KR101182752B1 - Ethanol- and Thermo-Tolerant Yeast Strains and Genes Thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 불활성화된(inactivated) SSK2 또는 PPG1 유전자, 또는 PAM1 유전자를 포함하는 에탄올- 및 열-저항성 형질변형 효모 균주 및 이의 용도에 관한 것이다. 본 발명의 효모 균주는 고농도 에탄올, 바람직하게는 10-15% 에탄올에서 성장할 수 있으며, 동시에 고온(예컨대, 42℃)에서 성장할 수 있는 효모 균주다. 따라서, 본 발명의 효모 균주들은 기존의 비효율적인 다단계 공정을 극복하는 통합공정에 필요한 고온 및 고농도 에탄올 조건에서 보다 효율적으로 에탄올을 생산할 수 있다.The present invention relates to ethanol- and heat-resistant transformed yeast strains comprising the inactivated SSK2 or PPG1 gene, or the PAM1 gene and their use. Yeast strains of the present invention are yeast strains that can grow in high concentration ethanol, preferably 10-15% ethanol and at the same time grow at high temperatures (eg 42 ° C.). Therefore, yeast strains of the present invention can produce ethanol more efficiently at high temperature and high concentration ethanol conditions required for the integrated process overcoming the existing inefficient multi-step process.

Description

에탄올? 및 열?저항성 효모 균주, 및 이의 유전자{Ethanol? and Thermo?Tolerant Yeast Strains and Genes Thereof}ethanol? And heat-resistant yeast strains, and genes thereof [Ethanol? and Thermo? Tolerant Yeast Strains and Genes Thereof}

본 발명은 에탄올? 및 열?저항성 효모 균주 및 이의 용도에 대한 것이다.
The present invention is ethanol? And heat-resistant yeast strains and uses thereof.

효모 사카로미세스 세레비지에(S. cerevisiae)는 바이오매스 자원으로부터 바이오에탄올의 생산을 포함하는 여러 산업 분야에서 다양하게 이용되어 왔다(Schubert, 2006). 효모 세포는 산업적 에탄올 발효 과정 동안 발생하는 고농도 에탄올 같은 여러 환경적 스트레스에 항상 노출되고, 이는 결국 세포 성장, 세포 생존율 및 에탄올 생산에 있어서의 감소를 초래한다(Casey & Ingledew, 1986; Suutari and Laakso, 1994). 따라서, 주로 고농도 에탄올에 의해 야기된 스트레스를 극복할 수 있는 효모 균주의 개발이 요구되어져 왔다. 한편, 새로운 기술로서 제안되어 지는 목질계 분해효소 생산라인과 목질계 분해라인, 발효라인이 한 반응기(reactor)에서 일어나도록 균주체계를 개발하고자 하는 통합공정(CBP: Consolidated BioProcess)은 목질계 분해효소의 적정환경 과 효모의 발효환경의 차이를 극복할 조건에 맞는 고에탄올 및 열 저항성을 보유한 효모균주를 개발 하는 것이 향후 효율적인 에탄올 생산을 위한 가장 중요한 요소이다.Yeast S. cerevisiae has been used in a variety of industries, including the production of bioethanol from biomass resources (Schubert, 2006). Yeast cells are always exposed to various environmental stresses such as high concentrations of ethanol that occur during industrial ethanol fermentation, which in turn leads to a decrease in cell growth, cell viability and ethanol production (Casey & Ingledew, 1986; Suutari and Laakso, 1994). Therefore, there has been a need for the development of yeast strains that can overcome the stress caused mainly by high concentrations of ethanol. On the other hand, Consolidated BioProcess (CBP), which intends to develop a strain system so that a woody degrading enzyme production line, a woody degrading line, and a fermentation line occur in one reactor, is proposed as a new technology. Development of yeast strains with high ethanol and heat resistance that meet the conditions to overcome the difference between the proper environment and the fermentation environment of yeast is the most important factor for efficient ethanol production in the future.

에탄올 스트레스 저항성에 대한 기작을 조사하기 위해, 많은 연구들이 있었다. 특히, 막 유동성과 관계된 불포화 지방산은 효모에서 에탄올 저항성의 중요한 결정인자로 간주되어 보고되었다(Kajiwara, et al., 2000; You, et al, 2003). 또한, 트리할로오스(Kim, et al., 1996) 또는 프롤린(Takagi, et al., 2005)의 세포내 축적이 효모의 에탄올 저항성을 개선시키고 에르고스테롤이 사카로미세스 세레비지에의 에탄올 저항성과 관련된 중요한 인자(Inoue, et al., 2000)라는 것이 보고되었다.To investigate the mechanism of ethanol stress resistance, there have been many studies. In particular, unsaturated fatty acids related to membrane fluidity have been reported and considered as important determinants of ethanol resistance in yeast (Kajiwara, et al. , 2000; You, et al , 2003). In addition, intracellular accumulation of trihalose (Kim, et al. , 1996) or proline (Takagi, et al. , 2005) improves yeast ethanol resistance and ergosterol to ethanol resistance to Saccharomyces cerevisiae. Has been reported to be an important factor associated with (Inoue, et al. , 2000).

더 나아가, 마이크로어레이 및 포괄적 발현 패턴 분석 같은 지놈 전반에 걸친(genome-wide) 분석들의 이용이 에탄올 스트레스 관련된 신규한 유전자들을 동정하는 데 유용하였다(Hirasawa, et al., 2007; Teixeira, et al., 2009; Yoshikawa, et al., 2009). 이러한 접근방법을 통해, 에탄올 저항성에 관련된 많은 유전자들이 비-필수(nonessential) 유전자들로 동정되었다. 또한, 에탄올 저항성에 관련된 결과들은 각각 매치하지 않았고, 이러한 불일치는 균주 및 성장 조건에 기인한다고 보고하였다(Teixeira, et al., 2009). 따라서, 상술한 유전 정보로부터 구축된 균주는 항상 에탄올 스트레스 조건에 대한 변화를 초래하지 않는다(Yoshikawa, et al., 2009). 또한, 상업적으로 유용한 사카로미세스 세레비지에의 결실 돌연변이 라이브러리는 에탄올 저항성에 관련된 유전자들의 지놈 전반에 걸친 스크리닝에 이용되었다(Fujita, et al., 2006; Teixeira, et al., 2009; Yoshikawa, et al., 2009). 상술한 연구들은 주로 에탄올 민감성을 나타내는 돌연변이체들을 선택하여 상응하는 유전자를 고농도 에탄올 조건 하에서 성장에 필요한 유전자들로 동정하였다. 한편, 고온 조건에서는 주로 열충격 단백질(HSP: Heat shock protein)이 유도되어 성장을 유도한다고 보고 되었으며(Sanchez, et al., 1990), 사카로미세스 지놈 결실 프로젝트에 의해 구축된 효모유전자 결실 돌연변이체들에 대한 온도를 포함한 여러 스트레스 민감조건에서 요구되어 지는 유전자들을 스크리닝 하였다(Auesukaree et al., 2009).Furthermore, the use of genome-wide assays, such as microarrays and comprehensive expression pattern analysis, has been useful in identifying novel ethanol stress related genes (Hirasawa, et al. , 2007; Teixeira, et al. , 2009; Yoshikawa, et al. , 2009). Through this approach, many genes involved in ethanol resistance have been identified as non-essential genes. In addition, results related to ethanol resistance did not match, respectively, and reported that this discrepancy was due to strain and growth conditions (Teixeira, et al. , 2009). Thus, strains constructed from the genetic information described above do not always result in changes to ethanol stress conditions (Yoshikawa, et al. , 2009). In addition, a commercially available Saccharomyces cerevisiae deletion mutant library was used for genome-wide screening of genes involved in ethanol resistance (Fujita, et al. , 2006; Teixeira, et al. , 2009; Yoshikawa, et. al. , 2009). The above studies mainly selected mutants exhibiting ethanol sensitivity to identify the corresponding genes as genes required for growth under high ethanol conditions. On the other hand, in high temperature conditions, heat shock protein (HSP) is mainly induced to induce growth (Sanchez, et al., 1990), and yeast gene mutants constructed by the Saccharomyces genome deletion project. Genes required for several stress sensitive conditions, including temperature, were screened (Auesukaree et al., 2009).

상술한 바와 같이, 에탄올- 및 열-민감성 돌연변이들의 스크리닝을 통해 에탄올 저항성을 책임지는 유전자들이 동정되었지만(Takahashi, et al., 2001; Auesukaree, et al., 2009), 임의적 트랜스포존 삽입에 의해 에탄올 또는 열-저항성 효모 균주를 직접적으로 구축하고 이에 관계된 타겟 유전자들을 동정하는 방법에 대해서는 아직까지 보고되어 있지 않다.As mentioned above, genes responsible for ethanol resistance have been identified through the screening of ethanol- and heat-sensitive mutations (Takahashi , et al. , 2001; Auesukaree , et al., 2009), but ethanol or by optional transposon insertion There is no report on how to directly construct heat-resistant yeast strains and identify target genes involved therein.

한편, 지속적인 대체 연료로서 바이오에탄올에 대한 요구가 증가하고 있다. 효모 사카로미세스 세레비지에는 강력한 에탄올 생산능 및 저항성으로 인해 에탄올-연관된 산업에서 폭넓게 이용되고 있다(Schubert 2006). 효모 세포는 고농도 에탄올, 고온 또는 고삼투압 같은 여러 환경 스트레스 및 및 산업적 에탄올 발효 동안 발생하는 억제인자들에 항상 노출되어 결국 세포 성장, 생존율 및 에탄올 생산률이 감소된다(Casey & Ingledew 1986; Suutari & Laakso 1994). 따라서, 다양한 스트레스를 견딜 수 있는 효모 스트레인의 개발이 절실하게 요구된다.Meanwhile, there is an increasing demand for bioethanol as a continuous alternative fuel. Yeast Saccharomyces cerevisiae is widely used in ethanol-related industries due to its strong ethanol production and resistance (Schubert 2006). Yeast cells are always exposed to various environmental stresses such as high concentrations of ethanol, high temperatures or high osmotic pressures and inhibitors that occur during industrial ethanol fermentation, resulting in decreased cell growth, survival and ethanol production (Casey & Ingledew 1986; Suutari & Laakso). 1994). Therefore, the development of yeast strain that can withstand a variety of stress is urgently required.

연료 에탄올 생산을 위해 가장 강력하게 대두되는 기술들 중 하나가 동일 반응기에서 동시에 리그노셀룰로오스계 바이오매스(lignocellulosic biomass)의 당화(saccharification)및 발효로 특징지을 수 있는 CBP(consolidated bio-processing)이다(Lynd, et al., 2005). CBP에서는 당화를 위한 최적 온도(4550℃)가 발효를 위한 온도(25-35℃)와 다르기 때문에, 열-저항성 스트레인의 이용이 반드시 필요하다(Edgardo, et al., 2008; Weber, et al., 2010). 또한, 열-저항성 효모 스트레인의 이용은 냉각 비용, 증류 비용 및 더 빠른 발효율을 감소시키는 데 유용하고 발효 동안 오염 기회를 감소시키는 데 도움이 된다. 자외선 돌연변이유발법(Sridhar, et al., 2002), 에러-프론 PCR(error-prone polymerase chain reaction; Shimoda, et al., 2006) 및 고온에 장기간 적응(long-term adaptation to high temperatures; Edgardo, et al., 2008)을 이용한 여러 보고들에서 열-저항성 스트레인의 개발을 소개하고 있다.One of the most powerful technologies for fuel ethanol production is consolidated bio-processing (CBP), which can be characterized by saccharification and fermentation of lignocellulosic biomass simultaneously in the same reactor. Lynd, et al. , 2005). Since the optimal temperature for saccharification (4550 ° C.) differs from the temperature for fermentation (25-35 ° C.) in CBP, the use of heat-resistant strains is essential (Edgardo, et al. , 2008; Weber, et al. , 2010). In addition, the use of heat-resistant yeast strains is useful for reducing cooling costs, distillation costs, and faster onset efficiency and helps to reduce the chance of contamination during fermentation. UV mutagenesis (Sridhar, et al. , 2002), error-prone polymerase chain reaction (Shimoda, et al. , 2006) and long-term adaptation to high temperatures; Edgardo, et al. , 2008) report on the development of heat-resistant strains.

에탄올-저항성 효모 스트레인의 이용은 그 자체로 높은 에탄올 생산율을 위해 중요한데, 왜냐하면 에탄올 농도가 발효 과정 동안 세포에 해로운, 심지어는 치명적인 레벨까지 끊임없이 증가하기 때문이다. 트리할로오스(Kim, et al., 1996), 프롤린(Takagi, et al., 2005) 및 에르고스테롤(Inoue, et al., 2000)의 세포내 축적을 포함하는 여러 생리학적 변화들이 에탄올-저항성 효모 스트레인에서 일어난다. 에탄올 저항성 스트레인들을 개발하기 위해, 진화적 적응(Stanley, et al., 2010), 임의적 화학물질 돌연변이유발법(Mobini-Dehkordi, et al., 2008) 및 유전자 셔플링(Hou, 2010) 같은 고전적인 전략 이외에 여러 전략들이 최근에 이용되고 있다. 상술한 대체 전략들은 지놈 전반에 걸친 DNA 마이크로어레이 분석(Hirasawa, et al., 2007), 트랜스포존-매개된 결실 돌연변이 라이브러리(Takahashi, et al., 2001) 또는 단일 유전자 넉-아웃(single gene knockout, SGKO) 라이브러리(Auesukaree, et al., 2009; Fujita, et al., 2006; Kubota, et al., 2004; Teixeira, et al., 2009; van Voorst, et al., 2006; Yoshikawa, et al., 2009) 스크리닝 및 gTME(global transcriptional machinery engineering; Alper, et al., 2006)를 포함한다. 비록 gTME가 에탄올 저항성 스트레인을 양성적으로 선택하는 수단으로서 흥미로울지라도, 그 효용도가 논란이 되고 있다(Araki, et al., 2009). 이와 대조적으로, 다른 3가지 대체 전략들은 대부분 간접적이다: 타겟 유전자의 동정에 따른 확인 단계가 추가적으로 필요한데, 이는 에탄올 민감성 유전자의 동정이 에탄올 저항성의 분자 기반을 이해하는 데 도움을 주지만 에탄올 저항성 스트레인의 생산을 확실하게 하는 것은 아니기 때문이다. 더욱이, 동정된 타겟 유전자들의 많은 수가 복잡하게 고려해야 하는데, 이는 효모 지놈에서 인코딩된 유전자들의 5-10%는 다른 스트레스 인자들(stressors)일 수 있기 때문이다.The use of ethanol-resistant yeast strains in itself is important for high ethanol production rates, since ethanol concentration constantly increases to levels that are harmful to cells and even fatal during fermentation. Several physiological changes, including intracellular accumulation of trihalose (Kim, et al. , 1996), proline (Takagi, et al. , 2005) and ergosterol (Inoue, et al. , 2000), Occurs in resistant yeast strains. To develop ethanol resistant strains, classical adaptations such as evolutionary adaptation (Stanley, et al. , 2010), random chemical mutagenesis (Mobini-Dehkordi, et al. , 2008), and gene shuffling (Hou, 2010) In addition to strategies, several strategies have been used recently. Alternative strategies described above may include genome-wide DNA microarray analysis (Hirasawa, et al. , 2007), transposon-mediated deletion mutant libraries (Takahashi, et al. , 2001) or single gene knockout, SGKO) library (Auesukaree, et al. , 2009; Fujita, et al. , 2006; Kubota, et al. , 2004; Teixeira, et al. , 2009; van Voorst, et al. , 2006; Yoshikawa, et al. , 2009) screening and gTME (global transcriptional machinery engineering; Alper, et al. , 2006). Although gTME is of interest as a means of positively selecting ethanol resistant strains, its utility is controversial (Araki, et al ., 2009). In contrast, the other three alternative strategies are mostly indirect: additional identification steps are required following identification of the target gene, which helps to understand the molecular basis of ethanol resistance, although the identification of ethanol sensitive genes helps to produce ethanol resistant strains. It is not to make sure. Moreover, a large number of identified target genes must be complicated, since 5-10% of the genes encoded in the yeast genome may be other stressors.

몇몇 연구들이 특이 유전자(들)의 파괴가 에탄올(Kubota, et al., 2004; Yazawa, et al., 2007)을 포함하는 여러 종류의 스트레인 인자들에 대한 저항성 스트레인의 창출로 이어진다는 것을 밝혔다. 최근에, 8% 에탄올에서 증가된 성장을 보이는 2개의 클론 및 10개의 삼투-저항성 클론들이 SGKO 라이브러리의 스크리닝을 통해 동정되었다(Yoshikawa, et al., 2009). 특히, 본 연구는 특정 스트레스 인자에 대한 저항성(민감하지 않은)을 가지는 스트레인의 양성적(또는 직접적인) 분리를 위해 트랜스포존 또는 SGKO를 이용하여 구축된 결실 돌연변이 라이브러리의 이용하였다.Several studies have shown that disruption of specific gene (s) leads to the creation of resistance strains against various strain factors, including ethanol (Kubota, et al. , 2004; Yazawa, et al. , 2007). Recently, two clones and 10 osmo-resistant clones showing increased growth in 8% ethanol have been identified through screening of the SGKO library (Yoshikawa, et al. , 2009). In particular, this study used a deletion mutant library constructed using transposon or SGKO for positive (or direct) isolation of strains that were resistant (not sensitive) to specific stressors.

어떠한 라이브러리를 이용하는 것이 현재 주된 이슈이다. 각 라이브러리는 대조적인 장점 및 단점들을 가지는데, 트랜스포존 돌연변이 라이브러리는 다양한 유전적 백그라운드를 가진 스트레인들에서 쉽게 구축될 수 있다. 상향- 또는 하향-조절된 유전자들을 가지는 돌연변이체들은 조절성 부위, 특히 발현 레벨에 있어서 중요한 부위(예컨대, 치사 유전자들)로의 트랜스포존 삽입에 의해 발생될 수 있다. 한편, 이러한 방법은 해당 유전자의 최종 동정을 위한 추가적인 단계(예컨대, 지놈 DNAs에 의해 플랭킹된 트랜스포존의 회복)를 필요로 한다. 종종, 하나 이상의 유전자들이 영향 받을 수 있다.
The use of any library is currently a major issue. Each library has contrasting advantages and disadvantages, and transposon mutant libraries can be easily built on strains with various genetic backgrounds. Mutants with up- or down-regulated genes can be generated by transposon insertion into regulatory sites, especially sites important for expression levels (eg, lethal genes). On the other hand, this method requires additional steps (eg, recovery of transposon flanked by genome DNAs) for final identification of the gene of interest. Often, one or more genes can be affected.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

본 발명자들은 고에탄올- 및 열-저항성을 보유한 효모 균주를 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 효모에서 트랜스포존-매개된 유전자 상동 재조합으로 효모 염색체 내에 돌연변이를 유발함으로써 에탄올- 및 열-저항성 효모 형질전환체를 동정하였으며, 이들이 고농도 에탄올(예컨대, 10%, 12.5%, 15% 에탄올) 및 고온(예컨대, 42℃)에서 성장할 수 있다는 것을 확인함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.We sought to develop yeast strains possessing high ethanol- and heat-resistance. As a result, we identified ethanol- and heat-resistant yeast transformants by inducing mutations in the yeast chromosome by transposon-mediated gene homologous recombination in yeast, and they identified high concentrations of ethanol (eg, 10%, 12.5%, 15). % Ethanol) and at high temperature (eg 42 ° C.) to complete the invention.

따라서, 본 발명의 목적은 에탄올- 및 열-저항성 효모 균주와 이와 관련된 유전자를 제공하는 데 있다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide ethanol- and heat-resistant yeast strains and related genes.

본 발명의 또 다른 목적은 에탄올 생산방법을 제공하는 데 있다.
Another object of the present invention is to provide a method for producing ethanol.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
Other objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 양태에 따르면, 본 발명은 불활성화된(inactivated) SSK2 또는 PPG1 유전자를 포함하는 에탄올- 및 열-저항성 형질변형 효모 균주를 제공한다.According to an aspect of the present invention, the present invention provides ethanol- and heat-resistant transformed yeast strains comprising an inactivated SSK2 or PPG1 gene.

본 발명의 양태에 따르면, 본 발명은 불활성화된(inactivated) PAM1 유전자를 포함하는 에탄올- 및 열-저항성 효모 균주를 제공한다.
According to an aspect of the present invention, the present invention provides ethanol- and heat-resistant yeast strains comprising an inactivated PAM1 gene.

본 발명자들은 고에탄올- 및 열-저항성을 보유한 효모 균주를 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 본 발명자들은 효모에서 트랜스포존-매개된 유전자 상동 재조합으로 효모 염색체 내에 돌연변이를 유발함으로써 에탄올- 및 열-저항성 효모 형질전환체를 동정하였으며, 이들이 고농도 에탄올(예컨대, 10%, 12.5%, 15% 에탄올) 및 고온(예컨대, 42℃)에서 성장할 수 있다는 것을 확인하였다.We sought to develop yeast strains possessing high ethanol- and heat-resistance. As a result, we identified ethanol- and heat-resistant yeast transformants by inducing mutations in the yeast chromosome by transposon-mediated gene homologous recombination in yeast, and they identified high concentrations of ethanol (eg, 10%, 12.5%, 15). % Ethanol) and at high temperature (eg 42 ° C.).

발화성, 휘발성 무색 액체인 에탄올은 가장 널리 이용되는 용매이다. 산업적으로, 에탄올은 자동차 연료 및 연료 첨가제로서 이용되며, 향수(scents), 향료(flavorings), 착색제(colorings) 및 의약품(medicines)으로도 이용된다. 또한, 에탄올은 알코올 음료 내 주요 정신활성 구성성분으로 중추신경계에 진정 효능을 가진다. 에탄올은 에틸렌의 수화를 통해 석유화학적으로 생산될 수 있으며, 효모를 이용하여 당을 발효시킴으로써 생물학적으로 생산될 수 있는데, 이러한 생물학적 생산은 석유 및 곡물 사료제의 가격에 의존적인 석유화학적 과정에 의한 생산보다 훨씬 경제적이다. 따라서, 생물학적 에탄올의 생산을 위한 효모 균주의 개발은 매우 중요하다.Ethanol, a flammable, volatile colorless liquid, is the most widely used solvent. Industrially, ethanol is used as a vehicle fuel and fuel additive and also as a perfume, flavorings, colorings and medicines. Ethanol is also the main psychoactive component in alcoholic beverages and has a calming effect on the central nervous system. Ethanol can be produced petrochemically through hydration of ethylene and biologically by fermenting sugars using yeast, which is produced by petrochemical processes that depend on the price of petroleum and grain feed products. Much more economical than Therefore, the development of yeast strains for the production of biological ethanol is very important.

본 발명은 효모에서 트랜스포존-매개된 돌연변이에 의해 에탄올- 및 열-저항성이 증가된 형질변형 효모 균주를 제공한다.The present invention provides transformed yeast strains having increased ethanol- and heat-resistance by transposon-mediated mutations in yeast.

본 명세서의 용어 “트랜스포존(transposon)”은 단일 세포의 지놈 내에서 다른 위치로 이동(transposition)할 수 있는 DNA 서열로, 돌연변이를 유발하는 DNA 서열을 의미한다. 점핑 유전자(jumping genes)로 불리는 트랜스포존은 모바일 유전성 엘리먼트의 좋은 예이다. 다양한 종류의 모바일 유전성 엘리먼트들은 트랜스포지션 기작에 따라 다음과 같이 분류될 수 있다: (a) 그룹 I 레트로트랜스포존, RNA로 전사된 후 DNA로 역전사되어 이동해 가는 트랜스포존; 및 (b) 그룹 II 점핑 트랜스포존, 트랜스포사제에 의해 DNA의 한 위치에서 다른 위치로 점핑(“cut and paste”)하는 트랜스포존. 본 발명에서 이용된 트랜스포존 컨스트럭트는 mTn3-lacZ/LEU2 컨스트럭트로 유전자 상동 재조합(Homologous recombination)을 통해 효모 염색체 내로 도입된다.As used herein, the term “transposon” refers to a DNA sequence capable of transposition to another location within the genome of a single cell, and refers to a DNA sequence that causes mutation. Transposons, called jumping genes, are good examples of mobile hereditary elements. Various kinds of mobile genetic elements can be classified according to transposition mechanisms as follows: (a) Group I retrotranspozone, transposon transcribed into RNA and then reverse transcribed into DNA; And (b) group II jumping transposons, transposons that are "cut and paste" from one position to another position of the DNA by a transposase. The transposon construct used in the present invention is introduced into the yeast chromosome through homologous recombination into the mTn3- lacZ / LEU2 construct.

본 발명은 (a) 효모 염색체에 돌연변이(mutations)를 유발시키는 단계; 및 (b) 상기 돌연변이된 효모를 고농도 에탄올을 포함하는 배지에서 또는 고온으로 배양시키는 단계를 포함하는 에탄올- 및 열-저항성이 증가된 형질변형 효모 균주의 스크리닝 방법을 제공한다.The present invention comprises the steps of (a) causing mutations in the yeast chromosome; And (b) culturing the mutated yeast in a medium containing high concentration of ethanol or at a high temperature, thereby providing a method for screening transformed yeast strains with increased ethanol- and heat resistance.

상기 (a) 단계는 다양한 방법, 바람직하게는 트랜스포존을 이용하여 실시한다. 본 발명자들은 예일지놈분석센터(Yale Genome Analysis Center, New Haven, CT: http://ygac.med.yale.edu/mtn/reagent)로부터 얻어진 mTn3-lacZ/LEU2 컨스트럭트를 포함하는 효모(S. cerevisiae) 라이브러리 풀을 이용하였다(참고: 도 1). 제한효소를 이용하여 트랜스포존 컨스트럭트를 플라스미드 DNA로부터 절단하고 그 단편을 효모 염색체로 유전자 상동 재조합을 통해 형질전환시킴으로써 돌연변이를 유발시켰다. 일반적인 재조합 과정으로 알려진 유전자 상동 재조합은 유사한 또는 동일한 두 개의 DNA 가닥 사이에서 발생하는 뉴클레오타이드 서열의 교환을 지칭하는 유전 재조합의 한 형태로, 대부분의 생명체에서 이용된다.Step (a) is carried out using a variety of methods, preferably using a transposon. The inventors have found that yeast ( S) comprising mTn3- lacZ / LEU2 construct obtained from Yale Genome Analysis Center (New Haven, CT: http://ygac.med.yale.edu/mtn/reagent ) cerevisiae ) library pool was used (see FIG. 1). Mutations were induced by cleaving the transposon construct from plasmid DNA using restriction enzymes and transforming the fragment into yeast chromosomes via gene homologous recombination. Homologous recombination, known as the general recombination process, is a form of genetic recombination that refers to the exchange of nucleotide sequences that occur between two similar or identical DNA strands, and is used in most organisms.

형질전환된 효모 균주를 고농도 에탄올에서 배양하여 성장이 가능한 균주를 분리/동정한다. 본 발명에서는 다양한 농도의 에탄올(10%, 12.5%, 15% 에탄올)에서 효모 균주의 성장 어세이(spot assay)를 실시하였다. 선택된 에탄올-저항성 균주들을 대조군과 함께 30℃ 또는 42℃에서 배양하여 대조군과 비교하여 고온(42℃)에서도 성장할 수 있는 균주들을 에탄올- 및 열-저항성 형질변형 효모 균주로 선택하였다.Transformed yeast strains are cultured in high concentration ethanol to isolate / identify strains capable of growth. In the present invention, a growth assay (spot assay) of yeast strains was performed in various concentrations of ethanol (10%, 12.5%, 15% ethanol). Selected ethanol-resistant strains were incubated at 30 ° C. or 42 ° C. with the control to select strains capable of growing even at high temperatures (42 ° C.) as ethanol- and heat-resistant transformed yeast strains.

본 발명은 불활성화된(inactivated) SSK2 또는 PPG1 유전자, 또는 PAM1 유전자를 포함하는 에탄올- 및 열-저항성 효모 균주들을 분리/동정하였다.The present invention isolated / identified ethanol- and heat-resistant yeast strains comprising the inactivated SSK2 or PPG1 gene, or the PAM1 gene.

본 명세서의 용어 “불활성화된(inactivated)”은 타겟 유전자의 기능이 차단되면 불활성화되었다고 표현하며, 예를 들어 트랜스포존-유발된 돌연변이, 점 돌연변이, 넌센스 돌연변이, 미스센스 돌연변이, 대체 돌연변이, 결실 돌연변이, 등을 포함하는 돌연변이에 의해서 유발된 타겟 유전자의 불활성화를 포함한다. 바람직하게는, 본 발명의 불활성화는 트랜스포존에 의해 유발된 돌연변이를 통한 불활성화를 의미한다.As used herein, the term “inactivated” refers to inactivation when the function of the target gene is blocked, eg transpozone-induced mutations, point mutations, nonsense mutations, missense mutations, replacement mutations, deletion mutations. Inactivation of target genes caused by mutations, including, and the like. Preferably, inactivation of the present invention means inactivation through mutations caused by transposons.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상술한 타겟 유전자의 불활성화는 트랜스포존에 의해 유발된다. 상술한 타겟 유전자들, 즉 SSK2, PPG1 및 PAM1 유전자의 뉴클레오타이드 서열 및 아미노산 서열은 각각 서열목록 제1서열 내지 서열목록 제3서열, 및 서열목록 제4서열 내지 서열목록 제6서열에 기재되어 있으며, 상기 유전자들의 아미노산을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열 및 이의 변형체도 이용될 수 있음은 당업계에서 자명하다.According to a preferred embodiment of the invention, the inactivation of the target gene described above is caused by transposon. The nucleotide sequence and amino acid sequence of the above-described target genes, namely, SSK2, PPG1 and PAM1 genes are described in SEQ ID NO: 1 to SEQ ID NO: 3, and SEQ ID NO: 4 to SEQ ID NO: 6, respectively. It is apparent in the art that nucleotide sequences encoding amino acids of the genes and variants thereof may also be used.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상술한 효모 균주는 5-15% 에탄올, 보다 바람직하게는 10-15% 에탄올 및 가장 바람직하게는 12.5-15% 에탄올 배양 조건에서 성장할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the above-described yeast strain can be grown at 5-15% ethanol, more preferably 10-15% ethanol and most preferably 12.5-15% ethanol culture conditions.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상술한 효모 균주는 30-43℃, 보다 바람직하게는 37-43℃, 보다 더 바람직하게는 40-43℃ 및 가장 바람직하게는 42-43℃ 온도 조건에서 성장할 수 있다.According to a preferred embodiment of the present invention, the above-described yeast strains are grown at temperature conditions of 30-43 ° C, more preferably 37-43 ° C, even more preferably 40-43 ° C and most preferably 42-43 ° C. Can be.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상술한 효모 균주는 사카로마이세스 종(Saccharomyces spp.), 시조사카로마이세스 종(Schizosaccharomyces spp.), 피키아 종(Pichia spp.), 파피아 종(Paffia spp.), 클루이베로미세스 종(Kluyveromyces spp.), 칸디다 종(Candida spp.), 탈라로미세스 종(Talaromyces spp.), 브레타노미세스 종(Brettanomyces spp.), 파키솔렌 종(Pachysolen spp.) 또는 데바리오미세스 종(Debaryomyces spp.) 효모 균주이며, 보다 바람직하게는 사카로마이세스 종이고, 가장 바람직하게는 사카로마이세스 세레비지에 L3262(MAT-αura3-52 leu2-3,112 his4-34)이다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the above-mentioned yeast strain is Saccharomyces spp., Schizosaccharomyces spp., Pichia spp., Papia spp. Paffia spp.), Cluj Vero MRS species (Kluyveromyces spp.), Candida spp (Candida species), Tallahassee in MRS species (Talaromyces spp.), Brescia Gaetano MRS species (Brettanomyces spp.), Parkinson solren species (Pachysolen spp. ) Or Debaryomyces spp. Yeast strain, more preferably Saccharomyces species, most preferably Saccharomyces cerevisiae L3262 ( MAT-αura3-52 leu2-3,112 his4-34 )to be.

본 발명의 또 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상술한 불활성화된(inactivated) SSK2 또는 PPG1 유전자, 또는 PAM1 유전자가 삽입된 효모 균주를 에탄올로 대사될 수 있는 하나 이상의 기질을 포함하는 배양배지에서 배양하는 단계를 포함하는 에탄올 생산방법을 제공한다. 보다 바람직하게는, 상술한 불활성화된(inactivated) SSK2 또는 PPG1 유전자, 또는 PAM1 유전자가 삽입된 효모 균주를 이용하여 기존의 비효율적인 다단계 공정을 극복하는 통합공정에 필요한 고온 및 고 에탄올 조건에서 보다 효율적으로 에탄올을 생산할 수 있는 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, the present invention is cultured in a culture medium comprising at least one substrate capable of metabolizing the above-mentioned inactivated SSK2 or PPG1 gene, or yeast strain into which the PAM1 gene is inserted into ethanol It provides a ethanol production method comprising the step of. More preferably, the above-mentioned inactivated SSK2 or PPG1 gene, or yeast strain into which the PAM1 gene is inserted, is more efficient in the high temperature and high ethanol conditions required for the integrated process to overcome the existing inefficient multi-step process. It provides a method for producing ethanol.

본 발명의 방법은 상술한 본 발명의 상술한 효모 균주를 유효성분으로 포함하기 때문에, 둘 사이에 중복된 내용은 중복 기재에 따른 본 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여 그 기재를 생략한다.Since the method of the present invention includes the above-described yeast strain of the present invention as an active ingredient, the overlapping contents between the two are omitted in order to avoid excessive complexity of the present specification according to the overlapping description.

또한, 본 발명은 상술한 효모 균주에 돌연변이를 유발하는 단계를 포함하는 에탄올- 및 열-저항성 효모 균주 제조방법으로서 이용될 수 있다.In addition, the present invention can be used as a method for producing ethanol- and heat-resistant yeast strain comprising the step of causing mutation in the above-described yeast strain.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 에탄올로 대사될 수 있는 기질은 C6 당(sugars)을 포함하고, 본 발명의 보다 바람직한 구현예에 따르면, 상기 C6 당은 글루코오스를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.According to a preferred embodiment of the invention, the substrate which can be metabolized to ethanol comprises C6 sugars, and according to a more preferred embodiment of the invention, the C6 sugar comprises glucose, but is not limited thereto. no.

본 발명은 상술한 불활성화된 SSK2 또는 PPG1 유전자, 또는 PAM1 유전자를 포함하는 재조합 벡터 또는 그의 전사체에 의해 감염된 세포 및 유전자 도입에 의한 형질전환된 세포를 제공한다. 또한, 본 발명은 상술한 불활성화된 SSK2 또는 PPG1 유전자, 또는 PAM1 유전자를 포함하는 재조합 벡터 또는 상술한 불활성화된 SSK2 또는 PPG1 단백질, 또는 PAM1 단백질에 의해 형질전환된 형질전환체를 제공한다.The present invention provides a cell infected by a recombinant vector or a transcript thereof comprising the inactivated SSK2 or PPG1 gene, or PAM1 gene described above, and a transformed cell by gene introduction. The present invention also provides a recombinant vector comprising the inactivated SSK2 or PPG1 gene, or PAM1 gene described above, or a transformant transformed with the inactivated SSK2 or PPG1 protein, or PAM1 protein described above.

본 발명의 재조합 벡터는 불활성화된 SSK2 또는 PPG1 유전자, 또는 PAM1 유전자의 아미노산 서열을 코딩하는 뉴클레오타이드 서열 또는 이의 상보적인 뉴클레오타이드 서열을 포함한다. 본 발명의 벡터는 전형적으로 클로닝을 위한 벡터 또는 발현을 위한 벡터로서 구축될 수 있다. 또한, 본 발명의 벡터는 원핵세포 및 진핵세포를 숙주로 하여 구축될 수 있다. 예를 들어, 원핵세포는 박테리아 세포 및 고세균을 포함하며, 진핵세포는 효모세포, 포유동물세포, 식물세포, 곤충세포, 줄기세포 및 곰팡이를 포함하고, 가장 바람직하게는 효모세포이다.The recombinant vector of the present invention comprises a nucleotide sequence encoding an amino acid sequence of an inactivated SSK2 or PPG1 gene, or PAM1 gene, or a complementary nucleotide sequence thereof. Vectors of the present invention can typically be constructed as vectors for cloning or vectors for expression. In addition, the vector of the present invention can be constructed using prokaryotic and eukaryotic cells as hosts. For example, prokaryotic cells include bacterial cells and archaea, and eukaryotic cells include yeast cells, mammalian cells, plant cells, insect cells, stem cells and fungi, most preferably yeast cells.

바람직하게는, 본 발명의 재조합 벡터는 (ⅰ) 상술한 본 발명의 발현대상물질을 인코딩하는 뉴클레오타이드 서열; (ⅱ) 상기 (ⅰ)의 뉴클레오타이드 서열에 작동적으로 연결되며 동물세포, 바람직하게는 효모세포에서 작용하여 RNA 분자를 형성시키는 프로모터를 포함하며, 보다 바람직하게는 (ⅰ) 상술한 본 발명의 불활성화된 SSK2 또는 PPG1 유전자, 또는 PAM1 유전자의 아미노산 서열을 코딩하는 뉴클레오타이드 서열 또는 이의 상보적인 뉴클레오타이드 서열; (ⅱ) 상기 (ⅰ)의 뉴클레오타이드 서열에 작동적으로 연결되며 동물세포, 바람직하게는 효모세포에서 작용하여 RNA 분자를 형성시키는 프로모터; 및 (ⅲ) 상기 동물세포, 바람직하게는 효모세포에서 작용하여 상기 RNA 분자의 3'-말단의 폴리아데닐화를 야기시키는 3'-비-해독화 부위를 포함하는 재조합 발현벡터를 포함한다.Preferably, the recombinant vector of the present invention comprises (i) a nucleotide sequence encoding the above-described expression target of the present invention; (Ii) a promoter operably linked to the nucleotide sequence of (iii) and acting on an animal cell, preferably a yeast cell, to form an RNA molecule, and more preferably (iii) the fire of the invention described above A nucleotide sequence encoding an amino acid sequence of an activated SSK2 or PPG1 gene, or PAM1 gene, or a complementary nucleotide sequence thereof; (Ii) a promoter operably linked to the nucleotide sequence of (iii) and acting on animal cells, preferably yeast cells, to form RNA molecules; And (iii) a recombinant expression vector comprising a 3'-non-detoxification site that acts on said animal cell, preferably a yeast cell, resulting in 3'-end polyadenylation of said RNA molecule.

바람직하게는, 상술한 발현대상물질은 불활성화된 SSK2 또는 PPG1 유전자, 또는 PAM1 유전자를 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.Preferably, the above-described expression target material includes, but is not limited to, inactivated SSK2 or PPG1 gene, or PAM1 gene.

본 명세서에서 용어 “프로모터”는 코딩 서열 또는 기능적 RNA의 발현을 조절하는 DNA 서열을 의미한다. 본 발명의 제조합 발현벡터에서 발현대상물질-코딩 뉴클레오타이드 서열은 상기 프로모터에 작동적으로 연결된다. 본 명세서에서 용어 “작동적으로 결합된(operatively linked)”은 핵산 발현 조절 서열(예: 프로모터 서열, 시그널 서열, 또는 전사조절인자 결합 위치의 어레이)과 다른 핵산 서열 사이의 기능적인 결합을 의미하며, 이에 의해 상기 조절 서열은 상기 다른 핵산 서열의 전사 및/또는 번역을 조절하게 된다.As used herein, the term "promoter" refers to a DNA sequence that regulates the expression of a coding sequence or functional RNA. In the synthetic expression vector of the present invention, the expression-coding nucleotide sequence is operably linked to the promoter. As used herein, the term “operatively linked” refers to a functional binding between a nucleic acid expression control sequence (eg, a promoter sequence, a signal sequence, or an array of transcriptional regulator binding sites) and another nucleic acid sequence. Thus, the regulatory sequence will control the transcription and / or translation of the other nucleic acid sequence.

본 발명의 벡터가 원핵 세포를 숙주로 하는 경우에는, 전사를 진행시킬 수 있는 강력한 프로모터(예컨대, tac 프로모터, lac 프로모터, lac UV5 프로모터, lpp 프로모터, pL λ 프로모터, pR λ 프로모터, rac5 프로모터, amp 프로모터, recA 프로모터, SP6 프로머터, trp 프로모터, T7 프로모터, 등), 해독의 개시를 위한 라이보좀 결합 자리 및 전사/해독 종결 서열을 포함하는 것이 일반적이다. 보다 더 바람직하게는, 본 발명에서 이용되는 숙주 세포는 E. coli이며, 가장 바람직하게는E. coli DH5α이다. 또한, 숙주 세포로서 E. coli가 이용되는 경우, E. coli 트립토판 생합성 경로의 프로모터 및 오퍼레이터 부위(Yanofsky, C., J. Bacteriol., 158: 1018-1024(1984)) 그리고 파아지 λ의 좌향 프로모터(pL λ 프로모터, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet., 14: 399-445(1980))가 조절 부위로서 이용될 수 있다. 한편, 본 발명에 이용될 수 있는 벡터는 당업계에서 종종 사용되는 플라스미드(예: pRS316, pSC101, ColE1, pBR322, pUC8/9, pHC79, pUC19, pET 등), 파지(예: λgt4λB, λ-Charon, λΔz1 및 M13 등) 또는 바이러스(예: SV40 등)를 조작하여 제작될 수 있다.When the vector of the present invention is a prokaryotic cell as a host, powerful promoters capable of promoting transcription (e.g., tac promoter, lac promoter, lac UV5 promoter, lpp promoter, p L λ promoter, p R λ promoter, rac 5 Promoters, amp promoters, recA promoters, SP6 promoters, trp promoters, T7 promoters, etc.), ribosomal binding sites for initiation of translation and transcription / detox termination sequences. Even more preferably, the host cell used in the present invention is E. coli , most preferably E. coli DH5α. In addition, when E. coli is used as the host cell, the promoter and operator site of the E. coli tryptophan biosynthetic pathway (Yanofsky, C., J. Bacteriol. , 158: 1018-1024 (1984)) and the leftward promoter of phage λ (p L λ promoter, Herskowitz, I. and Hagen, D., Ann. Rev. Genet. , 14: 399-445 (1980)) can be used as regulatory sites. On the other hand, vectors that can be used in the present invention are plasmids (eg, pRS316, pSC101, ColE1, pBR322, pUC8 / 9, pHC79, pUC19, pET, etc.), phages (eg, λgt4λB, λ-Charon) which are often used in the art. , λΔz1, M13, etc.) or viruses (eg, SV40, etc.).

또한, 본 발명의 재조합 벡터가 진핵세포, 바람직하게는 효모 세포에 적용되는 경우, 이용될 수 있는 프로모터는, 본 발명의 발현대상물질의 전사를 조절할 수 있는 것으로서, 효모 세포에서 유래된 프로모터, 포유동물 바이러스로부터 유래된 프로모터 및 포유동물 세포의 지놈으로부터 유래된 프로모터를 포함하며, 예컨대, 효모(S. cerevisiae) GAPDH(Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase) 프로모터, 효모(S. cerevisiae) GAL1 내지 GAL10 프로모터, 효모(Pichia pastoris) AOX1 또는 AOX2 프로모터, CMV(cytomegalo virus) 프로모터, 아데노바이러스 후기 프로모터, 백시니아 바이러스 7.5K 프로모터, SV40 프로모터, HSV의 tk 프로모터, RSV 프로모터, EF1 알파 프로모터, 메탈로티오닌 프로모터, 베타-액틴 프로모터, 인간 IL-2 유전자의 프로모터, 인간 IFN 유전자의 프로모터, 인간 IL-4 유전자의 프로모터, 인간 림포톡신 유전자의 프로모터 및 인간 GM-CSF 유전자의 프로모터를 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.In addition, when the recombinant vector of the present invention is applied to eukaryotic cells, preferably yeast cells, the promoters that can be used are those capable of regulating the transcription of the expression target material of the present invention, promoters derived from yeast cells, mammals Promoters derived from animal viruses and promoters derived from genomes of mammalian cells, including, for example, the yeast ( G. cerevisiae ) GAPDH (Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase) promoter, the yeast ( S. cerevisiae ) GAL1 to GAL10 promoters, yeast ( Pichia pastoris ) AOX1 or AOX2 promoter, CMV (cytomegalo virus) promoter, adenovirus late promoter, vaccinia virus 7.5K promoter, SV40 promoter, tk promoter of HSV, RSV promoter, EF1 alpha promoter, metallothionine promoter, beta Actin promoter, promoter of human IL-2 gene, promoter of human IFN gene, human IL-4 gene Promoter, one containing the promoter and the promoter of the human GM-CSF gene of the human lymphotoxin gene, and the like.

바람직하게는, 본 발명에 이용되는 발현 컨스트럭트는 폴리 아네닐화 서열을 포함한다(예: 소성장 호르몬 터미네이터 및 SV40 유래 폴리 아데닐화 서열).Preferably, the expression constructs used in the present invention comprise a polyaninylation sequence (eg, a glial growth hormone terminator and a SV40 derived poly adenylation sequence).

본 발명의 벡터를 숙주 세포 내로 운반하는 방법은 당업계에 공지된 다양한 방법들을 이용할 수 있으며, 예를 들어 숙주 세포가 원핵 세포인 경우, CaCl2 방법(Cohen, et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973)), 하나한 방법(Cohen, et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA, 9:2110-2114(1973); 및 Hanahan, J. Mol. Biol., 166:557-580(1983)) 및 전기 천공 방법(Dower, et al., Nucleic. Acids Res., 16:6127-6145(1988)) 등에 의해 실시될 수 있으며, 진핵세포인 경우, 트랜스덕션(transduction), 전기천공법(electroporation), 리포펙션(lipofection), 마이크로인젝션, 유전자총(particle bombardment), YAC에서 이용되는 효모 구형질체/세포 융합, 식물세포에서 이용되는 아그로박테리움-매개된 형질전환 등을 이용하여 실시할 수 있다.The method of carrying the vector of the present invention into a host cell may use various methods known in the art, for example, when the host cell is a prokaryotic cell, the CaCl 2 method (Cohen, et al., Proc. Natl. Acac Sci. USA , 9: 2110-2114 (1973)), one method (Cohen, et al., Proc. Natl. Acac. Sci. USA , 9: 2110-2114 (1973); and Hanahan, J. Mol. Biol. , 166: 557-580 (1983)) and electroporation methods (Dower, et al., Nucleic. Acids Res. , 16: 6127-6145 (1988)) and the like. , Transduction, electroporation, lipofection, microinjection, particle bombardment, yeast globular / cell fusion used in YAC, agrobacterium used in plant cells Mediated transformation can be used.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에 이용되는 발현대상물질-인코딩 뉴클레오타이드 서열은 “프로모터-발현대상물질 인코딩 뉴클레오타이드 서열-폴리 아데닐화 서열”의 구조를 갖는다.According to a preferred embodiment of the present invention, the expression-encoding nucleotide sequence used in the present invention has a structure of “promoter-expression encoding nucleotide sequence-poly adenylation sequence”.

본 발명의 벡터 시스템은 당업계에 공지된 다양한 방법을 통해 구축될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 방법은 Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory Press(2001)에 개시되어 있으며, 이 문헌은 본 명세서에 참조로서 삽입된다.The vector system of the present invention may be constructed through various methods known in the art, and specific methods thereof are disclosed in Sambrook et al., Molecular Cloning, A Laboratory Manual , Cold Spring Harbor Laboratory Press (2001), This document is incorporated herein by reference.

본 발명의 재조합 발현벡터를 이용하여 형질전환된 효모 세포의 제조는 당업계에 통상적으로 공지된 유전자 전이방법에 의해 실시될 수 있다. 예를 들어, 전기천공법(electroporation), 리튬 아세테이트/DMSO 방법(Hill, et al., (1991), DMSO-enhanced whole cell yeast transformation. Nucleic Acids Res. 19, 5791), 리포좀-매개 전이방법(Wong, et al., 1980), 레트로바이러스-매개 전이방법(Chen, et al., (1990), J. Reprod. Fert. 41:173-182; Kopchick, et al., (1991) Methods for the introduction of recombinant DNA into chicken embryos. In Transgenic Animals, ed. N.L. First & F.P. Haseltine, pp.275-293, Boston; Butterworth-Heinemann; Lee, M.-R. and Shuman, R. (1990) Proc. 4th World Congr. Genet. Appl. Livestock Prod. 16, 107-110) 등을 이용하여 실시하며, 가장 바람직하게는 리튬 아세테이트/DMSO 방법을 이용하여 실시한다.The production of transformed yeast cells using the recombinant expression vector of the present invention can be carried out by gene transfer methods commonly known in the art. For example, electroporation, lithium acetate / DMSO method (Hill, et al., (1991), DMSO-enhanced whole cell yeast transformation. Nucleic Acids Res. 19, 5791), liposome-mediated transfer methods ( Wong, et al., 1980), retrovirus-mediated transfer method (Chen, et al., (1990), J. Reprod. Fert. 41: 173-182; Kopchick, et al., (1991) Methods for the introduction of recombinant DNA into chicken embryos.In Transgenic Animals, ed.NL First & FP Haseltine, pp. 275-293, Boston; Butterworth-Heinemann; Lee, M.-R. and Shuman, R. (1990) Proc. 4th World Congr. Genet. Appl. Livestock Prod. 16, 107-110) and the like, most preferably using the lithium acetate / DMSO method.

한편, 본 발명의 발현대상물질 단백질을 유효성분으로써 유전자 도입에 이용하기 위해 발현대상물질 단백질이 효과적으로 세포 내로 침투할 수 있어야 한다. 예를 들어, 상술한 불활성화된 SSK2 또는 PPG1 단백질, 또는 PAM1 단백질을 유효성분으로 이용하는 경우, 단백질 운반 도메인(PTD: protein transduction domain)을 불활성화된 SSK2 또는 PPG1 단백질, 또는 PAM1 단백질에 부착시키는 것이 바람직하다. 즉, 유효성분으로서 본 발명의 불활성화된 SSK2 또는 PPG1 단백질, 또는 PAM1 단백질을 세포 내로 도입(permeable peptide transduction)하기 위하여 단백질 운반 도메인(PTD: protein transduction domain)을 상기 단백질과 융합하여 융합 단백질을 만든다. 상기 단백질 운반 도메인(PTD)은 라이신/아르기닌 등 기본 아미노산 잔기들을 주로 포함하고 있어서 이와 융합된 단백질들을 세포막을 투과하여 세포내로 침투시키는 역할을 한다. 상기 단백질 운반 도메인(PTD)은 바람직하게는 HIV-1 Tat 단백질, 드로소필라 안테나페디아의 homeodomain, HSV VP22 전사조절단백질, vFGF에서 유도된 MTS 펩타이드, 페네트라틴, 트랜스포탄 또는 Pep-1 펩타이드에서 유래된 서열을 포함하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
On the other hand, in order to use the expression target protein of the present invention as an active ingredient to introduce the gene should be able to effectively penetrate into the cell. For example, when using the above-described inactivated SSK2 or PPG1 protein or PAM1 protein as an active ingredient, attaching a protein transduction domain (PTD) to the inactivated SSK2 or PPG1 protein or PAM1 protein. desirable. That is, in order to introduce the inactivated SSK2 or PPG1 protein, or PAM1 protein of the present invention as an active ingredient into cells, a protein transduction domain (PTD) is fused with the protein to form a fusion protein. . The protein transport domain (PTD) mainly contains basic amino acid residues such as lysine / arginine, and serves to permeate the proteins fused therewith into the cell through the cell membrane. The protein transport domain (PTD) is preferably in the HIV-1 Tat protein, the homeodomain of the drosophila antennafedia, the HSV VP22 transcriptional regulator protein, the MTS peptide derived from vFGF, the penetratin, the transpotane or the Pep-1 peptide. Including but not limited to sequences derived.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:The features and advantages of the present invention are summarized as follows:

(a) 본 발명은 불활성화된(inactivated) SSK2 또는 PPG1 유전자, 또는 PAM1 유전자를 포함하는 에탄올- 및 열-저항성 형질변형 효모 균주 및 이의 용도에 관한 것이다.(a) The present invention relates to ethanol- and heat-resistant transformed yeast strains comprising the inactivated SSK2 or PPG1 gene, or PAM1 gene and uses thereof.

(b) 본 발명의 효모 균주들은 고농도 에탄올, 바람직하게는 12.5-15% 에탄올에서 성장할 수 있으며, 고온(예컨대, 42℃)에서 성장할 수 있는 효모 균주다.(b) Yeast strains of the present invention are yeast strains that can grow in high concentration ethanol, preferably 12.5-15% ethanol, and can grow at high temperatures (eg, 42 ° C.).

(c) 본 발명의 효모 균주들은 고에탄올 및 열 저항성을 보유함으로써 향후 통합공정에서 에탄올을 보다 효율적으로 생산할 수 있다.
(c) The yeast strains of the present invention possess high ethanol and heat resistance, so that ethanol can be produced more efficiently in a future integrated process.

도 1은 트랜스포존에 의해 돌연변이 유발된 효모 DNA 라이브러리를 이용한 사카로마이세스 세레지비에 L3262의 형질전환 과정을 나타내는 도식이다.
도 2는 사카로마이세스 세레지비에 트랜스포존 돌연변이체들의 에탄올- 및 열-저항성을 조사하기 위한 성장 어세이 결과이다. 도 2A는 에탄올-저항성을 조사하기 위한 성장 어세이 결과이다. 도 2B는 열-저항성을 조사하기 위한 성장 어세이 결과이다.
도 3은 트랜스포존 삽입 위치를 나타내는 도식이다. 트랜스포존 삽입 위치는 2개의 에탄올- 및 열-저항성 스트레인으로부터 회복된 트랜스포존의 시퀀싱을 통해 결정하였다. 주변 유전자 위치(genetic loci)가 보여진다.
도 4는 트랜스포존에 의해 영향받은 유전자들의 발현을 나타내는 결과이다. 대조군 L3262로부터 추출한 총 RNA를 이용하여 노던 블롯 분석을 실시하였다. 스캐닝 밀도측정기(scanning densitometer)를 이용하여 시그널을 상대적으로 정량하고 ACT1으로 표준화하였으며, % 대조군으로 제시하였다.
도 5는 SGKO 돌연변이체들의 에탄올- 및 열-저항성을 나타내는 성장 어세이 결과이다. 도 5A는 10배씩 연속적으로 희석된 SGKO 돌연변이체들을 0%, 10%, 12.5% 및 15% 에탄올을 포함하는 YPD 플레이트에 스팟팅한 후, 30℃에서 1일(0%), 3일(10%), 4일(12.5%) 또는 5일(15%) 동안 성장시킨 결과이다. 도 5B는 스팟된 YPD 플레이트를 1일(30℃) 또는 3일(43℃) 동안 성장시킨 결과이다.
도 6은 보충(complementation)에 의한 스트레스 민감성 회복을 보여주는 성장 어세이 결과이다. 도 6A는 10배씩 연속적으로 희석된 보충된 스트레인들을 0% 및 10% 에탄올을 포함하는 YPD 플레이트에 스팟팅한 후, 30℃에서 1일(0%) 또는 4일(10%) 동안 성장시킨 결과이다. 도 6B는 스팟된 YPD 플레이트를 1일(30℃) 또는 4일(42℃) 동안 성장시킨 결과이다. 대조군 스트레인들은 pRS316을 Tn 돌연변이체들에 형질전환시킴으로써 제조하였다.
도 7은 스트레스 민감성에 대한 과다-발현의 효과를 관찰한 결과이다. 도 7a는 10배씩 연속적으로 희석된 과다-발현 스트레인들을 0% 및 10% 에탄올을 포함하는 YPD 플레이트에 스팟팅한 후, 30℃에서 1일(0%) 또는 4일(10%) 동안 성장시킨 결과이다. 도 7b는 스팟된 YPD 플레이트를 1일(30℃) 또는 4일(42℃) 동안 성장시킨 결과이다. 대조군 스트레인들은 pRS316-GAPDH을 L3262에 형질전환시킴으로써 제조하였다.
도 8은 Tn 돌연변이체들의 발효 프로파일을 보여주는 그래프이다. 지수적으로 성장하는 세포(0.5 OD600)를 30℃에서 30% 글루코오스 및 6% 에탄올이 보충된 YPD 배지에서 성장시켰다. 발효 동안 세포 성장(도 8A) 및 에탄올 생산(도 8B)을 모니터링하였다. 에탄올이 없는 상태에서 실시한 유사한 실험을 42℃에서 실시하여 발효 동안 세포 성장(도 8C) 및 에탄올 생산(도 8D)을 모니터링하였다. 심볼: L3262, 빈 삼각형; Tn2, 채워진 원; 및 Tn3, 채워진 사각형.
1 is a diagram showing the transformation process of Saccharomyces cerevisiae L3262 using a yeast DNA library mutated by transposon.
Figure 2 is a growth assay result for investigating the ethanol- and heat-resistance of Saccharomyces cerevisiae transposon mutants. 2A is a growth assay result for investigating ethanol-resistance. 2B is a growth assay result for investigating heat-resistance.
3 is a diagram showing a transposon insertion position. Transposon insertion sites were determined through sequencing of transposons recovered from two ethanol- and heat-resistant strains. Peripheral genetic loci are shown.
4 is a result showing expression of genes affected by transposon. Northern blot analysis was performed using total RNA extracted from control L3262. Signals were relatively quantified using a scanning densitometer and normalized to ACT1 and presented as a% control.
5 is a growth assay result showing ethanol- and heat-resistance of SGKO mutants. FIG. 5A shows spotting SGKO mutants serially diluted 10-fold in YPD plates containing 0%, 10%, 12.5% and 15% ethanol, followed by 1 day (0%), 3 days (30%) at 30 ° C. %), 4 days (12.5%) or 5 days (15%). 5B shows the result of growing spotted YPD plates for 1 day (30 ° C.) or 3 days (43 ° C.).
6 is a growth assay result showing recovery of stress sensitivity by complementation. FIG. 6A shows that 10-fold serially diluted supplemented strains were spotted on YPD plates containing 0% and 10% ethanol and then grown at 30 ° C. for 1 day (0%) or 4 days (10%). to be. 6B is the result of growing spotted YPD plates for 1 day (30 ° C.) or 4 days (42 ° C.). Control strains were prepared by transforming pRS316 to Tn mutants.
7 shows the results of observing the effect of over-expression on stress sensitivity. FIG. 7A shows that over-expressing strains diluted 10-fold in succession were spotted on YPD plates containing 0% and 10% ethanol and then grown at 30 ° C. for 1 day (0%) or 4 days (10%). The result is. 7B shows the result of growing spotted YPD plates for 1 day (30 ° C.) or 4 days (42 ° C.). Control strains were prepared by transforming pRS316-GAPDH to L3262.
8 is a graph showing the fermentation profile of Tn mutants. Exponentially growing cells (0.5 OD 600 ) were grown in YPD medium supplemented with 30% glucose and 6% ethanol at 30 ° C. Cell growth (FIG. 8A) and ethanol production (FIG. 8B) were monitored during fermentation. Similar experiments conducted in the absence of ethanol were conducted at 42 ° C. to monitor cell growth (FIG. 8C) and ethanol production (FIG. 8D) during fermentation. Symbol: L3262, empty triangle; Tn2, filled circle; And Tn3, filled rectangles.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예Example

실험재료 및 실험방법Materials and Experiments

균주, 배지 및 배양 조건Strains, Media and Culture Conditions

본 연구에서 균주, 파괴된 유전자 및 트랜스포존-삽입위치는 표 1에 기재되어 있다. 사카로미세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae) L3262(MAT-αura3-52 leu2-3,112 his4-34: 한국생명공학연구원 제공)를 숙주 균주로 이용하였다. 사카로미세스 세레지비에를 YPD 배지(1% 박토 효모 추출물, 2% 박토 펩톤, 2% 덱스트로오스, w/v; Difco, MI)에서 30℃로 배양하였다. 사카로미세스 세레지비에 형질전환체를 SD-루이신 배지[0.67% Difco YNB(yeast nitrogen base; 아미노산 부재), 2% 글루코오스, 0.069% 보충 혼합물(complete supplement mixture, CSM)-leu : MP, OH) 에서 선택하였다. 플라스미드 구축을 위해, E. coli DH5α(Stratagene, CA)를 숙주로 이용하여 100 mg/l의 암피실린(Sigma-Aldrich, MO)이 보충된 루리아-베르타니 배지(LB): Difco, MI)에서 37℃ 배양시켰다.
The strains, disrupted genes and transposon-insertion sites in this study are listed in Table 1. Saccharomyces cerevisiae L3262 ( MAT-αura3-52 leu2-3,112 his4-34 : provided by Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology) was used as the host strain. Saccharomyces ceresevier was incubated at 30 ° C. in YPD medium (1% Bacteria yeast extract, 2% Bactobacillus peptone, 2% dextrose, w / v; Difco, MI). Saccharomyces cerevisiae transformants were transformed into SD-Leucine medium [0.67% Difco YNB (yeast nitrogen base; no amino acid), 2% glucose, 0.069% complete supplement mixture (CSM) -leu: MP, OH ). For plasmid construction, E. Coli DH5α (Stratagene, Calif.) was used as a host and incubated at 37 ° C in Luria-Bertani medium (LB): Difco, MI supplemented with 100 mg / l Ampicillin (Sigma-Aldrich, Mo.).

트랜스포존 돌연변이법Transposon mutagenesis

트랜스포존의 임의적 삽입(random insertion)에 의해 mTn3-lacZ/LEU2를 가지는 사카로미세스 세레지비에 지놈 라이브러리 풀을 예일지놈분석센터(Yale Genome Analysis Center, New Haven, CT: http://ygac.med.yale.edu/mtn/reagent)로부터 얻었다. mTn3-돌연변이된 지놈 라이브러리 풀로부터 추출한 플라스미드 DNA를 NotI으로 절단하여 사카로미세스 세레지비에 L3262의 형질전환을 위해 이용하였다. 효모 형질전환을 리튬 아세테이트 방법으로 실시하였다. 형질전환체를 SD-루이신 배지에서 선택하였다(도 1).
Saccharomyces ceresevier genome library pool with mTn3- lacZ / LEU2 by random insertion of transposons was loaded into the Yale Genome Analysis Center, New Haven, CT: http://ygac.med. yale.edu/mtn/reagent ). Saccharomyces by digesting plasmid DNA extracted from mTn3-mutated genome library pool with Not I Serezivi was used for transformation of L3262. Yeast transformation was carried out by the lithium acetate method. Transformants were selected in SD-Leucine medium (FIG. 1).

에탄올- 및 열-저항성 돌연변이체의 분리Isolation of Ethanol- and Heat-resistant Mutants

에탄올 저항성 돌연변이체의 분리를 위해, 형질전환체들을 YPD 배지 및 10% 에탄올을 포함한 YPD 배지 플레이트에 두 쌍으로(replica) 플레이팅하여 30℃에서 2일 동안 배양하였다. 모든 배지 조건에서 잘 자랄 수 있는 돌연변이체들을 선택하였다. 이후, 상기 돌연변이체들을 42℃에서 4일 동안 배양하였으며, 잘 성장하는 돌연변이체들을 선택하였다. 이들 돌연변이체들을 확인하기 위해, 돌연변이체들을 YPD 배지에서 OD600값 1까지 배양한 후, 살균 수로 연속적으로 10배씩 희석시켰다. 각 희석액의 분취액(5 ㎕)을 에탄올이 없거나, 또는 10%, 12.5%, 15% 에탄올을 함유한 YPD 아가 플레이트에 플레이팅하고, 30℃ 또는 42℃에서 3-6일 동안 배양하였다. 성장 어세이를 세 번에 걸쳐서(triplicate) 실시하였다. 대표적인 실험 결과들이 제시되었다. 대조군 스트레인과 비교하여 10%, 12.5%, 15% 에탄올을 포함한 YPD 아가 플레이트와 42℃에서 잘 자랄 수 있는 돌연변이체들을 에탄올-및 열-저항성 돌연변이체로 최종적으로 선택하였다.
For isolation of ethanol resistant mutants, transformants were plated in two pairs on YPD medium and YPD medium plates containing 10% ethanol and incubated at 30 ° C. for 2 days. Mutants were selected that could grow well in all media conditions. The mutants were then incubated at 42 ° C. for 4 days and well growing mutants were selected. To identify these mutants, the mutants were incubated in YPD medium to an OD 600 value of 1 and then serially diluted 10-fold in sterile water. Aliquots (5 μl) of each dilution were plated on YPD agar plates free of ethanol or containing 10%, 12.5%, 15% ethanol and incubated at 30 ° C. or 42 ° C. for 3-6 days. Growth assays were performed in triplicates. Representative experimental results are presented. YPD agar plates containing 10%, 12.5% and 15% ethanol and mutants capable of growing well at 42 ° C. compared to the control strain were finally selected as ethanol- and heat-resistant mutants.

에탄올-저항성 표현형에 관련된 유전자의 동정Identification of genes involved in the ethanol-resistant phenotype

에탄올-저항성 돌연변이체에서 lacZ 서열에 인접한 lacZ 서열을 이용한 플라스미드 회수(plasmid rescuring)에 의해 mTn3-lacZ/LEU2 삽입 위치를 결정하였다. 복제 원점(origin of replication; ori)을 도입하기 위해, URA3로 표시된 플라스미드(회수 플라스미드; pRSQ2-URA3, 예일지놈분석센터 제공)가 lacZ 서열의 플라스미드-유래(borne) 카피 및 트랜스포존-유래 카피 간의 재조합에 의해 트랜스포존의 일부로 대체된다. 이들 형질전환체로부터 효모 DNA를 회수하여 적절한 효소(EcoRI, SalI, HindIII, PstI 또는 KpnI)로 절단하였다. 이후 절단된 단편들을 원형화시켜 E. coli DH5α에서 회복시켰다. 얻어진 플라스미드를 트랜스포존의 5’ 말단에 상보적인 lacZ 프라이머를 이용하여 시퀀싱하였으며 이용된 프라이머 서열은 다음과 같다: 5’-GTTTTCCCAGTCACGAC-3’. 사카로미세스 지놈 데이터베이스의 BLAST 서버(http://www.yeastgenome.org/)를 이용하여 트랜스포존이 삽입된 유전자들을 분석하였다.
The mTn3- lacZ / LEU2 insertion site was determined by plasmid rescuring using the lacZ sequence adjacent to the lacZ sequence in ethanol-resistant mutants. To introduce the origin of replication ( ori ), a plasmid designated as URA3 (recovery plasmid; pRSQ2-URA3, provided by Yale Genome Analysis Center) was used to recombine between plasmid-borne copies of the lacZ sequence and transposon-derived copies. Replaced by part of the transposon. Yeast DNA was recovered from these transformants and digested with appropriate enzymes ( EcoR I, Sal I, Hind III, Pst I or Kpn I). The cut fragments were then circularized to E. recovery from coli DH5α. The resulting plasmid was sequenced using lacZ primers complementary to the 5 'end of the transposon and the primer sequences used were as follows: 5'-GTTTTCCCAGTCACGAC-3'. The transposon-inserted genes were analyzed using a BLAST server ( http://www.yeastgenome.org/ ) of the Saccharomyces genome database.

노던 블롯 분석Northern blot analysis

총 RNAs가 추출되어 15 ㎍을 이용하였다. 프로브로 이용된 DNA 단편들은 L3263 게놈 DNA로부터 적절한 유전자-특이적 프라이머들을 이용한 PCR을 통해 제조하였다. 정제된 PCR 단편들은 랜덤 프라이머를 이용하여 32P-dCTP(GE Healthcare, Buckinghamshire, UK)로 표지되었다. 이후 과정들은 이전에 기재된 바와 같이 실시하였다(Adams, A., D. E. Gottschling, C. A. Kaiser, and T. Stearns. Methods in yeast genetics. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY.(1997)). ACT1은 내적 대조군으로 이용하였다. 밴드 강도는 NIH image J, version 1.61을 이용하여 정량하였다. 각 유전자에 대한 실험들은 세 번에 걸쳐서 실시하였다.
Total RNAs were extracted and used 15 μg. DNA fragments used as probes were prepared by PCR using appropriate gene-specific primers from L3263 genomic DNA. Purified PCR fragments were labeled with 32 P-dCTP (GE Healthcare, Buckinghamshire, UK) using random primers. The procedures were then performed as previously described (Adams, A., DE Gottschling, CA Kaiser, and T. Stearns. Methods in yeast genetics. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY. (1997)). ACT1 was used as an internal control. Band intensities were quantified using NIH image J, version 1.61. Experiments for each gene were performed three times.

유전자 클로닝 및 분석 방법들Gene Cloning and Analysis Methods

과다발현 실험을 위해, 동정된 유전자들의 ORFs(open reading frames)가 pRS316-GAPDH(glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase) 내로 클로닝되었다. 보충 실험(complementation experiments)을 위해, 프로모터 및 종결 서열(terminator sequences)과 융합된 ORFs을 pRS316 벡터에 서브클로닝하였다. 증폭된 산물 및 벡터를 적합한 제한 효소로 절단한 후, E. coli DH5α에 형질전환시켰다. 이용된 프라이머 쌍 및 얻어진 플라스미드는 표 2에 기재되어 있다. 클론들은 시퀀싱을 통해 확인하였으며, 사카로미세스 세레비지에(S. cerevisiae) L3262 또는 상응하는 트랜스포존 돌연변이체들에 형질전환시켰다.For overexpression experiments, open reading frames (ORFs) of the identified genes were cloned into glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase (pRS316-GAPDH). For complementation experiments, ORFs fused with promoter and terminator sequences were subcloned into the pRS316 vector. Amplified products and vectors were digested with suitable restriction enzymes and then transformed into E. coli DH5α. The primer pairs used and the resulting plasmids are listed in Table 2. Clones were identified by sequencing and transformed into S. cerevisiae L3262 or the corresponding transposon mutants.

유전자들은 표준 프로토콜에 의해 제조된 게놈 DNA를 템플레이트로 이용하여 pfu DNA 폴리머라제에 의해 PCR-증폭되었다(Adams, A., D. E. Gottschling, C. A. Kaiser, and T. Stearns. Methods in yeast genetics. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY.(1997)). PCR 단편들을 QIAquick 젤 추출 키트(Qiagen, Valencia, CA)로 정제하였다. 모든 PCR 컨스트럭트를 시퀀싱하여 확인하였다. ORF 중간에 존재하는 인트론으로 인하여, IMD4의 ORF는 역전사 (Reverse transcription, RT)-PCR을 통해 제조하였다. 이후, 단일-가닥 cDNA는 분리된 총 RNA로부터 AMV(Avian Myeloblastosis virus) 역전사 효소(Promega, Madson, WI)에 의해 합성하였다. 일 ㎍의 총 RNA, 1X 역전사 완충액[10 mM Tris-HCl(pH 9.0), 50 mM KCl, 0.1% 트라이톤 X-100], 1 mM 디옥시뉴클레오시드 트리포스페이트(dNTPs), 0.5 유니트의 RNase 억제제, 100 pmol/㎕의 특이적인 다운스트림 프라이머(IMD4-R; 표 1)을 포함하는 20 ㎕의 역전사 반응 혼합물과 15 유니트의 AMV 역전사 효소를 42℃에서 15분 동안 반응시키고, 99℃에서 5분 동안 열을 가한 후, 0-5℃에서 5분 동안 반응시켰다. PCR 조건은 다음과 같이 실시하였다: 95℃에서 3분 동안 변성시키는 단계; 35 사이클(95℃에서 1분 동안 변성, 65℃에서 1분 동안 어닐링, 및 72℃에서 2분 동안 연장하는 단계로 구성된 한 사이클)을 실시하는 단계; 및 72℃에서 10분 동안 최종적으로 연장하는 단계. 세포 성장은 Beckman DU730 분광광도계(Beckman Coulter, Fullerton, CA)를 이용하여 600 nm에서 측정하였으며, 혈구계측기(hemocytometry)로 모니터링하였다.
Genes were PCR-amplified by pfu DNA polymerase using genomic DNA prepared by standard protocols as a template (Adams, A., DE Gottschling, CA Kaiser, and T. Stearns.Methods in yeast genetics.Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY. (1997). PCR fragments were purified with QIAquick gel extraction kit (Qiagen, Valencia, CA). All PCR constructs were verified by sequencing. Due to the introns present in the middle of the ORF, the ORF of IMD4 was prepared via Reverse Transcription (RT) -PCR. Single-stranded cDNA was then synthesized by Avian Myeloblastosis virus (AMV) reverse transcriptase (Promega, Madson, WI) from isolated total RNA. 1 μg total RNA, 1 × reverse transcript buffer [10 mM Tris-HCl (pH 9.0), 50 mM KCl, 0.1% Triton X-100], 1 mM deoxynucleoside triphosphate (dNTPs), 0.5 unit of RNase inhibitor 20 μl reverse transcription reaction mixture containing 100 pmol / μl of specific downstream primer (IMD4-R; Table 1) and 15 units of AMV reverse transcriptase were reacted at 42 ° C. for 15 minutes and 5 minutes at 99 ° C. After the heat was applied, the reaction was carried out at 0-5 ° C. for 5 minutes. PCR conditions were performed as follows: denaturation at 95 ° C. for 3 minutes; Performing 35 cycles (one cycle consisting of denaturation at 95 ° C. for 1 minute, annealing at 65 ° C. for 1 minute, and extending at 72 ° C. for 2 minutes); And finally extending for 10 minutes at 72 ° C. Cell growth was measured at 600 nm using a Beckman DU730 spectrophotometer (Beckman Coulter, Fullerton, Calif.) And monitored by hemocytometry.

발효Fermentation

지수적으로 성장하는 세포를 수득하여 100 ml의 YPD30E6[30% 글루코오스 및 6%(v/v) 에탄올로 보충된 YP]로 옮겼다. 시작 세포 밀도는 0.3의 OD600 값으로 조정하였다. 세포를 120 rpm으로 흔들면서 30℃에서 배양하였다. 시료를 12시간 마다 취한 후, 세포 성장 및 에탄올 농도를 각각 세포 밀도 측정 및 HPLC(high-pressure liquid chromatography)를 이용하여 결정하였다. 시료를 60℃로 세팅된 Aminex HPX-87H 컬럼(Bio-Rad, Hercules, CA, USA)에 로딩하였다. 글루코오스 및 에탄올을 0.5 mM H2SO4를 이용하여 0.6 ml/분의 유동속도로 용출시켰다. 피크들은 굴절율(refractory index)에 의해 검출되고 지연시간(retention time)에 따라 동정되어 표준 곡선에 따라 정량화되었다. 세포 성장은 600 nm에서 광학밀도를 측정함으로써 모니터링하였다.
Exponentially growing cells were obtained and transferred to 100 ml of YPD30E6 [YP supplemented with 30% glucose and 6% (v / v) ethanol]. Starting cell density was adjusted to an OD 600 value of 0.3. The cells were incubated at 30 ° C with shaking at 120 rpm. After samples were taken every 12 hours, cell growth and ethanol concentration were determined using cell density measurements and high-pressure liquid chromatography (HPLC), respectively. Samples were loaded on an Aminex HPX-87H column (Bio-Rad, Hercules, CA, USA) set at 60 ° C. Glucose and ethanol were eluted with 0.5 mM H 2 SO 4 at a flow rate of 0.6 ml / min. Peaks were detected by refractory index and identified according to retention time and quantified according to a standard curve. Cell growth was monitored by measuring optical density at 600 nm.

실험결과Experiment result

에탄올-저항성 돌연변이체들의 선택Selection of Ethanol-Resistant Mutants

약 3,000개의 형질전환체들을 루이신 원영양체(prototroph)로서 선택하였으며(도 1), YPD 배지 및 10% 에탄올을 포함한 YPD 배지 플레이트에 두 쌍으로(replica) 플레이팅하였다. 선택된 약 40개의 돌연변이체들을 30℃에서 3일 동안 배양한 후 대조군 균주(사카로미세스 세레비지에 L3262)과 비교하여 10% 에탄올을 포함한 YPD 플레이트에서 잘 성장한 돌연변이체들을 에탄올-저항성 스트레인으로 선택하였다. 선택된 40개의 돌연변이체들을 확인해 본 결과, 2개의 돌연변이체들이 에탄올-저항성 돌연변이체들로 최종 선택되어 Tn-2 및 Tn-3으로 명명되었다. 이들 돌연변이체들은 모두 대조군 균주와 비교하여 10%, 12.5% 또는 15% 에탄올을 포함한 YPD 플레이트에서 잘 성장하였다(도 2a).
About 3,000 transformants were selected as leucine prototrophs (FIG. 1) and plated in pairs on YPD medium plates containing YPD medium and 10% ethanol. About 40 mutants selected were incubated at 30 ° C. for 3 days and then the control strain (Saccharomyces). Mutants that grew well on YPD plates containing 10% ethanol as compared to L3262) were selected as ethanol-resistant strains. As a result of identifying 40 selected mutants, two mutants were finally selected as ethanol-resistant mutants and named Tn-2 and Tn-3. These mutants all grew well on YPD plates containing 10%, 12.5% or 15% ethanol compared to the control strain (FIG. 2A).

에탄올 및 열-저항성 돌연변이체들의 선택Selection of Ethanol and Heat-resistant Mutants

본 발명자들은 고온(42℃)에서 에탄올-저항성 돌연변이체들의 성장을 조사하였다. 도 2b에서 확인할 수 있듯이, 두 개의 돌연변이체들(Tn-2 및 Tn-3)이 대조군 균주와 비교하여 42℃ YPD 플레이트에서 성장할 수 있었다. 따라서, 이들 두 개의 돌연변이체들은 15% 에탄올 스트레스 및 42℃까지 고온 스트레스 양자에 대해서 동시에 저항성을 나타낼 수 있었다.
We investigated the growth of ethanol-resistant mutants at high temperature (42 ° C.). As can be seen in Figure 2b, two mutants (Tn-2 and Tn-3) were able to grow on 42 ° C. YPD plates compared to the control strain. Therefore, these two mutants could simultaneously resist both 15% ethanol stress and high temperature stress up to 42 ° C.

저항성 돌연변이체들에서 트랜스포존 삽입 위치의 동정Identification of Transposon Insertion Sites in Resistant Mutants

각 저항성 돌연변이체들로부터 트랜스포존에 인접한 효모 염색체 DNA를 대장균에서 회수하여 시퀀싱(마크로젠, 한국)하였다. 모든 동정된 유전자들의 트랜스포존 삽입 위치 및 기능을 표 1 및 도 3에 요약하여 기재하고 있다.Yeast chromosomal DNA adjacent to the transposon from each resistant mutant was recovered from E. coli and sequenced (Macrogen, Korea). The transposon insertion position and function of all identified genes are summarized in Table 1 and FIG. 3.

에탄올- 및 열-저항성 표현형을 야기할 수 있는 동정된 유전자들.Identified genes that can give rise to ethanol- and heat-resistant phenotypes. 균주Strain 파괴된 유전자Destroyed genes 삽입 위치Insertion position aa 기능function bb Tn-2Tn-2 YNR031C/SSK2
~
YNR032W/PPG1
YNR031C / SSK2
~
YNR032W / PPG1
-552 bp






-25 bp


-552 bp






-25 bp


SSK2: HOG1 마이토젠-활성화된 시그널링 경로의 MAP(mitogen-activated protein) 키나제 키나제 키나제로 Pbs2p를 인산화시키는 Ssk1p와 상호작용하여 Ssk2p의 자가인산화 및 활성화를 야기하며, 삼투 스트레스로부터 액틴 사이토스켈레톤 회복(recovery)도 매개한다.
PPG1: 글라이코겐 축적에 필요한 잠재적인 세린/스레오닌 단백질 포스파타제로, 다른 단백질 포스파타제와 결합하여 조절하는 Tap42p와 상호작용한다.
SSK2: Interacts with Ssk1p, which phosphorylates Pbs2p with a mitogen-activated protein (MAP) kinase kinase kinase of the HOG1 mitogen-activated signaling pathway, resulting in autophosphorylation and activation of Ssk2p and recovery of actin cytoskeleton from osmotic stress ) Also mediates.
PPG1: A potential serine / threonine protein phosphatase required for glycogen accumulation, which interacts with Tap42p to bind and regulate other protein phosphatase.
Tn-3Tn-3 PAM1PAM1 778 bp778 bp PAM1: 기능이 알려지지 않은 필수 단백질; 콜로니 형성과정 동안 다양한 발현 양상을 나타내고, 과다발현시킨 경우, 단백질 포스파타제 2A 결핍에도 생존할 수 있게 하며, 성장을 억제하고 섬유성 표현형을 유발한다.PAM1: essential protein whose function is unknown; Various expression patterns during colony formation, and overexpression, allow survival even with protein phosphatase 2A deficiency, inhibit growth and induce fibrotic phenotype.

a: 삽입 위치는 각 코딩 서열의 개시 ATG로부터의 위치이다.a: The insertion position is the position from the starting ATG of each coding sequence.

b: 효모 지놈 데이터베이스(YGD)의 주석.
b: Comments in the Yeast Genome Database (YGD).

파괴된 유전자들의 동정Identification of destroyed genes

트랜스포존이 삽입된 위치는 다음과 같았다: Tn2, SSK2의 프로모터 부위 및 PPG1의 프로모터 부위; 및 Tn3, PAM1의 ORF 부위. Tn2에서 영향받은 유전자를 결정하고 Tn3에서 이의 파괴를 확인하기 위해, SSK2, PPG1 및 PAM1의 발현 레벨을 노던 블롯 분석을 통해 조사하였다(도 4). 대조군과 비교하여, SSK2 및 PPG1의 레벨은 각각 약 20% 및 50% 정도 더 낮았는데, 이는 PPG1가 SSK2보다 더 큰 정도로 영향을 받았다는 것을 의미한다. 예상한 바와 같이, PAM1의 발현은 검출되지 않았다. 따라서, 트랜스포존 삽입은 SSK2 및 PPG1의 발현에 부분적으로 영향을 미쳤으며, PAM1의 발현을 완전하게 억제시켰다.
The position at which the transposon was inserted was as follows: the promoter region of Tn2, SSK2 and the promoter region of PPG1; And Tn3, ORF site of PAM1. To determine the genes affected at Tn2 and to confirm their disruption at Tn3, expression levels of SSK2, PPG1 and PAM1 were examined via Northern blot analysis (FIG. 4). Compared to the control, the levels of SSK2 and PPG1 were about 20% and 50% lower, respectively, meaning that PPG1 was affected to a greater extent than SSK2. As expected, no expression of PAM1 was detected. Thus, transposon insertion partially affected the expression of SSK2 and PPG1 and completely inhibited the expression of PAM1.

에탄올- 및 열-저항성에 대한 기여Contribution to Ethanol- and Heat-Resistance

상술한 결과에 따르면, Tn2에서 SSK2 및 PPG1이 동시에 하향-조절되고, Tn3에서 PAM1이 파괴되었음을 확인할 수 있었다. SSK2, PPG1 및 PAM1의 하향-조절 또는 결실의 에탄올- 및 열-저항성에 대한 기여도를 알아보기 위해, BY4741 백그라운드의 사카로미세스 세레비지에 단일 유전자 넉-아웃(single gene knockout, SGKO) 라이브러리(collection library)로부터 얻어진 3개 유전자에 대한 넉-아웃 돌연변이체들을 이용하여 개별적으로 조사하였다. 상기 라이브러리가 허원기 박사(Seoul National University, Seoul, Korea)로부터 친절하게도 제공되었으며, 동정된 유전자의 확인에 이용되었다. 사카로미세스 세레비지에 BY4741 스트레인이 상술한 결실 돌연변이체들의 모 스트레인(mother strain)이었다. ssk2, ppg1pam1의 배양물을 10%, 12.5% 및 15% 에탄올을 포함하는 YPD 플레이트에서 성장(spot-assay)시켰을 경우, 모든 결실 돌연변이체들의 성장이 대조군 BY4741 스트레인과 비교하여 조사된 모든 에탄올 농도에서 증대되었다(도 5A). 스팟된 YPD 플레이트가 43℃에서 성장된 경우, Tn2 및 Tn3가 성장할 수 없는 온도에서 ssk2, ppg1 pam1이 증가된 성장을 나타냈다(도 5B). 하지만, 상기 돌연변이체들은 44℃에서 성장하지 않았다(결과를 보이지 않음). 성장에 대한 최대 온도에서 1도의 차이는 BY4741이 L3262보다 더 열-저항성 스트레인이기 때문일 수 있다(결과를 보이지 않음). 그러므로, SSK2, PPG1 및 PAM1에 대한 SGKOs이 에탄올-저항성 뿐 아니라, 열-저항성도 나타냈다. SSK2 또는 PPG1, 또는 양 유전자의 하향-조절은 에탄올 및 열 모두에 대한 저항성을 부여하였다는 것이 중요하다. 상술한 결과들은 RNA 발현 레벨 및 아마도 단백질 레벨(비록 확인되지 않았을 지라도)이 에탄올- 및 열-저항성을 부여하는 데 중요하다는 것을 의미한다.
According to the above results, it was confirmed that SSK2 and PPG1 were simultaneously down-regulated at Tn2 and PAM1 was destroyed at Tn3. In order to determine the contributions to ethanol- and heat-resistance of down-regulation or deletion of SSK2, PPG1 and PAM1, single gene knockout in Saccharomyces cerevisiae in the BY4741 background SGKO) were individually examined using knock-out mutants for three genes obtained from a collection library. The library was kindly provided by Dr. Hur Won (Seoul National University, Seoul, Korea) and used to identify the genes identified. Saccharomyces cerevisiae BY4741 strain was the mother strain of the deletion mutants described above. When cultures of ssk2 , ppg1 and pam1 were spot- assayed on YPD plates containing 10%, 12.5% and 15% ethanol, the growth of all deletion mutants was examined in all ethanol investigated compared to the control BY4741 strain. Increased in concentration (FIG. 5A). When the spotted YPD plates were grown at 43 ° C., ssk2 , ppg1 and pam1 showed increased growth at temperatures where Tn2 and Tn3 could not grow (FIG. 5B). However, the mutants did not grow at 44 ° C. (results not shown). The difference of 1 degree at the maximum temperature for growth may be because BY4741 is a more heat-resistant strain than L3262 (no results shown). Therefore, SGKOs for SSK2, PPG1 and PAM1 exhibited heat-resistance as well as ethanol-resistance. It is important that down-regulation of SSK2 or PPG1, or both genes, imparted resistance to both ethanol and heat. The results mentioned above indicate that RNA expression levels and possibly protein levels (although not identified) are important for conferring ethanol- and heat-resistance.

보충(complementation)에 의한 저항성 확인Confirmation of resistance by supplementation

Tn2 및 Tn3가 특정 유전자들의 결실 또는 동시에 하향-조절을 통해 에탄올- 및 열-저항성을 획득한다는 사실은 상술한 유전자들의 보충이 상기 스트레스에 대한 세포의 민감성으로 다시 나타낼 수 있다는 것을 의미한다. 이러한 고찰을 확인하기 위해, 프로모터, ORF 및 종결자(ORF +/ 700 bp)를 포함하는 증폭된 DNA 단편들을 pRS316 벡터에 클로닝하여 상응하는 Tn2 및 Tn3 돌연변이체에 형질전화시킴으로써, 각 유전자들을 자가적으로 발현시켰다. 대조군은 pRS316 벡터를 형질전환시킴으로써 구축하였다. 스팟 어세이(Spot assay)가 10% 에탄올을 포함하는 YPD 아가에서 실시하는 경우, 보충된 세포의 저항성은 Tn 돌연변이체들과 비교하여 현저하게 감소하였다(도 6A). SSK2 또는 PPG1으로 개별적으로 보충된 Tn2 및 PAM1으로 보충된 Tn3이 42℃에서 배양된 경우, 감소된 열-저항성이 관찰되었다(도 6B).The fact that Tn2 and Tn3 acquire ethanol- and heat-resistance through the deletion or simultaneous down-regulation of certain genes means that the supplementation of the genes described above can be represented by the cell's sensitivity to the stress. To confirm this consideration, amplified DNA fragments containing the promoter, ORF and terminator (ORF + / 700 bp) were cloned into the pRS316 vector and transformed into the corresponding Tn2 and Tn3 mutants so that each gene was autonomously. Expressed as. Controls were constructed by transforming the pRS316 vector. When the spot assay was performed on YPD agar containing 10% ethanol, the resistance of supplemented cells was significantly reduced compared to Tn mutants (FIG. 6A). Reduced heat-resistance was observed when Tn2 individually supplemented with SSK2 or PPG1 and Tn3 supplemented with PAM1 were incubated at 42 ° C. (FIG. 6B).

본 연구에서 이용된 올리고뉴클레오타이드.Oligonucleotides Used in the Study. 올리고뉴클레오타이드Oligonucleotides 서열(5’-> 3’)Sequence (5 '-> 3') 과다-발현 실험Over-expression Experiment SSK2-F
SSK2-R
PPG1-F
PPG1-R
PAM1-F
PAM1-R
SSK2-F
SSK2-R
PPG1-F
PPG1-R
PAM1-F
PAM1-R
CGCGGATCCATGTCGCATTCAGACTACTTC
CGGGTCGACCTACTCTCTTTCCTCAGTATC
CGCGGATCCATGGAATTGGACGAATGT
CGGGTCGACCTACAAGAAGTAATCAAC
CGCGGATCCATGACATCTGCATTAAGG
CGGGTCGACAAAGACAAGGGCTCGCGT
CGC GGATCC ATGTCGCATTCAGACTACTTC
CGG GTCGAC CTACTCTCTTTCCTCAGTATC
CGC GGATCC ATGGAATTGGACGAATGT
CGG GTCGAC CTACAAGAAGTAATCAAC
CGC GGATCC ATGACATCTGCATTAAGG
CGG GTCGAC AAAGACAAGGGCTCGCGT
보충(complementation) 실험Complementation experiment SSK2-FU
SSK2-RL
PPG1-FU
PPG1-RL
PAM1-FU
PAM1-RL
SSK2-FU
SSK2-RL
PPG1-FU
PPG1-RL
PAM1-FU
PAM1-RL
CGCGGCCGCCATGCATATCCCCCACGACTG
CGGGTCGACAGCCAACCGCCTCTCAAT
CGCGGATCCCGCCCTAAACTTTCCGACCTT
CGGGTCGACTCCTGGGCCAACAACGATAGC
CGCGGATCCCAAGATGAAACGCGCTGTATG
CGGGTCGACCTTCGGCAACGTTTTCAATGG
C GCGGCCGC CATGCATATCCCCCACGACTG
CGG GTCGAC AGCCAACCGCCTCTCAAT
CGC GGATCC CGCCCTAAACTTTCCGACCTT
CGG GTCGAC TCCTGGGCCAACAACGATAGC
CGC GGATCC CAAGATGAAACGCGCTGTATG
CGG GTCGAC CTTCGGCAACGTTTTCAATGG

* 밑줄 친 서열은 제한효소 위치이다.
* Underlined sequences are restriction enzyme positions.

SSK2(20%까지) 및 PPG1(50%까지)의 동시 하향-조절이 에탄올 저항성 뿐 아니라 열-저항성을 부여한다는 사실은 스트레스 저항성이 특정 유전자(들)의 발현 레벨이 중요하다는 것으로 추측될 수 있다. 이를 위해, 각 유전자의 ORF를 PCR-증폭되고 과다발현용 pRS316-GAPDH 벡터로 클로닝되어 L3262 스트레인으로 형질전환시켰다. pRS316-GAPDH 벡터는 대조군으로서 형질전환되었다. 에탄올(도 7a) 및 열(도 7b)에 대한 스팟 어세이를 실시한 경우, 과다발현된 스트레인들은 일반적으로 대조군보다 에탄올 및 열 모두에 대해 더 민감하였는데, 이는 에탄올- 및/또는 열-민감성에 대한 유전자량 효과(dosage effect)를 의미한다.
The fact that simultaneous down-regulation of SSK2 (up to 20%) and PPG1 (up to 50%) confers heat-resistance as well as ethanol resistance may suggest that stress resistance is important for the expression level of specific gene (s). . To this end, the ORF of each gene was PCR-amplified and cloned into the overexpression pRS316-GAPDH vector and transformed with L3262 strain. The pRS316-GAPDH vector was transformed as a control. When spot assays on ethanol (FIG. 7A) and heat (FIG. 7B) were performed, the overexpressed strains were generally more sensitive to both ethanol and heat than to the control, which was responsible for ethanol- and / or heat-sensitivity. Means a dose effect.

Tn 돌연변이체들의 발효 능력Fermentation Ability of Tn Mutants

일반적으로 에탄올-저항성 세포들은 고농도의 에탄올에서 세포 생존율이 높기 때문에 비-저항성 스트레인에 비해 더 많은 에탄올을 생산한다는 것으로 알려져 있다. 발효능력(fermentation capacity)을 30% 글루코오스를 포함하는 배치 배양에서 30℃로 조사하였을 때, 돌연변이체들의 증가된 성장(약 20%)에도 불구하고 대조군 스트레인과 돌연변이체들 간에 유의한 차이점이 발견되지 않았다(결과를 보이지 않음). 대조군 스트레인은 기본적으로 30% 글루코오스로부터 최대 9%의 에탄올을 생산할 수 있을 것으로 판단되며, 이는 증가된 에탄올 저항성의 효과로 보기 어렵다. 따라서, 최종적인 에탄올 역가(titer)가 9%를 초과하는 조건을 확립하는 것이 필요하였다. 이러한 면에서, 본 발명자들은 0.5의 OD600 값을 가지는 개시 세포 및 6% 에탄올을 포함하는 배양액에서 발효를 시작하였다. 도 9A 및 도 9B에서 볼 수 있듯이, Tn 돌연변이체들은 대조군과 비교하여 보다 빠르게 성장하였으며 더 많은 에탄올을 생산하였다(도 8A 및 도 8B). 이들 중, Tn2는 에탄올을 생산하는 가장 효율적인 스트레인임을 확인할 수 있었다. 따라서, Tn2의 에탄올 생산 효율은 대조군과 비교하여 22%까지 개선되었다.In general, ethanol-resistant cells are known to produce more ethanol than non-resistive strains because of their high cell viability at high concentrations of ethanol. When fermentation capacity was examined at 30 ° C. in a batch culture containing 30% glucose, no significant differences were found between the control strain and the mutants despite the increased growth of the mutants (about 20%). Did not show results. The control strain is basically capable of producing up to 9% ethanol from 30% glucose, which is hardly seen as an effect of increased ethanol resistance. Thus, it was necessary to establish conditions where the final ethanol titer was greater than 9%. In this regard, we started fermentation in a culture medium containing 6% ethanol and starting cells with an OD 600 value of 0.5. As can be seen in Figures 9A and 9B, Tn mutants grew faster and produced more ethanol compared to the control (Figures 8A and 8B). Among them, Tn2 was confirmed to be the most efficient strain for producing ethanol. Thus, the ethanol production efficiency of Tn2 was improved by 22% compared to the control.

본 발명자들은 42℃에서 열-저항성 스트레인인 Tn2 및 Tn3의 에탄올 생산 능력을 조사하였다. 상기 온도에서 에탄올 증발이 최종 역가에 영향을 미칠 수 있기 때문에, 배치 발효 도중 증발된 에탄올의 양이 4-10% 에탄올을 표준으로 제작된 보정곡선(calibration curve)에 따라 산출되었다(Abdel-Banat, et al., 2010). 에탄올의 농도가 4%인 경우 천천히 증발되는 반면에, 4%를 초과하는 경우는 빠르게 증발하였다. 예를 들어, 8% 에탄올은 2일 째에 3.7%로 감소하였으며, 10% 에탄올은 보다 더 현저하게 감소하였다(결과를 보이지 않음). 발효 프로파일이 42℃에서 산출된 경우, Tn2 및 Tn3는 대조군에 비해 더 빠르게 성장하였다(도 8C). Tn2 및 Tn3의 경우 대조군에 비해 약 1.6배 정도 높은 에탄올 생성능력을 보여 주었다(도 8D). 열에 의해 야기되는 증발 및 손상된 성장 때문에, 에탄올의 농도는 3일 후에 지속적으로 감소하였다.
The inventors investigated the ethanol production capacity of the heat-resistant strains Tn2 and Tn3 at 42 ° C. Since ethanol evaporation at this temperature may affect the final titer, the amount of ethanol evaporated during batch fermentation was calculated according to a calibration curve made with 4-10% ethanol as standard (Abdel-Banat, et al. , 2010). When the concentration of ethanol was 4%, it evaporated slowly, whereas when it exceeded 4%, it evaporated rapidly. For example, 8% ethanol decreased to 3.7% on day 2 and 10% ethanol decreased even more significantly (no results shown). When the fermentation profile was calculated at 42 ° C., Tn2 and Tn3 grew faster than the control (FIG. 8C). Tn2 and Tn3 showed about 1.6 times higher ethanol production than the control group (FIG. 8D). Due to heat evaporation and impaired growth, the concentration of ethanol continued to decrease after 3 days.

추가논의사항Additional discussion

효모 및 다른 생명체에서, 스트레스에 대한 대부분의 세포내 경로는 조절되는 많은 유전자들로 재프로그래밍된다(K, 2005). 현재까지 많은 수의 연관 유전자들이 동정되었을 지라도, 시그널링 경로의 관점에서 에탄올 및 열을 포함하는 많은 스트레스 유발자들에 대한 저항성이 어떻게 획득되는 지에 대해서 거의 알려져 있지 않다. 일반적으로, 에탄올- 또는 열-저항성의 기작은 매우 복잡하고 전체적으로 조절되며, 연관된 경로들의 포괄적 관점을 통해 이해될 필요가 있는 것으로 받아들여 진다(Ma, et al., 2010; Yoshikawa, et al., 2009). 에탄올 및 열 스트레스 모두는 세포막 지질 조성을 유사하게 변화(Okuyama, et al., 1979; Suutari, et al., 1994)시키고 세포막 H+-ATPase 활성(Coote, et al., 1994) 열충격 단백질들을 인코딩하는 유전자들의 상향-조절(Ma, et al., 2010)을 감소시키다. 상술한 결과들은 에탄올-저항성에 필요한 경로들이 열-저항성에 필요한 경로들과 중첩된다는 것을 나타낸다. 하지만, 지놈 전반에 걸친(genome-wide) 분석에 기반하여 제조된 스트레인들은 에탄올-저항성 또는 열-저항성 만을 나타냈다(Teixeira, et al., 2009; Yoshikawa, et al., 2009). 본 연구에서, 본 발명자들은 3,000개의 트랜스포존-매개된 파괴 돌연변이들을 스크리닝하여 에탄올에 대한 증가된 저항성을 가지는 다섯 개의 스트레인들을 분리하였다. 이후, 두 개의 돌연변이들이 열에 대해도 증가된 저항성을 가진다는 것을 발견하였다. 상기 두 개의 스트레인들은 에탄올-저항성과 열-저항성 간의 가능한 연결점(interconnection)을 설명하는 데 유용할 것이다.In yeast and other organisms, most intracellular pathways for stress are reprogrammed with many genes that are regulated (K, 2005). Although a large number of related genes have been identified to date, little is known about how resistance to many stressors, including ethanol and heat, is obtained in terms of signaling pathways. In general, it is accepted that the mechanism of ethanol- or heat-resistance is very complex and globally regulated and needs to be understood through a comprehensive view of the pathways involved (Ma, et al. , 2010; Yoshikawa, et al. , 2009). Both ethanol and heat stress similarly alter cell membrane lipid composition (Okuyama, et al. , 1979; Suutari, et al. , 1994) and encode cell membrane H + -ATPase activity (Coote, et al. , 1994) heat shock proteins . Reduce up-regulation of genes (Ma, et al. , 2010). The above results indicate that the pathways necessary for ethanol-resistance overlap the pathways necessary for heat-resistance. However, strains produced based on genome-wide analysis showed only ethanol- or heat-resistance (Teixeira, et al. , 2009; Yoshikawa, et al. , 2009). In this study, we screened 3,000 transposon-mediated disruption mutations to isolate five strains with increased resistance to ethanol. Later, two mutations were found to have increased resistance to heat. The two strains will be useful for explaining possible interconnections between ethanol-resistance and heat-resistance.

본 발명자들은 증가된 에탄올-저항성을 책임지는 3개의 유전자들(SSK2, PPG1 및 PAM1)를 동정하고 트랜스포존 돌연변이유발법 및 SGKO 돌연변이체들의 조합을 통해 증가된 열-저항성을 가짐을 확인하였다. 또한, SSK2 및/또는 PPG1의 하향-조절은 에탄올 및 열 모두에 대한 저항성을 부여하였다. 도 4에서 볼 수 있듯이, 트랜스포존은 영향받은 유전자들의 예상되는 조절 부위에 삽입되었다. 이는 트랜스포존 돌연변이유발법에 의해 발생된 라이브러리는 이론적으로 ORFs에만 영향을 가지는 SGKO 라이브러리에 포함된 클론의 수와 유사한 4,500개 이상의 클론들로 구성된다는 것을 의미한다. 본 연구에서, 본 발명자들은 이론적으로 필요한 클론 수보다 더 적은 3,000개의 클론으로 구성된 라이브러리를 이용하여 증가된 에탄올 저항성을 가지는 다섯 개의 스트레인(Tn1-5)을 분리하였다. 따라서, 적절한 클론 수를 포함하는 라이브러리를 스크리닝한다면, 증가된 저항성을 가지는 더 많은 수의 스트레인을 분리하는 것이 가능할 것이다. 영향받은 유전자들의 하향-조절을 나타내는 Tn2의 분리는 트랜스포존 삽입방법이 아닌 SGKO 라이브러리를 이용하였다면 불가능했을 것이다. 본 발명자들의 지식으로는, 본 발명자들의 연구가 RNA 레벨이 에탄올- 및/또는 열-저항성에 대한 결정 인자라는 것을 처음으로 규명한 것이다.We identified three genes responsible for increased ethanol-resistance (SSK2, PPG1 and PAM1) and confirmed that they had increased heat-resistance through the combination of transposon mutagenesis and SGKO mutants. In addition, down-regulation of SSK2 and / or PPG1 conferred resistance to both ethanol and heat. As can be seen in FIG. 4, the transposon was inserted at the expected regulatory site of the affected genes. This means that the library generated by transposon mutagenesis consists of more than 4,500 clones, which in theory is similar to the number of clones contained in the SGKO library that only affects ORFs. In this study, we isolated five strains (Tn1-5) with increased ethanol resistance using a library of 3,000 clones that was less than the theoretically required number of clones. Thus, if screening libraries containing appropriate clone counts, it would be possible to isolate a larger number of strains with increased resistance. Isolation of Tn2, indicating down-regulation of affected genes, would not have been possible using the SGKO library, but not the transposon insertion method. To our knowledge, our study was the first to identify that RNA level is a determinant for ethanol- and / or heat-resistance.

하향-조절되는 Tn2의 경우, 본 발명자들은 하나의 유전자만 하향-조절되는 스트레인의 부재로 인해, 상기 유전자가 실제로 스트레스 저항성을 담당하는 지 여부를 결정할 수 없었다.In the case of down-regulated Tn2, we could not determine whether the gene was actually responsible for stress resistance due to the absence of a strain in which only one gene was down-regulated.

SSK2는 HOG1 경로의 미토겐-활성화된 단백질 키나제 키나제 키나제(MAPKKK)를 인코딩하는데(Posas, et al., 1998), 이는 고삼투압을 포함하는 다양한 환경 스트레스들에 대한 효모 생존에 필수적이다(Albertyn, 1994; Brewster, et al., 1993). HOG1 경로는 두 개의 막-결합된 삼투센서(osmosensor) 단백질인 Sln1p 및 Sho1p에 의해 서로 독립적으로 조절된다. Sln1p에 의해 발생된 시그널들이 S나2p로 전달되는 반면에, Sho1p에 의해 발생된 시그널들은 MAPKKK인 Ste11p로 전달된 후, 두 개의 경로는 다운스트림 Pbs2p로 합쳐진다(Winkler, et al., 2002). 에탄올 스트레스에서 SSK2의 포함은 거의 기술되어 있지 않다. 반면에, 열 스트레스는 SSK2와는 무관한 SHO1 경로를 포함한다(Winkler, et al., 2002). 상술한 사실을 고려해볼 때, SSK2의 파괴가 어떻게 에탄올- 및 열-저항성을 유도하는 지가 주요 관심사이다. 본 발명자들의 가설은 SSK2 파괴에 의해 야기된 SLN1 경로의 차단이 열에 대한 또 다른 경로인 SHO1 경로의 시그널링 기능을 증가시킨다는 것이다. 에탄올 저항성이 SHO1 경로에 의해 매개되는 지 여부는 흥미로운 주제일 것이다. PPG1은 글라이코겐 축적에 필요한 잠재적인 세린/트레오닌 단백질 포스파타제를 인코딩한다(Posas, et al., 1993). 글라이코겐 생합성 유전자들은 에탄올 충격에 반응하여 고발현된다(Hirasawa, et al., 2007). PPG1에 대한 관련 데이터는 본 연구에서 제시되지 않았기 때문에, PPG1의 파괴가 에탄올 및 열 모두에 대한 저항성을 부여하는 본 발명자들의 데이터와의 불일치성을 고려하는 것은 시기상조이다.SSK2 encodes the mitogen-activated protein kinase kinase kinase (MAPKKK) of the HOG1 pathway (Posas, et al. , 1998), which is essential for yeast survival against a variety of environmental stresses, including hyperosmotic pressure (Albertyn, 1994; Brewster, et al. , 1993). The HOG1 pathway is regulated independently of each other by two membrane-bound osmosensor proteins, Sln1p and Sho1p. Signals generated by Sln1p are delivered to S or 2p, while signals generated by Sho1p are directed to Ste11p, which is MAPKKK, and then the two pathways merge into downstream Pbs2p (Winkler, et al. , 2002). . The inclusion of SSK2 in ethanol stress is rarely described. Heat stress, on the other hand, involves the SHO1 pathway independent of SSK2 (Winkler, et al. , 2002). In view of the above, the main concern is how destruction of SSK2 induces ethanol- and heat-resistance. Our hypothesis is that blocking of the SLN1 pathway caused by SSK2 disruption increases the signaling function of the SHO1 pathway, another pathway to heat. Whether ethanol resistance is mediated by the SHO1 pathway would be an interesting topic. PPG1 encodes a potential serine / threonine protein phosphatase required for glycogen accumulation (Posas, et al. , 1993). Glycogen biosynthesis genes are highly expressed in response to ethanol shock (Hirasawa, et al. , 2007). Since the relevant data for PPG1 are not presented in this study, it is premature to take into account inconsistencies with the inventors' data that destruction of PPG1 confers resistance to both ethanol and heat.

PAM1의 넉-아웃은 에탄올 및 열 모두에 대한 저항성을 부여하였다. PAM1은 기능이 알려지지 않은 필수 단백질을 인코딩하는 데, 이는 아마도 단백질 포스파타제 2A 멀티카피 억제인자(suppressor)일 것으로 판단된다. 이 유전자의 과다-발현은 성장을 억제하고 세포형태를 조절하는 조절 경로를 방해함으로써 섬유성 표현형(filamentous phenotype)을 유발한다(Hu, et al., 1994). 아직까지, 상술한 유전자가 스트레스 저항성과 연관되어 있다는 어떠한 증거도 없었다.Knock-out of PAM1 conferred resistance to both ethanol and heat. PAM1 encodes an essential protein of unknown function, which is presumably a protein phosphatase 2A multicopy suppressor. Over-expression of this gene causes a fibrous phenotype by inhibiting growth and disrupting regulatory pathways regulating cell morphology (Hu, et al., 1994). So far, there is no evidence that the genes described above are associated with stress resistance.

본 연구는 증가된 에탄올- 및 열-저항성을 책임지는 3개의 유전자들(SSK2, PPG1 및 PAM1)을 밝혔다. 상술한 표현형을 나타낸다는 보고는 아직까지 없었다. 상술한 유전들 간의 내적연관성(interrelationship)은 기재된(annotated) 기능들로부터 유추될 수 없었다. 하지만, SSK2는 세포 경로에 포함되어 있는 것으로 알려져 있으며, 이를 통해 에탄올 및 열 저항성에 관계된 분자 기작을 이해하는 데 도움을 줄 수 있을 것이다. 또한, SSK2, PPG1 및 PAM1에 대한 연구는 어떻게 에탄올- 및 열-저항성을 동시에 획득할 수 있는 지를 분자 레벨에서 이해하는 데 도움을 줄 수 있을 것이다.The study revealed three genes responsible for increased ethanol- and heat-resistance (SSK2, PPG1 and PAM1). There has been no report showing the above phenotype. The interrelationship between the aforementioned hereds could not be inferred from the annotated functions. However, SSK2 is known to be involved in the cellular pathway, which may help understand molecular mechanisms involved in ethanol and heat resistance. In addition, research on SSK2, PPG1 and PAM1 may help to understand at the molecular level how ethanol- and heat-resistance can be obtained simultaneously.

결론적으로, 에탄올 및 열 스트레스에 대한 증가된 저항성을 가지는 스트레인을 개발하고자 하는 목적들 중 하나는 스트레스에 대한 저항성에 포함된 기작을 이해하는 것 이외에 산업적 적용에 대한 정보를 제공하는 것이다. 본 연구에서 동정된 신규한 유전자들은 에탄올 생산 능력의 측면에서 산업적 효모 스트레인을 개선하는 데 유용할 것이다. 또한, 본 연구는 트랜스포존 돌연변이유발법이 발현 레벨이 저항성 결정인자(tolerance determinant)인 유전자들의 동정에 특히 유용하다는 것을 실증하였다.
In conclusion, one of the aims of developing strains with increased resistance to ethanol and heat stress is to provide information on industrial applications in addition to understanding the mechanisms involved in resistance to stress. The novel genes identified in this study will be useful for improving industrial yeast strain in terms of ethanol production capacity. In addition, this study demonstrated that transposon mutagenesis is particularly useful for the identification of genes whose expression levels are resistance determinants.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술 하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
Having described the specific part of the present invention in detail, it is apparent to those skilled in the art that such a specific technology is only a preferred embodiment, and the scope of the present invention is not limited thereto. Thus, the substantial scope of the present invention will be defined by the appended claims and equivalents thereof.

참고문헌references

Abdel-Banat, B.M., H. Hoshida, A. Ano, S. Nonklang, and R. Akada. 2010. High-temperature fermentation: how can process for ethanol production at high temperatures become superior to the traditional process using mesophilic yeast? Appl. Microbiol. Biotechnol. , 85: 861-867(2010).Abdel-Banat, BM, H. Hoshida, A. Ano, S. Nonklang, and R. Akada. 2010.High-temperature fermentation: how can process for ethanol production at high temperatures become superior to the traditional process using mesophilic yeast? Appl. Microbiol. Biotechnol. 85: 861-867 (2010).

Albertyn, J., S. Hohmann, J. M. Thevelein, and B. A. Prior. GPD1, which encodes glycerol-3-phosphate dehydrogenase, is essential for growth under osmotic stress in Saccharomyces cerevisiae, and its expression is regulated by the high-osmolarity glycerol response pathway. Mol. Cell. Biol. , 14: 4135-4144(1994).Albertyn, J., S. Hohmann, JM Thevelein, and BA Prior. GPD1, which encodes glycerol-3-phosphate dehydrogenase, is essential for growth under osmotic stress in Saccharomyces cerevisiae, and its expression is regulated by the high-osmolarity glycerol response pathway. Mol. Cell. Biol. 14: 4135-4144 (1994).

Alper, H., J. Moxley, E. Nevoigt, G. R. Fink, and G. Stephanopoulos. Engineering yeast transcription machinery for improved ethanol tolerance and production. Science , 314: 1565-1568(2006).Alper, H., J. Moxley, E. Nevoigt, GR Fink, and G. Stephanopoulos. Engineering yeast transcription machinery for improved ethanol tolerance and production. Science , 314: 1565-1568 (2006).

Araki, Y., H. Wu, H. Kitagaki, T. Akao, H. Takagi, and H. Shimoi. Ethanol stress stimulates the Ca2+-mediated calcineurin/Crz1 pathway in Saccharomyces cerevisiae. J. Biosci. Bioeng. , 107: 1-6(2009).Araki, Y., H. Wu, H. Kitagaki, T. Akao, H. Takagi, and H. Shimoi. Ethanol stress stimulates the Ca 2+ -mediated calcineurin / Crz1 pathway in Saccharomyces cerevisiae. J. Biosci. Bioeng. , 107: 1-6 (2009).

Auesukaree, C., et al., Genome-wide identification of genes involved in tolerance to various environmental stresses in Saccharomyces cerevisiae. J Appl Genet , 50(3): 301310(2009).Auesukaree, C., et al. , Genome-wide identification of genes involved in tolerance to various environmental stresses in Saccharomyces cerevisiae. J Appl Genet , 50 (3): 301310 (2009).

Brewster, J. L., T. de Valoir, N. D. Dwyer, E. Winter, and M. C. Gustin. An osmosensing signal transduction pathway in yeast. Science , 259: 1760-1763(1993).Brewster, JL, T. de Valoir, ND Dwyer, E. Winter, and MC Gustin. An osmosensing signal transduction pathway in yeast. Science , 259: 1760-1763 (1993).

Casey, G. P., et al., ETHANOL TOLERANCE IN YEASTS. Critical Reviews in Microbiology , Vol 13(3): 219-280(1986).Casey, GP, et al. , ETHANOL TOLERANCE IN YEASTS. Critical Reviews in Microbiology , Vol 13 (3): 219-280 (1986).

Coote, P. J., M. V. Jones, I. J. Seymour, D. L. Rowe, D. P. Ferdinando, A. J. McArthur, and M. B. Cole. Activity of the plasma membrane H+-ATPase is a key physiological determinant of thermotolerance in Saccharomyces cerevisiae. Microbiology , 140: 1881-1890(1994).Coote, PJ, MV Jones, IJ Seymour, DL Rowe, DP Ferdinando, AJ McArthur, and MB Cole. Activity of the plasma membrane H + -ATPase is a key physiological determinant of thermotolerance in Saccharomyces cerevisiae. Microbiology , 140: 1881-1890 (1994).

Edgardo, A., P. Carolina, R. Manuel, F. Juanita, and B. Jaime. Selection of thermotolerant yeast strains Saccharomyces cerevisiae for bioethanol production. Enzyme Microb. Technol. , 43: 120-123(2008).Edgardo, A., P. Carolina, R. Manuel, F. Juanita, and B. Jaime. Selection of thermotolerant yeast strains Saccharomyces cerevisiae for bioethanol production. Enzyme Microb. Technol. 43: 120-123 (2008).

Fujita, K., A. Matsuyama, A. Kobayashi, and H. Iwahashi. The genome-wide screening of yeast deletion mutants to identify the genes required for tolerance to ethanol and other alcohols. FEMS Yeast Res. , 6: 744-750(2006).Fujita, K., A. Matsuyama, A. Kobayashi, and H. Iwahashi. The genome-wide screening of yeast deletion mutants to identify the genes required for tolerance to ethanol and other alcohols. FEMS Yeast Res. , 6: 744-750 (2006).

Hirasawa, T., et al., Identification of target genes conferring ethanol stress tolerance to Saccharomyces cerevisiae based on DNA microarray data analysis. Journal of Biotechnology , 131: 3444(2007).Hirasawa, T., et al. , Identification of target genes conferring ethanol stress tolerance to Saccharomyces cerevisiae based on DNA microarray data analysis. Journal of Biotechnology , 131: 3444 (2007).

Hou, L. Improved production of ethanol by novel genome shuffling in Saccharomyces cerevisiae. Appl. Biochem. Biotechnol. , 160: 1084-1093(2010).Hou, L. Improved production of ethanol by novel genome shuffling in Saccharomyces cerevisiae. Appl. Biochem. Biotechnol. 160: 1084-1093 (2010).

Hu, G. Z., and H. Ronne. Overexpression of yeast PAM1 gene permits survival without protein phosphatase 2A and induces a filamentous phenotype. J. Biol. Chem. , 269: 3429-3435(1994).Hu, GZ, and H. Ronne. Overexpression of yeast PAM1 gene permits survival without protein phosphatase 2A and induces a filamentous phenotype. J. Biol. Chem. 269: 3429-3435 (1994).

Inoue, T., et al., Cloning and Characterization of a Gene Complementing the Mutation of an Ethanol-sensitive Mutant of Sake Yeast. Biosci. Biotechnol. Biochem. , 64(2): 229-236(2000).Inoue, T., et al. , Cloning and Characterization of a Gene Complementing the Mutation of an Ethanol-sensitive Mutant of Sake Yeast. Biosci. Biotechnol. Biochem. , 64 (2): 229-236 (2000).

Kajiwara, S., et al., Overexpression of the OLE1 gene enhances ethanol fermentation by Saccharomyces cerevisiae. Appl Microbiol Biotechnol , 53: 568-574(2000).Kajiwara, S., et al. , Overexpression of the OLE1 gene enhances ethanol fermentation by Saccharomyces cerevisiae. Appl Microbiol Biotechnol , 53: 568-574 (2000).

Kim, J., et al., Disruption of the Yeast ATH1 Gene Confers Better Survival after Dehydration, Freezing, and Ethanol Shock: Potential Commercial Applications. APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY , Vol 62(5): 15631569(1996).Kim, J., et al. , Disruption of the Yeast ATH1 Gene Confers Better Survival after Dehydration, Freezing, and Ethanol Shock: Potential Commercial Applications. APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY , Vol 62 (5): 15631569 (1996).

Kubota, S., I. Takeo, K. Kume, M. Kanai, A. Shitamukai, M. Mizunuma, T. Miyakawa, H. Shimoi, H. Lefuji, and D. Hirata. Effect of ethanol on cell growth of budding yeast: genes that are important for cell growth in the presence of ethanol. Biosci. Biotechnol. Biochem. , 68: 968972(2004).Kubota, S., I. Takeo, K. Kume, M. Kanai, A. Shitamukai, M. Mizunuma, T. Miyakawa, H. Shimoi, H. Lefuji, and D. Hirata. Effect of ethanol on cell growth of budding yeast: genes that are important for cell growth in the presence of ethanol. Biosci. Biotechnol. Biochem. 68: 968972 (2004).

K, D. Molecular and evolutionary basis of the cellular stress response. Annu. Rev. Physiol. , 67: 225257(2005).K, D. Molecular and evolutionary basis of the cellular stress response. Annu. Rev. Physiol. 67: 225 257 (2005).

Lynd, L. R., W. H. van Zyl, J. E. McBride, and M. Laser. Consolidated bioprocessing of cellulosic biomass: an update. Curr. Opin. Biotechnol. , 16: 577-583(2005)Lynd, LR, WH van Zyl, JE McBride, and M. Laser. Consolidated bioprocessing of cellulosic biomass: an update. Curr. Opin. Biotechnol. , 16: 577-583 (2005)

Ma, M., and Z. L. Liu. Mechanisms of ethanol tolerance in Saccharomyces cerevisiae. Appl. Microbiol. Biotechnol. , 87: 829-845(2010).Ma, M., and ZL Liu. Mechanisms of ethanol tolerance in Saccharomyces cerevisiae . Appl. Microbiol. Biotechnol. 87: 829-845 (2010).

Mobini-Dehkordi, M., I. Nahvi, H. Zarkesh-Esfahani, K. Ghaedi, M. Tavassoli, and R. Akada. Isolation of a novel mutant strain of Saccharomyces cerevisiae by an ethyl methane sulfonate-induced mutagenesis approach as a high producer of bioethanol. J. Biosci. Bioeng. , 105: 403-408(2008).Mobini-Dehkordi, M., I. Nahvi, H. Zarkesh-Esfahani, K. Ghaedi, M. Tavassoli, and R. Akada. Isolation of a novel mutant strain of Saccharomyces cerevisiae by an ethyl methane sulfonate-induced mutagenesis approach as a high producer of bioethanol. J. Biosci. Bioeng. 105: 403-408 (2008).

Okuyama, H., and M. Saito. Regulation by temperature of the chain length of fatty acids in yeast. J. Biol. Chem. , 254: 12281-12284(1979).Okuyama, H., and M. Saito. Regulation by temperature of the chain length of fatty acids in yeast. J. Biol. Chem. , 254: 12281-12284 (1979).

Posas, F., J. Clotet, M. T. Muns, J. Corominas, A. Casamayor, and J. Arino. The gene PPG encodes a novel yeast protein phosphate involved in glycogen accumulation. J. Biol. Chem. , 268: 1349-1354(1993).Posas, F., J. Clotet, MT Muns, J. Corominas, A. Casamayor, and J. Arino. The gene PPG encodes a novel yeast protein phosphate involved in glycogen accumulation. J. Biol. Chem. 268: 1349-1354 (1993).

Posas, F., and H. Saito. Activation of the yeast SSK2 MAP kinase kinase kinase by the SSK1 two-component response regulator. EMBO J. , 17: 1385-1394 (1998).Posas, F., and H. Saito. Activation of the yeast SSK2 MAP kinase kinase kinase by the SSK1 two-component response regulator. EMBO J. , 17: 1385-1394 (1998).

Sanchez, Y., et al., Hsp104 is required for tolerance to many forms of stress. EMBO J. , 11(6): 23572364(1992).Sanchez, Y., et al. , Hsp104 is required for tolerance to many forms of stress. EMBO J. , 11 (6): 23572364 (1992).

Schubert, C. Can biofuels finally take center stage? Nat. Biotechnol. 24:777-784 (2006).Schubert, C. Can biofuels finally take center stage? Nat. Biotechnol. 24: 777-784 (2006).

Shimoda, C., A. Itadani, A. Sugino, and M. Furusawa. Isolation of thermotolerant mutants by using proofreading-deficient DNA polymerase as an effective mutator in Saccharomyces cerevisiae. Genes Genet. Syst. , 81:391-397(2006).Shimoda, C., A. Itadani, A. Sugino, and M. Furusawa. Isolation of thermotolerant mutants by using proofreading-deficient DNA polymerase as an effective mutator in Saccharomyces cerevisiae. Genes Genet. Syst. , 81: 391-397 (2006).

Sridhar, M., N. Kiran Sree, and L. Venkateswar Rao. Effect of UV radiation on thermotolerance, ethanol tolerance and osmotolerance of Saccharomyces cerevisiae VS1 and VS3 strains. Bioresource Technol. , 83: 199-202(2002).Sridhar, M., N. Kiran Sree, and L. Venkateswar Rao. Effect of UV radiation on thermotolerance, ethanol tolerance and osmotolerance of Saccharomyces cerevisiae VS1 and VS3 strains. Bioresource Technol. 83: 199-202 (2002).

Stanley, D., S. Fraser, P. J. Chambers, P. Rogers, and G. A. Stanley. Generation and characterization of stable ethanol-tolerant mutants of Saccharomyces cerevisiae. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. , 37: 139-149(2010).Stanley, D., S. Fraser, PJ Chambers, P. Rogers, and GA Stanley. Generation and characterization of stable ethanol-tolerant mutants of Saccharomyces cerevisiae. J. Ind. Microbiol. Biotechnol. 37: 139-149 (2010).

Suutari, M. and S. Laakso. Microbial Fatty Acids and Thermal Adaptation. Critical Reviews in Microbiology , 20(4): 255-328(1994).Suutari, M. and S. Laakso. Microbial Fatty Acids and Thermal Adaptation. Critical Reviews in Microbiology , 20 (4): 255-328 (1994).

Takagi, H., M. Takaoka, A. Kawaguchi, and Y. Kubo. Effect of L-proline on sake brewing and ethanol stress in Saccharomyces cerevisiae. Appl. Environ. Microbiol. , 71: 8656-8662(2005).Takagi, H., M. Takaoka, A. Kawaguchi, and Y. Kubo. Effect of L-proline on sake brewing and ethanol stress in Saccharomyces cerevisiae. Appl. Environ. Microbiol. 71: 8656-8662 (2005).

Takahashi, T., H. Shimoi, and K. Ito. Identification of genes required for growth under ethanol stress using transposon mutagenesis in Saccharomyces cerevisiae. Mol. Genet. Genomics , 265:1112-1119(2001).Takahashi, T., H. Shimoi, and K. Ito. Identification of genes required for growth under ethanol stress using transposon mutagenesis in Saccharomyces cerevisiae. Mol. Genet. Genomics , 265: 1112-1119 (2001).

Teixeira, MC., et al., Genome-Wide Identification of Saccharomyces cerevisiae Genes Required for Maximal Tolerance to Ethanol. APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY , Vol 75(18): 57615772(2009).Teixeira, MC., Et al. , Genome-Wide Identification of Saccharomyces cerevisiae Genes Required for Maximal Tolerance to Ethanol. APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY , Vol 75 (18): 57615772 (2009).

van Voorst, F., J. Houghton-Larsen, L. Jønson, M. C. Kielland-Brandt, and A. Brandt. 2006. Genome-wide identification of genes required for growth of Saccharomyces cerevisiae under ethanol stress. Yeast , 23: 351-359(2006).van Voorst, F., J. Houghton-Larsen, L. Jønson, MC Kielland-Brandt, and A. Brandt. 2006. Genome-wide identification of genes required for growth of Saccharomyces cerevisiae under ethanol stress. Yeast , 23: 351-359 (2006).

Weber, C., A. Farwick, F. Benisch, D. Brat, H. Dietz, T. Subtil, and E. Boles. Trends and challenges in the microbial production of lignocellulosic bioalcohol fuels. Appl. Microbiol. Biotechnol. , 87: 1303-1315(2010).Weber, C., A. Farwick, F. Benisch, D. Brat, H. Dietz, T. Subtil, and E. Boles. Trends and challenges in the microbial production of lignocellulosic bioalcohol fuels. Appl. Microbiol. Biotechnol. 87: 1303-1315 (2010).

Winkler, A., C. Arkind, C. P. Mattison, A. Burkholder, K. Knoche, and I. Ota. Heat stress activates the yeast high-osmolarity glycerol mitogen-activated protein kinase pathway, and protein tyrosine phosphatases are essential under heat stress. Eukaryot. Cell , 1: 163-173(2002).Winkler, A., C. Arkind, CP Mattison, A. Burkholder, K. Knoche, and I. Ota. Heat stress activates the yeast high-osmolarity glycerol mitogen-activated protein kinase pathway, and protein tyrosine phosphatases are essential under heat stress. Eukaryot. Cell , 1: 163-173 (2002).

Yazawa, H., H. Iwahashi, and H. Uemura. Disruption of URA7 and GAL6 improves the ethanol tolerance and fermentation capacity of Saccharomyces cerevisiae. Yeast , 24: 551-560(2007).Yazawa, H., H. Iwahashi, and H. Uemura. Disruption of URA7 and GAL6 improves the ethanol tolerance and fermentation capacity of Saccharomyces cerevisiae. Yeast , 24: 551-560 (2007).

Yoshikawa, K., et al., Genome-Wide Analysis of the Effects of Location and Number of Stress Response Elements on Gene Expression in Saccharomyces cerevisiae. JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING , vol 106(5): 507-510(2008).Yoshikawa, K., et al. , Genome-Wide Analysis of the Effects of Location and Number of Stress Response Elements on Gene Expression in Saccharomyces cerevisiae. JOURNAL OF BIOSCIENCE AND BIOENGINEERING , vol 106 (5): 507-510 (2008).

Yoshikawa, K., T. Tadamasa, C. Furusawa, K. Nagahisa, T. Hirasawa, and H. Shimizu. Comprehensive phenotypic analysis for identification of genes affecting growth under ethanol stress in Saccharomyces cerevisiae. FEMS Yeast Res. , 9:32-44(2009).Yoshikawa, K., T. Tadamasa, C. Furusawa, K. Nagahisa, T. Hirasawa, and H. Shimizu. Comprehensive phenotypic analysis for identification of genes affecting growth under ethanol stress in Saccharomyces cerevisiae. FEMS Yeast Res. 9: 32-44 (2009).

You, K. M., et al., Ethanol Tolerance in the Yeast Saccharomyces cerevisiae Is Dependent on Cellular Oleic Acid Content. APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY , Vol 69(3): 14991503(2003).You, KM, et al. , Ethanol Tolerance in the Yeast Saccharomyces cerevisiae Is Dependent on Cellular Oleic Acid Content. APPLIED AND ENVIRONMENTAL MICROBIOLOGY , Vol 69 (3): 14991503 (2003).

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Claims (17)

불활성화된(inactivated) SSK2 유전자를 포함하는 에탄올- 및 열-저항성 형질변형 효모 균주.
Ethanol- and heat-resistant transformed yeast strains comprising the inactivated SSK2 gene.
제 1 항에 있어서, 상기 SSK2 유전자의 불활성화는 트랜스포존에 의해 유발되는 것을 특징으로 하는 효모 균주.
The yeast strain of claim 1, wherein the inactivation of the SSK2 gene is induced by transposon.
제 1 항에 있어서, 상기 효모 균주는 5-15% 에탄올 배양 조건에서 성장할 수 있는 것을 특징으로 하는 효모 균주.
The yeast strain according to claim 1, wherein the yeast strain can grow under 5-15% ethanol culture conditions.
제 3 항에 있어서, 상기 효모 균주는 12.5-15% 에탄올 배양 조건에서 성장할 수 있는 것을 특징으로 하는 효모 균주.
4. The yeast strain according to claim 3, wherein the yeast strain can grow under 12.5-15% ethanol culture conditions.
제 1 항에 있어서, 상기 효모 균주는 30-43℃ 온도 조건에서 성장할 수 있는 것을 특징으로 하는 효모 균주.
According to claim 1, wherein the yeast strain is characterized in that the yeast strain can grow at 30-43 ℃ temperature conditions.
제 1 항에 있어서, 상기 효모 균주는 사카로마이세스 종(Saccharomyces spp.), 시조사카로마이세스 종(Schizosaccharomyces spp.), 피키아 종(Pichia spp.), 파피아 종(Paffia spp.), 클루이베로미세스 종(Kluyveromyces spp.), 칸디다 종(Candida spp.), 탈라로미세스 종(Talaromyces spp.), 브레타노미세스 종(Brettanomyces spp.), 파키솔렌 종(Pachysolen spp.) 또는 데바리오미세스 종(Debaryomyces spp.) 효모 균주인 것을 특징으로 하는 효모 균주.
According to claim 1, wherein the yeast strain Saccharomyces spp ( Saccharomyces spp.), Schizosaccharomyces spp., Pichia spp., Paffia spp. , Cluj Vero MRS species (Kluyveromyces spp.), Candida species (Candida spp.), Tallahassee in MRS species (Talaromyces spp.), Brescia Gaetano MRS species (Brettanomyces spp.), Parkinson solren species (Pachysolen spp.) or Deva Rio Yeast strain, characterized in that the yeast strain Debaryomyces spp.
제 6 항에 있어서, 상기 효모 균주는 사카로마이세스 종인 것을 특징으로 하는 효모 균주.
7. The yeast strain according to claim 6, wherein the yeast strain is Saccharomyces species.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제 1 항의 효모 균주를 에탄올로 대사될 수 있는 하나 이상의 기질을 포함하는 배양배지에서 배양하는 단계를 포함하는 에탄올 생산방법.
The ethanol production method comprising the step of culturing the yeast strain of claim 1 in a culture medium comprising one or more substrates that can be metabolized to ethanol.
제 15 항에 있어서, 상기 에탄올로 대사될 수 있는 기질은 C6 당(sugars)을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
16. The method of claim 15, wherein the substrate capable of metabolizing ethanol comprises C6 sugars.
제 16 항에 있어서, 상기 C6 당은 글루코오스인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 16, wherein the C6 sugar is glucose.
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Appl. Environ. Microbiol., 제75권, 제18호, 제5761-5772면, 2009년.
J. Int. Microbiol. Biotechnol., 제36권, 제1호, 제139-147면, 2009년.*
Science, 제314권, 제1565-1568면, 2006년.

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2024123691A1 (en) * 2022-12-05 2024-06-13 Danisco Us Inc. Increased ethanol production by yeast in high dissolved solids

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