JPWO2014058034A1 - Yeast producing ethanol from xylose - Google Patents

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Abstract

本発明は、キシロースからエタノールを生産する酵母の提供を目的とする。本発明は、GRE3(アルド・ケト酵素遺伝子3)、SOR1およびXKS1(キシルロースリン酸化酵素遺伝子)の3つの遺伝子を染色体上に導入した酵母に、GDH2(グルタミン酸脱水素酵素遺伝子2)およびSOR1(ソルビトール脱水素酵素遺伝子1)から選ばれる少なくとも1つの遺伝子が導入された形質転換酵母、またはGRE3、SOR1およびXKS1の3つの遺伝子を染色体上に導入した形質転換酵母に関する。An object of the present invention is to provide a yeast that produces ethanol from xylose. In the present invention, GDH2 (glutamate dehydrogenase gene 2) and SOR1 (GRE3 (glutamate dehydrogenase gene 2) and SOR1 (xylulose phosphorylase gene 3) were introduced into a yeast into which three genes, GRE3 (Aldo keto enzyme gene 3), SOR1 and XKS1 (xylulose phosphorylase gene) were introduced. The present invention relates to a transformed yeast into which at least one gene selected from sorbitol dehydrogenase gene 1) has been introduced, or to a transformed yeast into which three genes GRE3, SOR1 and XKS1 have been introduced on the chromosome.

Description

本発明は、キシロースからエタノールを生産する酵母に関する。   The present invention relates to a yeast that produces ethanol from xylose.

近年、CO2排出削減の観点から、輸送用燃料へのバイオエタノールの利用が注目されている。中でも、バイオエタノール生産方法として、セルロース系バイオマスからの生産が検討されている。セルロース系バイオマスから得られる糖の約三分の一はキシロースが占めることから、バイオマス資源の有効利用のためには、キシロースからエタノールを効率よく生産する微生物の開発が必要である。In recent years, the use of bioethanol as a transportation fuel has attracted attention from the viewpoint of reducing CO 2 emissions. Above all, production from cellulosic biomass is being studied as a bioethanol production method. Since about one-third of the sugar obtained from cellulosic biomass is occupied by xylose, it is necessary to develop a microorganism that efficiently produces ethanol from xylose in order to effectively use biomass resources.

現在、エタノールの生産には、サッカロマイセス・セレビシア(Saccharomyces cerevisiae)に代表される酵母が醸造用酵母として主に使用されている。サッカロマイセス・セレビシアはグルコースやマンノースなどの六炭糖からのエタノール生産能が高く、エタノールに対する高い耐性を有している。しかしながら、サッカロマイセス・セレビシアは、キシロースなどの五炭糖を利用することができない。   Currently, yeasts represented by Saccharomyces cerevisiae are mainly used as brewing yeasts for ethanol production. Saccharomyces cerevisiae has a high ability to produce ethanol from hexoses such as glucose and mannose, and has high resistance to ethanol. However, Saccharomyces cerevisia cannot use pentoses such as xylose.

キシロース資化能を有する酵母としてシファゾマイセス・スティピティス(Scheffersomyces stipitis)が知られている。サッカロマイセス・セレビシアは、シファゾマイセス・スティピティスの有するキシロースを資化するための遺伝子群に対応する遺伝子群を内在するが、サッカロマイセス・セレビシアにおけるこれらの遺伝子の多くは発現していないか、あるいは、発現していたとしてもその量は極めて少ないと考えられている。そのため、キシロース資化性酵母由来の遺伝子導入によるサッカロマイセス・セレビシアの改良が進められている。   Schiffosomyces stipitis is known as a yeast having the ability to assimilate xylose. Saccharomyces cerevisiae has a gene group corresponding to the gene group for assimilating xylose possessed by Cifazomyces stippitis, but many of these genes in Saccharomyces cerevisiae are not expressed or expressed. Even if so, the amount is considered to be very small. Therefore, improvement of Saccharomyces cerevisiae by gene introduction derived from xylose-assimilating yeast is being promoted.

しかし、これらの遺伝子はサッカロマイセス・セレビシアにとって外来遺伝子であるので、上記の方法で作製した酵母は組換え体に該当し、外界への菌体の漏出を防ぐ手段が必要になるなど、その利用に様々な制約が生じるため好ましいものではない。   However, since these genes are foreign genes for Saccharomyces cerevisiae, the yeast prepared by the above method falls under the category of recombinants, and there is a need for means to prevent the leakage of bacterial cells to the outside world. Since various restrictions arise, it is not preferable.

一方、サッカロマイセス・セレビシアに内在するキシロース資化遺伝子を活性化することにより、キシロース資化能を付与した酵母の作製が検討されている(WO2010/001906号、特許文献1)。この手法を用いて得られた酵母は、酵母自身に由来するキシロース資化遺伝子を利用していることから、遺伝子組換え体ではないという長所を有する。   On the other hand, production of a yeast imparted with xylose utilization ability by activating a xylose utilization gene endogenous to Saccharomyces cerevisiae has been studied (WO 2010/001906, Patent Document 1). Yeast obtained using this technique has the advantage that it is not a gene recombinant because it utilizes a xylose-utilizing gene derived from the yeast itself.

しかしながら、依然としてキシロースからのエタノール生産能をさらに向上させた酵母の開発が望まれている。   However, there is still a demand for the development of a yeast that further improves the ability to produce ethanol from xylose.

WO2010/001906号WO2010 / 001906

キシロース資化能を付与された酵母において、キシロースからのエタノール生産能をさらに向上させた酵母の開発が望まれている。したがって、本発明は、キシロース資化性遺伝子を導入した酵母を改良し、キシロースからエタノールへの生産能に優れた酵母、および副生成物の生産量の少ない酵母を提供することを目的とする。   There is a demand for the development of a yeast that has been further improved in the ability to produce ethanol from xylose. Accordingly, an object of the present invention is to improve a yeast into which a xylose-assimilating gene has been introduced, and to provide a yeast that is excellent in the ability to produce xylose from ethanol and a yeast that produces a small amount of by-products.

本発明者らは、上記の課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、酵母染色体上にGRE3(アルド・ケト還元酵素遺伝子3)、SOR1(ソルビトール脱水素酵素遺伝子1)およびXKS1(キシルロースリン酸化酵素遺伝子1)の3つの遺伝子を導入し、さらに、GDH2(グルタミン酸脱水素酵素遺伝子2)およびSOR1(ソルビトール脱水素酵素遺伝子1)の少なくともいずれかを過剰発現させると、エタノールの生産性の高い酵母が得られること、およびGDH2過剰発現株では、キシリトールまたはグリセロールなどの副生成物の生成量が減少することを見出した。さらに、本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ねた結果、GRE3とSOR1との融合遺伝子およびSOR1とXKS1との融合遺伝子を酵母染色体上に導入することによっても、エタノールの生産性の高い酵母が得られることを見出した。そして、このようにして得られた酵母は、キシロース利用能が高く、キシロースからエタノールを生産するのに使用できることを見出し、本発明を完成した。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that GRE3 (Aldo-keto reductase gene 3), SOR1 (sorbitol dehydrogenase gene 1) and XKS1 (xylulose) on the yeast chromosome. When three genes of phosphorylase gene 1) are introduced and at least one of GDH2 (glutamate dehydrogenase gene 2) and SOR1 (sorbitol dehydrogenase gene 1) is overexpressed, ethanol productivity is increased. It was found that high yeast was obtained, and that the amount of by-products such as xylitol or glycerol decreased in the GDH2 overexpressing strain. Furthermore, as a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have also introduced ethanol fusion genes of GRE3 and SOR1 and SOR1 and XKS1 onto yeast chromosomes. It has been found that a highly productive yeast can be obtained. And it discovered that the yeast obtained in this way has high xylose utilization ability, and can be used for producing ethanol from xylose, and completed this invention.

すなわち、本発明は以下に関する。
(1) キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子の3つの遺伝子を染色体上に挿入した形質転換酵母であり、
前記3つの遺伝子が、キシロース還元酵素をコードする遺伝子とキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子とを連結した遺伝子、およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子とキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子とを連結した遺伝子として染色体上に挿入された、前記酵母。
(2) 前記遺伝子が当該酵母の内在性遺伝子である、(1)に記載の酵母。
(3) キシロース還元酵素をコードする遺伝子が、GRE3、YJR096w、YPR1、GCY1、ARA1およびYDR124wからなる群から選択される遺伝子である、(1)または(2)に記載の酵母。
(4) キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子が、SOR1、SOR2およびYLR070cからなる群からなる群から選択される遺伝子である、(1)〜(3)のいずれか1項に記載の酵母。
(5) キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子が、それぞれGRE3、SOR1およびXKS1である、(1)〜(4)のいずれか1項に記載の酵母。
(6) 酵母がサッカロマイセス属に属する酵母である、(1)〜(5)のいずれか1項に記載の酵母。
(7) 酵母がサッカロマイセス・セレビシアである、(1)〜(6)のいずれか1項に記載の酵母。
(8) キシロースからエタノールを生産する能力を有するものである、(1)〜(7)のいずれか1項に記載の酵母。
(9) (1)〜(8)のいずれか1項に記載の形質転換酵母をキシロース含有培地で培養し、得られる培養物からエタノールを採取することを含む、エタノールの生産方法。
また、本発明は以下に関する。
[1] キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子の3つの遺伝子を染色体上に挿入した宿主酵母に、グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子から選ばれる少なくとも1つの遺伝子が発現可能に導入された形質転換酵母。
[2] 前記遺伝子が宿主酵母に由来するものである、請求項1に記載の酵母。
[3] 前記グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子から選ばれる少なくとも1つの遺伝子が、宿主酵母の染色体上に発現可能に挿入されたものである、[1]または[2]に記載の酵母。
[4] GRE3、SOR1およびXKS1の3つの遺伝子を染色体上に挿入した宿主酵母に、GDH2およびSOR1から選ばれる少なくとも1つの遺伝子が発現可能に導入された、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の形質転換酵母。
[5] キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子の3つの遺伝子を挿入される酵母が、サッカロマイセス属に属する酵母である、[1]〜[4]のいずれか1項記載の酵母。
[6] キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子の3つの遺伝子を挿入される酵母が、サッカロマイセス・セレビシアである、[1]〜[5]のいずれか1項記載の酵母。
[7] キシロースからエタノールを生産する能力を有するものである、[1]〜[6]のいずれか1項に記載の酵母。
[8] [1]〜[7]いずれか1項に記載の形質転換酵母をキシロース含有培地で培養し、得られる培養物からエタノールを採取することを含む、エタノールの生産方法。
[9] 前記形質転換酵母に導入される、グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子から選ばれる少なくとも1つの遺伝子が、グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子であるか、または、グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子の両方である、[8]に記載の方法。
[10]前記形質転換酵母に導入される、グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子から選ばれる少なくとも1つの遺伝子が、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子であり、前記培養工程がNAD+の存在下において行われる、[8]に記載の方法。
That is, the present invention relates to the following.
(1) A transformed yeast in which three genes, a gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylulose phosphorylase are inserted on the chromosome,
The three genes link a gene encoding xylose reductase and a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylitol dehydrogenase and a gene encoding xylulose phosphorylase. The yeast, which has been inserted into the chromosome as a modified gene.
(2) The yeast according to (1), wherein the gene is an endogenous gene of the yeast.
(3) The yeast according to (1) or (2), wherein the gene encoding xylose reductase is a gene selected from the group consisting of GRE3, YJR096w, YPR1, GCY1, ARA1, and YDR124w.
(4) The yeast according to any one of (1) to (3), wherein the gene encoding xylitol dehydrogenase is a gene selected from the group consisting of SOR1, SOR2, and YLR070c.
(5) Any of (1) to (4), wherein the gene encoding xylose reductase, the gene encoding xylitol dehydrogenase, and the gene encoding xylulose phosphorylase are GRE3, SOR1, and XKS1, respectively. The yeast according to item 1.
(6) The yeast according to any one of (1) to (5), wherein the yeast belongs to the genus Saccharomyces.
(7) The yeast according to any one of (1) to (6), wherein the yeast is Saccharomyces cerevisiae.
(8) The yeast according to any one of (1) to (7), which has an ability to produce ethanol from xylose.
(9) A method for producing ethanol, comprising culturing the transformed yeast according to any one of (1) to (8) in a xylose-containing medium and collecting ethanol from the obtained culture.
The present invention also relates to the following.
[1] Encode glutamate dehydrogenase into host yeast into which three genes, a gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylulose phosphorylase, are inserted on the chromosome. A transformed yeast into which at least one gene selected from a gene and a gene encoding xylitol dehydrogenase has been introduced.
[2] The yeast according to claim 1, wherein the gene is derived from a host yeast.
[3] At least one gene selected from the gene encoding glutamate dehydrogenase and the gene encoding xylitol dehydrogenase is inserted so as to be expressible on the chromosome of the host yeast, [1] or The yeast according to [2].
[4] Any one of [1] to [3], wherein at least one gene selected from GDH2 and SOR1 is introduced into a host yeast into which three genes GRE3, SOR1 and XKS1 are inserted on a chromosome so as to allow expression. 2. The transformed yeast according to item 1.
[5] Yeast into which three genes, a gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylulose phosphorylase are inserted, belongs to the genus Saccharomyces [1 ] The yeast of any one of [4].
[6] The yeast into which three genes, a gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylulose phosphorylase are inserted, is Saccharomyces cerevisiae, [1]- The yeast according to any one of [5].
[7] The yeast according to any one of [1] to [6], which has an ability to produce ethanol from xylose.
[8] A method for producing ethanol, comprising culturing the transformed yeast according to any one of [1] to [7] in a xylose-containing medium and collecting ethanol from the obtained culture.
[9] whether at least one gene selected from a gene encoding glutamate dehydrogenase and a gene encoding xylitol dehydrogenase introduced into the transformed yeast is a gene encoding glutamate dehydrogenase, Alternatively, the method according to [8], which is both a gene encoding glutamate dehydrogenase and a gene encoding xylitol dehydrogenase.
[10] At least one gene selected from a gene encoding glutamate dehydrogenase and a gene encoding xylitol dehydrogenase introduced into the transformed yeast is a gene encoding xylitol dehydrogenase, The method according to [8], wherein the culturing step is performed in the presence of NAD +.

本発明により、キシロースからエタノールを生産可能な形質転換酵母が提供される。
本発明の一態様において、本発明の形質転換酵母は酵母自身の有する遺伝子を使用して形質転換しているために遺伝子組換え体に該当せず、安全性や取り扱いの容易さの点で好ましい。
また、本発明の形質転換酵母は、キシロースからのエタノールへの優れた生産能を有するため、本発明の形質転換酵母を用いれば、キシロースからエタノールを効率よく生産することができる。
また、本発明の形質転換酵母は、キシリトールやグリセロールなどの副生成物の生産量減少が認められたことから、本発明の形質転換酵母を用いてエタノールを生産する際に、副生成物が蓄積するという問題を回避することができる。
According to the present invention, a transformed yeast capable of producing ethanol from xylose is provided.
In one embodiment of the present invention, the transformed yeast of the present invention is not a genetic recombinant because it is transformed using the gene of the yeast itself, and is preferable in terms of safety and ease of handling. .
Moreover, since the transformed yeast of the present invention has an excellent ability to produce ethanol from xylose, ethanol can be efficiently produced from xylose by using the transformed yeast of the present invention.
In addition, since the transformed yeast of the present invention showed a reduction in the production of by-products such as xylitol and glycerol, the by-products accumulated when ethanol was produced using the transformed yeast of the present invention. The problem of doing can be avoided.

以下、本発明を詳細に説明する。本発明の範囲はこれらの説明に限定されることはなく、以下の例示以外についても、本発明の趣旨を損なわない範囲で当業者であれば適宜変更し実施することができる。
また、本明細書において引用された全ての刊行物、例えば先行技術文献、及び公開公報、特許公報その他の特許文献は、参照として本明細書に組み込まれる。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. The scope of the present invention is not limited to these descriptions, and those skilled in the art can appropriately modify and implement other than the following examples without departing from the spirit of the present invention.
In addition, all publications cited in the present specification, for example, prior art documents, and publications, patent publications and other patent documents are incorporated herein by reference.

1.本発明の概要
本発明は、酵母自身に由来するキシロース資化内在性遺伝子の活性を高め、キシロース資化能を付与した宿主酵母にソルビトール脱水素酵素遺伝子1(SOR1)および/またはグルタミン酸脱水素酵素遺伝子2(GDH2)を過剰発現させた形質転換酵母が、優れたエタノール生産能を有するという知見に基づくものである。
また、本発明において、宿主酵母にGDH2を導入したGDH2過剰発現株では、キシリトールおよびグリセロールといった副生成物の生産量が減少することが見出された。GDH2は、NAD+の還元型であるNADHをNAD+に変換するグルタミン酸脱水素酵素の遺伝子であるため、NAD+が副生成物の生産抑制に関係することが示された。そのため、宿主酵母にSOR1を導入したSOR1過剰発現株をNAD+存在下に培養するか、あるいは、宿主酵母にSOR1とGDH2とを共発現させることによっても、GDH2過剰発現株と同様に副生成物の生産量が減少するといえる。
1. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a host yeast having enhanced activity of a xylose-utilizing endogenous gene derived from yeast itself and imparted xylose-assimilating ability to sorbitol dehydrogenase gene 1 (SOR1) and / or glutamate dehydrogenase. This is based on the knowledge that transformed yeast overexpressing gene 2 (GDH2) has an excellent ethanol production ability.
In the present invention, it was also found that the production amount of by-products such as xylitol and glycerol decreases in the GDH2 overexpression strain in which GDH2 is introduced into the host yeast. Since GDH2 is a glutamate dehydrogenase gene that converts NADH, which is a reduced form of NAD +, into NAD +, it was shown that NAD + is involved in the suppression of byproduct production. Therefore, by culturing the SOR1 overexpressing strain in which SOR1 is introduced into the host yeast in the presence of NAD +, or by co-expressing SOR1 and GDH2 in the host yeast, the by-product as in the GDH2 overexpressing strain can be obtained. It can be said that production volume decreases.

本発明の形質転換酵母は、キシロース資化遺伝子、好ましくは酵母自身のキシロース資化遺伝子を染色体上に導入された宿主酵母を用いて作製することを特徴の一つとするものである。「キシロース資化(性)遺伝子」とは、キシロースの資化に関与するタンパク質をコードする遺伝子である。本発明において宿主酵母に導入されるキシロース資化遺伝子は、キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子の少なくとも3つの遺伝子である。
また、本発明の一の態様において、本発明の形質転換酵母は、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子および/またはグルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子、好ましくはソルビトール脱水素酵素遺伝子1(SOR1)および/またはグルタミン酸脱水素酵素遺伝子2(GDH2)を宿主酵母に導入して作製されることを特徴の一つとするものである。本発明の別の態様において、宿主酵母に導入する遺伝子は宿主酵母に由来する遺伝子である。
また、本発明の別の態様において、本発明の形質転換酵母は、副生成物の生成量が低いという特徴を有するものである。
One of the features of the transformed yeast of the present invention is that it is produced using a host yeast in which a xylose-assimilating gene, preferably the yeast's own xylose-assimilating gene is introduced on the chromosome. The “xylose utilization (sex) gene” is a gene encoding a protein involved in utilization of xylose. The xylose utilization gene introduced into the host yeast in the present invention is at least three genes: a gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylulose kinase.
In one embodiment of the present invention, the transformed yeast of the present invention comprises a gene encoding xylitol dehydrogenase and / or a gene encoding glutamate dehydrogenase, preferably sorbitol dehydrogenase gene 1 (SOR1) and One of the features is that it is produced by introducing glutamic acid dehydrogenase gene 2 (GDH2) into host yeast. In another embodiment of the present invention, the gene to be introduced into the host yeast is a gene derived from the host yeast.
Moreover, in another aspect of the present invention, the transformed yeast of the present invention is characterized in that the amount of by-products produced is low.

酵母の中には、キシロース資化酵素群が実質的に機能していない、いわゆる休眠状態にあるために、キシロースなどの五炭糖資化能を有さない酵母が存在する。例えば、サッカロマイセス属に属する酵母は、キシロース資化酵素群をコードする遺伝子群を有しているにもかかわらず、キシロースを利用してエタノールを生産することができない。   Among yeasts, there are yeasts that do not have the ability to assimilate pentoses such as xylose because they are in a so-called dormant state in which the xylose-utilizing enzyme group does not substantially function. For example, yeast belonging to the genus Saccharomyces cannot produce ethanol using xylose, despite having a gene group encoding a xylose-utilizing enzyme group.

このようなエタノール生産能を有さないとされる酵母に、自身由来のキシロース資化性遺伝子を導入することで、キシロース資化内在性遺伝子の活性を高め、キシロース資化能を付与することができる。したがって、本発明の形質転換酵母は、キシロース還元酵素をコードする遺伝子(XR)、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子(XDH)およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子(XK)が染色体上に挿入された酵母であってもよい。そして、自身由来のキシロース資化性遺伝子を導入した酵母に、さらにソルビトール脱水素酵素遺伝子1(SOR1)および/またはグルタミン酸脱水素酵素遺伝子2(GDH2)を過剰発現させた形質転換酵母は、驚くべきことに対照株と比較して、キシロースからのエタノールの生産能が向上する。また、所定の培養条件下において副生成物の生成量が減少する。すなわち、本発明により、エタノール生産能を有さないとされる酵母において、キシロースを利用してエタノールを効率よく生産させることができる。さらにまた、前記3種の遺伝子をXRとXDHとの融合遺伝子およびXDHとXKとの融合遺伝子として染色体に導入した本発明の形質転換酵母は、キシロースからのエタノールの生産能が向上する。当該融合遺伝子の形態とすることにより、上記3つの遺伝子の中、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子(XDH)の酵母染色体への導入数を増加させることができる。   Introducing a self-derived xylose-assimilating gene into such yeast that does not have ethanol-producing ability can enhance the activity of xylose-utilizing endogenous gene and impart xylose-assimilating ability. it can. Therefore, in the transformed yeast of the present invention, the gene (XR) encoding xylose reductase, the gene (XDH) encoding xylitol dehydrogenase and the gene (XK) encoding xylulose phosphorylase are inserted on the chromosome. Yeast may be used. A transformed yeast obtained by overexpressing sorbitol dehydrogenase gene 1 (SOR1) and / or glutamate dehydrogenase gene 2 (GDH2) in a yeast introduced with a xylose-assimilating gene derived from itself is surprising. In particular, the ability to produce ethanol from xylose is improved compared to the control strain. In addition, the amount of by-products produced decreases under certain culture conditions. That is, according to the present invention, ethanol can be efficiently produced using xylose in yeast that does not have ethanol-producing ability. Furthermore, the transformed yeast of the present invention in which the above three genes are introduced into the chromosome as a fusion gene of XR and XDH and a fusion gene of XDH and XK has an improved ability to produce ethanol from xylose. By setting it as the form of the said fusion gene, the introduction | transduction number to the yeast chromosome of the gene (XDH) which codes a xylitol dehydrogenase among said three genes can be increased.

また、本発明は、上記形質転換酵母を培養し、得られる培養物からエタノールを採取することによるエタノールの生産方法も提供する。本発明では、生産させる副生成物の量を従来の方法に比べて格段に少なくすることが可能である。   The present invention also provides a method for producing ethanol by culturing the transformed yeast and collecting ethanol from the resulting culture. In the present invention, it is possible to significantly reduce the amount of by-products to be produced as compared with the conventional method.

2.本発明の形質転換酵母
本発明の形質転換酵母は、キシロース資化性遺伝子を染色体上に導入した宿主酵母に、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびグルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子から選ばれる少なくとも1つの遺伝子、好ましくはソルビトール脱水素酵素遺伝子1(SOR1)およびグルタミン酸脱水素酵素遺伝子2(GDH2)から選ばれる少なくとも1つの遺伝子をさらに発現可能に導入された酵母である。
また、本発明の形質転換酵母は、キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子を染色体上に挿入した酵母であってもよい。
2. Transformed yeast of the present invention The transformed yeast of the present invention is a host yeast into which a xylose-assimilating gene has been introduced onto a chromosome, and is selected from at least a gene encoding xylitol dehydrogenase and a gene encoding glutamate dehydrogenase. Yeast into which one gene, preferably at least one gene selected from sorbitol dehydrogenase gene 1 (SOR1) and glutamate dehydrogenase gene 2 (GDH2), has been further introduced.
The transformed yeast of the present invention may be a yeast in which a gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylulose phosphorylase are inserted on the chromosome.

(1)キシロース資化性遺伝子を染色体上に導入した宿主酵母
本発明において、遺伝子導入または形質転換の対象となる酵母は、キシロースなどの五炭糖の資化能を有していない酵母であることが好ましい。前記酵母は遺伝子導入または形質転換の前に五炭糖資化能を有していないものであればよく、グルコースなどの六炭糖の資化能を有していてもよい。「五炭糖資化能」は、キシロースなどの五炭糖を炭素源として生育する能力をいう。五炭糖資化能を有する酵母は、炭素源として五炭糖のみを添加した培地中で生育可能であるため、五炭糖資化能は、炭素源として五炭糖のみを添加した培地中における酵母の生育程度を600 nmまたは660 nmなどの波長での濁度を測定することで確認することができる。
(1) Host yeast in which a xylose-assimilating gene is introduced onto a chromosome In the present invention, the yeast to be subjected to gene introduction or transformation is a yeast that does not have the ability to assimilate pentoses such as xylose. It is preferable. The yeast may have any ability to assimilate pentose before gene introduction or transformation, and may have ability to assimilate hexose such as glucose. “5 carbon sugar assimilation ability” refers to the ability to grow using 5 carbon sugars such as xylose as a carbon source. Since yeast having pentose assimilation ability can grow in a medium to which only pentose is added as a carbon source, the pentose utilization ability is in a medium to which only pentose is added as a carbon source. The degree of yeast growth in can be confirmed by measuring turbidity at a wavelength such as 600 nm or 660 nm.

本発明において、五炭糖資化能を有していない酵母は、特に限定されるわけではないが、例えば、サッカロマイセス属に属する酵母などを挙げることができる。サッカロマイセス属に属する酵母としては、CEN.PK2-1C株などのサッカロマイセス・セレビシアを挙げることができる。また、本発明において、遺伝子導入または形質転換の対象となる酵母は1倍体だけでなく2倍体の酵母を使用することができる。2倍体の酵母は実用酵母として優れており、例えば協会7号などの協会系酵母、焼酎酵母S−2株などの焼酎酵母、ワイン酵母、Red Star株、Taiken No.396株などを挙げることができる。   In the present invention, yeast that does not have pentose assimilation ability is not particularly limited, and examples thereof include yeast belonging to the genus Saccharomyces. Examples of yeast belonging to the genus Saccharomyces include Saccharomyces cerevisiae such as CEN.PK2-1C strain. In the present invention, the yeast to be the target of gene transfer or transformation can be not only haploid but also diploid yeast. Diploid yeast is excellent as a practical yeast. For example, association yeast such as Association No. 7, shochu yeast such as shochu yeast S-2 strain, wine yeast, Red Star strain, Taiken No. 396 strain, etc. Can do.

また、本発明において、遺伝子導入または形質転換の対象となる酵母は、エタノールへの耐性を備えた醸造用酵母であることが好ましく、そのような酵母としては、特に限定されるわけではないが、サッカロマイセス属に属する酵母(例えば、サッカロマイセス・セレビシア)などを挙げることができる。   In the present invention, the yeast to be subjected to gene transfer or transformation is preferably a brewing yeast having resistance to ethanol, and such yeast is not particularly limited, Examples include yeast belonging to the genus Saccharomyces (for example, Saccharomyces cerevisiae).

したがって、本発明において遺伝子導入または形質転換の対象となる酵母は、好ましくはサッカロマイセス属に属する酵母、より好ましくはサッカロマイセス・セレビシアである。   Therefore, the yeast that is the target of gene transfer or transformation in the present invention is preferably a yeast belonging to the genus Saccharomyces, more preferably Saccharomyces cerevisiae.

本発明において、宿主酵母の染色体上に挿入されるキシロース資化性遺伝子は、キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子であり、好ましくはGRE3(アルド・ケト還元酵素遺伝子3)、SOR1(ソルビトール脱水素酵素遺伝子1)およびXKS1(キシルロースリン酸化酵素遺伝子)の3つの遺伝子である。本発明において当該キシロース資化性遺伝子は、外来の遺伝子または内在性の遺伝子のいずれも使用できるが、内在性の遺伝子であることが好ましい。「内在性遺伝子」とは、遺伝子挿入対象の酵母の有する遺伝子、遺伝子挿入対象の酵母由来の遺伝子、遺伝子挿入対象の酵母と同種の酵母由来の遺伝子を意味する。したがって、内在性遺伝子を導入された酵母は組換え体に該当しない。   In the present invention, the xylose utilization gene inserted on the chromosome of the host yeast is a gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylulose phosphorylase, Are three genes, GRE3 (Aldo keto reductase gene 3), SOR1 (sorbitol dehydrogenase gene 1) and XKS1 (xylulose phosphorylase gene). In the present invention, as the xylose utilization gene, either a foreign gene or an endogenous gene can be used, but an endogenous gene is preferred. “Endogenous gene” means a gene of a yeast to be gene-inserted, a gene derived from a yeast to be gene-inserted, or a gene derived from a yeast of the same kind as the yeast to be gene-inserted. Therefore, yeast introduced with an endogenous gene is not a recombinant.

酵母のキシロース還元酵素をコードする遺伝子として、GRE3、YJR096w、YPR1、GCY1、ARA1およびYDR124wが知られている。したがって、本発明において、キシロース還元酵素をコードする遺伝子として、GRE3、YJR096w、YPR1、GCY1、ARA1またはYDR124wを使用することができる。本明細書ではGRE3をキシロース還元酵素をコードする遺伝子の例に挙げて説明するが、YJR096w、YPR1、GCY1、ARA1およびYDR124wは、GRE3に関する本明細書での記載を適用し、本発明において同様に使用することができる。   Known genes encoding yeast xylose reductase are GRE3, YJR096w, YPR1, GCY1, ARA1 and YDR124w. Therefore, in the present invention, GRE3, YJR096w, YPR1, GCY1, ARA1 or YDR124w can be used as a gene encoding xylose reductase. In this specification, GRE3 is described as an example of a gene encoding xylose reductase, but YJR096w, YPR1, GCY1, ARA1, and YDR124w apply the description in this specification regarding GRE3, and similarly in the present invention. Can be used.

GRE3、YJR096w、YPR1、GCY1、ARA1およびYDR124wの塩基配列情報は、当業者であれば、Genbankなどの公知のデータベースから入手することができる。以下にサッカロマイセス・セレビシアにおける各遺伝子の配列情報についてのアクセッション番号を示す。
GRE3:U00059、YJR096w:Z49596、YPR1:X80642、GCY1:X13228、ARA1:M95580、YDR124w:Z48758。
The base sequence information of GRE3, YJR096w, YPR1, GCY1, ARA1 and YDR124w can be obtained from a known database such as Genbank by those skilled in the art. The accession numbers for the sequence information of each gene in Saccharomyces cerevisia are shown below.
GRE3: U00059, YJR096w: Z49596, YPR1: X80642, GCY1: X13228, ARA1: M95580, YDR124w: Z48758.

本発明において、GRE3(アルド・ケト還元酵素遺伝子3)は、アルド・ケト還元酵素をコードする塩基配列を含む遺伝子であり、例えばサッカロマイセス・セレビシア由来の配列番号1で示される塩基配列からなるDNA、または配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNAである。GRE3がコードするタンパク質は、酵母においてキシロース還元酵素としても機能することが知られている。
本発明において、GRE3は、例えば、配列番号1で示される塩基配列を基にプライマーを設計し、酵母ライブラリー又はゲノムライブラリーから遺伝子増幅技術により得ることができる。
In the present invention, GRE3 (Aldo keto reductase gene 3) is a gene containing a base sequence encoding aldo keto reductase, for example, a DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 derived from Saccharomyces cerevisiae, Or it is DNA which codes the protein which consists of an amino acid sequence shown by sequence number 2. It is known that the protein encoded by GRE3 also functions as a xylose reductase in yeast.
In the present invention, GRE3 can be obtained from a yeast library or a genomic library by a gene amplification technique by designing a primer based on the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, for example.

本発明で使用されるGRE3は、GRE3タンパク質の変異体をコードする遺伝子を含む。GRE3タンパク質の変異体をコードする遺伝子は、例えば、配列番号1で示される塩基配列からなるDNAに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し、かつキシロース還元酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAを含む。キシロース還元酵素活性については後述する。   GRE3 used in the present invention includes a gene encoding a mutant of GRE3 protein. A gene encoding a mutant of the GRE3 protein hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, and exhibits xylose reductase activity. A DNA encoding a protein having the same; The xylose reductase activity will be described later.

GRE3タンパク質の変異体をコードするDNAは、配列番号1で示される塩基配列からなるDNA又はその断片をプローブとして、コロニーハイブリダイゼーション、プラークハイブリダイゼーション、サザンブロット等の公知のハイブリダイゼーション法により、cDNAライブラリー及びゲノムライブラリーから得ることができる。ライブラリーの作製方法については、「Molecular Cloning, A Laboratory Manual 4th ed.」(Cold Spring Harbor Press(2012))等を参照することができる。また、市販のcDNAライブラリー及びゲノムライブラリーを用いてもよい。   DNA encoding a mutant of GRE3 protein is cDNA live by a known hybridization method such as colony hybridization, plaque hybridization, Southern blotting, etc. using the DNA consisting of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or a fragment thereof as a probe. Libraries and genomic libraries. For the method for preparing the library, “Molecular Cloning, A Laboratory Manual 4th ed.” (Cold Spring Harbor Press (2012)) and the like can be referred to. Commercially available cDNA libraries and genomic libraries may also be used.

ここで、ストリンジェントな条件は、ハイブリダイゼーション後の洗浄条件として、例えば、「2×SSC、0.1%SDS、42℃」、「1×SSC、0.1%SDS、37℃」、よりストリンジェントな条件としては、例えば、「1×SSC、0.1%SDS、65℃」、「0.5×SSC、0.1%SDS、50℃」等の条件を挙げることができる。
ハイブリダイゼーションは、公知の方法によって行うことができる。ハイブリダイゼーションの方法は、例えば、「Molecular Cloning, A Laboratory Manual 4th ed.」(Cold Spring Harbor Laboratory Press(2012))、「Current Protocols in Molecular Biology」(John Wiley & Sons(1987-1997))等を参照することができる。
Here, the stringent conditions are, for example, “2 × SSC, 0.1% SDS, 42 ° C.”, “1 × SSC, 0.1% SDS, 37 ° C.”, and more stringent conditions. Examples of the conditions include “1 × SSC, 0.1% SDS, 65 ° C.”, “0.5 × SSC, 0.1% SDS, 50 ° C.”, and the like.
Hybridization can be performed by a known method. Hybridization methods include, for example, “Molecular Cloning, A Laboratory Manual 4th ed.” (Cold Spring Harbor Laboratory Press (2012)), “Current Protocols in Molecular Biology” (John Wiley & Sons (1987-1997)), etc. You can refer to it.

また、本明細書において、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAには、例えば、配列番号1で示される塩基配列と少なくとも50%以上、好ましくは70%以上、80%以上または85%以上、より好ましくは90%以上、95%以上、96%以上、97%以上または98%以上、さらに好ましくは99%以上、さらに一層好ましくは99.7%以上、特に好ましくは99.9%の同一性(相同性)を有する塩基配列を含むDNAが含まれる。同一性を示す値は、BLASTなどの公知のプログラムを利用することにより算出することができる。   In the present specification, the DNA hybridizing under stringent conditions includes, for example, at least 50% or more, preferably 70% or more, 80% or more, or 85% or more with the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, More preferably 90% or more, 95% or more, 96% or more, 97% or more or 98% or more, more preferably 99% or more, still more preferably 99.7% or more, particularly preferably 99.9% identity (homology) DNA containing a base sequence having A value indicating identity can be calculated by using a known program such as BLAST.

また、配列番号1で示される塩基配列に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は、例えば、配列番号1で示される塩基配列において1個又は数個の核酸に欠失、置換又は付加などの変異の生じた塩基配列を含むDNAが挙げられる。このようなDNAとしては、例えば、(i) 配列番号1で示される塩基配列中の1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)の塩基が欠失したDNA、(ii) 配列番号1で示される塩基配列中の1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)の塩基が他の塩基に置換したDNA、(iii) 配列番号1で示される塩基配列中に1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)の塩基が付加したDNAおよび(iv) それらの変異が組み合わされたDNAであって、かつキシロース還元酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAなどが挙げられる。   The DNA that hybridizes under stringent conditions with the DNA consisting of a base sequence complementary to the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 is, for example, one or several nucleic acids in the base sequence represented by SEQ ID NO: 1. DNA containing a nucleotide sequence in which mutation such as deletion, substitution or addition occurs. Examples of such DNA include (i) 1 to several (for example, 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, more preferably 1) in the base sequence represented by SEQ ID NO: 1. Is a DNA in which 1 to 2 bases are deleted, (ii) 1 to several (for example, 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 1) of the base sequence represented by SEQ ID NO: 1. DNA in which 3 bases, more preferably 1 to 2 bases are substituted with other bases, (iii) 1 to several (for example 1 to 10, preferably 1 to 1) in the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 A DNA having 5 bases, more preferably 1 to 3 bases, more preferably 1 to 2 bases) and (iv) a DNA having a combination of these mutations, and having a protein having xylose reductase activity. Examples include DNA to be encoded.

本発明において、塩基配列の確認は、慣用の方法により配列決定することにより行うことができる。例えば、ジデオキシヌクレオチドチェーンターミネーション法(Sanger et al.(1977)Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463)等により行うことができる。また、適当なDNAシークエンサーを利用して配列を解析することも可能である。   In the present invention, the base sequence can be confirmed by sequencing by a conventional method. For example, the dideoxynucleotide chain termination method (Sanger et al. (1977) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 74: 5463) can be used. It is also possible to analyze the sequence using an appropriate DNA sequencer.

本発明において、例えばサッカロマイセス・セレビシア由来のGRE3(アルド・ケト還元酵素遺伝子3)は、配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするものも含まれる。本発明では、サッカロマイセス・セレビシア由来のGRE3タンパク質又はそれらの変異体をコード遺伝子も、GRE3(アルド・ケト還元酵素遺伝子3)に含まれる。   In the present invention, for example, GRE3 (Aldo keto reductase gene 3) derived from Saccharomyces cerevisiae includes those encoding a protein having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. In the present invention, a gene encoding a GRE3 protein derived from Saccharomyces cerevisiae or a variant thereof is also included in GRE3 (Aldo keto reductase gene 3).

GRE3タンパク質の変異体は、(i) 配列番号2で示されるアミノ酸配列中の1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が欠失したタンパク質、(ii) 配列番号2で示されるアミノ酸配列中の1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が他のアミノ酸に置換したタンパク質、(iii) 配列番号2で示されるアミノ酸配列中に1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が付加したタンパク質および(iv) それらの変異が組み合わされたタンパク質であって、かつキシロース還元酵素活性を有するタンパク質などが挙げられる。   The variant of GRE3 protein is (i) 1 to several (for example, 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, more preferably 1) in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. (-2) a protein in which amino acids are deleted, (ii) 1 to several (for example, 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3) in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 , More preferably 1 to 2 amino acids substituted with other amino acids, (iii) 1 to several (for example 1 to 10, preferably 1 to 5) in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 , More preferably 1 to 3, and even more preferably 1 to 2 amino acids) and (iv) a protein in which these mutations are combined and a protein having xylose reductase activity. Is .

ここで、「キシロース還元酵素活性」とは、NAD+(またはNADP+)の存在下でキシロースをキシリトールに変換する活性を意味する。本発明において、GRE3タンパク質の変異体は、キシロース還元酵素活性を有する限り、その活性の程度に特に限定されないが、例えば配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質の約10%以上の活性を有していればよい。タンパク質の有するキシロース還元酵素活性は、公知の方法で測定することができる。   Here, “xylose reductase activity” means an activity of converting xylose into xylitol in the presence of NAD + (or NADP +). In the present invention, the mutant of GRE3 protein is not particularly limited to the extent of its activity as long as it has xylose reductase activity. For example, it has an activity of about 10% or more of the protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. If you do. The xylose reductase activity of the protein can be measured by a known method.

酵母は、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子として、SOR1、SOR2およびYLR070cを有することが知られている。したがって、本発明において、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子として、SOR1、SOR2またはYLR070cを使用することができる。本明細書ではSOR1をキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子の例に挙げて説明するが、SOR2およびYLR070cはSOR1に関する本明細書での記載を適用し、本発明において同様に使用することができる。   Yeast is known to have SOR1, SOR2, and YLR070c as genes encoding xylitol dehydrogenase. Therefore, in the present invention, SOR1, SOR2, or YLR070c can be used as a gene encoding xylitol dehydrogenase. In the present specification, SOR1 is described as an example of a gene encoding xylitol dehydrogenase. However, SOR2 and YLR070c can be used in the present invention in the same manner as described herein with respect to SOR1.

SOR1、SOR2およびYLR070cの塩基配列情報は、当業者であれば、Genbankなどの公知のデータベースから入手することができる。以下にサッカロマイセス・セレビシアにおける各遺伝子の配列情報についてのアクセッション番号を示す。
SOR1:L11039、SOR2:Z74294、YLR070c:Z73242。
Those skilled in the art can obtain the nucleotide sequence information of SOR1, SOR2, and YLR070c from a known database such as Genbank. The accession numbers for the sequence information of each gene in Saccharomyces cerevisia are shown below.
SOR1: L11039, SOR2: Z74294, YLR070c: Z73242.

本発明において、SOR1(ソルビトール脱水素酵素遺伝子1)は、ソルビトール脱水素酵素をコードする塩基配列を含む遺伝子であり、例えばサッカロマイセス・セレビシア由来の配列番号3で示される塩基配列からなるDNA、または配列番号4で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNAである。SOR1がコードするタンパク質は、酵母においてキシリトール脱水素酵素としても機能することが知られている。   In the present invention, SOR1 (sorbitol dehydrogenase gene 1) is a gene containing a base sequence encoding sorbitol dehydrogenase, for example, a DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 derived from Saccharomyces cerevisiae, or a sequence DNA encoding a protein consisting of the amino acid sequence shown by No. 4. It is known that the protein encoded by SOR1 also functions as xylitol dehydrogenase in yeast.

本発明で使用されるSOR1は、SOR1タンパク質の変異体をコードする遺伝子を含む。SOR1タンパク質の変異体をコードする遺伝子は、例えば、サッカロマイセス・セレビシア由来の配列番号3で示される塩基配列からなるDNAに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し、かつキシリトール脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAを含む。
また、本発明で使用されるSOR1は、以下のSOR1タンパク質の変異体をコードする遺伝子であってもよい:(i) 配列番号4で示されるアミノ酸配列中の1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が欠失したタンパク質、(ii) 配列番号4で示されるアミノ酸配列中の1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が他のアミノ酸に置換したタンパク質、(iii) 配列番号4で示されるアミノ酸配列中に1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が付加したタンパク質および(iv) それらの変異が組み合わされたタンパク質であって、かつキシリトール脱水素酵素活性を有するタンパク質。
SOR1 used in the present invention includes a gene encoding a mutant of SOR1 protein. A gene encoding a mutant of SOR1 protein hybridizes under stringent conditions with, for example, a DNA comprising a base sequence complementary to the DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 3 derived from Saccharomyces cerevisiae, and DNA encoding a protein having xylitol dehydrogenase activity is included.
The SOR1 used in the present invention may be a gene encoding a mutant of the following SOR1 protein: (i) 1 to several (for example, 1 to 10) in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4 (Ii) 1 to several amino acids in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 4, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2) A protein in which an amino acid (for example, 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2) is substituted with another amino acid, (iii) represented by SEQ ID NO: 4 Proteins having 1 to several amino acids (for example, 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2) amino acids added to the amino acid sequence, and (iv) their Tampa combined with mutation A quality and a protein having xylitol dehydrogenase activity.

ここで「キシリトール脱水素酵素活性」は、キシリトールをキシルロースに脱水素化する活性を意味する。本発明において、SOR1タンパク質の変異体は、キシリトール脱水素酵素活性を有する限り、その活性の程度に特に限定されないが、例えば配列番号4で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質の約10%以上の活性を有していればよい。タンパク質の有するキシリトール脱水素酵素活性は、公知の方法で測定することができる。   Here, “xylitol dehydrogenase activity” means the activity of dehydrogenating xylitol to xylulose. In the present invention, the mutant of SOR1 protein is not particularly limited as long as it has xylitol dehydrogenase activity. For example, the mutant of SOR1 protein has an activity of about 10% or more of the protein consisting of the amino acid sequence shown by SEQ ID NO: 4. It only has to have. The xylitol dehydrogenase activity of the protein can be measured by a known method.

上記ハイブリダイズするDNAに含まれるDNA、およびハイブリダイズの条件等は、前述の説明が同様に適用できる。また、本発明において、SOR1は、GRE3に対して記載された方法と同様の方法により取得または製造することができる。   The above description can be similarly applied to the DNA contained in the DNA to be hybridized, the hybridization conditions, and the like. In the present invention, SOR1 can be obtained or manufactured by the same method as described for GRE3.

キシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子として、XKS1(キシルロースリン酸化酵素遺伝子1)を使用することができる。XKS1の塩基配列情報は、当業者であれば、Genbankなどの公知のデータベースから入手することができる。例えば、サッカロマイセス・セレビシアのXKS1のアクセッション番号は、Z72979である。   XKS1 (xylulose kinase gene 1) can be used as a gene encoding xylulose kinase. Those skilled in the art can obtain the base sequence information of XKS1 from a known database such as Genbank. For example, the accession number of XKS1 of Saccharomyces cerevisia is Z72979.

本発明において、XKS1(キシルロースリン酸化酵素遺伝子1)は、キシルロースリン酸化酵素をコードする塩基配列を含む遺伝子であり、例えばサッカロマイセス・セレビシア由来の配列番号5で示される塩基配列からなるDNA、または配列番号6で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNAである。   In the present invention, XKS1 (xylulose phosphorylase gene 1) is a gene containing a base sequence encoding xylulose phosphorylase, for example, a DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 5 derived from Saccharomyces cerevisiae, Or it is DNA which codes the protein which consists of an amino acid sequence shown by sequence number 6.

本発明で使用されるXKS1は、XKS1タンパク質の変異体をコードする遺伝子を含む。XKS1タンパク質の変異体をコードする遺伝子は、例えば、サッカロマイセス・セレビシア由来の配列番号5で示される塩基配列からなるDNAに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し、かつキシルロースリン酸化酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAを含む。
また、本発明で使用されるXKS1は、以下のXKS1タンパク質の変異体をコードする遺伝子であってもよい:(i) 配列番号6で示されるアミノ酸配列中の1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が欠失したタンパク質、(ii) 配列番号6で示されるアミノ酸配列中の1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が他のアミノ酸に置換したタンパク質、(iii) 配列番号6で示されるアミノ酸配列中に1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が付加したタンパク質および(iv) それらの変異が組み合わされたタンパク質であって、かつキシルロースリン酸化酵素活性を有するタンパク質。
XKS1 used in the present invention includes a gene encoding a mutant of XKS1 protein. A gene encoding a mutant of the XKS1 protein hybridizes under stringent conditions with, for example, a DNA comprising a base sequence complementary to the DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 5 derived from Saccharomyces cerevisiae, and DNA encoding a protein having xylulose kinase activity is included.
XKS1 used in the present invention may be a gene encoding a variant of the following XKS1 protein: (i) 1 to several (for example, 1 to 10) in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 (Ii) 1 to several amino acids in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2). A protein in which an amino acid (for example, 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2) is substituted with another amino acid, (iii) represented by SEQ ID NO: 6 Proteins having 1 to several amino acids (for example, 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2) amino acids added to the amino acid sequence, and (iv) their Tampa combined with mutation A quality, and protein having xylulose kinase activity.

ここで「キシルロースリン酸化酵素活性」は、キシルロースをリン酸化する活性を意味する。本発明において、XKS1タンパク質の変異体は、キシルロースリン酸化酵素活性を有する限り、その活性の程度に特に限定されないが、例えば配列番号6で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質の約10%以上の活性を有していればよい。タンパク質の有するキシルロースリン酸化酵素活性は、公知の方法で測定することができる。   Here, “xylulose kinase activity” means an activity of phosphorylating xylulose. In the present invention, the mutant of the XKS1 protein is not particularly limited as long as it has xylulose phosphatase activity. For example, the activity of about 10% or more of the protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 6 As long as it has. The xylulose kinase activity of the protein can be measured by a known method.

上記ハイブリダイズするDNAに含まれるDNA、およびハイブリダイズの条件等は、前述の説明が同様に適用できる。また、本発明において、XKS1は、GRE3に対して記載された方法と同様の方法により取得または製造することができる。   The above description can be similarly applied to the DNA contained in the DNA to be hybridized, the hybridization conditions, and the like. In the present invention, XKS1 can also be obtained or produced by a method similar to that described for GRE3.

本発明において、キシロース資化遺伝子であるGRE3、SOR1およびXKS1の3つの遺伝子を酵母の染色体上に挿入することにより、本発明の宿主酵母を得ることができる。上記キシロース資化内因性遺伝子を酵母の染色体上に挿入することにより、酵母自身のキシロース還元酵素、キシリトール脱水素酵素およびキシルロースリン酸化酵素の活性が遺伝子導入前よりも向上し、当該酵母にキシロース資化能を付与することが可能になる。   In the present invention, the host yeast of the present invention can be obtained by inserting the three genes xREose utilization genes GRE3, SOR1 and XKS1 onto the yeast chromosome. By inserting the above xylose-utilizing endogenous gene into the yeast chromosome, the yeast's own xylose reductase, xylitol dehydrogenase and xylulose phosphorylase activities are improved as compared with those before gene introduction, It will be possible to grant assimilation ability.

本発明では、非組換え酵母が宿主酵母として好ましく採用される。非組換え酵母を作製するにあたり、酵母染色体上に導入されるキシロース資化性遺伝子は、当該酵母と同種由来の遺伝子であることが必要である。また、遺伝子を導入される酵母は、当該遺伝子の由来と同種の酵母であることが必要である。   In the present invention, non-recombinant yeast is preferably employed as the host yeast. In producing non-recombinant yeast, it is necessary that the xylose-assimilating gene introduced on the yeast chromosome is a gene derived from the same species as the yeast. Moreover, the yeast into which the gene is introduced needs to be the same kind of yeast as the origin of the gene.

本発明において、キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子の3つの遺伝子、好ましくはGRE3、SOR1およびXKS1の3つの遺伝子を、好ましくは同種の酵母の染色体上に挿入する。これらの遺伝子は、それぞれの遺伝子を個別に染色体上に挿入してもよいし、またはプロモーターの支配下にタンデムに連結した発現カセットを作製して染色体上に挿入してもよい。タンデムに連結する場合、3つの遺伝子の配置の順番は特に限定されず、考えられる組合せのいずれでも良い。また、GRE3、SOR1およびXKS1の3つの遺伝子を含むプラスミドを用いて酵母の染色体上に遺伝子を導入しても良い。上記3つの遺伝子は、一つのプラスミドに含まれてもよいし、それぞれ別のプラスミドに含まれてもよい。また、挿入されるそれぞれの遺伝子の個数は限定されず、1個または複数である。染色体への遺伝子の導入の順は特に限定されない。
キシロース資化性遺伝子の3遺伝子は、キシロース還元酵素をコードする遺伝子(XR)とキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子(XDH)とをタンデムに連結させた遺伝子、およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子(XDH)とキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子(XK)とをタンデムに連結させた遺伝子として酵母の染色体に挿入してもよい。すなわち、本発明は、前記3種のキシロース資化性遺伝子を、キシロース還元酵素をコードする遺伝子とキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子とを連結した遺伝子、およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子とキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子とを連結した遺伝子として染色体上に挿入された、形質転換酵母を含む。例えば、GRE3−SOR1の融合遺伝子を含むプラスミド、およびSOR1−XKS1の融合遺伝子を含むプラスミドを用いて、酵母の染色上にキシロース資化性遺伝子を導入することができる。融合遺伝子内の遺伝子の配置の順は特に限定されず、例えば、XRとXDHとを連結した遺伝子は、XR−XDHまたはXDH−XRのいずれでもよい。同様に、XDHとXKとを連結した遺伝子は、XDH−XKでもよいし、XK−XDHでもよい。上記連結させた遺伝子カセットを用いると、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子(SOR1)の発現量が特に増加する。このような形質転換酵母は、特に優れたキシロース資化能を有し、キシロールからエタノールを効率よく生成することができる。
In the present invention, three genes, a gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding silulose phosphatase, preferably three genes of GRE3, SOR1 and XKS1, are preferably of the same type. Insert into the yeast chromosome. Each of these genes may be inserted into the chromosome individually, or an expression cassette linked in tandem under the control of a promoter may be prepared and inserted into the chromosome. When connecting in tandem, the order of arrangement of the three genes is not particularly limited, and any conceivable combination may be used. Alternatively, a gene may be introduced onto the yeast chromosome using a plasmid containing three genes, GRE3, SOR1, and XKS1. The above three genes may be contained in one plasmid or in different plasmids. Moreover, the number of each gene inserted is not limited, and is one or more. The order of gene introduction into the chromosome is not particularly limited.
Three genes of xylose utilization genes are a gene in which a gene (XR) encoding xylose reductase and a gene (XDH) encoding xylitol dehydrogenase are linked in tandem, and a gene encoding xylitol dehydrogenase (XDH) and a gene encoding xylulose kinase (XK) may be inserted into a yeast chromosome as a gene linked in tandem. That is, the present invention relates to the above three types of xylose-assimilating genes, a gene in which a gene encoding xylose reductase and a gene encoding xylitol dehydrogenase are linked, and a gene encoding xylitol dehydrogenase and xylol It includes transformed yeast inserted on a chromosome as a gene linked to a gene encoding rosin kinase. For example, a xylose-assimilating gene can be introduced onto a yeast stain using a plasmid containing a GRE3-SOR1 fusion gene and a plasmid containing a SOR1-XKS1 fusion gene. The order of the arrangement of the genes in the fusion gene is not particularly limited. For example, the gene in which XR and XDH are linked may be either XR-XDH or XDH-XR. Similarly, the gene obtained by linking XDH and XK may be XDH-XK or XK-XDH. When the linked gene cassette is used, the expression level of the gene encoding xylitol dehydrogenase (SOR1) is particularly increased. Such a transformed yeast has particularly excellent xylose utilization ability and can efficiently produce ethanol from xylol.

また、遺伝子を挿入する染色体の位置は、酵母内で機能していない部位が好ましく、例えば、XYL2部位(Genbankアクセッション番号Z73242)、HXT13部位、HXT17部位などが挙げられるがこれらに限定されない。遺伝子をコードしていない染色体上の部位に挿入することも可能である。遺伝子をコードしていない染色体上の部位としてTy因子の1つであるδ配列が挙げられる。δ配列は、酵母の染色体上に複数(約100コピー)存在することが知られている。酵母染色体におけるδ配列の位置および配列情報は、公知である(例えば、Science 265, 2077 (1994))。例えばδ配列の途中にキシロース資化性遺伝子を挿入したプラスミドを酵母に導入することで、染色体上の目的の位置に1または複数コピー当該遺伝子を挿入することができる。またδ配列のほかに同じくTy因子であるσ配列、τ配列に挿入することもできる。またNTS2などのリボソーム遺伝子部位に挿入することもできる。   Further, the position of the chromosome into which the gene is inserted is preferably a site that does not function in yeast, and examples include, but are not limited to, the XYL2 site (Genbank accession number Z73242), the HXT13 site, and the HXT17 site. It is also possible to insert at a site on a chromosome that does not encode a gene. An example of a site on a chromosome that does not encode a gene is a δ sequence that is one of Ty factors. It is known that a plurality of (approximately 100 copies) δ sequences are present on the yeast chromosome. The position and sequence information of the δ sequence in the yeast chromosome are known (for example, Science 265, 2077 (1994)). For example, by introducing a plasmid having a xylose-assimilating gene inserted in the middle of the δ sequence into yeast, one or more copies of the gene can be inserted at a desired position on the chromosome. In addition to the δ sequence, it can also be inserted into the σ and τ sequences, which are also Ty factors. It can also be inserted into a ribosomal gene site such as NTS2.

遺伝子を染色体上に挿入するためのカセットまたはプラスミドの作製、染色体上での挿入位置の選択、あるいは染色体への挿入(例えば、酢酸リチウム法)は、当業者であれば、公知の方法に基づき適宜実施することができる。本発明は、GRE3、SOR1およびXKS1の3つの遺伝子をプロモーターの支配下にタンデムに連結した発現カセットまたはプラスミドを含む。このようなプラスミドの例として、プロモーター(例えばPGKプロモーター)の支配下にGRE3とSOR1とを連結したプラスミド、またはプロモーターの支配下にSOR1とXKS1とを連結したプラスミドなどが挙げられる。2つの遺伝子は、染色体に挿入された際にそれぞれの遺伝子が発現可能となるように連結される。2つの遺伝子を連結し、融合遺伝子を作製する際に必要であれば、リンカー配列や制限酵素部位等を適宜付加してもよい。これらの操作は、当分野でよく知られている慣用の遺伝子操作技術を用いて行うことができる。これらのプラスミドを用いることによって、3種のキシロース資化性遺伝子を酵母の染色体上に導入してもよい。
また、本発明で使用されるプラスミドは、酵母の染色体に遺伝子を導入可能なものであれば、特に限定されず、例えばpUC18などの市販のベクターを使用することができる。
五炭糖資化能を有していない酵母は、キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子の3つの遺伝子を全て発現しないと、キシロース利用能が付与されない。したがって、上記のように遺伝子導入した酵母をキシロース含有(エタノール不含)培地で培養することにより、形質転換酵母を選択することができる。
A person skilled in the art can appropriately prepare a cassette or a plasmid for inserting a gene on a chromosome, select an insertion position on a chromosome, or insert into a chromosome (for example, lithium acetate method) based on a known method. Can be implemented. The present invention includes an expression cassette or plasmid in which three genes, GRE3, SOR1 and XKS1, are linked in tandem under the control of a promoter. Examples of such a plasmid include a plasmid in which GRE3 and SOR1 are linked under the control of a promoter (for example, PGK promoter), or a plasmid in which SOR1 and XKS1 are linked under the control of a promoter. Two genes are linked so that each gene can be expressed when inserted into a chromosome. If necessary when linking two genes and preparing a fusion gene, a linker sequence or a restriction enzyme site may be added as appropriate. These manipulations can be performed using conventional genetic manipulation techniques well known in the art. By using these plasmids, three types of xylose utilization genes may be introduced onto the yeast chromosome.
Moreover, the plasmid used in the present invention is not particularly limited as long as it can introduce a gene into the yeast chromosome, and for example, a commercially available vector such as pUC18 can be used.
If yeast that does not have pentose utilization ability does not express all three genes, a gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylulose kinase, Xylose availability is not provided. Therefore, a transformed yeast can be selected by culturing the yeast introduced with the gene as described above in a xylose-containing (ethanol-free) medium.

このように、GRE3、SOR1およびXKS1の3つの遺伝子を酵母の染色体上に導入することで、本発明における宿主酵母を作製することができる。
本発明の宿主酵母は、好ましくは内在性のキシロース資化遺伝子、すなわち、内在性のGRE3、SOR1およびXKS1の3つの遺伝子を染色体上に含むため、GRE3、SOR1およびXKS1の発現が活性化され得る。ここで、「キシロース資化遺伝子の発現が活性化される」とは、宿主酵母内に存在する当該遺伝子が、発現可能な形で活性化され、目的タンパク質を適切に発現できる状態となっていることを意味する。また、本発明の宿主酵母では、キシロース資化遺伝子の発現が活性化され得るため、キシロース資化能を獲得し得る。したがって、本発明の宿主酵母は、キシロース資化能が付与された酵母、好ましくはキシロース資化能が付与された醸造用酵母であり得る。
Thus, the host yeast in the present invention can be prepared by introducing three genes, GRE3, SOR1 and XKS1, onto the yeast chromosome.
Since the host yeast of the present invention preferably contains endogenous xylose utilization genes, that is, endogenous GRE3, SOR1 and XKS1 genes on the chromosome, the expression of GRE3, SOR1 and XKS1 can be activated. . Here, “expression of a xylose-utilizing gene is activated” means that the gene present in the host yeast is activated in an expressible form and can appropriately express the target protein. Means that. Moreover, in the host yeast of this invention, since the expression of a xylose utilization gene can be activated, xylose utilization ability can be acquired. Therefore, the host yeast of the present invention can be a yeast imparted with xylose utilization capability, preferably a brewery yeast imparted with xylose utilization capability.

(2)本発明の形質転換酵母
本発明の形質転換酵母は、前述の宿主酵母に、グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子から選ばれる少なくとも1つの遺伝子、好ましくはGDH2(グルタミン酸脱水素酵素遺伝子2)および前述のSOR1(ソルビトール脱水素酵素遺伝子1)から選ばれる少なくとも1つの遺伝子が発現可能に導入された酵母である。
(2) Transformed yeast of the present invention The transformed yeast of the present invention comprises at least one gene selected from a gene encoding glutamate dehydrogenase and a gene encoding xylitol dehydrogenase, preferably It is a yeast in which at least one gene selected from GDH2 (glutamate dehydrogenase gene 2) and the aforementioned SOR1 (sorbitol dehydrogenase gene 1) is introduced so as to allow expression.

本発明において、グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子として、GDH2(グルタミン酸脱水素酵素遺伝子2)を使用することができる。GDH2は補酵素としてNADを利用する酵素である。   In the present invention, GDH2 (glutamate dehydrogenase gene 2) can be used as a gene encoding glutamate dehydrogenase. GDH2 is an enzyme that uses NAD as a coenzyme.

GDH2の塩基配列情報は、当業者であれば、Genbankなどの公知のデータベースから入手することができる。サッカロマイセス・セレビシアにおけるGDH2のアクセッション番号は、S66436である。   Those skilled in the art can obtain GDH2 nucleotide sequence information from a known database such as Genbank. The accession number of GDH2 in Saccharomyces cerevisia is S66436.

本発明において、GDH2(グルタミン酸脱水素酵素遺伝子2)は、グルタミン酸脱水素酵素をコードする塩基配列を含む遺伝子であり、例えば、例えばサッカロマイセス・セレビシア由来の配列番号7で示される塩基配列からなるDNA、または配列番号8で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質をコードするDNAである。   In the present invention, GDH2 (glutamate dehydrogenase gene 2) is a gene containing a base sequence encoding glutamate dehydrogenase, for example, a DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 7 derived from Saccharomyces cerevisiae, Or it is DNA which codes the protein which consists of an amino acid sequence shown by sequence number 8.

本発明で使用されるGDH2は、GDH2タンパク質の変異体をコードする遺伝子を含む。GDH2タンパク質の変異体をコードする遺伝子は、例えば、サッカロマイセス・セレビシア由来の配列番号7で示される塩基配列からなるDNAに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し、かつグルタミン酸脱水素酵素活性を有するタンパク質をコードするDNAを含む。
また、本発明で使用されるGDH2は、以下のGDH2タンパク質の変異体をコードする遺伝子であってもよい:(i) 配列番号8で示されるアミノ酸配列中の1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が欠失したタンパク質、(ii) 配列番号8で示されるアミノ酸配列中の1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が他のアミノ酸に置換したタンパク質、(iii) 配列番号8で示されるアミノ酸配列中に1〜数個(例えば1〜10個、好ましくは1〜5個、より好ましくは1〜3個、さらに好ましくは1〜2個)のアミノ酸が付加したタンパク質および(iv) それらの変異が組み合わされたタンパク質であって、かつグルタミン酸脱水素酵素活性を有するタンパク質。
GDH2 used in the present invention includes a gene encoding a mutant of GDH2 protein. A gene encoding a mutant of the GDH2 protein hybridizes under stringent conditions with, for example, a DNA comprising a base sequence complementary to the DNA comprising the base sequence represented by SEQ ID NO: 7 derived from Saccharomyces cerevisiae, and DNA encoding a protein having glutamate dehydrogenase activity is included.
In addition, GDH2 used in the present invention may be a gene encoding a variant of the following GDH2 protein: (i) 1 to several (for example, 1 to 10) in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8 (Ii) 1 to several in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2). A protein in which (for example, 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2) amino acids are substituted with other amino acids, (iii) represented by SEQ ID NO: 8 Proteins having 1 to several amino acids (for example, 1 to 10, preferably 1 to 5, more preferably 1 to 3, more preferably 1 to 2) amino acids added to the amino acid sequence, and (iv) their Tampa combined with mutation A quality and a protein having a glutamate dehydrogenase activity.

ここで「グルタミン酸脱水素酵素活性」は、グルタミン酸とα-ケトグルタル酸とを相互変換する活性を意味する。本発明において、GDH2タンパク質の変異体は、グルタミン酸脱水素酵素活性を有する限り、その活性の程度に特に限定されないが、例えば配列番号8で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質の約10%以上の活性を有していればよい。タンパク質の有するグルタミン酸脱水素酵素活性は、公知の方法で測定することができる。   Here, “glutamic acid dehydrogenase activity” means the activity of interconverting glutamic acid and α-ketoglutaric acid. In the present invention, the mutant of the GDH2 protein is not particularly limited as long as it has glutamate dehydrogenase activity. For example, the GDH2 protein mutant has an activity of about 10% or more of the protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 8. It only has to have. The glutamate dehydrogenase activity of the protein can be measured by a known method.

上記ハイブリダイズするDNAに含まれるDNA、およびハイブリダイズの条件等は、前述の説明が同様に適用できる。また、本発明において、GDH2は、上記方法と同様の方法により取得または製造することができる。   The above description can be similarly applied to the DNA contained in the DNA to be hybridized, the hybridization conditions, and the like. In the present invention, GDH2 can be obtained or produced by a method similar to the above method.

本発明において、宿主酵母に導入されるSOR1に代えて、キシリトール脱水素酵素活性を有する前述のSOR2またはYLR070cを用いることもできる。SOR2およびYLR070cはSOR1に関する本明細書での記載を適用し、本発明において同様に使用することができる。   In the present invention, the aforementioned SOR2 or YLR070c having xylitol dehydrogenase activity can be used instead of SOR1 introduced into the host yeast. SOR2 and YLR070c apply the description herein regarding SOR1 and can be used in the present invention as well.

本発明の宿主細胞に導入される遺伝子は、宿主酵母に内在性の遺伝子配列であることが好ましいが、外来性の遺伝子であってもよい。   The gene introduced into the host cell of the present invention is preferably a gene sequence endogenous to the host yeast, but may be an exogenous gene.

本発明において、宿主酵母にSOR1が発現可能に導入される。また、本発明において、宿主酵母にGDH2が発現可能に導入される。また、本発明において、SOR1とGDH2の両方が宿主酵母に発現可能に導入される。遺伝子導入は、対象遺伝子を発現可能な形で含有するプラスミドを用いて行うことができる。SOR1とGDH2の両方を宿主酵母に導入する場合、SOR1とGDH2は、一つのプラスミドに含まれてもよいし、それぞれ別のプラスミドに含まれてもよい。本発明はこれら遺伝子を含有するプラスミドを含む。   In the present invention, SOR1 is introduced into a host yeast so that it can be expressed. Moreover, in this invention, GDH2 is introduce | transduced into host yeast so that expression is possible. Moreover, in this invention, both SOR1 and GDH2 are introduce | transduced into a host yeast so that expression is possible. The gene transfer can be performed using a plasmid containing the gene of interest in a form that can be expressed. When both SOR1 and GDH2 are introduced into host yeast, SOR1 and GDH2 may be contained in one plasmid or in different plasmids. The present invention includes plasmids containing these genes.

本発明で使用されるプラスミドは、酵母発現用のベクターに上記遺伝子を発現可能に挿入することで作製することができる。ベクターへの遺伝子の挿入は、リガーゼ反応、トポイソメラーゼ反応などを利用することができる。例えば、精製したDNAを適当な制限酵素で切断し、得られたDNA断片を、ベクター中の適当な制限酵素部位またはマルチクローニングサイトなどに挿入することでベクターに連結する方法などを採用することができる。   The plasmid used in the present invention can be prepared by inserting the above gene into a yeast expression vector so that the gene can be expressed. The gene can be inserted into the vector using a ligase reaction, a topoisomerase reaction, or the like. For example, a method in which purified DNA is cleaved with an appropriate restriction enzyme, and the resulting DNA fragment is inserted into an appropriate restriction enzyme site or a multicloning site in the vector to be ligated to the vector, etc. it can.

本発明で使用されるプラスミドは、その基本となるベクターの由来には特に限定されず、例えば、大腸菌由来のプラスミド、枯草菌由来のプラスミド、酵母由来のプラスミドなどを使用することができる。例えば、pGADT7、pAUR135などの市販のベクターを使用することもできる。   The plasmid used in the present invention is not particularly limited to the origin of the basic vector. For example, E. coli-derived plasmids, Bacillus subtilis-derived plasmids, yeast-derived plasmids, and the like can be used. For example, commercially available vectors such as pGADT7 and pAUR135 can also be used.

本発明のプラスミドは、目的遺伝子を発現させ得る限り、マルチクローニングサイト、プロモーター、エンハンサー、ターミネーター、選択マーカーカセットなどを含んでもよい。また、DNAを挿入する際に必要であれば、適宜リンカーや制限酵素部位を付加してもよい。これらの操作は、当分野でよく知られている慣用の遺伝子操作技術を用いて行うことができる。   The plasmid of the present invention may contain a multicloning site, a promoter, an enhancer, a terminator, a selection marker cassette and the like as long as the target gene can be expressed. If necessary when inserting DNA, a linker or a restriction enzyme site may be added as appropriate. These manipulations can be performed using conventional genetic manipulation techniques well known in the art.

プロモーターは、目的遺伝子の上流に組み込むことができる。プロモーターは、形質転換体において目的タンパク質を適切に発現できるものであれば、特に限定されないが、PGKプロモーター、ADHプロモーター、TDHプロモーター、ENOプロモーターなどを使用することができる。
ターミネーターは、目的遺伝子の下流に組み込むことができる。
本発明において、酵母で目的遺伝子を効率よく発現させるために、PGKプロモーター及び/又はPGKターミネーターを用いることが好ましい。
The promoter can be incorporated upstream of the gene of interest. The promoter is not particularly limited as long as it can appropriately express the target protein in the transformant, and PGK promoter, ADH promoter, TDH promoter, ENO promoter and the like can be used.
The terminator can be incorporated downstream of the target gene.
In the present invention, it is preferable to use a PGK promoter and / or PGK terminator in order to efficiently express a target gene in yeast.

選択マーカーとしては、アンピシリン耐性遺伝子、カナマイシン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子などの薬剤耐性遺伝子、ジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、ロイシン合成酵素遺伝子、ウラシル合成酵素遺伝子などを挙げることができる。
ベクターにロイシン、ヒスチジン、トリプトファンなどのアミノ酸合成遺伝子カセット又はウラシル合成遺伝子カセットが含まれる場合は、当該アミノ酸又はウラシルを含まない培地で酵母を培養することにより、形質転換酵母を選択することができる。
Examples of the selection marker include drug resistance genes such as ampicillin resistance gene, kanamycin resistance gene, neomycin resistance gene, hygromycin resistance gene, dihydrofolate reductase gene, leucine synthase gene, uracil synthase gene and the like.
When the vector contains an amino acid synthesis gene cassette such as leucine, histidine, tryptophan, or a uracil synthesis gene cassette, a transformed yeast can be selected by culturing the yeast in a medium not containing the amino acid or uracil.

本発明のプラスミドを遺伝子導入対象の本発明の宿主酵母に導入することで、形質転換酵母を作製することができる。   A transformed yeast can be produced by introducing the plasmid of the present invention into the host yeast of the present invention to be introduced.

宿主酵母に本発明のプラスミドを導入する方法は、特に限定されるものではないが、例えば、酢酸リチウム法、エレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法、DEAEデキストラン法などの公知の方法が挙げられる。これらの方法により、本発明の形質転換酵母が提供される。   The method for introducing the plasmid of the present invention into the host yeast is not particularly limited, and examples thereof include known methods such as lithium acetate method, electroporation method, calcium phosphate method, lipofection method, DEAE dextran method and the like. . By these methods, the transformed yeast of the present invention is provided.

また、本発明は、相同組換えによりGDH2(グルタミン酸脱水素酵素遺伝子2)およびSOR1(ソルビトール脱水素酵素遺伝子1)が宿主酵母の染色体上に組み込まれた形質転換酵母もその範囲に含む。宿主酵母の染色体上に遺伝子が挿入される場合、挿入部位は特に限定はされない。また、GDH2およびSOR1を宿主酵母の染色体上に発現可能に挿入する方法としては、限定はされず、公知の遺伝子組換え技術を利用した方法等を用いることができる。   The present invention also includes a transformed yeast in which GDH2 (glutamate dehydrogenase gene 2) and SOR1 (sorbitol dehydrogenase gene 1) are integrated on the host yeast chromosome by homologous recombination. When a gene is inserted into the host yeast chromosome, the insertion site is not particularly limited. Further, the method for inserting GDH2 and SOR1 into the host yeast chromosome so as to allow expression is not limited, and a method using a known gene recombination technique can be used.

さらに、本発明の形質転換酵母としては、宿主細胞の有するGDH2またはSOR1の発現が活性化されたものであってもよい。すなわち、本発明は、宿主酵母の染色体上にもともと存在するGDH2の発現量が増大した酵母、または宿主酵母の染色体上にもともと存在するSOR1もしくは宿主酵母に導入したSOR1の発現量が増大した酵母も含むものである。GDH2またはSOR1は、外部からプロモーターを導入すること、又は当該遺伝子自身の持つプロモーターをより強力なプロモーターに置換すること等によって、発現可能な形で活性化され、目的タンパク質を適切に発現し得る。   Furthermore, the transformed yeast of the present invention may be one in which the expression of GDH2 or SOR1 possessed by the host cell is activated. That is, the present invention also relates to a yeast having an increased expression level of GDH2 originally present on the host yeast chromosome, or a yeast having an increased expression level of SOR1 originally present on the host yeast chromosome or SOR1 introduced into the host yeast. Is included. GDH2 or SOR1 can be activated in an expressible form by introducing a promoter from the outside, or by replacing the promoter of the gene itself with a stronger promoter, and can appropriately express the target protein.

このように内在性遺伝子の発現を活性化させる方法としては、限定はされないが、目的タンパク質を適切に発現できるプロモーターを、公知の遺伝子組換え技術を用いて、染色体上に遺伝子置換により組み込む方法等が挙げられる。遺伝子置換の方法としては、Akada et al. Yeast 23: 399-405 (2006)(非特許文献)の方法を用いることができる。置換するプロモーターとしては、PGKプロモーター、ADHプロモーター、TDHプロモーター、ENOプロモーター等の公知のプロモーターを使用することができる。   The method for activating the expression of the endogenous gene in this way is not limited, but a method for incorporating a promoter capable of appropriately expressing the target protein into the chromosome by gene replacement using a known gene recombination technique, etc. Is mentioned. As a gene replacement method, the method of Akada et al. Yeast 23: 399-405 (2006) (non-patent document) can be used. As a promoter to be replaced, a known promoter such as PGK promoter, ADH promoter, TDH promoter, ENO promoter, etc. can be used.

3.エタノールの生産方法
本発明の形質転換酵母は、キシロース資化能を付与された宿主酵母にグルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子から選ばれる少なくとも1つの遺伝子、例えばSOR1および/またはGDH2を導入したものであるため、本発明の形質転換酵母はキシロースの資化能を有する。また、本発明の形質転換酵母は、キシロースからエタノールを生産することが可能である。
また、本発明の宿主酵母は、キシロース資化能を付与された酵母であるため、キシロースからエタノールを生産することが可能である。特に、キシロース還元酵素をコードする遺伝子とキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子とを連結させた遺伝子、およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子とキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子とを連結させた遺伝子の両方を酵母染色体に導入した形質転換酵母は、キシロースからエタノールを生産することに特に適している。以下、本発明の形質転換酵母を例に挙げてエタノールの生産方法を説明するが、キシロースの資化能を有する本発明の形質転換酵母についても、同様にエタノールの生産方法に用いることができる。
3. Ethanol Production Method The transformed yeast of the present invention is a host yeast to which xylose assimilation ability is imparted, at least one gene selected from a gene encoding glutamate dehydrogenase and a gene encoding xylitol dehydrogenase, such as SOR1 And / or GDH2 is introduced, the transformed yeast of the present invention has the ability to assimilate xylose. In addition, the transformed yeast of the present invention can produce ethanol from xylose.
Further, since the host yeast of the present invention is a yeast imparted with xylose utilization ability, it is possible to produce ethanol from xylose. In particular, a gene linking a gene encoding xylose reductase and a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene linking a gene encoding xylitol dehydrogenase and a gene encoding xylulose phosphorylase. A transformed yeast in which both are introduced into the yeast chromosome is particularly suitable for producing ethanol from xylose. Hereinafter, the method for producing ethanol will be described by taking the transformed yeast of the present invention as an example, but the transformed yeast of the present invention having the ability to assimilate xylose can also be used in the ethanol production method.

本発明の形質転換酵母は、酵母の培養に用いられる通常の方法に従って培養することができる。当業者であれば、SD培地、SCX培地、YPD培地、YPX培地などの公知の培地から適切な培地を選択し、好ましい培養条件の下で酵母を培養することができる。液体培地で酵母を培養する場合は、振盪培養が好ましい。   The transformed yeast of the present invention can be cultured according to a usual method used for yeast culture. A person skilled in the art can select an appropriate medium from known mediums such as SD medium, SCX medium, YPD medium, YPX medium, and cultivate yeast under preferable culture conditions. When culturing yeast in a liquid medium, shaking culture is preferred.

本発明の形質転換酵母を培養し、得られる培養物からエタノールを採取することにより、エタノールを生産させることができる。
エタノールを生産させる場合、キシロースの10〜150 g/L、好ましくは70 g/Lの存在下に本発明の形質転換酵母を培養する。本培養の前に、形質転換酵母を前培養しても良い。前培養は、例えば、本発明の形質転換酵母を少量の培地に接種し、12〜24時間培養すればよい。本培養の培養量の0.1〜10%、好ましくは1%の前培養液を本培養の培地に加え、本培養を開始する。本培養は、キシロース含有培地で、0.5〜200時間、好ましくは10〜150時間、より好ましくは24〜137時間、20〜40℃、好ましくは30℃で振盪培養する。
Ethanol can be produced by culturing the transformed yeast of the present invention and collecting ethanol from the resulting culture.
When ethanol is produced, the transformed yeast of the present invention is cultured in the presence of xylose at 10 to 150 g / L, preferably 70 g / L. Prior to the main culture, the transformed yeast may be precultured. The preculture may be performed, for example, by inoculating a small amount of the transformed yeast of the present invention and culturing for 12 to 24 hours. A preculture solution of 0.1 to 10%, preferably 1%, of the culture amount of the main culture is added to the main culture medium, and the main culture is started. The main culture is carried out in a xylose-containing medium for 0.5 to 200 hours, preferably 10 to 150 hours, more preferably 24 to 137 hours, and shaking culture at 20 to 40 ° C, preferably 30 ° C.

生産されたエタノールは、上記のように本発明の酵母を培養して得られる培養物から採取することができる。培養物とは、培養液(培養上清)、培養酵母または培養酵母の破砕物等を意味する。エタノールは公知の精製方法により培養物から精製し、採取することができる。本発明において、エタノールは形質転換酵母から主に培養上清中に分泌されるため、培養上清から採取することが好ましい。   The produced ethanol can be collected from a culture obtained by culturing the yeast of the present invention as described above. The culture means a culture solution (culture supernatant), cultured yeast, a disrupted culture yeast, or the like. Ethanol can be purified and collected from the culture by a known purification method. In the present invention, since ethanol is mainly secreted from the transformed yeast into the culture supernatant, it is preferably collected from the culture supernatant.

エタノールの生産量は、培地に含まれるエタノールを液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、市販のエタノール測定キットで分析することで測定できる。
また、エタノールの生産量を測定することにより、本発明の形質転換酵母のエタノール生産能を確認することができる。
The amount of ethanol produced can be measured by analyzing ethanol contained in the medium with liquid chromatography, gas chromatography, or a commercially available ethanol measurement kit.
Moreover, the ethanol production ability of the transformed yeast of the present invention can be confirmed by measuring the production amount of ethanol.

本発明の形質転換酵母として、本発明の宿主酵母にグルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子を導入した形質転換酵母(例えば、GDH2を導入したGDH2過剰発現株)、あるいは本発明の宿主酵母にグルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子の両方を導入した形質転換酵母(例えば、GDH2およびSOR1の両方を導入したGDH2およびSOR1過剰発現株)を用いてエタノールを生産する場合、対照株と比較して副生成物であるキシリトールおよびグリセロールの生産量が減少する。   As the transformed yeast of the present invention, a transformed yeast obtained by introducing a gene encoding glutamate dehydrogenase into the host yeast of the present invention (for example, a GDH2 overexpression strain into which GDH2 has been introduced), or a glutamic acid dehydrated strain into the host yeast of the present invention. When ethanol is produced using a transformed yeast (for example, GDH2 and SOR1 overexpressing strains into which both GDH2 and SOR1 are introduced) into which both a gene encoding elementary enzyme and a gene encoding xylitol dehydrogenase are introduced, The production of by-products xylitol and glycerol is reduced compared to the control strain.

また、本発明の形質転換酵母として、本発明の宿主酵母にキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子を導入した形質転換酵母(例えば、SOR1を導入したSOR1過剰発現株)を用いる場合は、NAD+の存在下にキシロース含有培地で培養することにより、対照株と比較して副生成物であるキシリトールおよびグリセロールの生産量が減少し得る。NAD+は、最終濃度が0.01〜10000μM、好ましくは0.1〜1000μM、より好ましくは1〜100μMとなるようにキシロース含有培地に添加すればよい。
NAD+は培養の全期間において培養系に存在させてもよいし、培養の一定期間にのみ存在させることもできる。したがって、例えば、NAD+は、培養の開始前に培養系に添加してもよいし、培養開始から所定時間経過後に培養系に添加してもよい。
In addition, when a transformed yeast obtained by introducing a gene encoding xylitol dehydrogenase into the host yeast of the present invention (for example, a SOR1 overexpression strain into which SOR1 has been introduced) is used as the transformed yeast of the present invention, the presence of NAD + By culturing in a xylose-containing medium below, the production of by-products xylitol and glycerol can be reduced compared to the control strain. NAD + may be added to the xylose-containing medium so that the final concentration is 0.01 to 10,000 μM, preferably 0.1 to 1000 μM, more preferably 1 to 100 μM.
NAD + may be present in the culture system during the entire culture period, or may be present only during a certain period of culture. Therefore, for example, NAD + may be added to the culture system before the start of the culture, or may be added to the culture system after a predetermined time has elapsed since the start of the culture.

キシリトールおよびグリセロールの生産量は、培地に含まれるキシリトールまたはグリセロールを液体クロマトグラフィー、ガスクロマトグラフィー、市販の測定キットで分析することで測定できる。
また、キシリトールおよびグリセロールの生産量を測定することにより、本発明の形質転換酵母の副生成物生産抑制能やエタノール生産効率を確認することができる。
The amount of xylitol and glycerol produced can be measured by analyzing xylitol or glycerol contained in the medium by liquid chromatography, gas chromatography, or a commercially available measurement kit.
Moreover, by measuring the production amounts of xylitol and glycerol, the ability to suppress by-product production and the ethanol production efficiency of the transformed yeast of the present invention can be confirmed.

配列番号1:サッカロマイセス・セレビシアGRE3の塩基配列を示す。
配列番号2:サッカロマイセス・セレビシアGRE3タンパク質のアミノ酸配列を示す。
配列番号3:サッカロマイセス・セレビシアSOR1の塩基配列を示す。
配列番号4:サッカロマイセス・セレビシアSOR1タンパク質のアミノ酸配列を示す。
配列番号5:サッカロマイセス・セレビシアXKS1の塩基配列を示す。
配列番号6:サッカロマイセス・セレビシアXKS1タンパク質のアミノ酸配列を示す。
配列番号7:サッカロマイセス・セレビシアGDH2の塩基配列を示す。
配列番号8:サッカロマイセス・セレビシアGDH2タンパク質のアミノ酸配列を示す。
SEQ ID NO: 1 shows the base sequence of Saccharomyces cerevisiae GRE3.
SEQ ID NO: 2 This shows the amino acid sequence of Saccharomyces cerevisiae GRE3 protein.
SEQ ID NO: 3 This shows the base sequence of Saccharomyces cerevisiae SOR1.
SEQ ID NO: 4 This shows the amino acid sequence of Saccharomyces cerevisiae SOR1 protein.
SEQ ID NO: 5: This shows the base sequence of Saccharomyces cerevisiae XKS1.
SEQ ID NO: 6 This shows the amino acid sequence of Saccharomyces cerevisiae XKS1 protein.
SEQ ID NO: 7: This shows the base sequence of Saccharomyces cerevisiae GDH2.
SEQ ID NO: 8: This shows the amino acid sequence of Saccharomyces cerevisiae GDH2 protein.

以下に、実施例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。実施例で使用した酵母は、すべてサッカロマイセス・セレビシアである。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples, but the present invention is not limited thereto. The yeasts used in the examples are all Saccharomyces cerevisiae.

[酵素活性測定]
GRE3(アルドケト還元酵素3)のキシロース還元酵素活性、SOR1(ソルビトール脱水素酵素1)のキシリトール脱水素酵素活性、およびXKS1(キシルロースリン酸酵素1)のキシルロースリン酸酵素活性を、以下の条件で測定した。
粗抽出液は、酵母培養菌体からY-PER Protein Extraction Reagent(Pierce)を用いて調製した。
以下に示す組成の反応液を調製後、30℃で5分静置し、吸光度を測定した。GRE3およびXKS1についてはNADHの酸化に基づく340nmの吸光度の減少を測定し、SOR1についてはNAD+の還元に基づく340nmの吸光度の増加を測定することによって活性を測定した。
反応液の組成は以下のとおりである。
アルドケト還元酵素(GRE3):
50mM リン酸ナトリウム緩衝液 pH 6.8
0.2mM NADPH
100mM D−キシロース
粗抽出液
ソルビトール脱水素酵素(SOR1):
50mM Tris-HCl pH8.5
1mM NAD+
5mM MgCl2
100mM キシリトール
粗抽出液
キシルロースリン酸化酵素(XKS1):
20mM リン酸ナトリウム緩衝液 pH 6.8
100mM KCl
5mM MgCl2
5mM ATP
0.2mM NADH
1mM ホスホエノールピルビン酸
5U/ml ピルビン酸キナーゼ
7U/ml 乳酸脱水素酵素
5mM キシルロース
粗抽出液
[Enzyme activity measurement]
GRE3 (aldoketoreductase 3) xylose reductase activity, SOR1 (sorbitol dehydrogenase 1) xylitol dehydrogenase activity, and XKS1 (xylulose phosphate 1) xylulose phosphate enzyme activity are as follows. Measured with
The crude extract was prepared from yeast culture using Y-PER Protein Extraction Reagent (Pierce).
After preparing a reaction solution having the composition shown below, the mixture was allowed to stand at 30 ° C. for 5 minutes, and the absorbance was measured. The activity was measured by measuring the decrease in absorbance at 340 nm based on oxidation of NADH for GRE3 and XKS1, and by measuring the increase in absorbance at 340 nm based on reduction of NAD + for SOR1.
The composition of the reaction solution is as follows.
Aldoketo reductase (GRE3):
50 mM sodium phosphate buffer, pH 6.8
0.2mM NADPH
100 mM D-xylose
Crude extract sorbitol dehydrogenase (SOR1):
50 mM Tris-HCl pH 8.5
1mM NAD +
5 mM MgCl 2
100 mM xylitol
Crude extract xylulose kinase (XKS1):
20 mM sodium phosphate buffer, pH 6.8
100 mM KCl
5 mM MgCl 2
5mM ATP
0.2mM NADH
1 mM phosphoenolpyruvate
5U / ml pyruvate kinase
7U / ml lactate dehydrogenase
5mM xylulose
Crude extract

1.キシロース資化能付与酵母の作製
醸造用酵母のキシロース資化内在性遺伝子GRE3(アルド・ケト還元酵素遺伝子:キシロース還元酵素遺伝子の代替として利用)、SOR1(ソルビトール脱水素酵素遺伝子:キシリトール脱水素酵素遺伝子の代替として利用)およびXKS1(キシルロースリン酸化酵素遺伝子)を、PGK1プロモーター支配下にタンデムに連結した発現カセットを作製した。作製した発現カセットを用いて上記遺伝子を染色体上XYL2部位に導入し、キシロース資化能付与醸造用酵母を得た。
1. Production of xylose-assimilating yeast Xylose-utilizing endogenous gene GRE3 (aldo-keto reductase gene: used as an alternative to xylose reductase gene), SOR1 (sorbitol dehydrogenase gene: xylitol dehydrogenase gene) And an expression cassette in which XKS1 (xylulose phosphorylase gene) was linked in tandem under the control of the PGK1 promoter. Using the prepared expression cassette, the above gene was introduced into the XYL2 site on the chromosome to obtain a yeast for brewing with xylose utilization ability.

2.過剰発現株の作製
市販の発現ベクターpAUR135(タカラバイオ株式会社)に、PGK1プロモーター支配下に置いたSOR1またはGDH2(グルタミン酸脱水素酵素遺伝子)を組み込んだ。得られた組換えベクターを用いて、上記1.で作製したキシロース資化能付与醸造用酵母の染色体上AUR1部位にSOR1またはGDH2を導入した。得られた株をそれぞれSOR1過剰発現株およびGDH2過剰発現株とした。また、ベクターのみを組み込んだ株を同様に作製し、以下の実験で対照株として用いた。
2. Production of overexpression strain SOR1 or GDH2 (glutamate dehydrogenase gene) placed under the control of the PGK1 promoter was incorporated into a commercially available expression vector pAUR135 (Takara Bio Inc.). Using the obtained recombinant vector, the above 1. SOR1 or GDH2 was introduced into the AUR1 site on the chromosome of the yeast for brewing with xylose-assimilating ability prepared in step 1. The obtained strains were designated as an SOR1 overexpression strain and a GDH2 overexpression strain, respectively. In addition, a strain in which only the vector was incorporated was similarly prepared and used as a control strain in the following experiment.

3.発酵性評価
上記2.で作製した株は、YPD(グルコース2%含有)で前培養した後、5%キシロースを含む改変CBS培地(非特許文献H. B. Klinke et al., Biotechnol. Bioeng., 81, 738 (2003):pH 5.0)15 mlを含む50 ml容三角フラスコで、初期植菌量OD600 = 20、30℃、140 rpmで旋回培養し、経時的にサンプリングを行い、発酵性を評価した。発酵代謝物は、Shodex SUGAR SP0810カラムを用い、HPLCにより定量した。菌体濃度は、分光光度計(λ=600nm)で測定した。
3. Evaluation of fermentability 2. The strain prepared in (1) was pre-cultured with YPD (containing 2% glucose) and then modified CBS medium containing 5% xylose (Non-patent Document HB Klinke et al., Biotechnol. Bioeng., 81, 738 (2003): pH 5.0) In a 50 ml Erlenmeyer flask containing 15 ml, the initial inoculation amount OD 600 = 20, 30 ° C., swirling culture at 140 rpm, sampling over time, and fermentability was evaluated. Fermentation metabolites were quantified by HPLC using a Shodex SUGAR SP0810 column. The bacterial cell concentration was measured with a spectrophotometer (λ = 600 nm).

4.発酵性評価結果
結果を表1に示す。SOR1過剰発現株は、対照株と比べてキシロース消費速度は変わらず、エタノール生成量に向上が認められ、副生物のキシリトールおよびグリセロールの生成量はわずかに低下した。GDH2過剰発現株は、副生物のキシリトールおよびグリセロールの生成量が減少し、また、エタノール生成量が向上した。
4). Fermentability evaluation results Table 1 shows the results. The SOR1 overexpressing strain did not change the xylose consumption rate compared to the control strain, and the ethanol production was improved, while the production of by-products xylitol and glycerol was slightly decreased. The GDH2-overexpressing strain had reduced production of by-products xylitol and glycerol and improved ethanol production.

Figure 2014058034
Figure 2014058034

1.染色体導入用ベクターの作製
市販ベクターpUC18をEcoRIおよびKpnIで切断し、酵母(協会7号)染色体より増幅したδ配列前半部分(1〜240bp)を導入した。得られたベクターをPstIおよびSphIで切断し、同じく酵母(協会7号)より増幅したδ配列後半部分(241〜334bp)を導入し、ベクターpUC-δを得た。pUC-δをSmaIで切断し、PGK1プロモーター支配下に2つの遺伝子をタンデムに連結したGRE3-SOR1およびXKS1-SOR1断片を導入し、それぞれpUC-δ-GRE3-SOR1ベクターおよびpUC-δ-XKS1-SOR1ベクターを得た。GRE3、SOR1およびXKS1の各遺伝子は、協会7号由来である。
1. Preparation of Chromosome Transfer Vector A commercially available vector pUC18 was cleaved with EcoRI and KpnI, and the first half part (1-240 bp) amplified from the yeast (Association No. 7) chromosome was introduced. The obtained vector was cleaved with PstI and SphI, and the latter half of the δ sequence (241 to 334 bp) also amplified from yeast (Association No. 7) was introduced to obtain vector pUC-δ. pUC-δ was cleaved with SmaI, and GRE3-SOR1 and XKS1-SOR1 fragments in which two genes were linked in tandem under the control of the PGK1 promoter were introduced. A SOR1 vector was obtained. The GRE3, SOR1 and XKS1 genes are derived from Association No. 7.

2.キシロース資化能付与酵母の作製
1.で得られたpUC-δ-GRE3-SOR1およびpUC-δ-XKS1-SOR1ベクターをStuIで切断し、直鎖状の断片とした後、等量ずつ混ぜ、酢酸リチウム法により焼酎酵母S-2株に導入した。遺伝子断片を導入した酵母の培養液を、アミノ酸を含んだSD-キシロース寒天プレート(キシロース5%)に塗布し、30℃で7〜10日間インキュベーションし、染色体組込み株(改良株A〜G)を得た。SC-X(キシロース5%)液体培地で形質転換株を培養し(2ml/15ml培養チューブ、140rpm, 30℃)、生育の良好な株について、培養評価をおこなった。
また、対照株として、PGK1プロモーター支配下にタンデムに連結したGRE3-SOR1-XKS1をXYL2部位に導入し、キシロース資化能付与酵母(XYL2株)を作製した。この酵母(XYL2株)についても培養評価を行った。
2. Production of xylose-assimilating yeast The pUC-δ-GRE3-SOR1 and pUC-δ-XKS1-SOR1 vectors obtained in 1 above were digested with StuI to form a linear fragment, mixed in equal amounts, and then mixed with the lithium acetate method for the S-2 yeast strain S-2 Introduced. The yeast culture solution into which the gene fragment has been introduced is applied to an SD-xylose agar plate containing amino acids (xylose 5%), incubated at 30 ° C. for 7 to 10 days, and the chromosome integration strain (improved strains A to G) is obtained. Obtained. The transformed strain was cultured in SC-X (xylose 5%) liquid medium (2 ml / 15 ml culture tube, 140 rpm, 30 ° C.), and the culture of the strain with good growth was evaluated.
In addition, as a control strain, GRE3-SOR1-XKS1 linked in tandem under the control of the PGK1 promoter was introduced into the XYL2 site to prepare a xylose-assimilating yeast (XYL2 strain). This yeast (XYL2 strain) was also evaluated for culture.

3.発酵性評価
上記2.で作製した株は、YPD(グルコース2%含有)で前培養した後、表2に示す組成の培地15 mLを含む50 mL容三角フラスコで、初期植菌量OD600 = 20、30℃、140 rpmで旋回培養し、経時的にサンプリングを行い、発酵性を評価した。発酵代謝物は、Shodex SUGAR SP0810カラムを用い、HPLCにより定量した。菌体濃度は、分光光度計で測定した。
3. Evaluation of fermentability 2. The strain prepared in (1) was precultured with YPD (containing 2% glucose), and then in a 50 mL Erlenmeyer flask containing 15 mL of the medium having the composition shown in Table 2, the initial inoculum OD 600 = 20, 30 ° C, 140 Rotating culture was performed at rpm, sampling was performed over time, and fermentability was evaluated. Fermentation metabolites were quantified by HPLC using a Shodex SUGAR SP0810 column. The bacterial cell concentration was measured with a spectrophotometer.

Figure 2014058034
Figure 2014058034

4.発酵性評価結果
結果を表3に示す。上記の手法により作製した改良株A〜Gは、高いエタノール収率を示した。改良株A〜Gは、PGK1プロモーター支配下にタンデムにGRE3-SOR1-XKS1をXYL2部位に導入して作製したキシロース資化能付与酵母(XYL2株)と比べ、エタノール生成量の向上が認められた。
4). The results of fermentability evaluation are shown in Table 3. Improved strains A to G prepared by the above method showed high ethanol yield. Improved strains A to G showed improved ethanol production compared to xylose-assimilating yeast (XYL2 strain) produced by introducing GRE3-SOR1-XKS1 into XYL2 site in tandem under the control of PGK1 promoter. .

Figure 2014058034
Figure 2014058034

実施例2と同様の方法で、協会7号酵母について試験を行った。
協会7号酵母から得られたGRE3、SOR1およびXKS1の各遺伝子を用いて、実施例2 1.と同様の方法でpUC-δ-GRE3-SOR1ベクターおよびpUC-δ-XKS1-SOR1ベクターを得た。得られたpUC-δ-GRE3-SOR1およびpUC-δ-XKS1-SOR1ベクターおよび酵母(協会7号)を用いて、実施例2 2.と同様の方法でキシロース資化能付与酵母を作製した(改良株H〜M)。
The association No. 7 yeast was tested in the same manner as in Example 2.
Example 2 1. Using each gene of GRE3, SOR1 and XKS1 obtained from Association No. 7 yeast The pUC-δ-GRE3-SOR1 vector and the pUC-δ-XKS1-SOR1 vector were obtained by the same method as described above. Example 2 using the obtained pUC-δ-GRE3-SOR1 and pUC-δ-XKS1-SOR1 vectors and yeast (Association No. 7) In the same manner as above, xylose-assimilating yeast was prepared (improved strains HM).

改良株H〜Mについて、発酵性評価を実施例2 3.と同様の方法で行った。実施例1と同様の方法で作製したSOR1過剰発現株(協会7号)、および対照株としてPGK1プロモーター支配下にタンデムに連結したGRE3-SOR1-XKS1をXYL2部位に導入して作製したXYL2株(協会7号)についても発酵性評価を行った。   2. Fermentability evaluation was performed on the improved strains H to M in Example 2. The same method was used. SOR1 overexpressing strain (Association No. 7) prepared by the same method as in Example 1, and XYL2 strain prepared by introducing GRE3-SOR1-XKS1 tandemly linked under the control of PGK1 promoter into the XYL2 site as a control strain ( Association No. 7) was also evaluated for fermentability.

結果を表4に示す。SOR1過剰発現株および改良株H〜Mは、対照株に比べて高いエタノール収率を示した。特に、改良株H〜Mは、エタノールの生産量のより良い向上が認められた。   The results are shown in Table 4. The SOR1 overexpressing strain and the improved strains HM showed higher ethanol yields than the control strain. In particular, the improved strains H to M showed a better improvement in ethanol production.

Figure 2014058034
Figure 2014058034

本発明により、キシロースからエタノールを生産可能な形質転換酵母が提供される。
本発明の一態様において、本発明の形質転換酵母は酵母自身の有する遺伝子を使用して形質転換しているために遺伝子組換え体に該当せず、安全性や取り扱いの容易さの点で好ましい。
また、本発明の形質転換酵母は、キシロースからのエタノールへの優れた生産能を有するため、本発明の形質転換酵母を用いれば、キシロースからエタノールを効率よく生産することができる。
また、本発明の形質転換酵母は、キシリトールやグリセロールなどの副生成物の生産量減少が認められたことから、本発明の形質転換酵母を用いてエタノールを生産する際に、副生成物が蓄積するという問題を回避することができる。
According to the present invention, a transformed yeast capable of producing ethanol from xylose is provided.
In one embodiment of the present invention, the transformed yeast of the present invention is not a genetic recombinant because it is transformed using the gene of the yeast itself, and is preferable in terms of safety and ease of handling. .
Moreover, since the transformed yeast of the present invention has an excellent ability to produce ethanol from xylose, ethanol can be efficiently produced from xylose by using the transformed yeast of the present invention.
In addition, since the transformed yeast of the present invention showed a reduction in the production of by-products such as xylitol and glycerol, the by-products accumulated when ethanol was produced using the transformed yeast of the present invention. The problem of doing can be avoided.

Claims (15)

キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子の3つの遺伝子を染色体上に挿入した形質転換酵母であり、
前記3つの遺伝子が、キシロース還元酵素をコードする遺伝子とキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子とを連結した遺伝子、およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子とキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子とを連結した遺伝子として染色体上に挿入された、前記酵母。
A transformed yeast in which three genes, a gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylulose kinase are inserted on the chromosome,
The three genes link a gene encoding xylose reductase and a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylitol dehydrogenase and a gene encoding xylulose phosphorylase. The yeast, which has been inserted into the chromosome as a modified gene.
前記遺伝子が当該酵母の内在性遺伝子である、請求項1に記載の酵母。   The yeast according to claim 1, wherein the gene is an endogenous gene of the yeast. キシロース還元酵素をコードする遺伝子が、GRE3、YJR096w、YPR1、GCY1、ARA1およびYDR124wからなる群から選択される遺伝子である、請求項1または2に記載の酵母。   The yeast according to claim 1 or 2, wherein the gene encoding xylose reductase is a gene selected from the group consisting of GRE3, YJR096w, YPR1, GCY1, ARA1 and YDR124w. キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子が、SOR1、SOR2およびYLR070cからなる群からなる群から選択される遺伝子である、請求項1〜3のいずれか1項に記載の酵母。   The yeast according to any one of claims 1 to 3, wherein the gene encoding xylitol dehydrogenase is a gene selected from the group consisting of SOR1, SOR2, and YLR070c. キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子が、それぞれGRE3、SOR1およびXKS1である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の酵母。   The gene encoding xylose reductase, the gene encoding xylitol dehydrogenase, and the gene encoding xylulose phosphorylase are GRE3, SOR1, and XKS1, respectively. yeast. キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子の3つの遺伝子を染色体上に挿入した宿主酵母に、グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子から選ばれる少なくとも1つの遺伝子が発現可能に導入された形質転換酵母。   A gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylulose phosphorylase into a host yeast into which a gene encoding glutamate dehydrogenase and xylitol are inserted into a chromosome. A transformed yeast into which at least one gene selected from a gene encoding a dehydrogenase is introduced so as to allow expression. 前記遺伝子が宿主酵母に由来するものである、請求項6に記載の酵母。   The yeast according to claim 6, wherein the gene is derived from a host yeast. 前記グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子から選ばれる少なくとも1つの遺伝子が、宿主酵母の染色体上に発現可能に挿入されたものである、請求項6または7に記載の酵母。   8. The gene according to claim 6 or 7, wherein at least one gene selected from the gene encoding glutamate dehydrogenase and the gene encoding xylitol dehydrogenase has been inserted so as to be expressed on the chromosome of the host yeast. Yeast. GRE3、SOR1およびXKS1の3つの遺伝子を染色体上に挿入した宿主酵母に、GDH2およびSOR1から選ばれる少なくとも1つの遺伝子が発現可能に導入された、請求項6〜8のいずれか1項に記載の形質転換酵母。   The at least 1 gene chosen from GDH2 and SOR1 was introduced so that expression was possible in the host yeast which inserted three genes, GRE3, SOR1, and XKS1, on a chromosome, The statement of any one of Claims 6-8 Transformed yeast. キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子の3つの遺伝子を挿入される酵母が、サッカロマイセス属に属する酵母である、請求項1〜9のいずれか1項記載の酵母。   The yeast into which three genes, a gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylulose phosphorylase are inserted, belongs to the genus Saccharomyces. The yeast of any one of these. キシロース還元酵素をコードする遺伝子、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシルロースリン酸化酵素をコードする遺伝子の3つの遺伝子を挿入される酵母が、サッカロマイセス・セレビシアである、請求項1〜10のいずれか1項記載の酵母。   The yeast into which three genes, a gene encoding xylose reductase, a gene encoding xylitol dehydrogenase, and a gene encoding xylulose phosphorylase are inserted, is Saccharomyces cerevisiae. The yeast according to claim 1. キシロースからエタノールを生産する能力を有するものである、請求項1〜11のいずれか1項に記載の酵母。   The yeast according to any one of claims 1 to 11, which has an ability to produce ethanol from xylose. 請求項1〜12のいずれか1項に記載の形質転換酵母をキシロース含有培地で培養し、得られる培養物からエタノールを採取することを含む、エタノールの生産方法。   A method for producing ethanol, comprising culturing the transformed yeast according to any one of claims 1 to 12 in a xylose-containing medium and collecting ethanol from the resulting culture. 請求項6〜12のいずれかに記載の形質転換酵母に導入される、グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子から選ばれる少なくとも1つの遺伝子が、グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子であるか、または、グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子の両方である、請求項13に記載の方法。   At least one gene selected from a gene encoding glutamate dehydrogenase and a gene encoding xylitol dehydrogenase, which is introduced into the transformed yeast according to any one of claims 6 to 12, is glutamate dehydrogenase. 14. The method according to claim 13, which is a gene encoding, or both a gene encoding glutamate dehydrogenase and a gene encoding xylitol dehydrogenase. 請求項6〜12のいずれかに記載の形質転換酵母に導入される、グルタミン酸脱水素酵素をコードする遺伝子およびキシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子から選ばれる少なくとも1つの遺伝子が、キシリトール脱水素酵素をコードする遺伝子であり、前記培養工程がNAD+の存在下において行われる、請求項13に記載の方法。   The at least one gene selected from the gene encoding glutamate dehydrogenase and the gene encoding xylitol dehydrogenase introduced into the transformed yeast according to any one of claims 6 to 12, wherein xylitol dehydrogenase is The method according to claim 13, wherein the gene is an encoding gene, and the culturing step is performed in the presence of NAD +.
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