KR102571308B1 - Novel Hyphopichia burtonii KJJ43, and uses thereof - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규한 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주 및 이의 용도에 관한 것으로, 신규한 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주는 NaCl 또는 KCl이 0.5 M 내지 1.5 M인 고염 조건 및 소르비톨이 2 M 내지 3 M인 고삼투 조건에서 생장하는 것이 가능하며, 글리세롤 생산과 관련된 글리세롤-3-포스페이트 탈수소 효소 1(glycerol phosphate dehydrogenase 1. Gpd1)을 세포질에 높은 수준으로 발현하고 세포 내에 글리세롤을 축적함으로써, 글리세롤을 생산하기 위한 균주로 제공된다.The present invention relates to a novel Hyphopichia burtonii KJJ43 strain and its use, and the novel Hyphopichia burtonii KJJ43 strain is a high salt condition in which NaCl or KCl is 0.5 M to 1.5 M and It is possible to grow under high osmotic conditions where sorbitol is 2 M to 3 M, and it expresses glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1 (Gpd1) related to glycerol production at high levels in the cytoplasm and releases glycerol into cells. By accumulating, it serves as a strain for producing glycerol.

Description

신규한 하이포피키야 부토니 KJJ43 균주 및 이의 용도{Novel Hyphopichia burtonii KJJ43, and uses thereof}Novel Hyphopichia burtonii KJJ43 strain and uses thereof {Novel Hyphopichia burtonii KJJ43, and uses thereof}

본 발명은 신규한 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주 및 이의 용도에 관한 것이다.The present invention relates to a novel Hyphopichia burtonii KJJ43 strain and uses thereof.

글리세롤은 3개의 수산기를 가진 3가 알코올로서 지방산과 마찬가지로 유지 성분이며, 공업적으로도 유지를 분해함으로써 얻어진다. 무색의 끈기 있는 액체로 흡습성이 있으며 감미가 조금 있는 글리세린은 글리프탈 수지 등의 합성 원료로 쓰이는 외에 윤활제 혹은 연고 같은 약품, 담배나 화장품의 방건제·정미제 등에, 나아가서는 방동제·냉각제·인쇄용 잉크 등 대단히 넓은 용도에 쓰이는 중요한 물질이다. 약제로서 관장제·습윤제·점활제로 사용되는 외에, 니트로글리세린의 제조 원료로도 쓰인다. 현재 글리세롤은 유지 분해에 의해서 뿐 아니라 프로필렌을 원료로 하는 합성법에 의해서도 제조되고 있으며, 천연품·합성품이 거의 같은 분량을 차지하고 있다. 또한 효모의 글리세롤발효(알코올발효의 한 변형)의 생성물로서 얻는 방법 등이 알려져 있다. 특히 효모의 경우 세포내 글리세롤 함량을 높이는 것이 가장 중요한 내염성 기작으로 밝혀진 이후 고내염성을 보이는 효모를 글리세롤 생산 균주로 개발하려는 시도가 증가되고 있다.Glycerol is a trihydric alcohol having three hydroxyl groups, and is an oil and fat component similar to fatty acids, and is also obtained industrially by decomposing fats and oils. Glycerin, a colorless, viscous liquid that is hygroscopic and has a slight sweetness, is used as a synthetic raw material for glyphthal resin, etc., as well as for lubricants or ointments, as well as for cigarettes and cosmetic deodorizers and flavoring agents, and furthermore as anti-freezing agents, cooling agents, and printing agents. It is an important material used in a very wide range of applications such as ink. In addition to being used as a medicine, as an enema, humectant, and lubricant, it is also used as a raw material for the production of nitroglycerin. Currently, glycerol is produced not only by decomposition of fats and oils but also by synthetic methods using propylene as a raw material, and natural products and synthetic products account for almost the same amount. In addition, a method of obtaining as a product of glycerol fermentation of yeast (a variant of alcohol fermentation) and the like are known. In particular, in the case of yeast, since increasing intracellular glycerol content was found to be the most important salt tolerance mechanism, attempts to develop yeast with high salt tolerance as glycerol producing strains have been increasing.

대표적인 내염성 효모로 알려진 염전과 치즈에서 주로 분리된 Debaryomyces hansenii 외에도 Millerozyma farinosa, Candida glycerinogenes, Candida krusei, Zygosaccharomyces rouxii, Starmerella bacillaris, Wickerhamomyces anomalus 등이 알려져 있으며, 이들 내염성 효모들을 대상으로 글리세롤 생산 숙주 개발을 위해 다양한 연구가 시도되었다. 해양에서 분리된 W. anomalus의 경우, 야생형은 66.55 g/L 글리세롤 생산량을 보였으나 변이주의 경우 80 g/L 이상의 증가된 글리세롤 생산성을 보였다. 그러나 고삼투 조건에서의 배양은 추가적으로 공급된 삼투조절 물질로 인해 배양배지에서의 최종 생성물인 글리세롤의 분리를 복잡하게 만든다. 현재 산업적으로 글리세롤 생산균주로 사용되고 있는 C. glycerinogenes의 경우 고농도의 글루코오즈가 공급된 배지에서 120 g/L 이상의 글리세롤을 생산하고 있다. 이를 극복하기 위해 역삼투, 여과, 이온교환 및 이온 배제 기술이 적용된다. 이러한 복잡성을 줄이기 위해 흥미로운 접근으로써 C. krusei의 경우 내부의 고삼투 스트레스 조건을 형성하기 위해 NaCS/PDMDAAC 캡슐에 polyethylene glycol 4000 (PEG4000)을 도입하였다.In addition to Debaryomyces hansenii , which is mainly isolated from salt farms and cheese, known as representative salt-tolerant yeasts , Millerozyma farinosa, Candida glycerinogenes, Candida krusei, Zygosaccharomyces rouxii, Starmerella bacillaris, and Wickerhamomyces anomalus are known. A study was attempted. In the case of W. anomalus isolated from the sea, the wild type showed 66.55 g/L glycerol production, but the mutant strain showed increased glycerol production of more than 80 g/L. However, cultivation under high osmosis conditions complicates the separation of glycerol, the final product, from the culture medium due to additionally supplied osmotic substances. In the case of C. glycerinogenes , which is currently used as a glycerol-producing strain industrially, it produces more than 120 g/L of glycerol in a medium supplied with high concentration of glucose. To overcome this, reverse osmosis, filtration, ion exchange and ion exclusion technologies are applied. As an interesting approach to reduce this complexity, in the case of C. krusei , polyethylene glycol 4000 (PEG4000) was introduced into the NaCS/PDMDAAC capsule to create an internal hyperosmotic stress condition.

대부분의 효모에서 HOG pathway는 대표적인 스트레스 저항성 기작을 유도하는 신호전달 경로로서 작동하며, 고염, 고삼투 조건에 노출되었을 때 Gpd1 단백질을 발현을 유도시켜 효모 내 글리세롤합성을 촉진하는 역할을 한다. 효모의 고염 조건에 대한 글리세롤 축적 과정에서 글리세롤을 흡수하는 Stl1 단백질의 발현도 활성화되며, 글리세롤을 유출시키는 Fps1 단백질은 차단된다. 또한, 세포막의 투과성을 증가시키는 얼고스테롤(ergosterol)의 합성이 억제됨으로써, 글리세롤의 유출이 줄어들게 되어 세포 내부로의 축적 정도가 증가한다. 한편, 전통 효모 Saccharomyces cerevisiae를 대상으로 글리세롤 생합성을 증가시키기 위해 HOG pathway 관련 유전자 조작을 통한 재조합 균주를 제작하려는 시도도 증가되고 있다. S. cerevisiae의 경우, 글리세롤의 합성에 중요한 기능을 하는 효소인 글리세롤-3-포스페이트 탈수소 효소(glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1,Gpd1)은 삼투 스트레스 조건에서 퍼옥시좀으로 이동한 뒤 NADH와 반응하여 글리세롤을 만든다. Gpd1 변이 단백질을 가지는 재조합 S. cerevisiae 효모에서는 퍼옥시좀으로 이동하게 도와주는 Peroxisomal Targeting Signal Type 2 (PTS2) motif의 활성을 유도하는 세린잔기의 인산화가 일어나지 않아 세포질에서 더 높은 글리세롤 생산을 나타냄이 보고된 바 있다. 또 다른 유전자 조작사례로써, S. cerevisiae의 triose phosphate isomerase를 발현하는 TPI1 유전자를 낮게 발현되도록 조작하면서 GPD1-GPP1 유전자를 과발현 시키거나, 글리세롤 채널인 Fps1을 항상 열린 상태로 유전적으로 변이를 일으킨 균주를 제작하였다. 최적으로 재조합 된 균주는 결과적으로 글루코오스, 산소가 공급된 배양 조건에서 20 g/L 이상의 글리세롤을 생산할 수 있게 되었다. 최근에는 C. glycerinogenesHOG1 유전자를 S. cerevisiae hog1 결함 균주 내에서 발현시켰을 때 내삼투성의 특성을 회복하며, 내부에 글리세롤을 높은 농도로 축적하는 것을 발견했다. 또한 Saccharomyces kudriavzevii 유래의 GPD1 유전자를 S. cerevisiae gpd1Δ 변이주에 발현시킨 경우 더 높은 Gpd1 활성과 증가된 글리세롤 생산성을 보임이 보고되었다.In most yeast, the HOG pathway works as a signaling pathway that induces a representative stress resistance mechanism, and promotes glycerol synthesis in yeast by inducing the expression of Gpd1 protein when exposed to high salt and high osmosis conditions. During the glycerol accumulation process in yeast under high salt conditions, the expression of Stl1 protein, which absorbs glycerol, is also activated, and the Fps1 protein, which effluxes glycerol, is blocked. In addition, the synthesis of ergosterol, which increases the permeability of the cell membrane, is inhibited, thereby reducing the outflow of glycerol, thereby increasing the degree of accumulation into the cell. On the other hand, attempts to create recombinant strains through genetic manipulation related to the HOG pathway in order to increase glycerol biosynthesis targeting the traditional yeast Saccharomyces cerevisiae are also increasing. In the case of S. cerevisiae , glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1 (Gpd1), an enzyme that plays an important role in the synthesis of glycerol, moves to peroxisomes under osmotic stress conditions and reacts with NADH. make glycerol It was reported that recombinant S. cerevisiae yeast with Gpd1 mutant protein did not phosphorylate serine residues that induce the activity of the Peroxisomal Targeting Signal Type 2 (PTS2) motif that helps translocate to peroxisomes, resulting in higher glycerol production in the cytoplasm. has been As another example of genetic manipulation, strains that overexpress the GPD1 - GPP1 gene while overexpressing the TPI1 gene, which expresses triose phosphate isomerase of S. cerevisiae , or genetically mutated the glycerol channel, Fps1, are always open. produced. As a result, the optimally recombinant strain was able to produce more than 20 g/L of glycerol under glucose and oxygenated culture conditions. Recently, it was found that when the HOG1 gene of C. glycerinogenes was expressed in a S. cerevisiae hog1- defective strain, the osmosis resistance property was restored and glycerol was accumulated at high concentrations. In addition, when the Saccharomyces kudriavzevii- derived GPD1 gene was expressed in the S. cerevisiae gpd1 Δ mutant, higher Gpd1 activity and increased glycerol productivity were reported.

한국공개특허공보 제10-2018-0135425 호 (2018. 12. 20. 공고)Korean Patent Publication No. 10-2018-0135425 (2018. 12. 20. Notice)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해, 본 발명의 목적은 세포질 내에 글리세롤을 높은 농도로 축적하면서 고염 및 고삼투 조건에서도 생존하는 신규한 하이포피키야 부토니 KJJ43(Hyphopichia burtonii KJJ43) 균주를 제공하고, 이를 이용한 글리세롤 제조 방법을 제공하는 것이다.In order to solve the above problems, an object of the present invention is to provide a novel Hyphopichia burtonii KJJ43 ( Hyphopichia burtonii KJJ43) strain that survives in high salt and high osmosis conditions while accumulating glycerol in high concentrations in the cytoplasm, which It is to provide a method for producing glycerol using the present invention.

본 발명은 기탁번호 KCTC14474BP로 기탁된 하이포피키야 부토니 KJJ43(Hyphopichia burtonii KJJ43) 균주를 제공한다.The present invention provides Hyphopichia burtonii KJJ43 strain deposited with accession number KCTC14474BP.

또한, 본 발명은 상기 균주를 배지에 배양하는 단계를 포함하는 글리세롤 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing glycerol comprising culturing the strain in a medium.

본 발명에 따르면, 신규한 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주는 NaCl 또는 KCl이 0.5 M 내지 1.5 M인 고염 조건 및 소르비톨이 2 M 내지 3 M인 고삼투 조건에서 생장하는 것이 가능하며, 글리세롤 생산과 관련된 글리세롤-3-포스페이트 탈수소 효소 1 (glycerol phosphate dehydrogenase 1, Gpd1)을 세포질에 높은 수준으로 발현하고 세포 내에 글리세롤을 축적함으로써, 글리세롤을 생산하기 위한 균주로 제공될 수 있다.According to the present invention, the novel Hyphopichia burtonii KJJ43 strain is capable of growing under high salt conditions in which NaCl or KCl is 0.5 M to 1.5 M and high osmosis conditions in which sorbitol is 2 M to 3 M, It can be provided as a strain for producing glycerol by expressing glycerol phosphate dehydrogenase 1 (Gpd1) at a high level in the cytoplasm and accumulating glycerol in the cell.

도 1은 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주 및 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주의 유전체 분석 결과(A) 및 주사 전자 현미경(SEM) 사진이다.
도 2는 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주 및 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주의 내염성 및 내삼투성 분석 결과(A) 및 고염 조건에서의 Hog1 단백질의 인산화 패턴 분석 결과(B)이다.
도 3은 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주(좌) 및 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주(우)의 HOG(High Osmolarity Glycerol) 신호전달 경로 및 관련 유전자 발현 양상을 분석한 결과이다.
도 4는 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주 및 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주의 Gpd 단백질 서열 비교 결과(A), 발현 양상 분석 결과(B), 및 HbGpd1와 HbGpd2의 세포 내 발현 위치 분석 결과(C)이다.
도 5는 고염 삼투 조건에서 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주 및 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주의 글리세롤 생산성 분석 결과이다.
도 6은 고염 및 고삼투압 조건에서 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주 및 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주의 글리세롤 생산성 분석 결과이다.
1 is Hyphopichia butoni ( Hyphopichia burtonii ) KJJ43 strain and Hypopikiya pseudoburtonii ( Hyphopichia pseudoburtonii ) Genome analysis results (A) and scanning electron microscope (SEM) pictures of KJS14 strain.
Figure 2 shows the results of analysis of salt tolerance and osmosis resistance of strain Hyphopichia burtonii KJJ43 and strain KJJ43 and Hyphopichia pseudoburtonii KJS14 (A) and the result of phosphorylation pattern analysis of Hog1 protein under high salt conditions ( B) is.
Figure 3 analyzes the HOG (High Osmolarity Glycerol) signaling pathway and related gene expression patterns of Hyphopichia burtonii KJJ43 strain (left) and Hyphopichia pseudoburtonii KJS14 strain (right) is a result
4 is a comparison result of Gpd protein sequences (A), expression pattern analysis results (B), and Hb Gpd1 and Hb of Hyphopichia burtonii KJJ43 strain and Hyphopichia pseudoburtonii KJS14 strain. It is the result of analyzing the intracellular expression location of Gpd2 (C).
5 is a result of glycerol productivity analysis of Hyphopichia burtonii KJJ43 strain and Hyphopichia pseudoburtonii KJS14 strain under high salt osmotic conditions.
6 is a result of glycerol productivity analysis of Hyphopichia burtonii KJJ43 strain and Hyphopichia pseudoburtonii KJS14 strain under high salt and high osmotic conditions.

본 명세서에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.The terms used in this specification have been selected from general terms that are currently widely used as much as possible while considering the functions in the present invention, but these may vary depending on the intention of a person skilled in the art, precedent, or the emergence of new technologies. In addition, in a specific case, there is also a term arbitrarily selected by the applicant, and in this case, the meaning will be described in detail in the description of the invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term and the overall content of the present invention, not simply the name of the term.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which the present invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and unless explicitly defined in this application, it should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning. don't

수치 범위는 상기 범위에 정의된 수치를 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최대의 수치 제한은 낮은 수치 제한이 명확히 쓰여 있는 것처럼 모든 더 낮은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 최소의 수치 제한은 더 높은 수치 제한이 명확히 쓰여 있는 것처럼 모든 더 높은 수치 제한을 포함한다. 본 명세서에 걸쳐 주어진 모든 수치 제한은 더 좁은 수치 제한이 명확히 쓰여 있는 것처럼, 더 넓은 수치 범위 내의 더 좋은 모든 수치 범위를 포함할 것이다.Numerical ranges are inclusive of the values defined therein. Every maximum numerical limitation given throughout this specification includes every lower numerical limitation, as if such lower numerical limitations were expressly written. Every minimum numerical limitation given throughout this specification includes every higher numerical limitation, as if such higher numerical limitations were expressly written. Every numerical limitation given throughout this specification will include every better numerical range within the broader numerical range, as if the narrower numerical limitations were expressly written.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 발명자들은 한국의 누룩에서 분리된 고내염성 효모 하이포피키야 (Hyphopichia sp.) 효모 종인 하이포피키야 부토니 (Hyphopichia burtonii KJJ43)와 하이포피키야 슈도부토니 (Hyphopichia pseudoburtonii KJS14)의 유전체 염기서열을 비교 분석하고, 고염 조건에서의 성장 특성을 분석하였으며, 유전체 및 전사체 정보 기반의 내염성 기작을 규명함으로써, 신규한 하이포피키야 부토니 KJJ43(Hyphopichia burtonii KJJ43) 균주를 글리세롤 대량생산 균주로 제공하고자 하였다.The inventors of the present invention have prepared the genome sequences of Hyphopichia sp. yeast species, Hyphopichia burtonii KJJ43 and Hyphopichia pseudoburtonii KJS14, isolated from Korean Nuruk. were comparatively analyzed, growth characteristics were analyzed under high salt conditions, and the salt resistance mechanism based on genome and transcript information was identified to provide a novel Hyphopichia burtonii KJJ43 strain as a glycerol mass-producing strain. did

본 발명은 기탁번호 KCTC14474BP로 기탁된 하이포피키야 부토니 KJJ43(Hyphopichia burtonii KJJ43) 균주를 제공한다. 상기 균주는 NaCl 또는 KCl이 0.5 M 내지 1.5 M인 고염 조건에서 생장하고 소르비톨이 2 M 내지 3 M인 고삼투 조건에서 생장할 수 있다. 또한, 상기 균주는 Gpd1(glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1)을 발현하며, 세포 내에 글리세롤을 축적한다.The present invention provides Hyphopichia burtonii KJJ43 strain deposited with accession number KCTC14474BP. The strain can grow under high salt conditions in which NaCl or KCl is 0.5 M to 1.5 M and in high osmosis conditions in which sorbitol is 2 M to 3 M. In addition, the strain expresses Gpd1 (glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1) and accumulates glycerol in cells.

상기 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) 균주는 빵이나 쿠키에서 ‘초키몰드(chalky mold)’를 일으키는 효모로도 알려져 있으며, 베트남에서 식품의 발효에 사용되는 ‘반멘(banh men)’과 고염조건의 건조햄 같은 건조한 상태의 식품에서도 발견될 수 있다.The Hyphopichia burtonii strain is also known as a yeast that causes 'chalky mold' in bread or cookies, and is used for fermentation of food in Vietnam under 'banh men' and high salt conditions It can also be found in dried foods such as dried ham.

또한, 본 발명은 상기 균주를 배지에 배양하는 단계를 포함하는 글리세롤 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a method for producing glycerol comprising culturing the strain in a medium.

상기 배지는 0.5 M 내지 1.5 M 농도의 NaCl 또는 KCl를 포함하는 고염 조건일 수 있고, 2 M 내지 3 M 농도의 소르비톨을 포함하는 고삼투 조건일 수 있다.The medium may be under a high salt condition containing NaCl or KCl at a concentration of 0.5 M to 1.5 M, and may be under a high osmosis condition containing sorbitol at a concentration of 2 M to 3 M.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, examples will be described in detail to aid understanding of the present invention. However, the following examples are merely illustrative of the contents of the present invention, but the scope of the present invention is not limited to the following examples. The embodiments of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.

<실시예 1> <Example 1> Hyphopichia Hyphopichia sp. 유전체 특성 및 형태적 특징sp. Dielectric properties and morphological characteristics

한국 정통 누룩에서 분리된 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주의 유전적 및 형태학적 특징을 분석하기 위해, 균주로부터 유전자를 분리하고, 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주와 비교하였다. KJJ43 균주 및 KJS14 균주를 후반 지수기 단계까지 배양한 후, 소르비톨 버퍼(1 M sorbitol, 100 mM EDTA (pH 8.0), 2% β-mercaptoethanol)에 세포 펠릿을 현탁한 후, Lyticase를 넣어 세포벽을 융해하였다. 페놀(phenol) 추출 방법에 따라 양질의 유전체를 확보한 후, PacBio SMRT 와 Illumina HiSeq sequencing을 수행하였다. De novo assembly를 수행한 뒤, circus 프로그램을 사용하여 유전체 지도를 완성하였다. 도 1A에 나타난 바와 같이, KJJ43 균주와 KJS14 균주는 각각 12.49 Mbp, 15.54 Mbp 크기의 유전체를 지닌 일배체 (haploid) 효모이며, 8개의 염색체를 포함하는 것으로 나타났다.In order to analyze the genetic and morphological characteristics of strain KJJ43 of Hyphopichia burtonii isolated from authentic Korean yeast, genes were isolated from the strain and compared with strain KJS14 of Hyphopichia pseudoburtonii did After culturing strains KJJ43 and KJS14 to the late exponential phase, suspend the cell pellets in sorbitol buffer (1 M sorbitol, 100 mM EDTA (pH 8.0), 2% β-mercaptoethanol), add lyticase to dissolve the cell walls did After securing high-quality genomes according to the phenol extraction method, PacBio SMRT and Illumina HiSeq sequencing were performed. After performing de novo assembly, the genome map was completed using the circus program. As shown in FIG. 1A, strain KJJ43 and strain KJS14 are haploid yeasts having genomes of 12.49 Mbp and 15.54 Mbp, respectively, and contain 8 chromosomes.

또한, KJJ43 균주 및 KJS14 균주는 누룩 배양 환경과 같은 고상 배양에서의 형태학적 특성을 관찰하기 위해, 30℃ YPD 배지에서 배양한 후 주사전자현미경 (SEM: scanning electron microscope)으로 KJJ43 균주 및 KJS14 균주의 형태를 분석하였다. 도 1B에 나타난 바와 같이, KJJ43 균주 및 KJS14 균주의 형태는 주로 사상(filamentous) 형태로 자라며, 일부 출아 세포(budding cell)가 발견되고, 가성균사(pseudohyphae) 및 무격벽균사(septate hyphae)를 나타내었다.In addition, in order to observe the morphological characteristics of strains KJJ43 and KJS14 in a solid-phase culture such as a nuruk culture environment, after culturing in YPD medium at 30 ° C, scanning electron microscope (SEM) examined the results of strains KJJ43 and KJS14 The morphology was analyzed. As shown in FIG. 1B, the strains KJJ43 and KJS14 mainly grow in a filamentous form, some budding cells are found, and pseudohyphae and septate hyphae are shown. was

<실시예 2> <Example 2> Hyphopichia Hyphopichia sp. 를 포함한 여러 효모종의 내삼투성 비교분석sp. Comparative analysis of osmotic resistance of several yeast species, including

하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주 및 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주의 내삼투성을 비교 분석하기 위해, 진핵생물 모델인 전통 효모 균주인 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주, 백악질 효모(chalky yeast)인 위커하이모마이세스 아노말루스(Wickerhamomyces anomalus) 균주, 사카로마이콥시스 피브리게라(Saccharomycopsis fibuligera) 균주, 및 대표적인 내염성 효모 균주인 데바리오마이세스 한세니(Debaryomyces hansenii) 균주를 포함하여, 고삼투 조건의 배지에서 스팟팅 실험을 수행하였다. 각 균주들을 2 ml YPD 배지에 220 rpm으로 28℃에서 전배양하고, OD=1부터 시작하여 연속적으로 1/10 비율로 희석하고, 고삼투 조건인 2 M sorbitol 또는 3 M sorbitol이 첨가된 YPD 배지, 또는 고염분 조건인 1 M NaCl, 1.5 M NaCl, 1 M KCl, 또는 1.5 M KCl이 각각 첨가된 YPD 배지에 스팟팅을 수행하고, 28℃와 37℃에서 배양하였다.Hypopikiya butoni ( Hyphopichia burtonii ) KJJ43 strain and hypopichia pseudoburtonii ( Hyphopichia pseudoburtonii ) In order to compare and analyze the osmosis resistance of the KJS14 strain, a eukaryotic model, a traditional yeast strain Saccharomyces cerevisiae ( Saccharomyces cerevisiae ) strain, chalky yeast Wickerhamomyces anomalus ( Wickerhamomyces anomalus ) strain, Saccharomycopsis fibuligera strain, and representative salt-tolerant yeast strain Devariomyces hansenii ( Debaryomyces hansenii ) Including the strain, a spotting experiment was performed in a medium under high osmosis conditions. Each strain was pre-cultured in 2 ml YPD medium at 220 rpm at 28 ° C, serially diluted at a ratio of 1/10 starting from OD = 1, and YPD medium supplemented with 2 M sorbitol or 3 M sorbitol under high osmosis conditions , or high salinity conditions of 1 M NaCl, 1.5 M NaCl, 1 M KCl, or 1.5 M KCl were added to the YPD medium to perform spotting, respectively, and cultured at 28 ° C and 37 ° C.

도 2A에 나타난 바와 같이, 누룩 유래 효모인 하이포피키야(Hyphopichia) 종은 고농도의 염분 조건(1 M NaCl, 1.5 M NaCl, 1 M KCl, 1.5 M KCl)뿐 아니라 고삼투 조건(2 M sorbitol, 3 M sorbitol)에서 다른 효모 종보다도 높은 수준의 생장을 나타냈다. 특히, KJJ43 균주는 종래에 내염성 효모 균주로 알려진 데바리오마이세스 한세니(Debaryomyces hansenii) 균주 보다 우수한 내염성을 나타냈으며, 고삼투 조건인 3 M sorbitol에서도 내성을 나타냈다. 또한, KJJ43 균주는 KJS14 균주가 성장하지 못하는 높은 온도(37 ℃)에서도 강한 내염성을 나타내며 우수한 삼투 기작을 가진 효모 균주임을 입증하였다.As shown in FIG. 2A, the yeast-derived yeast, Hyphopichia species, was found under high concentration conditions (1 M NaCl, 1.5 M NaCl, 1 M KCl, 1.5 M KCl) as well as high osmosis conditions (2 M sorbitol, 3 M sorbitol) showed a higher level of growth than other yeast species. In particular, the KJJ43 strain exhibited better salt tolerance than Debaryomyces hansenii strain, which is known as a salt-tolerant yeast strain in the prior art, and exhibited resistance even to 3 M sorbitol, which is a high osmosis condition. In addition, strain KJJ43 showed strong salt tolerance even at a high temperature (37 ° C.) at which strain KJS14 did not grow and proved to be a yeast strain with an excellent osmotic mechanism.

전통 효모 균주인 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주는 염분 스트레스에 노출되면 Hog1 단백질의 인산화가 일어나고 신호전달 경로에 의해 염분 스트레스에 적응하는 기작이 활성화되게 된다. 삼투 스트레스 조건에서 상기 KJJ43 균주 및 KJS14 균주의 Hog1 단백질의 인산화 패턴을 확인하기 위해 0.5 M NaCl과 1 M NaCl 조건에서 시간별로 5분, 15분, 30분 동안 28℃에서 균주를 배양하였다. 균주를 모은 뒤, 탈인산화를 막는 조성의 버퍼를 이용하여 단백질을 추출한 후 anti-phospho p38 MAPK antibody를 이용하여 웨스턴 블랏팅을 수행하였다.When the traditional yeast strain, Saccharomyces cerevisiae strain, is exposed to salt stress, phosphorylation of the Hog1 protein occurs, and a mechanism adapted to salt stress is activated by a signal transduction pathway. In order to confirm the phosphorylation pattern of the Hog1 protein of KJJ43 and KJS14 strains under osmotic stress conditions, the strains were incubated at 28° C. for 5 minutes, 15 minutes, and 30 minutes in 0.5 M NaCl and 1 M NaCl conditions, respectively. After collecting the strains, proteins were extracted using a buffer having a composition that prevents dephosphorylation, and Western blotting was performed using an anti-phospho p38 MAPK antibody.

도 2B에 나타난 바와 같이, 대조군은 사카로마이세스 세레비지애(Saccharomyces cerevisiae) 균주를 사용하였으며, 스트레스에 노출되지 않은 0분에서는 Hog1 단백질의 인산화가 일어나지 않는 것으로 나타났다. 그러나 KJJ43 균주 및 KJS14 균주는 스트레스에 노출되지 않은 0분에서도 이미 Hog1단백질이 인산화된 상태로 존재하였고, 고염 스트레스 조건인 1 M NaCl에 노출되는 시간이 증가함에 따라 대조군과 KJS14 균주는 고염 스트레스에 노출 시간이 길어질수록 인산화가 더 증가하는 반면, KJJ43 균주의 경우 Hog1 단백질은 인산화 되는 정도가 증가했지만 15분 후에는 다시 탈인산화 되는 경향을 나타냈다. 상기 결과는 KJJ43 균주가 대조군 및 KJS14 균주에 비해 삼투 스트레스에 적응하는 능력이 우수하다는 것을 입증한다.As shown in Figure 2B, Saccharomyces cerevisiae strain was used as a control group, and phosphorylation of the Hog1 protein did not occur at 0 minutes without exposure to stress. However, in KJJ43 and KJS14 strains, the Hog1 protein was already phosphorylated even at 0 minutes when they were not exposed to stress, and as the time exposed to 1 M NaCl, a high-salt stress condition, increased, the control and KJS14 strains were exposed to high-salt stress. Phosphorylation increased as the time increased. In the case of the KJJ43 strain, the Hog1 protein increased in phosphorylation, but showed a tendency to dephosphorylate again after 15 minutes. The above results demonstrate that the KJJ43 strain has a superior ability to adapt to osmotic stress compared to the control and KJS14 strains.

또한, 대조군 및 KJJ43 균주는 0.5 M NaCl 조건에서는 짧은 시간 내에 인산화가 일어난 뒤 노출시간이 길어질수록 빠르게 탈인산화되는 경향을 나타냈으며, KJS14 균주는 인산화가 크게 증가하지 않는 경향을 나타냈고, 0.5 M NaCl 조건에서는 모든 균주가 빠르게 적응하는 것으로 나타났다. 상기 결과는 삼투조건이 아닌 정상 조건에서도 활성화되어 있는 Hog1 단백질은 하이포피키야(Hyphopichia) 종들이 높은 내염성을 가지는 데에 중요한 기여를 하며, KJJ43 균주가 KJS14 균주보다 높은 염조건에서 내염성능이 더 우수하다는 것을 입증한다.In addition, the control and KJJ43 strains showed a tendency to dephosphorylate rapidly as the exposure time increased after phosphorylation occurred within a short time under the 0.5 M NaCl condition. All strains appeared to adapt rapidly to the conditions. The above results show that the Hog1 protein, which is active even under normal conditions other than osmotic conditions, makes an important contribution to the high salt tolerance of Hyphopichia species, and the KJJ43 strain has better salt tolerance performance than the KJS14 strain under high salt conditions. prove that it is

<실시예 3> <Example 3> Hyphopichia Hyphopichia 내의 내염성 관련 HOG (High Osmolarity Glycerol) 신호전달 경로 분석Analysis of high osmolarity glycerol (HOG) signaling pathway related to salt tolerance in

하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주 및 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주의 글리세롤 축적에 관여하는 유전자들의 발현 양상을 분석하기 위해, 고염도 조건에서 RNA-Seq 실험을 수행하였다. 1 M NaCl이 첨가된 YPD 배지에 시작 OD 0.6으로 접종한 뒤 시간별로 5분, 15분, 30분 동안 28℃에서 균주를 배양한 후 효모 세포를 모았다. Formamide RNA 추출법으로 RNA를 추출한 뒤 cDNA로 합성하여 Illumina HiSeq 2500을 통해 Library를 제작하여 분석을 진행하였다. 이후 발현 수준 보정 과정을 거쳐 얻어진 fold change 값을 비교한 결과를 도 3과 같이 정리하였다. 발현값은 Heat map을 통해 색상으로 정리하였으며, 각 유전자에 해당하는 Heat map의 왼쪽 판넬은 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주의 유전자를 의미하고, 오른쪽 판넬은 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주의 유전자를 의미한다. 하나의 판넬 내에서 왼쪽부터 각각 5, 15, 30분 배양한 샘플의 fold change 값을 나타낸다.In order to analyze the expression patterns of genes involved in glycerol accumulation in Hyphopichia burtonii KJJ43 strain and Hyphopichia pseudoburtonii KJS14 strain, RNA-Seq experiments were performed under high salinity conditions. . After inoculation with a starting OD of 0.6 in YPD medium supplemented with 1 M NaCl, the strain was incubated at 28° C. for 5 minutes, 15 minutes, and 30 minutes, and then yeast cells were collected. RNA was extracted by the formamide RNA extraction method, synthesized into cDNA, and a library was prepared and analyzed using the Illumina HiSeq 2500. Afterwards, the results of comparing the fold change values obtained through the expression level correction process were summarized as shown in FIG. 3. Expression values were organized by color through a heat map, and the left panel of the heat map corresponding to each gene means the gene of the Hyphopichia burtonii KJJ43 strain, and the right panel represents the Hyphopichia pseudobutoni ( Hyphopichia pseudoburtonii ) means the gene of KJS14 strain. The fold change values of the samples incubated for 5, 15, and 30 minutes from the left in one panel, respectively, are shown.

도 3에 나타난 바와 같이, 삼투 스트레스시 글리세롤 생합성 마지막 두 단계에 해당하는 단백질을 코딩하는 GPD1GPP2 유전자와, 글리세롤의 흡수에 관여하는 STL1 유전자들의 발현이 대체로 증가하였다. 글리세롤 생합성의 앞 단계에 해당하는 glycolysis 과정 내 유전자들과 함께 전구체들을 trehalose나 TCA cycle로 유도하는 유전자들의 발현이 감소하였으며, 세포내 글리세롤 농도가 높아짐에 따라 분해에 관여하는 유전자들의 발현 또한 일부 증가하였다. 또한, 글리세롤의 누출을 일으키는 세포막 ergosterol의 생합성 과정이 전체적으로 억제되어 있었으며, 특이하게도 글리세롤의 유출에 관여하는 Fps1 수송 단백질이 하이포피키야(Hyphopichia) 효모에서 발견되지 않았다As shown in FIG. 3 , the expression of GPD1 and GPP2 genes encoding proteins corresponding to the last two steps of glycerol biosynthesis and STL1 gene involved in glycerol absorption were generally increased during osmotic stress. The expression of genes in the glycolysis process corresponding to the previous step of glycerol biosynthesis as well as genes inducing precursors to trehalose or TCA cycle decreased, and as the intracellular glycerol concentration increased, the expression of some genes involved in degradation also increased. . In addition, the biosynthetic process of cell membrane ergosterol, which causes the leakage of glycerol, was suppressed as a whole, and, specifically, the Fps1 transport protein involved in the leakage of glycerol was not found in Hyphopichia yeast.

<실시예 4> 고염도 배양 조건에서 <Example 4> In high salinity culture conditions HyphopichiaHyphopichia sp. 의 Gpd1 및 Gpd2 발현 양상 및 세포내 발현 위치 분석 sp. Analysis of Gpd1 and Gpd2 expression patterns and intracellular expression location

다양한 고염 스트레스 조건에서 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주 및 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주의 유전체를 분석하여 세포 내 글리세롤의 축적을 일으키는 글리세롤 주요 생합성 단백질인 Gpd(glycerol phosphate dehydrogenase)의 발현을 분석하였다. KJJ43 균주에서는 GPD1 (GENE 00228), GPD2 (GENE 05904)로, KJS14 균주에서는 GPD1 (GENE 04673), GPD2 (GENE 02496)로 각각 2 개씩의 유전자가 분석되었으며, 내염성을 가지는 여러 효모 종에서 글리세롤 생합성에 관련된 Gpd 단백질 상동성을 비교 분석하기 위해 하이포피키야 부토니(H. burtonii), 하이포피키야 슈도부토니(H. pseudoburtonii), 호르타이아 베르네키(Hortaea werneckii), 웰레미아 이치토파가(Wallemia ichthyophaga),및 사카로마이세스 세레비지애(S. cerevisiae)를 포함하여 Gpd 단백질의 아미노산 서열 상동성을 DNASTAR MegAlign 프로그램의 CLUSTALW로 분석하고 GeneDoc 프로그램으로 정렬하였다.Gpd ( glycerol phosphate , a major biosynthetic protein of glycerol that causes accumulation of glycerol in cells dehydrogenase) was analyzed. GPD1 (GENE 00228) and GPD2 (GENE 05904) in KJJ43 strain, and GPD1 (GENE 04673) and GPD2 (GENE 02496) in KJS14 strain, respectively, were analyzed. For comparative analysis of related Gpd protein homology, Hypopikiya Butoni ( H. burtonii ), Hypopikiya Pseudobutoni ( H. pseudoburtonii ), Amino acid sequence homology of Gpd proteins, including Hortaea werneckii , Wallemia ichthyophaga , and S. cerevisiae , was analyzed with CLUSTALW of the DNASTAR MegAlign program. Analyzed and aligned with the GeneDoc program.

도 4A에 나타난 바와 같이, 모든 효모 종에서 NAD(P)/NAD(P)H binding pattern, NADB Rossmann 도메인과 NAD_Gly3P_dh_C 도메인이 보존되어 있는 것으로 나타났다. 반면, 단백질의 위치를 퍼옥시좀으로 이동하도록 유도하는 PTS2(Peroxisomal Targeting Signal Type 2) motif (RLXXHL)와 이를 활성화시키는 인산화 잔기인 세린 아미노산은 모델 효모인 사카로마이세스 세레비지애(S. cerevisiae)의 Gpd1 단백질과 하이포피키야 부토니(H. burtonii) KJJ43 균주 Gpd2 및 하이포피키야 슈도부토니(H. pseudoburtonii) KJS14 균주 Gpd2 단백질에서만 보존되어 있는 것으로 나타났다. 또 다른 내염성 효모인 호르타이아 베르네키(H. werneckii) 및 웰레미아 이치토파가(W. ichthyophaga)에 존재하는 세 GPD 단백질과 하이포피키야 부토니(H. burtonii) KJJ43 균주 및 하이포피키야 슈도부토니(H. pseudoburtonii) KJS14 균주에 존재하는 Gpd1 단백질은 PTS2 motif가 보존되어 있지 않는 것으로 나타났다. 상기 단백질들은 고염 조건에서도 퍼옥시좀으로 이동하지 않고 세포질에 남아있음을 의미하여, 세포질은 퍼옥시좀보다 Gpd 단백질 활성에 필요한 보조인자인 NADH가 더 많다고 알려져 있기 때문에 더 높은 활성을 가질 수 있음을 입증한다.As shown in FIG. 4A, NAD(P)/NAD(P)H binding pattern, NADB Rossmann domain and NAD_Gly3P_dh_C domain were conserved in all yeast species. On the other hand, the PTS2 (Peroxisomal Targeting Signal Type 2) motif (RLXXHL), which induces the protein to move to the peroxisome, and the serine amino acid, a phosphorylation residue that activates it, are derived from the model yeast S. cerevisiae . ) and the Gpd2 protein of H. burtonii KJJ43 strain and the Gpd2 protein of H. pseudoburtonii KJS14 strain. Three GPD proteins present in another salt-tolerant yeast, Hortaia werneckii ( H. werneckii ) and Wellemia ichthyophaga ( W. ichthyophaga ), and hypopikiya butoni ( H. burtonii ) KJJ43 strain and hypopikiya pseudo It was found that the PTS2 motif is not conserved in the Gpd1 protein present in the H. pseudoburtonii KJS14 strain. This means that the proteins remain in the cytoplasm without moving to the peroxisome even under high salt conditions, proving that the cytoplasm can have higher activity because it is known that there is more NADH, a cofactor required for Gpd protein activity, than peroxisome. do.

또한, 고염도 조건에서 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주 및 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주의 GPD1, GPD2 유전자 발현 양상을 분석하기 위해, qRT-PCR 실험을 수행하였다. 상기 실시예 3과 동일한 방법으로 균주를 배양하고, RNA를 추출한 후, 뒤 Reverse transcriptase 원리를 이용한 SuperiorScript III Master mix (Enzynomics) 로 mRNA를 cDNA 로 합성하였다. 각 균주에서 GPD1GPD2 유전자에 특이적인 표 1과 같은 프라이머를 사용하여 qRT-PCR을 수행하였다. qRT-PCR 조건은 95℃에서 3분 Pre-denaturation, 95℃에서 10초간 denaturation, 62℃에서 30초간 annealing을 39회 반복, 이후 95℃에서 10초, 65℃에서 5초를 진행하였다.In addition, to analyze the expression patterns of GPD1 and GPD2 genes of Hyphopichia burtonii KJJ43 strain and Hyphopichia pseudoburtonii KJS14 strain under high salinity conditions, qRT-PCR experiments were performed. The strain was cultured in the same manner as in Example 3, RNA was extracted, and mRNA was synthesized into cDNA with SuperiorScript III Master mix (Enzynomics) using the reverse transcriptase principle. qRT-PCR was performed using the primers shown in Table 1 specific for the GPD1 and GPD2 genes in each strain. The qRT-PCR conditions were pre-denaturation at 95 ° C for 3 minutes, denaturation at 95 ° C for 10 seconds, and annealing at 62 ° C for 30 seconds 39 times, followed by 95 ° C for 10 seconds and 65 ° C for 5 seconds.

Primer namePrimer name Sequence (5'-3')Sequence (5'-3') DescriptionDescription HbGPD1-RT-FWHbGPD1-RT-FW tggtttaaaggaaaccatccactttgtggtttaaaggaaaccatccactttg HbGPD1에 대한 qRT-PCR primer qRT-PCR primers for HbGPD1 HbGPD1-RT-BWHbGPD1-RT-BW acaagtagtgattaaatcagcaaccacaagtagtgattaaatcagcaacc "" HbGPD2-RT-FWHbGPD2-RT-FW tttcccagaatctcaagcttcgatttcccagaatctcaagcttcga HbGPD2에 대한 qRT-PCR primerqRT-PCR primers for HbGPD2 HbGPD2-RT-BWHbGPD2-RT-BW ttcagccatgtaacgaccaacttcagccatgtaacgaccaac "" HpGPD1-RT-FWHpGPD1-RT-FW tcactgaagaatccgctggtgtttcactgaagaatccgctggtgtt HpGPD1에 대한 qRT-PCR primerqRT-PCR primers for HpGPD1 HpGPD1-RT-BWHpGPD1-RT-BW gactttttcagcttcccaagcatcgactttttcagcttcccaagcatc "" HpGPD2-RT-FWHpGPD2-RT-FW agatgccttggctgctgaaaagagatgccttggctgctgaaaag HpGPD2 에 대한 qRT-PCR primerqRT-PCR primers for HpGPD2 HpGPD2-RT-BWHpGPD2-RT-BW cttcaaacaaagggaattcgtgggtcttcaaacaaagggaattcgtgggt "" SpeI-HbGPD1_1FSpeI-HbGPD1_1F gcgcactagtatgacttctgctattccatataaaatcggcgcactagtatgacttctgctattccatataaaatcg GFP를 발현하는 HbGPD1 제작Construction of HbGPD1 expressing GFP HbGPD1_GFPfus_1BHbGPD1_GFPfus_1B ctttagacat accgccaccgccacc attttctaagatggttgggctttagacat accgccaccgccacc attttctaagatggttggg "" SpeI-HbGPD2_1FSpeI-HbGPD2_1F gcgcactagtatgtgttctgatcatcaaaagggcgcactagtatgtgttctgatcatcaaaagg GFP를 발현하는 HbGPD2 제작Construction of HbGPD2 expressing GFP HbGPD2_GFPfus_1BHbGPD2_GFPfus_1B ctttagacat accgccaccgccacc aatatagctactggtttcctttagacat accgccaccgccacc aatatagctactggtttc "" 5Gly-yEGFP_F5Gly-yEGFP_F ggtggcggtggcggt atgtctaaaggtgaagaattattcacggtggcggtggcggt atgtctaaaggtgaagaattattcac GFP 증폭을 위한 primerPrimers for GFP amplification yEGFP-SalI_ByEGFP-SalI_B gcgcgtcgac ttatttgtacaattcatccataccatggcgcgtcgac ttatttgtacaattcatccataccatg ""

도 4B에 나타난 바와 같이, 하이포피키야 부토니(H. burtonii) KJJ43와 하이포피키야 슈도부토니(H. pseudoburtonii) KJS14에 존재하는 두 GPD 유전자 중 GPD1은 고염 조건에서 시간이 지남에 따라 매우 높은 수준으로 발현이 크게 증가한 반면, GPD2 유전자는 발현에 유의미한 변화를 나타내지 않았다. 상기 결과는 내염성을 나타내는 기작에 GPD2보다 GPD1이 주된 기능을 함을 입증한다.As shown in FIG. 4B, among the two GPD genes present in H. burtonii KJJ43 and H. pseudoburtonii KJS14, GPD1 is very high over time under high salt conditions. While the expression of the GPD2 gene was significantly increased, the expression of the GPD2 gene did not show a significant change. These results demonstrate that GPD1 rather than GPD2 plays a major role in the mechanism of salt tolerance.

하이포피키야 부토니(H. burtonii) KJJ43 균주의 Gpd1 및 Gpd2 단백질의 세포 내 위치를 검증하기 위하여, HIS3 선별 표지를 가지며 TEF1 promoter에 의해 발현이 조절되는 centromere vector를 이용하여 GFP (Green Fluorescent Protein) 융합 단백질 형태로 Gpd 단백질을 외래 숙주인 사카로마이세스 세레비지애(S. cerevisiae) 내에서 발현할 수 있는 벡터를 제작하였다. 하이포피키야 부토니(H. burtonii) KJJ43 균주의 gDNA를 주형으로 하고, 상기 표 1의 프라이머 SpeI-HbGPD1_1F, HbGPD1_GFPfus_1B, SpeI-HbGPD2_1F, HbGPD2_GFPfus_1B를 사용하여 해당 유전자들을 증폭하였으며, pDLMOX-yEGFPm를 주형으로 5Gly-yEGFP_F, yEGFP-SalI_B 프라이머를 이용하여 glycine이 linker로 연결된 GFP부분을 증폭하였다. 1차 PCR로 얻은 HbGPD1 product와 GFP product를 주형으로 SpeI-HbGPD1_1F, yEGFP-SalI_B 프라이머를 이용하여 2차 PCR을 수행하여 Gpd1에 GFP가 tagging된 product를 얻을 수 있었고, HbGPD2 product와 GFP product를 주형으로 SpeI-HbGPD2_1F, yEGFP-SalI_B 프라이머를 이용하여 2차 PCR을 수행하여 Gpd2에 GFP가 융합된 DNA product를 얻을 수 있었다. 각 PCR Product와 YCpHT vector에 SpeI/SalI를 처리한 후 연결하여 HbGPD 유전자들이 TEF1 프로모터에 의해 발현되는 최종 발현벡터 YCpHT_HbGPD1_GFP, YCpHT_HbGPD1_GFP를 제작하였다. 제작된 YCpHT_HbGPD1_GFP, YCpHT_HbGPD1_GFP 발현 벡터로 형질전환된 사카로마이세스 세레비지애(S. cerevisiae) 세포 파쇄액을 웨스턴 블럿으로 분석하여 예상크기의 단백질이 발현됨을 확인한 후, 두 균주를 초기 OD = 0.3으로 SC-His 배지에 접종하여 OD = 1까지 배양한 후 4% paraformaldehyde로 고정하여 형광현미경으로 관찰하였다. 도 4C에 나타난 바와 같이, 하이포피키야 부토니(H. burtonii) KJJ43 균주의 Gpd1은 PTS2가 없는 것으로 예상할 수 있듯이 퍼옥시좀이 아닌 세포질에 존재하는 것으로 나타났으며 Gpd2의 경우 다수의 작은 GFP 시그널이 나타난 것으로 보아 퍼옥시좀에 존재하는 것으로 확인되었다.In order to verify the intracellular location of Gpd1 and Gpd2 proteins of H. burtonii KJJ43 strain, GFP (Green Fluorescent Protein) using a centromere vector having HIS3 selection marker and expression controlled by TEF1 promoter A vector capable of expressing the Gpd protein in the form of a fusion protein in a foreign host, Saccharomyces cerevisiae , was constructed. Using the gDNA of H. burtonii KJJ43 strain as a template, the corresponding genes were amplified using the primers SpeI-HbGPD1_1F, HbGPD1_GFPfus_1B, SpeI-HbGPD2_1F, and HbGPD2_GFPfus_1B in Table 1, and pDLMOX-yEGFPm as a template 5Gly-yEGFP_F and yEGFP-SalI_B primers were used to amplify the GFP portion to which glycine was linked as a linker. The HbGPD1 product and GFP product obtained from the first PCR were used as templates, and the second PCR was performed using SpeI-HbGPD1_1F and yEGFP-SalI_B primers to obtain a product tagged with GFP to Gpd1, and the HbGPD2 product and GFP product were used as templates A DNA product in which GFP was fused to Gpd2 was obtained by performing secondary PCR using SpeI-HbGPD2_1F and yEGFP-SalI_B primers. After treating each PCR product and YCpHT vector with SpeI/SalI, they were connected to construct final expression vectors YCpHT_HbGPD1_GFP and YCpHT_HbGPD1_GFP in which HbGPD genes are expressed by TEF1 promoter. Saccharomyces cerevisiae transformed with the prepared YCpHT_HbGPD1_GFP and YCpHT_HbGPD1_GFP expression vectors were analyzed by western blotting for Saccharomyces cerevisiae cell lysates to confirm that proteins of the expected size were expressed, and the two strains were initially OD = 0.3 It was inoculated into SC-His medium, cultured until OD = 1, fixed with 4% paraformaldehyde, and observed under a fluorescence microscope. As shown in Figure 4C, H. burtonii Gpd1 of KJJ43 strain was found to be present in the cytoplasm rather than peroxisome, as expected from the absence of PTS2, and in the case of Gpd2, a large number of small GFP It was confirmed that the signal was present in the peroxisome.

<실시예 5> <Example 5> H. burtoniiH. burtonii and H. pseudoburtoniiH. pseudoburtonii 를 이용한 글리세롤 생산Glycerol production using

상기 실시예 4에서 하이포피키야 부토니(H. burtonii) KJJ43와 하이포피키야 슈도부토니(H. pseudoburtonii) KJS14 균주가 고염(1 M NaCl) 조건에서 GPD1 유전자의 발현을 증가시키는 경향을 확인함에 따라, 세포 내 축적된 글리세롤 함량을 비교 분석하였다. 세포 내 축적된 글리세롤 양을 비교하기 위해 대조 균주로써 사카로마이세스 세레비지애(S. cerevisiae)를 사용하였다. 각 균주들을 YPD 배지에 220 rpm으로 28℃에서 전배양한 후 초기 OD 0.5로 YPD 배지와 YPD에 1 M NaCl이 첨가된 배지에 접종한 뒤 2시간 동안 배양하였다. 효모 세포를 모두 모은 뒤 1 ml의 멸균수에 현탁하여 100℃에서 10분간 끓인 후 원심 분리하여 상층액만을 따로 모아 glycerol assay kit (MAK117, Sigma Aldrich)를 이용하여 세포 내 글리세롤 함량을 분석하였다. 우선, 멸균수에 100 mM의 글리세롤 standard를 농도별로 희석하여 0 mM, 0.2 mM, 0.4 mM, 0.6 mM, 0.8 mM, 1.0 mM 글리세롤을 Colorimetric standard로 준비한 뒤 96 well plate에 10 μl의 standard와 희석된 균주 상층액을 넣어주었다. Assay buffer, enzyme mix, ATP, Dye reagent 조성을 가진 master reaction mix를 각 well에 100 μl씩 추가하여 넣어 준 뒤 shaker를 이용해 잘 섞은 후 빛이 차단된 상온 조건에서 20분간 반응시켜준다. 570 nm에서 흡광도를 측정하여 standard curve를 이용하여 세포 내 글리세롤 함량을 계산하였다.In Example 4, hypopikiya butoni ( H. burtonii ) KJJ43 and hypopikiya pseudoburtonii ( H. pseudoburtonii ) KJS14 strains confirmed the tendency to increase the expression of the GPD1 gene under high salt (1 M NaCl) conditions Accordingly, the glycerol content accumulated in cells was comparatively analyzed. Saccharomyces cerevisiae was used as a control strain to compare the amount of glycerol accumulated in cells. Each strain was pre-cultured at 28 ° C. at 220 rpm in YPD medium, and then inoculated into YPD medium and YPD medium containing 1 M NaCl at an initial OD of 0.5 and then cultured for 2 hours. After collecting all the yeast cells, they were suspended in 1 ml of sterile water, boiled at 100 ° C. for 10 minutes, centrifuged, and only the supernatant was separately collected, and intracellular glycerol content was analyzed using a glycerol assay kit (MAK117, Sigma Aldrich). First, 0 mM, 0.2 mM, 0.4 mM, 0.6 mM, 0.8 mM, 1.0 mM glycerol was prepared as a colorimetric standard by diluting a 100 mM glycerol standard in sterile water by concentration, and then diluted with 10 μl of standard on a 96 well plate. The strain supernatant was added. Add 100 μl of the master reaction mix with the composition of assay buffer, enzyme mix, ATP, and dye reagent to each well, mix well using a shaker, and react for 20 minutes at room temperature conditions blocked from light. The absorbance was measured at 570 nm and the intracellular glycerol content was calculated using a standard curve.

도 5에 나타난 바와 같이, 하이포피키야(Hyphopichia) 종 모두 세포 내 글리세롤 함량이 YPD 배지에서 배양한 보통의 조건과 삼투 스트레스가 주어진 조건 모두에서 사카로마이세스 세레비지애(S. cerevisiae)보다 월등히 높았다. 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주와 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주의 경우 YPD 배지 조건에서 사카로마이세스 세레비지애(S. cerevisiae)에 비해 각각 6.5배, 4배로 글리세롤 축적양이 높은 것을 확인할 수 있으며, 1 M NaCl의 삼투 스트레스 조건에서 배양할 경우 더 향상된 세포내 글라이세롤 축적을 관찰할 수 있었다. 특히 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주보다도 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주에서 약 1.5배 더 증가된 글리세롤 축적을 볼 수 있었다.As shown in Figure 5, hypopichia ( Hyphopichia ) In both species, intracellular glycerol content is significantly higher than that of Saccharomyces cerevisiae ( S. cerevisiae ) under both normal conditions and osmotic stress conditions cultured in YPD medium. It was high. Hypopikiya Butoni ( Hyphopichia burtonii ) KJJ43 strain and hypopichia pseudoburtonii ( Hyphopichia pseudoburtonii ) In the case of KJS14 strain, Saccharomyces cerevisiae in YPD medium conditions Saccharomyces cerevisiae ( S. cerevisiae ) 6.5 times and 4 times, respectively It can be confirmed that the amount of glycerol accumulation is high, and further improved intracellular glycerol accumulation can be observed when cultured under osmotic stress conditions of 1 M NaCl. In particular , Hyphopichia pseudoburtonii KJJ43 strain showed about 1.5 times more glycerol accumulation than Hyphopichia pseudoburtonii KJS14 strain.

또한, 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주와 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주의 성장이 S. cerevisiae보다 일반적인 성장 조건뿐만 아니라 고염 조건에서도 훨씬 왕성하여 총체적으로 확보된 세포량이 많기 때문에 효모 배양을 통해 생산되는 글리세롤 양을 비교분석하였다. 앞선 분석과 마찬가지로 대조 균주로써 사카로마이세스 세레비지애(S. cerevisiae)를 포함하여 각 균주들을 YPD 배지에 220 rpm으로 28℃에서 전배양한 후 초기 OD 0.5로 YPD 배지와 YPD에 1 M NaCl이 첨가된 배지에 접종한 뒤 24시간 동안 배양하였다. 배양시 주된 탄소원인 글루코오스가 고갈되면서 세포내 축적된 글리세롤을 탄소원으로 소모하지 않도록, 기존의 0.1 M 글루코오스 보다 더 높은 농도의 0.5 M 글루코오스를 공급하여 배양한 뒤 세포 내 글라이세롤 함량을 비교분석하였다.In addition, the growth of the Hyphopichia burtonii KJJ43 strain and the Hyphopichia pseudoburtonii KJS14 strain are much more vigorous than S. cerevisiae under normal growth conditions as well as under high salt conditions, resulting in a total amount of cells secured. Since there are many, the amount of glycerol produced through yeast culture was compared and analyzed. As in the previous analysis, each strain, including Saccharomyces cerevisiae as a control strain, was pre-incubated in YPD medium at 220 rpm at 28 ° C., and then 1 M NaCl in YPD medium and YPD with an initial OD of 0.5 After inoculation in this supplemented medium, it was cultured for 24 hours. In order to avoid consuming glycerol accumulated in cells as a carbon source while glucose, the main carbon source, is depleted during culture, 0.5 M glucose at a higher concentration than the existing 0.1 M glucose was supplied and cultured, and then the intracellular glycerol content was compared and analyzed. .

도 6에 나타난 바와 같이, 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주의 경우 고농도의 글루코오스 공급과 함께 1 M NaCl 이 첨가된 고내염 및 고삼투 스트레스 조건에서 세포내 글리세롤 축적이 사카로마이세스 세레비지애(S. cerevisiae)와 하이포피키야 슈도부토니(Hyphopichia pseudoburtonii) KJS14 균주에 비해 월등하게 높게 나타났다.As shown in Figure 6, Hyphopichia butoni ( Hyphopichia burtonii ) In the case of strain KJJ43, intracellular glycerol accumulation was observed under hyperintrasalt and hyperosmotic stress conditions in which 1 M NaCl was added with a high concentration of glucose supply. Levijiae ( S. cerevisiae ) and Hypopikiya pseudoburtoni ( Hyphopichia pseudoburtonii ) appeared significantly higher than KJS14 strain.

상기 결과는 하이포피키야 부토니(Hyphopichia burtonii) KJJ43 균주는 내염성을 유도하는 신호전달 경로의 핵심 조절자인 Hog1 단백질이 지속적으로 활성화되어 있으며, 고염 조건에서 글리세롤 생합성 핵심 효소인 Gpd1 단백질의 세포질 내 발현이 더 높이 유도하여 글리세롤이 세포내에 다량으로 축적하는 것을 확인한다. 특히, 고농도의 당이 공급된 고삼투압 조건에서는 더욱 글리세롤 생산성이 현저하게 증가되어 글리세롤 생산 숙주로서 활용될 수 있음을 입증한다.The above results show that in the Hyphopichia burtonii KJJ43 strain, the Hog1 protein, a key regulator of the signaling pathway that induces salt tolerance, is continuously activated, and the expression of the Gpd1 protein, a key enzyme in glycerol biosynthesis, in the cytoplasm under high salt conditions is By inducing it higher, it is confirmed that glycerol accumulates in a large amount in the cells. In particular, under the high osmotic pressure condition in which a high concentration of sugar is supplied, glycerol productivity is significantly increased, proving that it can be used as a glycerol production host.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 즉, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다.Having described specific parts of the present invention in detail above, it is clear to those skilled in the art that these specific descriptions are only preferred embodiments, and the scope of the present invention is not limited thereby. do. That is, the substantial scope of the present invention is defined by the appended claims and their equivalents.

한국생명공학연구원Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology KCTC14474BPKCTC14474BP 2021021820210218

<110> Chung-Ang University Industry-Academy Cooperation Foundation Foundation of Soongsil University-Industry Cooperation <120> Novel Hyphopichia burtonii KJJ43, and uses thereof <130> ADP-2021-0020 <160> 14 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HbGPD1-RT-FW <400> 1 tggtttaaag gaaaccatcc actttg 26 <210> 2 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HbGPD1-RT-BW <400> 2 acaagtagtg attaaatcag caacc 25 <210> 3 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HbGPD2-RT-FW <400> 3 tttcccagaa tctcaagctt cga 23 <210> 4 <211> 21 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HbGPD2-RT-BW <400> 4 ttcagccatg taacgaccaa c 21 <210> 5 <211> 23 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HpGPD1-RT-FW <400> 5 tcactgaaga atccgctggt gtt 23 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HpGPD1-RT-BW <400> 6 gactttttca gcttcccaag catc 24 <210> 7 <211> 22 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HpGPD2-RT-FW <400> 7 agatgccttg gctgctgaaa ag 22 <210> 8 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HpGPD2-RT-BW <400> 8 cttcaaacaa agggaattcg tgggt 25 <210> 9 <211> 38 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SpeI-HbGPD1_1F <400> 9 gcgcactagt atgacttctg ctattccata taaaatcg 38 <210> 10 <211> 44 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HbGPD1_GFPfus_1B <400> 10 ctttagacat accgccaccg ccaccatttt ctaagatggt tggg 44 <210> 11 <211> 32 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> SpeI-HbGPD2_1F <400> 11 gcgcactagt atgtgttctg atcatcaaaa gg 32 <210> 12 <211> 43 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> HbGPD2_GFPfus_1B <400> 12 ctttagacat accgccaccg ccaccaatat agctactggt ttc 43 <210> 13 <211> 41 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> 5Gly-yEGFP_F <400> 13 ggtggcggtg gcggtatgtc taaaggtgaa gaattattca c 41 <210> 14 <211> 37 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> yEGFP-SalI_B <400> 14 gcgcgtcgac ttatttgtac aattcatcca taccatg 37 <110> Chung-Ang University Industry-Academy Cooperation Foundation Foundation of Soongsil University-Industry Cooperation <120> Novel Hyphopichia burtonii KJJ43, and uses its <130> ADP-2021-0020 <160> 14 <170> KoPatentIn 3.0 <210> 1 <211> 26 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> HbGPD1-RT-FW <400> 1 tggtttaaag gaaaccatcc actttg 26 <210> 2 <211> 25 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> HbGPD1-RT-BW <400> 2 acaagtagtg attaaatcag caacc 25 <210> 3 <211> 23 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> HbGPD2-RT-FW <400> 3 tttcccagaa tctcaagctt cga 23 <210> 4 <211> 21 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> HbGPD2-RT-BW <400> 4 ttcagccatg taacgaccaa c 21 <210> 5 <211> 23 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> HpGPD1-RT-FW <400> 5 tcactgaaga atccgctggt gtt 23 <210> 6 <211> 24 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> HpGPD1-RT-BW <400> 6 gactttttca gcttcccaag catc 24 <210> 7 <211> 22 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> HpGPD2-RT-FW <400> 7 agatgccttg gctgctgaaa ag 22 <210> 8 <211> 25 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> HpGPD2-RT-BW <400> 8 cttcaaacaa agggaattcg tgggt 25 <210> 9 <211> 38 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> SpeI-HbGPD1_1F <400> 9 gcgcactagt atgacttctg ctattccata taaaatcg 38 <210> 10 <211> 44 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> HbGPD1_GFPfus_1B <400> 10 ctttagacat accgccaccg ccaccatttt ctaagatggt tggg 44 <210> 11 <211> 32 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> SpeI-HbGPD2_1F <400> 11 gcgcactagt atgtgttctg atcatcaaaa gg 32 <210> 12 <211> 43 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> HbGPD2_GFPfus_1B <400> 12 ctttagacat accgccaccg ccaccaatat agctactggt ttc 43 <210> 13 <211> 41 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> 5Gly-yEGFP_F <400> 13 ggtggcggtg gcggtatgtc taaaggtgaa gaattattca c 41 <210> 14 <211> 37 <212> DNA <213> artificial sequence <220> <223> yEGFP-SalI_B <400> 14 gcgcgtcgac ttatttgtac aattcatcca taccatg 37

Claims (8)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 기탁번호 KCTC14474BP로 기탁된 하이포피키야 부토니 KJJ43(Hyphopichia burtonii KJJ43) 균주를 배지에 배양하는 단계를 포함하는 글리세롤 제조 방법으로,
상기 균주는 Gpd1(glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1)을 세포질에 발현하고 세포내 글리세롤을 축적하는 것을 특징으로 하는 글리세롤 제조 방법.
A method for producing glycerol comprising culturing the Hyphopichia burtonii KJJ43 strain deposited with accession number KCTC14474BP in a medium,
Glycerol production method, characterized in that the strain expresses Gpd1 (glycerol-3-phosphate dehydrogenase 1) in the cytoplasm and accumulates intracellular glycerol.
제6항에 있어서, 상기 배지는 0.5 M 내지 1.5 M 농도의 NaCl 또는 KCl를 포함하는 고염 조건인 것을 특징으로 하는 글리세롤 제조 방법.The method of claim 6, wherein the medium is in a high salt condition containing NaCl or KCl at a concentration of 0.5 M to 1.5 M. 제6항에 있어서, 상기 배지는 2 M 내지 3 M 농도의 소르비톨을 포함하는 고삼투 조건인 것을 특징으로 하는 글리세롤 제조 방법.The method for preparing glycerol according to claim 6, wherein the medium is under a high osmotic condition containing sorbitol at a concentration of 2 M to 3 M.
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