース・オルタネ−ティング・フィー
ルド電気泳動(TAFE)はジェネリン(Geneline) (Beckma
n)ユニットを用いて行った。酵母の染色体は業者の指示に従って寒天プラグ中
で調整した。電気泳動は、150mAの定常電流:パルス時間が60秒で18時
間、その後35秒で6時間で行った。
醗酵試験:200g/lの還元糖を含有するライン・リースリング種のぶどう液
を用いた。醗酵は空気止めが付いた250m1容三角フラスコ内で行った。その
果汁液は接種前に窒素ガスを通し、醗酵は嫌気的条件下で攪拌しながら(およそ
l 00r、p、m、) 18℃で行った。サンプルは醗酵間にゴム製の膜で覆
われた取出し口から針と注射器を用いて嫌気的に取り出した。
サンプルは屈折計を用いて糖レベルを分析し、酵母生育は分光分析による6 5
0 nmにおける吸光度を測定することによりめた。還元糖および酢酸の濃度は
Boehringer4annheimの専用キットを用いて決定した。
ワイン中の二酸化イオウはRankinとPocockの方法(35)に従って
測定した。アルコール含有量は近赤外の反射率(36)によってめた。
GUS検定:
夏1豊定:酵母細胞が生育して末期対数期に達したところで、遠心分離して1m
lのベレツトとし、細胞をGUS抽出緩衝液(50mM NaPO+ DH7,
I OmM β−メルカプトエタノール、lomM Nag EDTA、0.1
% サルコシル、0.l % Triton X−100)中で再懸濁した。
その後ガラスピーズ(Sigma、 1000〜1050ミクロン)をおよそ体
積の半分に加え、その懸濁液を【0分間1000r、 p、 mで遠心分離した
。その後、上清を取り出し、細胞抽出物として用いた。
1〜50μlの抽出物は0.5mlの検定緩衝液((mM MUGを抽出緩衝液
に含むもの)を添加し、37℃でインキュベートした。様々な時間毎に100μ
Iのサンプルを検定混合物より取り出して、900μlの反応停止緩衝液(0,
2M NaCO5)を添加した。その後、各溶液をキセノンランプを有する蛍光
分光光度計(Aminco 5PF−125”)により励起波長3135nm、
放射波長455nmで検定した。100 nM 〜I 、[ZMの4−メチルウ
ンベリフェロン(MU) (Sigma)の標準溶液を対照として調製した。1
rMのMUが100相対単位に相当した。
プレート検定:酵母コロニーは50〜100μg/mlのX−glucを含有す
る固形YPD培地で生育した。およそ36時間生育させた後、(1,1MのN
a P 0HpH7,0,1%のサルコシル、50μg/mlのX−glucお
よび0.7%のアガロースからなる溶液をブレート上に薄く覆うように注ぎ、放
置した。37℃で4〜5時間インキュベートした後、形質転換を起こしたコロニ
ーには青い沈澱物が認められた。
結果
GUSベクター構築
E、coLi β−グルクロニダーゼ遺伝子の酵母のマーカー遺伝子としての有
効性は、生育過程における遺伝子の維持および十分な遺伝子発現に依存するもの
である。
GUSコード領域は、酵母のアルコールデヒドロゲナーゼ(ADCI)のプロモ
ーターおよびターミネータ配列を用いることにより発現した。GUS遺伝子はプ
ラスミドpKLG4よりHindll断片として分離され、ベクターAAH5の
Hindl[部位に連結した(37)。ADClのプロモーターについて正しく
配置しているGUSコード領域を有するクローンが同定された(プラスミドpA
W219)。消化はBamHIで行われた。この消化によりADC1発現シグナ
ルと並んでいるGUS遺伝子が切断された(第1図参照)。
プラスミドpwx 509 (38)はワイン酵母株の染色体■に組み込まれ、
醗酵条件下酵母の特性に悪影響を与えることなく保持されることが示されている
。GUS+ADCIシグナルのカセットはベクターpWX509のBamHIサ
イトにクローンされ、プラスミドpAW220を得た(第2図)。
形質転換および醗酵実験
プラスミドpAW220上の5MR1−410遺伝子はその配列において宿主染
色体上の上玉U遺伝子とほぼ同一であり、一つの塩基が点突然変異を起こすこと
により除草剤耐性の表現型となる。したがって、2つの配列間には、上止m遺伝
子をターゲットとして相同組み換えによりSMRI−410を組み込むのに十分
な程度の相同性がある。組換えは形質転換する前にプラスミドpAW220をP
vulIで消化することにより促進され、この時両端にSMRI−4,10配列
を有する直鎖状の分子を生じる。DNA末端は非常に形質転換されやすい状態に
なっており、組込みは上上工主遺伝子上のPvur1t!6位で最も起こりやす
い。このことから、このGUSカセットの隣接して位置する2つの土上り主遺伝
子が存在し、そのうちの一方には形質転換された細胞に除草剤耐性を付与するS
MRI−410突然変異を含んでいることがわかるであろう。
PvulIで消化されたプラスミドpAW220をItQらの方法(9)により
ワイン酵母AWRI aA株に導入式した。形質転換体は除草剤スルホメツロン
メチル(10μg/ml)に対する耐性により選抜した。その後、形質転換され
たコロニー(AWRI 3AMと呼ぶ)が、GUS構築体が存在するものとして
選別された。全DNAが分離されPvuIIで消化された。それにより、GUS
ベクター構築体は損失を受けていない状態で染色体DNAから遊離した。さらに
、GUS配列を確認するためにプラスミドpKLG4のHi ndl[[断片を
用いてサザン・ハイブリダイゼーションを行った。形質転換株にはおよそ9kb
のバンドかはっきりと確認され、これはGUS構築体の存在を示すものである。
形質転換株におけるGUS構築体の染色体の存在場所が決定された。損失を受け
ていない染色体が、TAFEユニットでのパルスフィールドゲル電気泳動により
分離され、GUS配列へのサザン・ハイブリダイゼーションにより選別されて、
3^M株から調製された。この分析から、GUS構築体はまさに上上工↓遺伝子
が位置する染色体(XIII)に特異的に組み込まれていることがわかった。
このaAM株を用いて、酵母のワイン学的特性における形質転換の有効性を調べ
るための醗酵実験を行った。
3種の異なる形質転換体が分離され、それぞれ異なる発端培地への接種に用いら
れた。コントロール、つまり形質転換されていない酵母AWRI 3Aの3つの
コロニーも発端培養物に接種された。これら6種の培養物はライン・リースリン
グ種ぶどう液の入ったフラスコに各々2本ずつ、4XIO’細胞/mlの濃度で
接種した。醗酵は嫌気的条件下18℃で行われた。サンプルを一定時間毎に採取
し、酵母の生育の測定(610nmにおける光学密度を測定することによる)お
よび糖含有量の測定(屈折率による)を行った。屈折率は、コントロール醗酵物
および形質転換醗酵物共に、それぞれの値の平均値とし、それをもとにして2本
の糖料用性曲線を記した。
コントロールと形質転換株の醗酵曲線にはそれ程大きな差はなかった。
醗酵が終丁した時点で、pH1還元糖、二酸化イオウ、アルコールと酢酸の濃度
を全12サンプルについて測定し、各パラメーターに対して平均値をとった(下
記第1表参照)。ここでもまた、2種の菌株には大きな差は認められなかった。
最後に、全細菌集団中のGUS構築体の安定性を調べるために、醗酵が完了した
3^Mai酵物か酵母サンプルを採取し、GUS活性の検定を行った。
およそ500コロニーを、以下に記載するx−glucプレート法により分析し
たところ、これらのコロニーには全てGUS活性が認められた。この結果により
、導入された構築体は、醗酵の抑圧下で生育中の酵母細胞集団中に保持されてお
り、スルホメトウロンメチルにより選抜されないことがわかる。
1」−
#2種の菌株間の分散率
参F、Probは分散率の確率を表す
AWRl −3^ −コントロールである未修飾の酵母AWRI−3AM −修
飾された酵母
GUS検定
β−グルクロニダーゼは基質x−glucを分解してインドキシル誘導体を遊離
するが、その誘導体は酸化されてインディゴブルー色素を生成する。青い沈澱の
生成によりGUS活性を確認することができる。形質転換された酵母細胞を37
℃でX−glucを含有する生育培地中で最初にインキュベートした場合、3時
間以上経過してもGUS活性は認められなかった。この結果の一つの解釈として
、酵母細胞がy;−gluc基賀を取り込むことができない、と言うことができ
る。そこで形質転換された細胞を、X−glucと共にインキュベートする前に
、(透過性の障壁を破壊するために)ガラスピーズを入れて2分間攪拌した。こ
の処理により、37℃でインキュベート後1時間以内に青い沈澱が生じた。これ
らの結果より、GUS構築体はうまくワイン酵母株に導入され、発現したことが
わかる。しかしながら、X−glucは細胞には取り込まれず、しかも細胞中に
拡散することもできなかった。
これらの結果を念頭において、酵母コロニーにおけるGUS活性の検定を行う方
法を考案した。酵母菌は適当に希釈されてYPD培地(x−glucを含有)に
プレートされ、単一の、適度に広がったコロニーを得た。
30℃でおよそ36時間インキュベートした後、0.7%のアガロースおよび1
%サルコシルを溶解させた溶液をコロニーの上に注ぎ、放置した。37℃で4〜
5時間インキュベートした後、形質転換されたコロニーに青い沈澱が認められた
。この方法により、全酵母集団におけるマーク化された菌株の比率は、白いコロ
ニーに対する青いコロニーの比率を計算することで簡単に測定できる。
GUS活性をさらに迅速に分析するために、1%サルコシル存在下、酵母細胞の
サンプルをx−glucと共に、濃青の沈澱が生じるまでインキュベートするこ
とも可能である。白いコロニーに対する青いコロニーの比率は顕微鏡観察により
測定される。
GUS活性を分析するもう一つの方法として、MUG基質を用いる方法がある。
すなわち、β−グルクロニダーゼはこの化合物を分解して蛍光物質を生成する。
この検定法は感度が非常に高く、GUSI素活性の測定に用いた。
実施例■:マーカー系の応用
背景
酵母におけるキラー活性は、5accharorxycescerevisia
eの菌株について1963年に1levanとIJakowerによって初めて
報告された(7)。キラー酵母は、同属の感受性株を、あるいはごく低頻度では
あるが異種菌株を死滅させるポリペプチドトキシンを分泌する(8. !l)。
これまでの研究では、5accharortrycesのトキシンが感受性酵母
の細胞壁上にあるレセプターに結合する蛋白質であり、細胞膜内外の電気化学的
勾配、さらには細胞内のイオンバランスを崩すことが示されている(10.11
)。
トキシンの産生およびそれに対する免疫性は、細胞Mで遺伝されている二本鎖(
ds)RNAプラスミドにより決定され、一方、それはM−ゲノムとして知られ
(12)、L−ゲノムと呼ばれるもう一つのd 5RNA種を含有する細胞内に
のみ見出される。2つのdsRNAはウィルス様粒子に存在し、L−dsRNA
によりコード化された外被のための蛋白質を要求する02.13)。
キラー酵母は、トキシンの特性に基づき、■【のグループ(Kl〜に11)に分
類されている(14.15)。
5accharorrrycesに特徴的なものは最初の3グループ(K1%に
2およびに3)に分類される。5accharorayces トキシンは低p
H(2,0)で可逆的に不活性化され、pHが5.0以上で不可逆的に不活性化
される(15)。さらに、K1の生物学的活性はpH4,6〜4.8の範囲で最
適であるのに対して、K2はpH4,2〜4.7の範囲で最適な活性を示す(1
6)。K1と比べてに2)キシンは広範囲のpH領域(2,8〜4.8)で安定
であり、従ってワイン醗酵にはより適している。
キラー活性は、ヨーロッパやロシア、南アフリカおよびオーストラリアを含む世
界の様々な地域の既設のぶどう園およびワイン醸造工場から分離される酵母に見
出されている。このように広範囲にわたって存在していることにより、キラーワ
イン酵母のワイン学的な重要性に対する関心が集まっている。理論上、選抜され
たキラー酵母は、ぶどう液醗酵中における好ましくない5accharo−rn
yces cerevisiae野性型菌株の生育を抑制するために接種された
菌株として用いることができることになるであろう。さらに、キラー相互作用が
異なる属種の酵母間でも起こることが報告されているので(18,19) 、5
accha−γomyces cereυ1siaeのような広いスペクトルを
持つキラー酵母株を遺伝学的に作り出すことが可能である(20)。
これまでの研究により、キラートキシンの感受性酵母株に対する有効性が評価さ
れるようになった。しかし、報文では、醗酵条件下でのキラー活性の発現におい
て食い違いがある(4.21.22)。ワイン醗酵中のキラー株および感受性株
の細胞集団の生育を速度論的にめようとする試みは、混合培養において生育させ
た場自、2種の菌株の同定が困難であるため制約を受けている。今日まで用いら
れてきた方法には、i)生育速度(23)、あるいは硫化水素の産生(24)に
より区別できるキラー株および感受性株の選択、ii)栄養要求性でかつ呼吸不
全なキラー株の変異株、およびそれらが同定できる適切なプレート条件の使用(
25,26,27)、Ili+)コロニーの形態上の違いにより区別できるキラ
ー株および感受性株の使用(28)、およびiv)コロニーから直接キラー活性
を検定すること(29)が挙げられる。これらの方法は全て、そこに含まれる検
定が手間も時間もかかること、あるいは特異的な性質を有するキラー株だけが研
究可能であること、という事実から制約を受けてしまう。
試料および方法
菌株および培地:感受性5accharotayces cerevisiae
株AWRI 5A(AWRI 138としても公知である)、AWRI 2A
(AWRI 729)、およびキラー株AWRI I IA (AWRI 92
F)はオーストラリア・ワイン・リサーチ・インスティテユートより入手した。
マークされたキラー株3AM (AWRI 796)の調製法については前記さ
れている。酵母生育培地はYPD (1%酵母抽出液([1ifco) 、2に
バクトーベプトン(Dirco)および2%グルコース)を用いた。
キラー株3AMの除去:3AM株の培養はYPD培地で28℃、−昼夜行った。
0.9%NaCI中で段階希釈液が調製され、0.1 %アリコート(およそ1
00細胞を含む)をYPDプレートに塗布し37℃でインキュベートした。48
時間インキュベートした後で、単一のコロニーを任意に選択し、以下に記載する
ようなキラー活性の検定を行った。
除去した菌株の検定: YPD培地(1%寒天を含む)をオートクレーブで12
0℃、20分間滅菌した。49℃まで冷却した後、培地を0.05Mの酒石酸緩
衝液でpH。
4.2に緩衝化した。培地をプレートに注ぐ前にメチレンブルー(0,003!
%w/vまで)およびキラー感受性株5A(1aSIlIl胞/m+まで)を培
地に添加した。そして熱処理後、分離したコロニーをこれらの検定用プレートに
パッチし、18℃でおよそ72時間インキュベートした。生育阻害(クリアゾー
ン)がなくなったこと、および青く染色された細胞がパッチされたコロニーの周
囲になくなったことで除去が行われたと判定した。
dsRNA分離:dsRNA抽出操作は本質的にはFr1edとFinkに記載
された方法(40)に従った。RNAのサンプルは1.5%のアガローススラブ
ゲル上、定常314100mAでの電気泳動により分析した。ゲルは臭化エチジ
ウムで染色され、短波長UV光箱の上で撮影された。
ハルスト・フィールド・ゲル電気泳動ニドランスバース・オルタネ−ティング・
フィールド電気泳動(TAFE)はG e n e I i n e (Bac
kman) ユ= yトを用いて行った。酵母染色体は業者の指示に従いアガロ
ースプラグ上で調製した。電気泳動は150mAの定常電流で行われた。パルス
時間は60秒で18時間、その後35秒で6時間だった。
醗酵試験二発端培養は、三角フラスコに入れた10m1のYPD培地に一白金耳
の酵母を接種し、28℃で激しく通気しながらインキュベートした。24時間後
、細胞密度を顕微鏡を用いてカウントすることによりめた。サンプルはライン・
リースリング種のぶどう液(200ml)に接種され、密度を5X]O’細胞/
mlにした。このぶどう液には220g/Iの還元糖が含まれており、pHは3
.1であった。醗酵は空気止め付の25(1ml容三角フラスコ内で行った。ぶ
どう液は接種前に膜ろ過により滅菌され、醗酵は18℃で攪拌しなカラ(約10
Or、p、m、 )行った。サンプルは、ゴムの膜で覆われた取出し口から針
と注射器を用いて嫌気的に取出した。
サンプルは、屈折計を読むことにより醗酵の進行度を分析し、酵母の生育は分光
測光による6 50 nmにおける吸光度を測定することにより分析した。酵母
細胞集団におけるマーク化された菌株の比率を分析するために、滅菌した0、9
%のNaCI中でサンプルの段階希釈が行われ、0.1mlの試料をYPD培地
上にプレートした(200〜500細胞を含む)。プレートを以下に記載する方
法により検定した。
GUSプレート検定:酵母コロニーを固体YPD培地上で36時間、28℃で生
育させた。その後、0.1MNa2HPOt 、pH7、INサルコシル、x−
gIuc (100−150μg/m?)および0.7Nアガロースを含有する
溶液をプレート上に注いで薄く広げ、放置した。37℃で4〜6時間インキュベ
ートした後、マークされたコロニーには青い沈澱が認められた。
結果
AWRI aAM株の除去
醗酵におけるキラートキシンの効果を特異的に分析するために、遺伝子組成は等
しいがM−dsRNAゲノムの存在だけが異なり、したがうてキラー毒素の産生
能力が異なる2つの菌株を比較する実験を計画した。
キラー株3AMは予めEscherichia coliのGUS遺伝子でマー
クされている(39)。この系によりマーク化された菌株は、簡単なプレート検
定を行って、その結果コロニー中に青い沈澱を生成することにより、混合酵母集
団の中で容易に同定することができる。aAM株は熱処理によりM−dsRNA
プラスミドが除去でき(41)、この除去された、言い換えれば感受性であるコ
ロニーはキラープレートアッセイにより同定された。3AMの周囲にある明確な
阻害ゾーンは3AMCの周囲には見られなかった。これは3AMC株がキラー毒
素を産生巳なかったことを示している(第3図参照)。
分離されたaAMC株が本当に3AM株由来のものであるかを確認するために、
パルスト・フィールド・ゲル電気泳動により2つの菌株の核型を決定した。全染
色体を分離し、トランスバース・オルタネ−ティング・フィールド(TAFE)
システムで電気泳動した(第4図参照)。2つの菌株には同一の電気泳動パター
ンが得られ、共通の遺伝的な素地があることを示唆した。aAMC株はaAM株
由来であるので、G U 5−jl伝子を受け継ぎ、したがってマークされた菌
株でもある。
最終的に、dsRNAはaAM株および3AMC株から分離され、標準的な電気
泳動技術により分析された(第5図参照)。M−dsRNAゲノムを表すバンド
はaAM株に存在し、3AMC株にはない。
さらに、酵母生育および醗酵速度に及ぼす除去操作の影響を調べるために、aA
M株および3AMC株について醗酵実験を行った。各々の菌株の発端培養物はは
ライン・リースリング種のぶどう液の入ったフラスコに、5×106細胞/ml
の濃度で各々3本ずつ接種した。サンプルを一定間隔毎に取出し、酵母生育およ
び醗酵の進行程度を調べた。各菌株の平均値を時間に対してプロットした(第6
図参@)。生育および醗酵率においてsAM株と3AMC株には大きな差はなか
った。
醗酵中のキラー活性の分析
ライン・リースリング種のぶどう液におけるaAM株と3AMC株のキラー活性
を、各菌株を感受性5accha−rorrtyces株5Aと共に接種するこ
とにより分析した。各菌株(3AM、3AMCおよび5A)の純粋接種物として
のコントロール醗酵も行った。また、各醗酵は、嫌気的条件下穏やかに攪拌しな
がら、18℃で2本ずつ行った。その後、マークされた菌株(3AMまたは3
A M C)を同定するためにGUSプレート検定を行った。マークした菌株の
コロニーは、この検定の結果濃い青色になり、簡単に同定できる。
この検定の有効性を確実にするために、コントロール醗酵についてもGUSプレ
ート検定を行った。コントロール5Aの醗酵物におけるプレート検定は一貫して
陰性であり、天然の酵母細胞にはGUS活性の素地がないことを強調するもので
あった。しかし、コントロール3AMおよび3AMC醗酵物では、マークした菌
株数に対して99〜100%の値を示した。言い換えれば、マークした菌株のコ
ロニーはこのGUS検定により青くならないこともあるのである。これが発生す
る頻度は常に全プレート総数の1%未満であり、経時的に増加することはなかっ
た。潜在的に存在するこのような逆戻りが起こる頻度を、この分析中は常に考慮
に入れた。
以下の混合培養醗酵を行った。
i)3AMと5Aの接種比率がそれぞれ1:lであるもの:
ii)3AMCと5Aの接種比率がそれぞれl:lであるもの:
ii)3AMと5Aの接種比率がそれぞれ2:1であるもの;および
iv)3AMCと5Aの接種比率がそれぞれ2:1であるもの。
これらの混合醗酵は、3種のコントロール醗酵と同様に正常な生育速度を示した
(第7図参照)。
混合塔I!醗酵における各菌株の生育の経時変化(ココニー形成単位/m1)を
第8図に記した。接種比率が1:1の時キラー株3AMの比率は著しく増加した
が、一方、除去aAMC株は別の同一条件下の感受性株に対して優位性を発揮し
なかった。キラー細胞と感受性細胞の割合が醗酵中ずっとl:Iのままである、
という有り得ない仮定を試験するために統計的な分析法が用いられた。
“goodness or fit” (r適合性に優れる」)試験(すなわち
、正常試験)では、p <<0.001の危険率で、この有り得ない仮定は否定
された。しかしながら、除去菌株醗酵体対感受性株醗酵体で行った同様の分析は
、醗酵中の2つの菌株の比率がずっと1:1である、というこの有り得ない仮定
を支持するものであった。
接種系におけるaAM株と3AMC株の比率を高くする(比率2:l)と、aA
M株の優位的な効果はより明確になったが、aAMC株はここではいずれの時間
においても明らかな変化を示さなかった。混合培養醗酵におけるaAM株の優位
性は、各菌株の百分率を醗酵時間に対してグラフ化した時さらに明確になった(
第9図)。
接種比率がl:lでは、3AMは3日後にはおよそ80%に増加したが、それよ
りも高い接種比率2:lでは、3AMは最終的に全酵母細胞数の97%を占めた
。注目すべき重大な点は、少ない比率ではあるものの、5A株が醗酵中ずっと生
存していることである。これは、醗酵終了後には感受性株は認められなかったと
するキラー活性に関する従来の報告(28,29)とは対照的である。
キラー活性に対する接種比率の影響
明確なキラー活性が観察できる、感受性細胞に対するキラー細胞の最低比率を決
定するための実験を行った。
aAM株と5A株の接種比率がそれぞれl:2と1=4である混合醗酵は上述の
条件下で行われた。
醗酵中の様々な時間に、サンプルの全細胞集団に対するaAM株の比率を調べた
(第1O図)。aAM株の比率は、全細胞集団の50%以上の比で接種された時
明らかに増加した。しかし、接種時に50%未満である場合は比率は変化しなか
った。
考察
従来の研究では、醗酵過程において3A株におけるGUSマーカー遺伝子は10
0%安定であることが示されてきた(39)。しかし、これらの実験において多
数のコロニーサンプルを分析したところ、この構築体が不安定であることがわか
ってきた。この不安定性は、マーク化された菌株(3AMまたは3AMC)の各
々を単一培養で接種して行ったコントロール醗酵において発見された。
これらの醗酵体からのサンプルは、GUSプレート検定に対して殆ど陰性であり
、かつその反応頻度が総プレート数の1%未満であるコロニーを生じた。時折、
この検定に対する反応性においてセクターされるコロニーが発見されたが、これ
は相同組換えによる遺伝子の切り出しく45)、あるいは体細胞交叉後の遺伝子
の欠損(46)を示唆するものであった。不安定性の先生頻度は醗酵中には増加
せず、コントロールの3AMおよび3AMC醗酵では直接定量できなかった。
本マーキング系により、ぶどう液の醗酵において、キラー株(3AM)と同じ菌
株からの除去誘導体(3AMC)の接種効果を直接比較できるようになった。キ
ラー株および除去株の電気泳動的に調べた核型は、共通する遺伝子構造が存在す
ることを強く示唆し、dsRNA種の分析は、除去菌株でのM−dsRNAゲノ
ムの欠損を示すものであった。aAM株およびaAMC株の生育速度または醗酵
曲線には、如何なる相違も認められなかった。したがって、aAM株と3AMC
株とを比較することにより、特性の相違は直接M−dsRNAプラスミドの存在
に、さらにはに2キラートキシンの産主に基づくものであると言える。
同じ醗酵条件下で、除去aAMC株が全細菌集団の50%のままであるのに対し
て、キラー株は80%まで増加した。醗酵中、5Aに対して優位性を示すJAM
株のこの能力は、おそら<3AM株によるキラートキシンの産生によるものであ
り、キラー株による各々の生育速度の差によるものではないと思われる。したが
って、我々は、キラートキシンがこれらの醗酵条件下で重要な活性を示す、と結
論づけることができる。この結果はワイン醸造学者にとって特に興味深いもので
ある。何故ならば、3A株から産生されるに2トキンンはpH4,2で最大活性
を示すことが報告されており(17)、0れは一般的なぶどう果汁よりも0.5
〜l高いpH値であるからである。
キラー活性がぶどう果汁の醗酵において報告される場合、混合培養醗酵のキラー
細胞の比率が50%未満である時、効果的なキラー作用が起こるかどうかに関し
て食い違いが生じる。Heard とFleet(28)は、キラー細胞と感受
性細胞の比率がおよそIニアの場合にはキラー作用が認められなかったと報告し
ているのに対して、一方ではキラーm胞と感受性細胞の比率が1:10以下の場
合でのキラー活性が報告されている(23.25.26)。
我々の結果では、感受性細胞に対するキラー細胞比率をおよそ2:1まで増加さ
せることにより、3AM株による醗酵物が著しく優勢になり、醗酵終了時には総
混合細胞集団の97%を占めた。しかしながら、キラー細胞と感受性細胞の比率
が1:2またはI:4である場合には効果的なキラー作用が起こらないことが明
らかであった。培地の組成や醗酵条件、および菌株の感受性の違いが、キラート
キシンの効果に関する報告の食い違いの要因であると言うことができる。
醗酵を導(ために選抜された酵母培養物をぶどう果汁に接種している国々では、
ワイン製造におけるキラー株に関する事柄に注目している。この関心は、ぶどう
果汁に天然に存在する酵母もおそらく 「純粋」培養醗酵において重要な役割を
果たす(22,42)ことが認められて以来強くなっている。これらの天然の酵
母には、Kleoeckera。
Candida 、 HansenuLaおよび5accharoruyces
属の細菌種が含まれる。キラーSaccharomycesワイン酵母株は醗酵
過程において天然の5accharoayces酵母を抑制する上で効果的に働
くであろうし、他の種属の菌株を調節するための広範囲のキラー酵母が設計でき
る可能性がある。これらの理由により、効果的なキラー活性が行われるための適
切な醗酵条件を決定するために、さらに研究を行う必要がある。 このGUSマ
ーク化系は、混合培養において広範囲のキラー株が迅速に明確に同定できる方法
を提供するものである。この系は、醗酵中のキラー活性をより良く理解するため
に用いられるものである。
考察および結論
本明細書において記載されるGUS−ヘクター構築体は、例えば主な選択マーカ
ーとしてSMRI−410遺伝子を用いる等の形質転換操作により、一連の酵母
株に導入可能である。結果によれば、この構築体は、ワイン酵母株の基本的な機
能を損なったり醗酵能力に影響を与えることなしに、酵母ゲノム上の特定の部位
に組込まれることができる。さらに、一旦ゲツムに組込まれると、この構築体は
醗酵過程において安定に保持される。
GUSマーカーの検定は、蛍光分析法、分光分析法または寒天プレート検定法に
より行うことができるaX−glucまたはMUG基質の酵母細胞膜の自然透過
はここで記載されている実験の時間範囲内では起こらなかったが、この問題は検
定操作において人工的な透過を起こさせることにより克服された。全酵母細胞数
におけるマークされた菌株の比率をめる方法が記載されている。
本発明のマーカー系は、異なる醗酵条件下における接種菌株の調査に応用される
。一連の醗酵条件下において、接種されたぶどう果汁および未接種のぶどう果汁
を用いたHeardとFleetによる最近の研究(42,43,44)によれ
ば、5accharo贋yces株が果汁のアルコール醗酵において必ずしも主
要な生物ではないことが示唆されている。これらの研究には、ぶどう果汁の醗酵
における5acchαγoaycesの野性株の発生および重要性に関する知識
が欠けているだけでなく、様々なワイン学的環境下における接種菌株の詳細な調
査が必要である。本明細書で記載されているGUS系により、広範囲の酵母株が
マークできるようになり、醗酵過程における明確な同定および調査方法が提供さ
れるものである。
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要旨
本発明は、酵母プロモーターおよびターミネータ−配列と連結されたβ−グルク
ロニダーゼ(GUS)をコードする領域を含有する新規なプラスミドを提供する
ものであり、これにより前記コード領域は酵母で発現可能となる。好ましいプロ
モーターおよびターミネータ−配列は、酵母での発現可能にするものであれば如
何なるものでもよく、特に好ましいのはSaccharomyces cere
yisiaeのアルコールデヒドロゲナーゼのプロモーターおよびターミネータ
−配列である。本発明のプラスミドはプロモーターおよびターミネータ−配列を
GUS遺伝子に連結させ、それによって得られる新規な構築体を適当なキャリヤ
ープラスミドに挿入することにより作られる。キャリヤープラスミドは、宿主染
色体への組込みにより新規な構築体を酵母株に導入するために用いられる。そし
てGUS活性の検定は全酵母数におけるマークされた菌株の比率をめるために用
いられる。
国際調査報告
IIIjer++ajlon++l Apa+ 1111111 T16. K
ηm 91/lXE22G
Claims (17)
- 1.酵母のプロモーターおよびターミネータ配列に連結されているβ−グルクロ ニダーゼコード領域よりなるDNA配列。
- 2.前記β−グルクロニダーゼコード領域がEsche−richiacoli 由来である、請求の範囲1記載のDNA配列。
- 3.前記プロモーターおよびターミネータ配列がアルコールデヒドロゲナーゼの プロモーターおよびターミネータ配列である、請求の範囲1または2記載のDN A配列。
- 4.前記プロモーターおよびターミネータ配列がSac−charomyces cerevisiae由来である、請求の範囲1乃至3のいずれか一つに記載の DNA配列。
- 5.請求の範囲1乃至4のいずれか一つに記載のDNA配列を含有するプラスミ ド。
- 6.プラスミドpAW220。
- 7.酵母のプロモーターおよびターミネータ配列をβ−グルクロニダーゼ遺伝子 に連結させ、得られた構築体をプラスミドに挿入することよりなる、請求の範囲 5または6に記載のプラスミドの製造方法。
- 8.(a)酵母のプロモーターおよびターミネータ配列をβ−グルクロニダーゼ 遺伝子に連結させること、 (b)得られた構築物を、実質的に宿主酵母染色体のDNA配列と同じであるD NA配列を含有するキャリヤープラスミドに挿入すること、および(c)β−グ ルクロニダーゼ遺伝子を酵母のプロモーターおよびターミネータ配列と共に宿主 酵母染色体に組み込むために、工程=の組換えプラスミドを使用すること よりなる、β−グルクロニダーゼコード領域を酵母菌株に組み込む方法。
- 9.キャリヤープラスミドがSMR1−410遺伝子を含む、請求の範囲8に記 載の方法。
- 10.担体プラスミドがpWX509である、請求の範囲8または9に記載の方 法。
- 11.酵母株がキラー酵母株である、請求の範囲8乃至10のいずれか一つに記 載の方法。
- 12.(a)グルクロニダーゼ遺伝子に対する基質を酵母株のサンプルに添加す ること; (b)酵母株の細胞膜に浸透させること;(c)β−グルクロニダーゼ酵素反応 による生成物が検出可能な量生成するに十分な時間酵母株をインキュベートする こと;および(d)前記生成物を試験すること よりなるβ−グルクロニダーゼ活性の試験法。
- 13.前記基質が5−ブロモ−4−クロロ−3−インドリルグルクロニドまたは 4−メチルウンベリフェリルグルクロニリドである、請求の範囲12に記載の試 験法。
- 14.前記酵母株が請求の範囲1乃至4のいずれか一つに記載のDNA配列を含 む、請求の範囲12または13に記載の試験法。
- 15.請求の範囲1乃至6のいずれか一つに記載の、実質的にここにおいて記載 されているDNA配列またはプラスミド。
- 16.請求の範囲7乃至11のいずれか一つに記載の、実質的にここにおいてで 記載されている方法。
- 17.請求の範囲12乃至14のいずれか一つに記載の、実質的にここにおいて 記載されている試験法。
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