WO2016063516A1 - 生物及び物質の製造方法 - Google Patents

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WO2016063516A1
WO2016063516A1 PCT/JP2015/005259 JP2015005259W WO2016063516A1 WO 2016063516 A1 WO2016063516 A1 WO 2016063516A1 JP 2015005259 W JP2015005259 W JP 2015005259W WO 2016063516 A1 WO2016063516 A1 WO 2016063516A1
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福田　裕章
昌彦 池内
雅夫 永久保
侑 広瀬
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株式会社デンソー
国立大学法人 東京大学
国立大学法人 豊橋技術科学大学
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    • C12P7/00—Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/40—Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a carboxyl group including Peroxycarboxylic acids

Definitions

  • This disclosure relates to methods for producing organisms and substances.
  • this application is a patent application related to the results of the commissioned research of the country etc. (2013, commissioned research based on the Japan Science and Technology Agency, Strategic Creation Research Promotion Project (advanced low carbon technology development), Patent application subject to the application of Article 19 of the Industrial Technology Strengthening Act).
  • Patent Document 1 discloses a method for producing a substance such as butanol using an autotrophic organism.
  • the present disclosure has been made in view of the above points, and one of its purposes is to provide a living organism that is easy to control and a method for producing a substance.
  • the organism according to the first aspect of the present disclosure includes a growth-related region relating to growth of the organism, a first promoter region that expresses the growth-related region on the condition that it binds to the first compound, A substance production involved region involved in production, a second promoter region that expresses the substance production involved region on the condition that it binds to a second compound, a CcaS gene region, a CcaR gene region, and an RcaE gene region, It comprises an RcaF gene region and an RcaC gene region.
  • One of the first compound and the second compound is phosphorylated CcaR generated when the organism is irradiated with green light, and the other is phosphorylated RcaC generated when the organism is irradiated with red light. is there.
  • Such a creature of the first aspect includes a function of an optical switch that is switched on / off according to the presence or absence of green light irradiation, and a function of an optical switch that is switched on / off according to the presence or absence of red light irradiation.
  • This optical switch is a gene switch.
  • the organism of the first aspect promotes or suppresses one of the growth of the organism and the production of the substance by the function of an optical switch that is switched on / off according to the presence or absence of green light irradiation. be able to.
  • the organism of the first aspect of the present disclosure is different from the one of the growth of the organism and the production of the substance by the function of the optical switch that is switched on / off according to the presence or absence of red light irradiation. Can be promoted or suppressed.
  • the organism of the first aspect can easily control the growth of the organism itself and the production of the substance.
  • the organism of the second aspect of the present disclosure is involved in the production of a substance involved in the growth of the growth-related region relating to the growth of the organism, the promoter region that expresses the growth-related region on the condition that it binds to phosphorylated CcaR, and the like. It comprises a substance production-related region, an expression suppression region that suppresses the expression of the substance production-related region on the condition that it binds to phosphorylated CcaR, a CcaS gene region, and a CcaR gene region.
  • the organism of the second aspect has the same effect as the organism of the first aspect.
  • the organism of the third aspect of the present disclosure includes a growth-related region relating to the growth of the organism, an expression-inhibiting region that suppresses the expression of the growth-related region on condition that the DNA binds to phosphorylated CcaR, and production of a substance.
  • the organism of the third aspect has the same effect as the organism of the first aspect.
  • the organism of the fourth aspect of the present disclosure is involved in the production of a substance involved in the growth of the growth involved region related to the growth of the organism, the promoter region that expresses the growth involved region on the condition that it binds to phosphorylated RcaC, and the like.
  • a substance production involved region, an expression suppression region that suppresses the expression of the substance production involved region on the condition that it binds to phosphorylated RcaC, an RcaE gene region, an RcaF gene region, and an RcaC gene region are provided.
  • the organism of the fourth aspect has the same effects as the organism of the first aspect.
  • the organism of the fifth aspect of the present disclosure includes a growth-related region relating to the growth of the organism, an expression-inhibiting region that suppresses the expression of the growth-related region on condition that the DNA binds to phosphorylated RcaC, and production of a substance A substance production-participating region, a promoter region that expresses the substance production-related region on condition that it binds to phosphorylated RcaC, an RcaE gene region, an RcaF gene region, and an RcaC gene region.
  • the organism of the fifth aspect has the same effect as the organism of the first aspect.
  • the method for producing a substance of the present disclosure produces a substance using any one of the above organisms. According to the method for producing a substance of the present disclosure, it is possible to appropriately control the growth of the organism and the production of the substance, and to efficiently produce the substance.
  • FIG. 1A is an explanatory diagram showing a method for introducing gene cassette 1 into DNA
  • FIG. 1B is an explanatory diagram showing DNA into which gene cassette 1 has been introduced
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for ligating the amplified fragment to the TA cloning site of the pMD20 plasmid
  • FIG. 3 is a graph showing growth curves in the first cyanobacteria and wild-type cyanobacteria
  • FIG. 4 is an explanatory diagram showing a method of inserting a gene fragment by plasmid ligation
  • FIG. 1A is an explanatory diagram showing a method for introducing gene cassette 1 into DNA
  • FIG. 1B is an explanatory diagram showing DNA into which gene cassette 1 has been introduced
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a method for ligating the amplified fragment to the TA cloning site of the pMD20 plasmid
  • FIG. 3 is a graph showing growth curves in the first
  • FIG. 5 is a graph showing the growth curve of a third cyanobacteria
  • FIG. 6 is a table showing the IBA concentration in the medium.
  • FIG. 7 is an explanatory diagram showing carbon metabolism
  • FIG. 8A is an explanatory diagram showing a method of introducing gene cassette 1 into DNA
  • FIG. 8B is an explanatory diagram showing the DNA into which the gene cassette 1 has been introduced
  • FIG. 9 is a graph showing the growth curve of the fourth cyanobacteria
  • FIG. 10 is a graph showing the growth curve of the sixth cyanobacteria.
  • FIG. 11 is a table showing the IBA concentration in the medium.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the gene constructor of the CcaS / R system.
  • FIG. 12 is an explanatory diagram showing the gene constructor of the CcaS / R system.
  • FIG. 13 is a graph showing the expression level of the SycpcG2 gene
  • FIG. 14 is a graph showing the wavelength dependence of the SycpcG2 gene.
  • FIG. 15A is an explanatory diagram showing a method of introducing the gene cassette 101 into DNA
  • FIG. 15B is an explanatory diagram showing DNA into which the gene cassette 101 has been introduced
  • FIG. 16A is a graph showing a growth curve of genetically modified cyanobacteria under green light
  • FIG. 16B is a graph showing a growth curve of genetically modified cyanobacteria under red light
  • FIG. 17 is a graph showing a growth curve of genetically modified cyanobacteria
  • FIG. 18 is a table showing the IBA concentration in the culture medium.
  • FIG. 15A is an explanatory diagram showing a method of introducing the gene cassette 101 into DNA
  • FIG. 15B is an explanatory diagram showing DNA into which the gene cassette 101 has been introduced
  • FIG. 16A is a graph showing a growth curve of
  • FIG. 19 is an explanatory diagram showing a construction creation method
  • FIG. 20A is an explanatory diagram showing a method of introducing the gene cassette 201 into DNA
  • FIG. 20B is an explanatory diagram showing DNA into which the gene cassette 201 has been introduced
  • FIG. 21 is a graph showing the growth curve of genetically modified cyanobacteria
  • FIG. 22 is a table showing the IBA concentration in the medium.
  • Example 1 Production of genetically modified cyanobacteria (1) Introduction of optical switch for growth
  • Synechocystis sp. PCC 6803 which is a cyanobacteria, was used as the host into which the optical switch was introduced.
  • the optical switch to be introduced is a gene switch.
  • an improved NpCpeC promoter (SEQ ID NO: 1) was prepared and introduced into the host.
  • This improved NpCpeC promoter is obtained by changing the sequence of the SD region in the CpeC promoter that recognizes phosphorylated CcaR derived from Nostoc punctiforme ATCC 29133 from AGGGGATTT to TAGTGGAGG.
  • the purpose of changing the sequence of the SD region as described above is to increase the translation efficiency of the protein.
  • the improved NpCpeC promoter functions as an optical switch promoter.
  • gene cassette 1 was prepared in which a kanamycin drug resistance gene was placed upstream of the improved NpCpeC promoter on the 5 'side.
  • the kanamycin drug resistance gene was excised from the pRL161 plasmid by HincII treatment.
  • gene cassette 1 was introduced by homologous recombination between the ⁇ subunit of pyruvate dehydrogenase and its promoter region in Synechocystis sp. 1A and 1B
  • pdhB represents the ⁇ subunit of pyruvate dehydrogenase
  • Km represents the kanamycin drug resistance gene
  • NpCpeCCpromoter represents the improved NpCpeC promoter.
  • regions encoding CcaS and CcaR genes derived from Nostoc punctiforme ATCC 29133 were introduced into Synechocystis sp. PCC 6803. Specifically, after PCR amplification of this gene region from Nostocpunctiforme ATCC 29133 using the primers shown in (SEQ ID NO: 2) and (SEQ ID NO: 3), the obtained amplified fragment of about 6.2 Kbp is shown in FIG. As shown in Fig. 2, the fragment was ligated to the TA cloning site of pMD20 plasmid (TaKaRa).
  • a chloramphenicol resistance cassette derived from pACYC184 was inserted into the BamHI site in the MCS of the plasmid.
  • the 600 bp region upstream of the CcaS gene in Synechocystis sp. PCC6803 was inserted into the PstI / NdeI site of MCS.
  • a 600 bp region downstream of the CcaR gene in Synechocystis sp. PCC6803 was inserted into the MCS KpnI / SacI site.
  • the 600 bp region upstream of the CcaS gene in Synechocystis sp. PCC6803 is a gene fragment obtained by PCR amplification with SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5.
  • the 600 bp region downstream of the CcaR gene in Synechocystis sp. PCC6803 is a gene fragment obtained by PCR amplification with SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7.
  • a region containing CcaS, CcaR gene and chloramphenicol resistance gene derived from Nostoc punctiforme ATCC 29133 was introduced into Synechocystis sp. PCC 6803 by homologous recombination.
  • the genetically modified Synechocystis sp. Obtained here (hereinafter referred to as the first cyanobacteria) was first cultured while being irradiated with green light, and then was cultured while being irradiated with red light.
  • green light red light was not irradiated, and when irradiating red light, green light was not irradiated.
  • the green light is light having a wavelength of 500 to 560 nm.
  • Red light is light having a wavelength of 620 to 680 nm.
  • FIG. 3 shows the growth curves of the first cyanobacteria and wild-type cyanobacteria having no light switch.
  • the first cyanobacteria grew while culturing while irradiating with green light.
  • the growth of the first cyanobacteria was suppressed.
  • the first cyanobacteria have a function of an optical switch related to growth. It can be estimated that the optical switch works as follows.
  • the Ccas gene region and the CcaR gene region produce phosphorylated CcaR when irradiated with green light.
  • the phosphorylated CcaR binds to the improved NpCpeC promoter, and the improved NpCpeC promoter expresses the ⁇ subunit of pyruvate dehydrogenase and promotes the growth of the first cyanobacteria.
  • the above mechanism does not work, and proliferation is suppressed.
  • the RcaE, RcaF, and RcaC genes derived from Fremyella diplosiphon were introduced into the first cyanobacteria obtained as described above. Specifically, the region containing the RcaC gene was PCR amplified with the primers of SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 9 and TA cloned into the EcoRV cloning site of the pMD20 plasmid (TaKaRa).
  • the region containing the RcaE and RcaF genes was PCR amplified with the primers of SEQ ID NO: 10 and SEQ ID NO: 11, and ligated to the above plasmid treated with NdeI restriction enzyme using In-Fusion Advantage PCR-Cloning Kit (Clontech).
  • a spectinomycin resistance cassette derived from pRL453 was inserted into the BamHI site in the MCS of the plasmid. Then, the 3 'terminal region of CcaR derived from Nostoc punctiforme ATCC 29133 was inserted into the SphI / SpeI site, and the downstream 600 bp region of the CcaR gene was inserted into the KpnI / SacI site.
  • the 3 'terminal region in CcaR derived from Nostoc ⁇ punctiforme ATCC 29133 is a 564 bp gene fragment obtained by PCR amplification with SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 13, and the downstream 600 bp region in the CcaR gene is SEQ ID NO: 6 is a gene fragment obtained by PCR amplification of 6 and SEQ ID NO: 7.
  • the region containing the RcaE, RcaF, and RcaC genes derived from this Fremyella diplosiphon and the spectinomycin resistance gene was introduced into the first cyanobacteria obtained as described above by homologous recombination.
  • the cyanobacteria after the introduction is referred to as a second cyanobacteria. Due to the above homologous recombination, the second cyanobacteria have no chloramphenicol resistance and are given spectinomycin resistance.
  • IBA production plasmid A plasmid to be introduced into the second cyanobacteria (hereinafter referred to as IBA production plasmid) was prepared by the following steps.
  • This plasmid for producing IBA is for producing isobutyraldehyde (IBA).
  • IBA isobutyraldehyde
  • plasmid used for the preparation of the plasmid for IBA production is pKUT3121 in which the drug resistance region of pKUT1121 (ie, the region sandwiched between restriction enzymes MluI) is changed from strepromycin to chloramphenicol.
  • PKUT1121 is a well-known plasmid disclosed in “Photosynthesis Research 22 (2) 2012“ Synthesis of New Chlorophyll Molecules by Metabolic Engineering ”, Kyoto University graduate School of Human and Environmental Studies, Toru Tsuchiya.
  • a DNA construct was prepared by introducing four genes into pKUT3121.
  • the four genes are kdc, alsS, ilvC, and ilvD.
  • the kdc and alsS genes were inserted by sequential ligation using restriction enzyme sites, and the ilvC and ilvD genes were inserted using In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit (Clontech). It was created by inserting it sequentially into the site.
  • the kdc gene was obtained by a PCR reaction using the primers shown in (SEQ ID NO: 14) and (SEQ ID NO: 15) with Lactococcus lactis genomic DNA as a template.
  • the obtained kdc gene was cleaved with a restriction enzyme of XbaI-SpeI and inserted into the XbaI site of pKUT3121.
  • the alsS gene was obtained by PCR using the primers shown in (SEQ ID NO: 16) and (SEQ ID NO: 17) and Bacillus subtilus genomic DNA as a template.
  • the obtained alsS gene was cleaved with an XbaI-SpeI restriction enzyme and inserted into the XbaI site of pKUT3121 into which the kdc gene was introduced.
  • the ilvC gene was obtained by PCR reaction using Escherichia coli genomic DNA as a template using the primers shown in (SEQ ID NO: 18) and (SEQ ID NO: 19).
  • the ilvD gene was obtained by PCR reaction using Escherichia coli genomic DNA as a template using the primers shown in (SEQ ID NO: 20) and (SEQ ID NO: 21). In all PCR reactions, KOD plus ver.2 (TOYOBO) was used.
  • a terminator for the pbsA2 gene in Synechocystis sp. PCC6803 was inserted into the 3 'side of kdc and ilvD.
  • the DNA-synthesized terminator represented by SEQ ID NO: 22 was cleaved with NheI and SbfI and then inserted into the NheI and SbfI sites of the plasmid by ligation.
  • the DNA synthesized terminator shown in SEQ ID NO: 23 was cleaved with XbaI and SpeI and then inserted into the SpeI site of the plasmid.
  • a Cpc2 promoter (SEQ ID NO: 24) serving as an optical switch derived from Fremyella diplosiphon was inserted into the 5 'side of the AlsS gene and the ilvC gene, respectively.
  • a Cpc2 promoter with a SacI restriction enzyme site on the 5' side and an XbaI restriction enzyme site on the 3 'side. Cut the gene fragment and plasmid with restriction enzymes, respectively. Introduced by ligation.
  • the IBA production plasmid prepared by the above steps was introduced into the second cyanobacteria described above by the conjugation method.
  • the cyanobacteria after introducing the plasmid for IBA production is referred to as a third cyanobacteria.
  • the third cyanobacteria is provided with a ⁇ subunit of pyruvate dehydrogenase as a growth-related region related to the growth of the organism.
  • the third cyanobacteria have an improved NpCpeC promoter as a first promoter region that expresses the growth-related region under the condition that it binds to phosphorylated CcaR generated when irradiated with green light.
  • Phosphorylated CcaR corresponds to the first compound.
  • the third cyanobacteria is provided with an IBA production plasmid as a substance production-related region involved in IBA production.
  • the third cyanobacteria includes a Cpc2 promoter as a second promoter region that expresses the substance production-related region on the condition that it binds to phosphorylated RcaC generated when irradiated with red light.
  • Phosphorylated RcaC corresponds to the second compound.
  • the third cyanobacteria comprises a CcaS gene region and a CcaR gene region. These give rise to phosphorylated CcaR when irradiated with green light.
  • the third cyanobacteria comprises an RcaE gene region, an RcaF gene region, and an RcaC gene region. These give rise to phosphorylated RcaC when irradiated with red light.
  • the growth curve at that time is shown in FIG.
  • the third cyanobacteria grew during the green light irradiation but did not grow during the red light irradiation.
  • FIG. 6 shows the concentration of IBA in the medium when the culture is performed by irradiating with green light and when the culture is performed by irradiating with red light.
  • the IBA concentration was 0 mg / L. That is, IBA was not produced.
  • the culture was switched to red light irradiation, the IBA concentration increased. That is, IBA was produced.
  • the third cyanobacteria is provided with an optical switch that promotes proliferation by irradiation with green light and suppresses proliferation by stopping irradiation of green light.
  • This optical switch is a gene switch.
  • the third cyanobacteria is provided with an optical switch that promotes substance production by irradiation with red light and suppresses substance production by stopping irradiation of red light.
  • This optical switch is a gene switch.
  • the optical switch that controls the production of substances acts as follows.
  • the RcaE gene region, the RcaF gene region, and the Rcac gene region cause phosphorylated Rcac.
  • This phosphorylated Rcac binds to the Cpc2 promoter, and the Cpc2 promoter expresses a plasmid for IBA production to produce IBA.
  • the red light is not irradiated, the above mechanism does not work, and the substance production is suppressed.
  • the optical switch for controlling the growth functions by the same mechanism as in the first cyanobacteria.
  • a production method for producing IBA can be carried out using the third cyanobacteria.
  • the third cyanobacteria are grown under the conditions of irradiating green light and not irradiating red light (that is, conditions that promote the growth of the third cyanobacteria and suppress the production of IBA).
  • IBA is produced using the third cyanobacteria under the conditions that do not irradiate the green light and irradiate the red light (that is, the condition that suppresses the growth of the third cyanobacteria and promotes the production of IBA). can do. In this case, the production efficiency of IBA can be increased.
  • Example 2 Production of genetically modified cyanobacteria (1) Introduction of optical switch for growth
  • Synechocystis sp. PCC 6803 which is a cyanobacteria, was used as the host into which the optical switch was introduced.
  • the optical switch to be introduced is a gene switch.
  • an improved NpCpeC promoter (SEQ ID NO: 1) was prepared and introduced into the host.
  • This improved NpCpeC promoter is obtained by changing the sequence of the SD region in the CpeC promoter that recognizes phosphorylated CcaR derived from Nostoc punctiforme ATCC 29133 from AGGGGATTT to TAGTGGAGG.
  • the purpose of changing the sequence of the SD region as described above is to increase the translation efficiency of the protein.
  • the improved NpCpeC promoter functions as an optical switch promoter.
  • gene cassette 1 was prepared in which a kanamycin drug resistance gene was placed upstream of the improved NpCpeC promoter on the 5 'side.
  • the kanamycin drug resistance gene was excised from the pRL161 plasmid by HincII treatment.
  • gene cassette 1 was introduced by homologous recombination between the branched amino acid aminotransferase (ilvE) and its promoter region in Synechocystis sp. PCC-6803.
  • Km represents a kanamycin drug resistance gene
  • NpCpeCCpromoter represents an improved NpCpeC promoter.
  • regions encoding CcaS and CcaR genes derived from Nostoc punctiforme ATCC 29133 were introduced into Synechocystis sp. PCC 6803. Specifically, after PCR amplification of this gene region from Nostocpunctiforme ATCC 29133 using the primers shown in (SEQ ID NO: 2) and (SEQ ID NO: 3), the obtained amplified fragment of about 6.2 Kbp is shown in FIG. As shown in Fig. 2, the fragment was ligated to the TA cloning site of pMD20 plasmid (TaKaRa).
  • a chloramphenicol resistance cassette derived from pACYC184 was inserted into the BamHI site in the MCS of the plasmid.
  • the 600 bp region upstream of the CcaS gene in Synechocystis sp. PCC6803 was inserted into the PstI / NdeI site of MCS.
  • a 600 bp region downstream of the CcaR gene in Synechocystis sp. PCC6803 was inserted into the MCS KpnI / SacI site.
  • the 600 bp region upstream of the CcaS gene in Synechocystis sp. PCC6803 is a gene fragment obtained by PCR amplification with SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 5.
  • the 600 bp region downstream of the CcaR gene in Synechocystis sp. PCC6803 is a gene fragment obtained by PCR amplification with SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 7.
  • Synechocystis sp. PCC 6803 A region containing CcaS, CcaR gene and chloramphenicol resistance gene derived from Nostoc punctiforme ATCC 29133 was introduced into Synechocystis sp. PCC 6803 by homologous recombination.
  • the genetically modified Synechocystis sp. (Hereinafter referred to as a fourth cyanobacteria) obtained here was first cultured while being irradiated with green light, and then was cultured while being irradiated with red light. When irradiating green light, red light was not irradiated, and when irradiating red light, green light was not irradiated.
  • the green light is light having a wavelength of 500 to 560 nm.
  • Red light is light having a wavelength of 620 to 680 nm.
  • FIG. 9 shows the growth curves of the fourth cyanobacteria and wild-type cyanobacteria having no light switch.
  • the fourth cyanobacteria grew while culturing while irradiating with green light.
  • the growth of the fourth cyanobacteria was suppressed.
  • the fourth cyanobacteria have a function of an optical switch related to growth. It can be estimated that the optical switch works as follows.
  • the Ccas gene region and the CcaR gene region produce phosphorylated CcaR when irradiated with green light.
  • the phosphorylated CcaR binds to an improved NpCpeC promoter that expresses a branched amino acid aminotransferase and promotes the growth of a fourth cyanobacteria.
  • green light is not irradiated, the above mechanism does not work, and proliferation is suppressed.
  • the Frecaella diplosiphon-derived RcaE, RcaF, and RcaC genes were introduced into the fourth cyanobacteria obtained as described above. Specifically, the region containing the RcaC gene was PCR amplified with the primers of SEQ ID NO: 8 and SEQ ID NO: 9 and TA cloned into the EcoRV cloning site of the pMD20 plasmid (TaKaRa).
  • the region containing the RcaE and RcaF genes was PCR amplified with the primers of SEQ ID NO: 10 and SEQ ID NO: 11, and ligated to the above plasmid treated with NdeI restriction enzyme using In-Fusion Advantage PCR-Cloning Kit (Clontech).
  • a spectinomycin resistance cassette derived from pRL453 was inserted into the BamHI site in the MCS of the plasmid. Then, the 3 'terminal region of CcaR derived from Nostoc punctiforme ATCC 29133 was inserted into the SphI / SpeI site, and the downstream 600 bp region of the CcaR gene was inserted into the KpnI / SacI site.
  • the 3 'terminal region in CcaR derived from Nostoc ⁇ punctiforme ATCC 29133 is a 564 bp gene fragment obtained by PCR amplification with SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 13, and the downstream 600 bp region in the CcaR gene is SEQ ID NO: 6 is a gene fragment obtained by PCR amplification of 6 and SEQ ID NO: 7.
  • the region containing the Frecaella diplosiphon-derived RcaE, RcaF and RcaC genes and the spectinomycin resistance gene was introduced into the fourth cyanobacteria obtained as described above by homologous recombination.
  • the introduced cyanobacteria are designated as fifth cyanobacteria.
  • the fifth cyanobacteria is not resistant to chloramphenicol and is imparted with spectinomycin resistance.
  • IBA production plasmid A plasmid to be introduced into the fifth cyanobacteria (hereinafter referred to as IBA production plasmid) was prepared by the following steps.
  • This plasmid for producing IBA is for producing isobutyraldehyde (IBA).
  • Isobutyraldehyde corresponds to the substance to be produced.
  • plasmid used for the preparation of the plasmid for IBA production is pKUT3121 in which the drug resistance region of pKUT1121 (ie, the region sandwiched between restriction enzymes MluI) is changed from strepromycin to chloramphenicol.
  • PKUT1121 is a well-known plasmid disclosed in “Photosynthesis Research 22 (2) 2012“ Synthesis of New Chlorophyll Molecules by Metabolic Engineering ”, Kyoto University graduate School of Human and Environmental Studies, Toru Tsuchiya.
  • a DNA construct was prepared by introducing four genes into pKUT3121.
  • the four genes are kdc, alsS, ilvC, and ilvD.
  • the kdc and alsS genes were inserted by sequential ligation using restriction enzyme sites, and the ilvC and ilvD genes were inserted using In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit (Clontech). It was created by inserting it sequentially into the site.
  • the kdc gene was obtained by a PCR reaction using the primers shown in (SEQ ID NO: 14) and (SEQ ID NO: 15) with Lactococcus lactis genomic DNA as a template.
  • the obtained kdc gene was cleaved with a restriction enzyme of XbaI-SpeI and inserted into the XbaI site of pKUT3121.
  • the alsS gene was obtained by PCR using the primers shown in (SEQ ID NO: 16) and (SEQ ID NO: 17) and Bacillus subtilus genomic DNA as a template.
  • the obtained alsS gene was cleaved with an XbaI-SpeI restriction enzyme and inserted into the XbaI site of pKUT3121 into which the kdc gene was introduced.
  • the ilvC gene was obtained by PCR reaction using Escherichia coli genomic DNA as a template using the primers shown in (SEQ ID NO: 18) and (SEQ ID NO: 19).
  • the ilvD gene was obtained by PCR reaction using Escherichia coli genomic DNA as a template using the primers shown in (SEQ ID NO: 20) and (SEQ ID NO: 21). In all PCR reactions, KOD plus ver.2 (TOYOBO) was used.
  • a terminator for the pbsA2 gene in Synechocystis sp. PCC6803 was inserted into the 3 'side of kdc and ilvD.
  • the DNA-synthesized terminator represented by SEQ ID NO: 22 was cleaved with NheI and SbfI and then inserted into the NheI and SbfI sites of the plasmid by ligation.
  • the DNA synthesized terminator shown in SEQ ID NO: 23 was cleaved with XbaI and SpeI and then inserted into the SpeI site of the plasmid.
  • a Cpc2 promoter (SEQ ID NO: 24) serving as an optical switch derived from Fremyella diplosiphon was inserted into the 5 'side of the AlsS gene and the ilvC gene, respectively.
  • a Cpc2 promoter with a SacI restriction enzyme site on the 5' side and an XbaI restriction enzyme site on the 3 'side. Cut the gene fragment and plasmid with restriction enzymes, respectively. Introduced by ligation.
  • the IBA production plasmid prepared by the above steps was introduced into the above-mentioned fifth cyanobacteria by the conjugation method.
  • the cyanobacteria after the introduction of the IBA production plasmid is designated as the sixth cyanobacteria.
  • the sixth cyanobacteria comprises a branched amino acid aminotransferase as a growth-related region relating to the growth of the organism.
  • the sixth cyanobacteria is provided with an improved NpCpeC promoter as a first promoter region that expresses the growth-related region under the condition that it binds to phosphorylated CcaR generated when irradiated with green light.
  • Phosphorylated CcaR corresponds to the first compound.
  • the sixth cyanobacteria comprises an IBA production plasmid as a substance production-related region involved in IBA production.
  • the sixth cyanobacteria includes a Cpc2 promoter as a second promoter region that expresses the substance production-related region on the condition that it binds to phosphorylated RcaC generated when irradiated with red light.
  • Phosphorylated RcaC corresponds to the second compound.
  • the sixth cyanobacteria comprises a CcaS gene region and a CcaR gene region. These give rise to phosphorylated CcaR when irradiated with green light.
  • the sixth cyanobacteria comprises an RcaE gene region, an RcaF gene region, and an RcaC gene region. These give rise to phosphorylated RcaC when irradiated with red light.
  • the sixth cyanobacteria obtained as described above was first cultured while being irradiated with green light, and then was cultured while being irradiated with red light. When green light was irradiated, no red light was irradiated, and when red light was irradiated, no green light was irradiated.
  • the growth curve at that time is shown in FIG.
  • the sixth cyanobacteria grew while being irradiated with green light, but did not grow while being irradiated with red light.
  • FIG. 11 shows the IBA concentration in the medium when cultivated by irradiating with green light and when cultivated by irradiating with red light.
  • the IBA concentration was 0 mg / L. That is, IBA was not produced.
  • the culture was switched to red light irradiation, the IBA concentration increased. That is, IBA was produced.
  • the sixth cyanobacteria is provided with an optical switch that promotes proliferation by irradiation with green light and suppresses proliferation by stopping the irradiation of green light.
  • This optical switch is a gene switch.
  • the sixth cyanobacteria is provided with an optical switch that promotes substance production by irradiation with red light and suppresses substance production by stopping irradiation of red light.
  • This optical switch is a gene switch.
  • the optical switch that controls the production of substances acts as follows.
  • the RcaE gene region, the RcaF gene region, and the Rcac gene region cause phosphorylated Rcac.
  • This phosphorylated Rcac binds to the Cpc2 promoter, and the Cpc2 promoter expresses a plasmid for IBA production to produce IBA.
  • the red light is not irradiated, the above mechanism does not work, and the substance production is suppressed.
  • the optical switch for controlling the growth functions in the same mechanism as in the fourth cyanobacteria.
  • a production method for producing IBA can be carried out using the sixth cyanobacteria.
  • the sixth cyanobacteria are grown under the condition of irradiating green light and not irradiating red light (ie, the condition that promotes the growth of the sixth cyanobacteria and suppresses the production of IBA).
  • IBA is produced using the sixth cyanobacteria under the conditions that do not irradiate the green light but irradiate the red light (that is, the condition that suppresses the growth of the sixth cyanobacteria and promotes the production of IBA). can do. In this case, the production efficiency of IBA can be increased.
  • Example 3 Production of genetically modified cyanobacteria
  • Synechocystis sp. PCC 6803 which is a cyanobacteria
  • the optical switch introduced into the host is an optical switch using a CcaS gene region and a CcaR gene region.
  • the CcaS gene region is a gene derived from Nostoc punctiforme ATCC 29133.
  • a gene derived from Nostoc punctiforme ATCC 29133 is introduced by homologous recombination into the ORF site in the CcaS gene of Synechocystis sp. PCC 6803. Therefore, the following steps were performed. First, with the SyToNpCcaS_1 primer (SEQ ID NO: 25) and the SyToNpCcaS_2 primer (SEQ ID NO: 26), the gene fragment upstream of the homologous recombination site in Synechocystis sp. PCC 6803 was amplified. The gene fragment obtained by this amplification is used as the first gene fragment.
  • the ORF of NpCcaS derived from Nostoc punctiforme ATCC 29133 was amplified. That is, the ORF gene region of NpCcaS was amplified with the SyToNpCcaS_3 primer (SEQ ID NO: 27) and the SyToNpCcaS_4 primer (SEQ ID NO: 28). The gene fragment obtained by this amplification is used as the second gene fragment.
  • the above first to third gene fragments were ligated to the pMD19 plasmid using In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit (Clontech). Thereafter, the streptomycin gene derived from pRL453 cut out with the restriction enzyme SmaI was introduced into the restriction enzyme site ApaI contained in the amplified fragments of the SyToNpCcaS_5 primer and the SyToNpCcaS_6 primer to obtain a gene construct.
  • the gene construct prepared by the above steps was transformed into Synechocystis sp. PCC 6803 by homologous recombination to obtain an optical switch gene-introduced strain.
  • This optical switch gene-introduced strain is shown in FIG. In FIG. 12, and FIGS. 13 and 14 described later, the optical switch gene-introduced strain is denoted as NpCcaS-Syn.
  • This optical switch gene-introduced strain is a genetically modified cyanobacteria and corresponds to an organism.
  • the relative gene expression level of the optical switch gene-introduced strain produced as described above was measured while changing the wavelength of light to be irradiated.
  • the same measurement was performed for wild-type Synechocystis sp. PCC 6803.
  • the results are shown in FIG.
  • the width of the wavelength region where the gene was expressed was narrow, and the gene expression was completely suppressed outside the wavelength region.
  • wild-type Synechocystis sp. PCC 6803 had a broad wavelength range for gene expression.
  • the gene expression level of the optical switch gene-introduced strain changed significantly due to the difference in the wavelength of the irradiated light. That is, the on / off performance of the optical switch was excellent.
  • the ON / OFF performance of the optical switch was further improved by using the ORF of NpCcaS derived from Nostoc punctiforme ATCC 29133.
  • An optical switch gene-introduced strain is a substance that participates in the production of substances on the condition that it binds to phosphorylated CcaR, on the condition that it binds to phosphorylated CcaR, and on the condition that it binds to phosphorylated CcaR.
  • An expression suppression region that suppresses the expression of the production-related region.
  • the optical switch gene-introduced strain is a promoter that suppresses the expression of the growth-related region under the condition that it binds to phosphorylated CcaR and the promoter that expresses the substance production-related region under the condition that it binds to phosphorylated CcaR Regions.
  • Example 4 Production of genetically modified cyanobacteria As shown in FIG. 15A, a gene cassette 101 comprising the cpcG2 promoter in the photoswitch gene-introduced strain produced in Example 3 and a kanamycin drug resistance gene arranged upstream of the 5 ′ side thereof. was made. The kanamycin drug resistance gene was excised from the pRL161 plasmid by HincII treatment. In FIG. 15A and FIG. 15B, the kanamycin drug resistance gene is denoted as Km.
  • the above gene cassette 101 was introduced by homologous recombination between the ⁇ subunit of pyruvate dehydrogenase and the promoter region in Synechocystis sp.3PCC ⁇ ⁇ 6803.
  • the ⁇ subunit of pyruvate dehydrogenase is expressed as pdhB.
  • Synechocystis introduced with the above gene cassette is referred to as Synechocystis sp. Having an optical switch function.
  • the plasmid to be prepared is a plasmid having a function of producing isobutyraldehyde (IBA).
  • Example 2 In the same manner as in Example 1, a DNA construct was prepared by introducing kdc, alsS, ilvC, and ilvDUT into pKUT3121. Similarly to Example 1, the terminator of the pbsA2 gene of Synechocystis sp. PCC6803 was inserted on the 3 ′ side of kdc and ilvD.
  • the cpcG2 promoter (SEQ ID NO: 31), which is an optical switch derived from Synechocystis sp. PCC 6803, was inserted into the 5 'side of the AlsS gene and the 5' side of the ilvC gene, respectively.
  • SEQ ID NO: 31 which is an optical switch derived from Synechocystis sp. PCC 6803.
  • the plasmid prepared by the above steps was introduced into Synechocystis sp. Having the optical switch function described above by the joining method. As a result, genetically modified cyanobacteria were obtained.
  • FIG. 16A shows the growth curve of the genetically modified cyanobacteria produced as described above when cultured while irradiating with green light.
  • FIG. 16B shows a growth curve when the cells are cultured.
  • a similar test was performed on a wild type Synechocystis sp.
  • the genetically modified cyanobacteria are represented as PcpcG2-pdh1, and a comparative example is represented as Ctrl.
  • Fig. 17 shows the growth curve when cultured as described above.
  • the genetically modified cyanobacteria grew during the period irradiated with red light, and the growth was suppressed during the period irradiated with green light.
  • FIG. 18 shows the IBA concentration in the culture medium when cultured as described above.
  • the genetically modified cyanobacteria did not produce IBA during the period irradiated with red light, and produced IBA during the period irradiated with green light.
  • the ⁇ subunit of pyruvate dehydrogenase corresponds to the growth involved region.
  • kdc, alsS, ilvC, and ilvD correspond to the substance production-related regions.
  • the cpcG2 promoter located on the 5 ′ side of the ⁇ subunit of pyruvate dehydrogenase corresponds to an expression suppression region that suppresses the expression of the growth-related region under the condition that it binds to phosphorylated CcaR. To do.
  • the cpcG2 promoter arranged on the 5 ′ side of the AlsS gene and the 5 ′ side of the ilvC gene corresponds to a promoter region that expresses a substance production-related region on condition that it binds to phosphorylated CcaR.
  • Example 5 Production of genetically modified cyanobacteria
  • the FdRcaE, FdRcaF and FdRcaC genes derived from Fremyella diplosiphon were introduced into Synechocystis sp. PCC 6803.
  • a construct containing FdRcaE, FdRcaF, and FdRcaC genes was prepared in the pMD19 plasmid shown in FIG. 19, and the contract was introduced into Synechocystis sp. PCC 6803 by homologous recombination.
  • PCR was performed with the PlpAtoRcaEFC-3 primer (SEQ ID NO: 34) and PlpAtoRcaEFC-4 (SEQ ID NO: 35) to amplify the genes of FdRcaE and FdRcaF derived from Fremyella diplosiphon.
  • FdRcaC gene derived from Fremyella diplosiphon was amplified by PCR with PlpAtoRcaEFC-5 primer (SEQ ID NO: 36) and PlpAtoRcaEFC-6 (SEQ ID NO: 37).
  • PCR was performed with the PlpAtoRcaEFC-7 primer (SEQ ID NO: 38) and PlpAtoRcaEFC-8 (SEQ ID NO: 39) to amplify the kanamycin drug resistance gene contained in the plasmid.
  • a gene cassette 201 was prepared in which a Cpc2 promoter (SEQ ID NO: 24) was placed downstream of the chloramphenicol resistance gene.
  • the chloramphenicol resistance gene is denoted as Cm.
  • gene cassette 201 was introduced by homologous recombination between the ⁇ subunit (pdhB) of pyruvate dehydrogenase of Synechocystis sp. PCC-6803 and its promoter region.
  • IBA production plasmid was prepared in the same manner as in Example 1. This plasmid for IBA production was introduced into Synechocystis sp. Having the optical switch function, produced as described above, by a conjugation method to obtain a genetically modified cyanobacteria.
  • FIG. 22 shows the IBA concentration when cultured under green light and the IBA concentration when cultured under red light.
  • IBA production was low.
  • IBA production was high. Therefore, by changing from green light to red light, it is possible to suppress the growth of genetically modified cyanobacteria and improve the production amount of IBA.
  • the ⁇ subunit of pyruvate dehydrogenase corresponds to the growth involved region.
  • kdc, alsS, ilvC, and ilvD correspond to the substance production-related regions.
  • the Cpc2 promoter placed on the 5 ′ side of the ⁇ subunit of pyruvate dehydrogenase corresponds to an expression suppression region that suppresses the expression of the growth-related region on condition that it binds to phosphorylated RcaC. To do.
  • the Cpc2 promoter arranged on the 5 'side of the AlsS gene and the 5' side of the ilvC gene corresponds to a promoter region that expresses a substance production-related region on condition that it binds to phosphorylated RcaC.
  • the substance production-related region may be expressed by the improved NpCpeC promoter, and the growth-related region may be expressed by the Cpc2 promoter.
  • the third cyanobacteria includes an optical switch that promotes proliferation by irradiation with red light and suppresses proliferation by stopping irradiation of red light.
  • This optical switch is a gene switch.
  • the third cyanobacteria includes an optical switch that promotes substance production by irradiating green light and suppresses substance production by stopping irradiation of green light. This optical switch is a gene switch.
  • the region involved in growth is (a) a region related to the metabolism of the Calvin Benson circuit, (b) an amino acid is synthesized from the Calvin Benson circuit via glycolic acid. (C) a region related to metabolism in which carbon is passed through the pathway; (c) a region related to metabolism in which carbon is synthesized in a system that synthesizes glucose from fructose 6-phosphate in the Calvin Benson cycle or accumulates glycogen; A region involved in metabolism to flow carbon to a system that synthesizes fatty acid from phosphoglycerate in the Calvin Benson circuit via pyruvate, and (e) a substance produced from the pentose phosphate pathway or its metabolite It can be one or more selected from the area to be coded.
  • the growth-related region is a substance that influences the progress of the reaction included in carbon metabolism involved in the growth of the organism shown in FIG. It can be set as the area
  • the regions involved in growth include pyruvate dehydrogenase (PDC), glucose phosphate isomerase (GPI), phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC), ADP glucose pyrophosphorylase (AGPase), citrate synthase (gltA), glyceraldehyde 3 It can be a region that produces phosphate dehydrogenase NAD type (gap1) and the like.
  • the substance production-related area may be an area related to the production of substances other than IBA, for example, isoprenoid compounds.
  • the host may be an organism other than cyanobacteria.
  • a host can be appropriately selected from eukaryotic cells, and examples include chlorella and Chlamydomonas.
  • Example 1 In Example 1 described above, another promoter having the same function may be used instead of the improved NpCpeC promoter. Further, instead of the Cpc2 promoter, another promoter having the same function may be used. As such a promoter, for example, a promoter that recognizes phosphorylated CcaR, such as the nostoc ⁇ ⁇ punctiforme cpeC promoter (NpCcaR), can be used.
  • NpCcaR nostoc ⁇ ⁇ punctiforme cpeC promoter
  • the method of incorporating a desired gene into the host DNA is not limited to the above-described method, and can be appropriately selected from known methods.
  • the genetically modified cyanobacteria have a promoter region that expresses a growth-related region under the condition that it binds to phosphorylated CcaR, and a substance production-related region that is bound to phosphorylated CcaR.
  • An expression suppression region that suppresses expression may be provided.
  • the genetically modified cyanobacteria have a promoter region that expresses a growth-related region under the condition that it binds to phosphorylated RcaC, and a substance production-related region that is bound to phosphorylated RcaC.
  • An expression suppression region that suppresses expression may be provided.

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Abstract

　生物の増殖と、物質の生産とを適切に制御することができる生物及び物質の製造方法を提供する。生物は、生物の増殖に関する増殖関与領域と、第１の化合物と結合することを条件に前記増殖関与領域を発現させる第１のプロモータ領域と、物質の生産に関与する物質生産関与領域と、第２の化合物と結合することを条件に前記物質生産関与領域を発現させる第２のプロモータ領域と、CcaS遺伝子領域と、CcaR遺伝子領域と、RcaE遺伝子領域と、RcaF遺伝子領域と、RcaC遺伝子領域と、をＤＮＡに備え、前記第１の化合物、及び前記第２の化合物のうちの一方は、緑色光を照射したとき生じるリン酸化したCcaRであり、他方は、赤色光を照射したときに生じるリン酸化したRcaCである。

Description

生物及び物質の製造方法 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１４年１０月２０日に出願された日本特許出願２０１４－２１３９５５号及び２０１５年１０月９日に出願された日本特許出願２０１５－２０１１７４号に基づいており、ここにそれらの記載内容を参照により援用する。
　本開示は生物及び物質の製造方法に関する。
　なお、本願は、国等の委託研究の成果に係る特許出願（平成２５年度、独立行政法人科学技術振興機構、戦略的創造研究推進事業（先端的低炭素化技術開発）に基づく委託研究で、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願）である。
　近年、環境問題等の観点から、燃料等の用途に使用可能な物質を、生物を用いて生産する技術が注目されている。特許文献１には、独立栄養有機体を用いて、ブタノール等の物質を生産する方法が開示されている。
ＪＰ２０１４－５０１１０９Ａ
　生物を用いて物質を効率的に生産するには、生物自体の増殖と、生物による物質の生産とを適切に制御する必要がある。本開示は以上の点に鑑みなされたものであり、その目的の一つは、上記の制御が容易である生物、及び物質の製造方法を提供することにある。
　本開示の第１の局面の生物は、そのＤＮＡに、生物の増殖に関する増殖関与領域と、第１の化合物と結合することを条件に増殖関与領域を発現させる第１のプロモータ領域と、物質の生産に関与する物質生産関与領域と、第２の化合物と結合することを条件に物質生産関与領域を発現させる第２のプロモータ領域と、CcaS遺伝子領域と、CcaR遺伝子領域と、RcaE遺伝子領域と、RcaF遺伝子領域と、RcaC遺伝子領域とを備える。
　そして、第１の化合物、及び第２の化合物のうちの一方は、緑色光を生物に照射したとき生じるリン酸化CcaRであり、他方は、赤色光を生物に照射したときに生じるリン酸化RcaCである。
　このような第１の局面の生物は、緑色光の照射の有無に応じてオン／オフが切り替わる光スイッチの機能と、赤色光の照射の有無に応じてオン／オフが切り替わる光スイッチの機能とを有する。この光スイッチは、遺伝子スイッチである。
　上記第１の局面の生物は、緑色光の照射の有無に応じてオン／オフが切り替わる光スイッチの機能により、生物の増殖と、物質の生産のうちの一方を促進したり、抑制したりすることができる。また、本開示の第１の局面の生物は、赤色光の照射の有無に応じてオン／オフが切り替わる光スイッチの機能により、生物の増殖と、物質の生産のうちの前記一方とは異なる他方を促進したり、抑制したりすることができる。
　よって、上記第１の局面の生物は、生物自体の増殖と、物質の生産とを容易に制御することができる。
　本開示の第２の局面の生物は、そのＤＮＡに、生物の増殖に関する増殖関与領域と、リン酸化CcaRと結合することを条件に増殖関与領域を発現させるプロモータ領域と、物質の生産に関与する物質生産関与領域と、リン酸化CcaRと結合することを条件に物質生産関与領域の発現を抑制する発現抑制領域と、CcaS遺伝子領域と、CcaR遺伝子領域とを備える。この第２の局面の生物は、第１の局面の生物と同様の効果を奏する。
　本開示の第３の局面の生物は、そのＤＮＡに、生物の増殖に関する増殖関与領域と、リン酸化CcaRと結合することを条件に増殖関与領域の発現を抑制する発現抑制領域と、物質の生産に関与する物質生産関与領域と、リン酸化CcaRと結合することを条件に物質生産関与領域を発現させるプロモータ領域と、CcaS遺伝子領域と、CcaR遺伝子領域とを備える。この第３の局面の生物は、第１の局面の生物と同様の効果を奏する。
　本開示の第４の局面の生物は、そのＤＮＡに、生物の増殖に関する増殖関与領域と、リン酸化RcaCと結合することを条件に増殖関与領域を発現させるプロモータ領域と、物質の生産に関与する物質生産関与領域と、リン酸化RcaCと結合することを条件に物質生産関与領域の発現を抑制する発現抑制領域と、RcaE遺伝子領域と、RcaF遺伝子領域と、RcaC遺伝子領域とを備える。この第４の局面の生物は、第１の局面の生物と同様の効果を奏する。
　本開示の第５の局面の生物は、そのＤＮＡに、生物の増殖に関する増殖関与領域と、リン酸化RcaCと結合することを条件に増殖関与領域の発現を抑制する発現抑制領域と、物質の生産に関与する物質生産関与領域と、リン酸化RcaCと結合することを条件に物質生産関与領域を発現させるプロモータ領域と、RcaE遺伝子領域と、RcaF遺伝子領域と、RcaC遺伝子領域とを備える。この第５の局面の生物は、第１の局面の生物と同様の効果を奏する。
　本開示の物質の製造方法は、上記の生物のいずれかを用いて、物質を製造する。本開示の物質の製造方法によれば、生物の増殖と、物質の生産とを適切に制御し、物質を効率的に製造することができる。
　本開示についての上記および他の目的、特徴や利点は、添付図面を参照した下記詳細な説明から、より明確になる。添付図面において、
図１Ａは、遺伝子カセット１をＤＮＡに導入する方法を表す説明図であり、 図１Ｂは、遺伝子カセット１が導入されたＤＮＡを表す説明図であり、 図２は、増幅断片をpMD20プラスミドのTAクローニングサイトにライゲーションする方法を表す説明図であり、 図３は、第１のシアノバクテリアおよび野生株のシアノバクテリアにおける増殖曲線を表すグラフであり、 図４は、遺伝子断片をプラスミドライゲーションにより挿入する方法を表す説明図であり、 図５は、第３のシアノバクテリアの増殖曲線を表すグラフであり、 図６は、培地中のIBA濃度を表す表であり、 図７は、炭素代謝を表す説明図であり、 図８Ａは、遺伝子カセット１をＤＮＡに導入する方法を表す説明図であり、 図８Ｂは、遺伝子カセット１が導入されたＤＮＡを表す説明図であり、 図９は、第４のシアノバクテリアの増殖曲線を表すグラフであり、 図１０は、第６のシアノバクテリアの増殖曲線を表すグラフであり、 図１１は、培地中のIBA濃度を表す表であり、 図１２は、CcaS/Rシステムの遺伝子コンストラクタを表す説明図であり、 図１３は、SycpcG2遺伝子の発現量を表すグラフであり、 図１４は、SycpcG2遺伝子の波長依存性を表すグラフであり、 図１５Ａは、遺伝子カセット１０１をＤＮＡに導入する方法を表す説明図であり、 図１５Ｂは、遺伝子カセット１０１が導入されたＤＮＡを表す説明図であり、 図１６Ａは、緑色光下での遺伝子組み換えシアノバクテリアの増殖曲線を表すグラフであり、 図１６Ｂは、赤色光下での遺伝子組み換えシアノバクテリアの増殖曲線を表すグラフであり、 図１７は、遺伝子組み換えシアノバクテリアの増殖曲線を表すグラフであり、 図１８は、培地中のIBA濃度を表す表であり、 図１９は、コンストラクトの作成方法を表す説明図であり、 図２０Ａは、遺伝子カセット２０１をＤＮＡに導入する方法を表す説明図であり、 図２０Ｂは、遺伝子カセット２０１が導入されたＤＮＡを表す説明図であり、 図２１は、遺伝子組み換えシアノバクテリアの増殖曲線を表すグラフであり、 図２２は、培地中のIBA濃度を表す表である。
　実施形態を図面に基づいて説明する。
　（実施例１）
　１．遺伝子組み換えシアノバクテリアの製造
　（１）増殖に関する光スイッチの導入
　本実施例において光スイッチを導入する宿主には、シアノバクテリアであるSynechocystis sp. PCC 6803を用いた。導入する光スイッチは遺伝子スイッチである。本実施例では、改良NpCpeCプロモータ（配列番号１）を作成し、宿主に導入した。この改良NpCpeCプロモータは、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来の、リン酸化CcaRを認識するCpeCプロモータにおけるSD領域の配列をAGGGGATTTからTAGTGGAGGに変更したものである。SD領域の配列を上記のように変更する目的は、蛋白質の翻訳効率を上げるためである。改良NpCpeCプロモータは、光スイッチプロモータとして機能する。
　図１Ａに示すように、この改良NpCpeCプロモータの5‘側の上流にカナマイシン薬剤耐性遺伝子を配置した遺伝子カセット１を作製した。カナマイシン薬剤耐性遺伝子は、pRL161プラスミドからHincII処理により切り出したものである。
　そして、図１Ａ、図１Ｂに示すように、Synechocystis sp. PCC 6803におけるピルビン酸脱水素酵素のβサブユニットとそのプロモータ領域との間に、相同組換えで遺伝子カセット１を導入した。なお、図１Ａ及び図１Ｂにおいて、pdhBはピルビン酸脱水素酵素のβサブユニットを表し、Kmはカナマイシン薬剤耐性遺伝子を表し、NpCpeC promoterは改良NpCpeCプロモータを表す。
　次に、改良NpCpeCプロモータを光スイッチとして働かすために、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来のCcaSとCcaR遺伝子をコードする領域をSynechocystis sp. PCC 6803に導入した。具体的には、（配列番号2）と（配列番号3）とで示したプライマーを用いてNostocpunctiforme ATCC 29133からこの遺伝子領域をPCR増幅した後、得られた約6.2Kbpの増幅断片を、図２に示すように、pMD20プラスミド（TaKaRa製）のTAクローニングサイトに
ライゲーションした。
　そして、プラスミドのMCSにおけるBamHIサイトに、pACYC184由来のクロラムフェニコール耐性カセットを挿入した。引き続き、MCSのPstI/NdeIサイトに、Synechocystis sp. PCC6803におけるCcaS遺伝子の上流の600bp領域を挿入した。また、MCSのKpnI/SacIサイトに、Synechocystis sp. PCC6803におけるCcaR遺伝子の下流の600bp領域を挿入した。
　ここで、Synechocystis sp. PCC6803におけるCcaS遺伝子の上流の600bp領域は、配列番号4と配列番号5とでPCR増幅して得られる遺伝子断片である。また、Synechocystis sp. PCC6803におけるCcaR遺伝子の下流の600bp領域は、配列番号6と配列番号7とでPCR増幅して得られる遺伝子断片である。
　Nostoc punctiforme ATCC 29133由来のCcaSとCcaR遺伝子とクロラムフェニコール耐性遺伝子とを含む領域を相同組換えによりSynechocystis sp. PCC 6803に導入した。
　ここで得られた遺伝子組換えSynechocystis sp.（以下では、第１のシアノバクテリアとする）を、まず、緑色光を照射しながら培養し、次に、赤色光を照射しながら培養した。緑色光を照射するときは、赤色光は照射せず、赤色光を照射するときは、緑色光は照射しなかった。ここで緑色光とは、波長が５００～５６０ｎｍの光である。また、赤色光とは、波長が６２０～６８０ｎｍの光である。
　図３に、その際の第１のシアノバクテリア及び光スイッチを有してない野生株のシアノバクテリアの増殖曲線を示す。緑色光を照射しながら培養している間は第１のシアノバクテリアが増殖した。一方、赤色光を照射しながら培養している間は、第１のシアノバクテリアの増殖が抑制された。
　以上のように、第１のシアノバクテリアは、増殖に関する光スイッチの機能を有する。光スイッチは以下のように働くと推定できる。Ccas遺伝子領域と、CcaR遺伝子領域とは、緑色光を照射したとき、リン酸化CcaRを生じる。そのリン酸化CcaRが改良NpCpeCプロモータと結合し、その改良NpCpeCプロモータが、ピルビン酸脱水素酵素のβサブユニットを発現させ、第１のシアノバクテリアの増殖を促進する。一方、緑色光を照射しないときは、上記の機序が働かず、増殖が抑制される。
　（２）物質の生産に関する光スイッチの導入
　次に、上記のようにして得た第１のシアノバクテリアに、Fremyella diplosiphon由来のRcaE、RcaF、RcaC遺伝子を導入した。具体的には、RcaC遺伝子を含む領域を配列番号8および配列番号9のプライマーでPCR増幅させ、pMD20プラスミド（TaKaRa製）のEcoRVクローニングサイトにTAクローニングした。
　引き続き、RcaEとRcaF遺伝子を含む領域を配列番号10および配列番号11のプライマーでPCR増幅させ、NdeI制限酵素処理した上記プラスミドにIn-Fusion Advantage PCR CloningKit（クロンテック社製）を用いてライゲーションした。
　その後、プラスミドのMCSにおけるBamHIサイトにpRL453由来のスペクチノマイシン耐性カセットを挿入した。そして、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来のCcaRにおける3’末端領域をSphI/SpeIサイトに挿入し、CcaR遺伝子における下流の600bp領域をKpnI/SacIサイトに挿入した。
　ここで、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来のCcaRにおける3’末端領域は、配列番号12と配列番号13とでPCR増幅して得られる564bpの遺伝子断片であり、CcaR遺伝子における下流の600bp領域は、配列番号6と配列番号7とでPCR増幅して得られる遺伝子断片である。
　このFremyella diplosiphon由来のRcaE、RcaF、RcaC遺伝子と、スペクチノマイシン耐性遺伝子とを含む領域を、相同組換えにより、上記のようにして得られた第１のシアノバクテリアに導入した。導入後のシアノバクテリアを第２のシアノバクテリアとする。上記の相同組換えにより、第２のシアノバクテリアはクロラムフェニコール耐性が無く、スペクチノマイシン耐性が付与されている。
　そして、この第２のシアノバクテリアに導入するプラスミド（以下ではIBA生産用プラスミドとする）を、以下のステップで調製した。なお、このIBA生産用プラスミドは、イソブチルアルデヒド（IBA）を生産させるためのものである。イソブチルアルデヒドは、生産する物質に対応する。
　IBA生産用プラスミドの調製に使用したプラスミドは、pKUT1121の薬剤耐性領域（すなわち、制限酵素MluIで挟まれた領域）をストレプロマイシンからクロラムフェニコールに変更したpKUT3121である。なお、pKUT1121は、「光合成研究２２（２）　２０１２　「代謝工学による新たなクロロフィル分子の合成」　京都大学大学院　人間・環境学研究科　土屋　徹」において開示された、周知のプラスミドである。
　本実施例では、pKUT3121に4つの遺伝子を導入したDNAコンストラクトを作製した。４つの遺伝子は、kdc、alsS、ilvC、ilvDである。このDNAコンストラクトは、kdcとalsS遺伝子については、制限酵素サイトを利用したライゲーションを順次行って挿入し、ilvCとilvD遺伝子については、In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit（クロンテック社製）を用いて、SpeIサイトに順次挿入することにより作製した。
　kdc遺伝子については、（配列番号14）と（配列番号15）で示したプライマーを用いて、乳酸菌（Lactococcus lactis）ゲノムDNAを鋳型としてPCR反応により取得した。取得したkdc遺伝子をXbaI-SpeIの制限酵素で切断し、pKUT3121のXbaIサイトに挿入した。
　alsS遺伝子については、（配列番号16）と（配列番号17）で示したプライマーを用いて枯草菌（Bacillus subtillus）ゲノムDNAを鋳型としてPCR反応により取得した。取得したalsS遺伝子をXbaI-SpeIの制限酵素で切断し、kdc遺伝子を導入したpKUT3121のXbaIサイトに挿入した。
　ilvC遺伝子については、（配列番号18）と（配列番号19）とで示したプライマーを用いて大腸菌（Escherichia coli）ゲノムDNAを鋳型としてPCR反応により取得した。
　ilvD遺伝子については、（配列番号20）と（配列番号21）とで示したプライマーを用いて大腸菌（Escherichia coli）ゲノムDNAを鋳型としてPCR反応により取得した。なお、全てのPCR反応は、KOD plus ver.2 (TOYOBO)を用いた。
　引き続き、kdcとilvDの3’側にSynechocystis sp. PCC6803におけるpbsA2遺伝子のターミネーターを挿入した。ilvD遺伝子の3’側に挿入する際は、配列番号22で示すDNA合成したターミネーターをNheIとSbfIで切断後、プラスミドのNheIとSbfIサイトにライゲーションにより挿入した。kdc遺伝子の3’側に挿入する際は、配列番号23に示すDNA合成したターミネーターをXbaIとSpeIで切断後、プラスミドのSpeIサイトに挿入した。
　引き続き、Fremyella diplosiphon由来の光スイッチとなるCpc2プロモータ（配列番号24）をAlsS遺伝子とilvC遺伝子の5’側にそれぞれ挿入した。AlsS遺伝子の5’側に挿入する場合は、5’側にSacI制限酵素サイト、3’側にXbaI制限酵素サイトをつけたCpc2プロモータを準備し、遺伝子断片とプラスミドをそれぞれ制限酵素で切断してライゲーションにより導入した。
　ilvC遺伝子の5’側に挿入する場合は、図４に示すように、5’側にSpeI制限酵素サイト、3’側にBamHI制限酵素サイトをつけたCpc2プロモータを準備し、遺伝子断片とプラスミドをそれぞれ制限酵素で切断してライゲーションにより挿入した。
　以上のステップで調製したIBA生産用プラスミドを、前述した第２のシアノバクテリアに、接合法により導入した。IBA生産用プラスミドを導入後のシアノバクテリアを第３のシアノバクテリアとする。
　なお、第３のシアノバクテリアは、生物の増殖に関する増殖関与領域として、ピルビン酸脱水素酵素のβサブユニットを備える。
　また、第３のシアノバクテリアは、緑色光を照射したとき生じるリン酸化CcaRと結合することを条件に前記増殖関与領域を発現させる第１のプロモータ領域として、改良NpCpeCプロモータを備える。なお、リン酸化CcaRは第１の化合物に対応する。
　また、第３のシアノバクテリアは、IBAの生産に関与する物質生産関与領域として、IBA生産用プラスミドを備える。
　また、第３のシアノバクテリアは、赤色光を照射したときに生じるリン酸化RcaCと結合することを条件に前記物質生産関与領域を発現させる第２のプロモータ領域として、Cpc2プロモータを備える。なお、リン酸化RcaCは、第２の化合物に対応する。
　また、第３のシアノバクテリアは、CcaS遺伝子領域と、CcaR遺伝子領域とを備える。これらは、緑色光を照射したとき、リン酸化CcaRを生じさせる。
　また、第３のシアノバクテリアは、RcaE遺伝子領域と、RcaF遺伝子領域と、RcaC遺伝子領域とを備える。これらは、赤色光を照射したとき、リン酸化RcaCを生じさせる。
　２．第３のシアノバクテリアの使用
　上記のようにして得られた第３のシアノバクテリアを、まず、緑色光を照射しながら培養し、次に、赤色光を照射しながら培養した。緑色光を照射するときは、赤色光を照射せず、赤色光を照射するときは、緑色光を照射しなかった。
　その際の増殖曲線を図５に示す。第３のシアノバクテリアは、緑色光を照射している間は増殖したが、赤色光を照射している間は増殖しなかった。
　また、緑色光を照射して培養した場合と、赤色光を照射して培養した場合との、培地中のIBA濃度を図６に示す。緑色光を照射して培養した場合はIBA濃度が０mg/Lであった。すなわち、IBAは生産されなかった。一方、赤色光の照射に切り替えて培養した場合はIBA濃度が高くなった。すなわち、IBAが生産された。
　よって、第３のシアノバクテリアは、緑色光の照射により増殖を促進し、緑色光の照射停止により増殖を抑制する光スイッチを備えている。この光スイッチは遺伝子スイッチである。
　また、第３のシアノバクテリアは、赤色光の照射により物質生産を促進し、赤色光の照射停止により物質生産を抑制する光スイッチを備えている。この光スイッチは遺伝子スイッチである。
　物質生産を制御する光スイッチは以下のように作用すると推測できる。赤色光を照射したとき、RcaE遺伝子領域、RcaF遺伝子領域、及びRcac遺伝子領域は、リン酸化Rcacを生じさせる。このリン酸化RcacがCpc2プロモータと結合し、そのCpc2プロモータがIBA生産用プラスミドを発現させ、IBAを生産する。一方、赤色光を照射しないときは、上記の機序が働かず、物質生産が抑制される。
　なお、第３のシアノバクテリアにおいても、増殖を制御する光スイッチは、第１のシアノバクテリアの場合と同様の機序で機能すると推測できる。
　第３のシアノバクテリアを用いて、IBAを製造する製造方法を実施することができる。例えば、まず、緑色光を照射し、赤色光は照射しない条件（すなわち、第３のシアノバクテリアの増殖を促進し、IBAの生産は抑制する条件）で、第３のシアノバクテリアを増殖し、次に、緑色光は照射せず、赤色光を照射する条件（すなわち、第３のシアノバクテリアの増殖を抑制し、IBAの生産は促進する条件）で、第３のシアノバクテリアを用い、IBAを製造することができる。この場合、IBAの製造効率を高くすることができる。
　（実施例２）
　１．遺伝子組み換えシアノバクテリアの製造
　（１）増殖に関する光スイッチの導入
　本実施例において光スイッチを導入する宿主には、シアノバクテリアであるSynechocystis sp. PCC 6803を用いた。導入する光スイッチは遺伝子スイッチである。本実施例では、改良NpCpeCプロモータ（配列番号1）を作成し、宿主に導入した。この改良NpCpeCプロモータは、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来の、リン酸化CcaRを認識するCpeCプロモータにおけるSD領域の配列をAGGGGATTTからTAGTGGAGGに変更したものである。SD領域の配列を上記のように変更する目的は、蛋白質の翻訳効率を上げるためである。改良NpCpeCプロモータは、光スイッチプロモータとして機能する。
　図８Ａに示すように、この改良NpCpeCプロモータの5‘側の上流にカナマイシン薬剤耐性遺伝子を配置した遺伝子カセット１を作製した。カナマイシン薬剤耐性遺伝子は、pRL161プラスミドからHincII処理により切り出したものである。
　そして、図８Ａ、図８Ｂに示すように、Synechocystis sp. PCC 6803における分枝アミノ酸アミノトランスフェラーゼ（ilvE）とそのプロモータ領域との間に、相同組換えで遺伝子カセット１を導入した。なお、図８Ａ及び図８Ｂにおいて、Kmはカナマイシン薬剤耐性遺伝子を表し、NpCpeC promoterは改良NpCpeCプロモータを表す。
　次に、改良NpCpeCプロモータを光スイッチとして働かすために、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来のCcaSとCcaR遺伝子をコードする領域をSynechocystis sp. PCC 6803に導入した。具体的には、（配列番号2）と（配列番号3）とで示したプライマーを用いてNostocpunctiforme ATCC 29133からこの遺伝子領域をPCR増幅した後、得られた約6.2Kbpの増幅断片を、図２に示すように、pMD20プラスミド（TaKaRa製）のTAクローニングサイトに
ライゲーションした。
　そして、プラスミドのMCSにおけるBamHIサイトに、pACYC184由来のクロラムフェニコール耐性カセットを挿入した。引き続き、MCSのPstI/NdeIサイトに、Synechocystis sp. PCC6803におけるCcaS遺伝子の上流の600bp領域を挿入した。また、MCSのKpnI/SacIサイトに、Synechocystis sp. PCC6803におけるCcaR遺伝子の下流の600bp領域を挿入した。
　ここで、Synechocystis sp. PCC6803におけるCcaS遺伝子の上流の600bp領域は、配列番号4と配列番号5とでPCR増幅して得られる遺伝子断片である。また、Synechocystis sp. PCC6803におけるCcaR遺伝子の下流の600bp領域は、配列番号6と配列番号7とでPCR増幅して得られる遺伝子断片である。
　Nostoc punctiforme ATCC 29133由来のCcaSとCcaR遺伝子とクロラムフェニコール耐性遺伝子とを含む領域を相同組換えによりSynechocystis sp. PCC 6803に導入した。ここで得られた遺伝子組換えSynechocystis sp.（以下では、第４のシアノバクテリアとする）を、まず、緑色光を照射しながら培養し、次に、赤色光を照射しながら培養した。緑色光を照射するときは、赤色光は照射せず、赤色光を照射するときは、緑色光は照射しなかった。ここで緑色光とは、波長が５００～５６０ｎｍの光である。また、赤色光とは、波長が６２０～６８０ｎｍの光である。
　図９に、その際の第４のシアノバクテリア及び光スイッチを有してない野生株のシアノバクテリアの増殖曲線を示す。緑色光を照射しながら培養している間は第４のシアノバクテリアが増殖した。一方、赤色光を照射しながら培養している間は、第４のシアノバクテリアの増殖が抑制された。
　以上のように、第４のシアノバクテリアは、増殖に関する光スイッチの機能を有する。光スイッチは以下のように働くと推定できる。Ccas遺伝子領域と、CcaR遺伝子領域とは、緑色光を照射したとき、リン酸化CcaRを生じる。そのリン酸化CcaRが改良NpCpeCプロモータと結合し、その改良NpCpeCプロモータが、分枝アミノ酸アミノトランスフェラーゼを発現させ、第４のシアノバクテリアの増殖を促進する。一方、緑色光を照射しないときは、上記の機序が働かず、増殖が抑制される。
　（２）物質の生産に関する光スイッチの導入
　次に、上記のようにして得た第４のシアノバクテリアに、Fremyella diplosiphon由来のRcaE、RcaF、RcaC遺伝子を導入した。具体的には、RcaC遺伝子を含む領域を配列番号8および配列番号9のプライマーでPCR増幅させ、pMD20プラスミド（TaKaRa製）のEcoRVクローニングサイトにTAクローニングした。
　引き続き、RcaEとRcaF遺伝子を含む領域を配列番号10および配列番号11のプライマーでPCR増幅させ、NdeI制限酵素処理した上記プラスミドにIn-Fusion Advantage PCR CloningKit（クロンテック社製）を用いてライゲーションした。
　その後、プラスミドのMCSにおけるBamHIサイトにpRL453由来のスペクチノマイシン耐性カセットを挿入した。そして、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来のCcaRにおける3’末端領域をSphI/SpeIサイトに挿入し、CcaR遺伝子における下流の600bp領域をKpnI/SacIサイトに挿入した。
　ここで、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来のCcaRにおける3’末端領域は、配列番号12と配列番号13とでPCR増幅して得られる564bpの遺伝子断片であり、CcaR遺伝子における下流の600bp領域は、配列番号6と配列番号7とでPCR増幅して得られる遺伝子断片である。
　このFremyella diplosiphon由来のRcaE、RcaF、RcaC遺伝子と、スペクチノマイシン耐性遺伝子とを含む領域を、相同組換えにより、上記のようにして得られた第４のシアノバクテリアに導入した。導入後のシアノバクテリアを第５のシアノバクテリアとする。上記の相同組換えにより、第５のシアノバクテリアはクロラムフェニコール耐性が無く、スペクチノマイシン耐性が付与されている。
　そして、この第５のシアノバクテリアに導入するプラスミド（以下ではIBA生産用プラスミドとする）を、以下のステップで調製した。なお、このIBA生産用プラスミドは、イソブチルアルデヒド（IBA）を生産させるためのものである。イソブチルアルデヒドは、生産する物質に対応する。
　IBA生産用プラスミドの調製に使用したプラスミドは、pKUT1121の薬剤耐性領域（すなわち、制限酵素MluIで挟まれた領域）をストレプロマイシンからクロラムフェニコールに変更したpKUT3121である。なお、pKUT1121は、「光合成研究２２（２）　２０１２　「代謝工学による新たなクロロフィル分子の合成」　京都大学大学院　人間・環境学研究科　土屋　徹」において開示された、周知のプラスミドである。
　本実施例では、pKUT3121に4つの遺伝子を導入したDNAコンストラクトを作製した。４つの遺伝子は、kdc、alsS、ilvC、ilvDである。このDNAコンストラクトは、kdcとalsS遺伝子については、制限酵素サイトを利用したライゲーションを順次行って挿入し、ilvCとilvD遺伝子については、In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit（クロンテック社製）を用いて、SpeIサイトに順次挿入することにより作製した。
　kdc遺伝子については、（配列番号14）と（配列番号15）で示したプライマーを用いて、乳酸菌（Lactococcus lactis）ゲノムDNAを鋳型としてPCR反応により取得した。取得したkdc遺伝子をXbaI-SpeIの制限酵素で切断し、pKUT3121のXbaIサイトに挿入した。
　alsS遺伝子については、（配列番号16）と（配列番号17）で示したプライマーを用いて枯草菌（Bacillus subtillus）ゲノムDNAを鋳型としてPCR反応により取得した。取得したalsS遺伝子をXbaI-SpeIの制限酵素で切断し、kdc遺伝子を導入したpKUT3121のXbaIサイトに挿入した。
　ilvC遺伝子については、（配列番号18）と（配列番号19）とで示したプライマーを用いて大腸菌（Escherichia coli）ゲノムDNAを鋳型としてPCR反応により取得した。
　ilvD遺伝子については、（配列番号20）と（配列番号21）とで示したプライマーを用いて大腸菌（Escherichia coli）ゲノムDNAを鋳型としてPCR反応により取得した。なお、全てのPCR反応は、KOD plus ver.2 (TOYOBO)を用いた。
　引き続き、kdcとilvDの3’側にSynechocystis sp. PCC6803におけるpbsA2遺伝子のターミネーターを挿入した。ilvD遺伝子の3’側に挿入する際は、配列番号22で示すDNA合成したターミネーターをNheIとSbfIで切断後、プラスミドのNheIとSbfIサイトにライゲーションにより挿入した。kdc遺伝子の3’側に挿入する際は、配列番号23に示すDNA合成したターミネーターをXbaIとSpeIで切断後、プラスミドのSpeIサイトに挿入した。
　引き続き、Fremyella diplosiphon由来の光スイッチとなるCpc2プロモータ（配列番号24）をAlsS遺伝子とilvC遺伝子の5’側にそれぞれ挿入した。AlsS遺伝子の5’側に挿入する場合は、5’側にSacI制限酵素サイト、3’側にXbaI制限酵素サイトをつけたCpc2プロモータを準備し、遺伝子断片とプラスミドをそれぞれ制限酵素で切断してライゲーションにより導入した。
　ilvC遺伝子の5’側に挿入する場合は、図４に示すように、5’側にSpeI制限酵素サイト、3’側にBamHI制限酵素サイトをつけたCpc2プロモータを準備し、遺伝子断片とプラスミドをそれぞれ制限酵素で切断してライゲーションにより挿入した。
　以上のステップで調製したIBA生産用プラスミドを、前述した第５のシアノバクテリアに、接合法により導入した。IBA生産用プラスミドを導入後のシアノバクテリアを第６のシアノバクテリアとする。
　なお、第６のシアノバクテリアは、生物の増殖に関する増殖関与領域として、分枝アミノ酸アミノトランスフェラーゼを備える。
　また、第６のシアノバクテリアは、緑色光を照射したとき生じるリン酸化CcaRと結合することを条件に前記増殖関与領域を発現させる第１のプロモータ領域として、改良NpCpeCプロモータを備える。なお、リン酸化CcaRは第１の化合物に対応する。
　また、第６のシアノバクテリアは、IBAの生産に関与する物質生産関与領域として、IBA生産用プラスミドを備える。
　また、第６のシアノバクテリアは、赤色光を照射したときに生じるリン酸化RcaCと結合することを条件に前記物質生産関与領域を発現させる第２のプロモータ領域として、Cpc2プロモータを備える。なお、リン酸化RcaCは、第２の化合物に対応する。
　また、第６のシアノバクテリアは、CcaS遺伝子領域と、CcaR遺伝子領域とを備える。これらは、緑色光を照射したとき、リン酸化CcaRを生じさせる。
　また、第６のシアノバクテリアは、RcaE遺伝子領域と、RcaF遺伝子領域と、RcaC遺伝子領域とを備える。これらは、赤色光を照射したとき、リン酸化RcaCを生じさせる。
　２．第６のシアノバクテリアの使用
　上記のようにして得られた第６のシアノバクテリアを、まず、緑色光を照射しながら培養し、次に、赤色光を照射しながら培養した。緑色光を照射するときは、赤色光を照射せず、赤色光を照射するときは、緑色光を照射しなかった。
　その際の増殖曲線を図１０に示す。第６のシアノバクテリアは、緑色光を照射している間は増殖したが、赤色光を照射している間は増殖しなかった。
　また、緑色光を照射して培養した場合と、赤色光を照射して培養した場合との、培地中のIBA濃度を図１１に示す。緑色光を照射して培養した場合はIBA濃度が０mg/Lであった。すなわち、IBAは生産されなかった。一方、赤色光の照射に切り替えて培養した場合はIBA濃度が高くなった。すなわち、IBAが生産された。
　よって、第６のシアノバクテリアは、緑色光の照射により増殖を促進し、緑色光の照射停止により増殖を抑制する光スイッチを備えている。この光スイッチは遺伝子スイッチである。
　また、第６のシアノバクテリアは、赤色光の照射により物質生産を促進し、赤色光の照射停止により物質生産を抑制する光スイッチを備えている。この光スイッチは遺伝子スイッチである。
　物質生産を制御する光スイッチは以下のように作用すると推測できる。赤色光を照射したとき、RcaE遺伝子領域、RcaF遺伝子領域、及びRcac遺伝子領域は、リン酸化Rcacを生じさせる。このリン酸化RcacがCpc2プロモータと結合し、そのCpc2プロモータがIBA生産用プラスミドを発現させ、IBAを生産する。一方、赤色光を照射しないときは、上記の機序が働かず、物質生産が抑制される。
　なお、第６のシアノバクテリアにおいても、増殖を制御する光スイッチは、第４のシアノバクテリアの場合と同様の機序で機能すると推測できる。
　第６のシアノバクテリアを用いて、IBAを製造する製造方法を実施することができる。例えば、まず、緑色光を照射し、赤色光は照射しない条件（すなわち、第６のシアノバクテリアの増殖を促進し、IBAの生産は抑制する条件）で、第６のシアノバクテリアを増殖し、次に、緑色光は照射せず、赤色光を照射する条件（すなわち、第６のシアノバクテリアの増殖を抑制し、IBAの生産は促進する条件）で、第６のシアノバクテリアを用い、IBAを製造することができる。この場合、IBAの製造効率を高くすることができる。
　（実施例３）
　１．遺伝子組み換えシアノバクテリアの製造
　本実施例では、光スイッチを導入する宿主として、シアノバクテリアであるSynechocystis sp. PCC 6803を用いた。本実施例において宿主に導入する光スイッチは、CcaS遺伝子領域及びCcaR遺伝子領域を用いる光スイッチである。CcaS遺伝子領域は、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来の遺伝子である。
　本実施例では、Synechocystis sp. PCC 6803のCcaS遺伝子におけるORF部位に、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来の遺伝子を相同組換えで導入する。そのために、以下の工程を行った。まず、SyToNpCcaS_1プライマー（配列番号25）とSyToNpCcaS_2プライマー（配列番号26）とにより、Synechocystis sp. PCC 6803における相同組換え箇所の上流域の遺伝子断片を増幅させた。この増幅により得られた遺伝子断片を第１の遺伝子断片とする。
　次に、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来のNpCcaSのORFを増幅させた。すなわち、SyToNpCcaS_3プライマー（配列番号27）とSyToNpCcaS_4プライマー（配列番号28）とにより、NpCcaSのORF遺伝子領域を増幅させた。この増幅により得られた遺伝子断片を第２の遺伝子断片とする。
　次に、SyToNpCcaS_5プライマー（配列番号29）とSyToNpCcaS_6プライマー（配列番号30）とにより、Synechocystis sp. PCC 6803における相同組換え箇所の下流域の遺伝子断片を増幅させた。この増幅により得られた遺伝子断片を第３の遺伝子断片とする。
　上記の第１～第３の遺伝子断片を、In-Fusion Advantage PCR Cloning Kit（クロンテック社製）を用いてpMD19プラスミドにライゲーションした。その後に、制限酵素SmaＩで切り出したpRL453由来のストレプトマイシン遺伝子を、SyToNpCcaS_5プライマーとSyToNpCcaS_6プライマーの増幅断片に含まれる制限酵素サイトApaＩに導入し、遺伝子コンストラクトを得た。
　以上の工程により調製した遺伝子コンストラクトを、Synechocystis sp. PCC 6803に相同組換えにより導入して形質転換し、光スイッチ遺伝子導入株を得た。この光スイッチ遺伝子導入株を図１２に示す。図１２、及び後述する図１３、図１４において光スイッチ遺伝子導入株をNpCcaS-Synと表記している。この光スイッチ遺伝子導入株は、遺伝子組み換えシアノバクテリアであり、生物に対応する。
　２．遺伝子組み換えシアノバクテリアの評価
　上記のように製造した光スイッチ遺伝子導入株に緑色光を照射した際の遺伝子発現量と、赤色光を照射した際の遺伝子発現量とを測定した。その結果を図１３に示す。図１３において、「Ｇ」は、緑色光を照射した際の遺伝子発現量を表す。また、「Ｒ」は赤色光を照射した際の遺伝子発現量を表す。
　また、比較例として、野生型のSynechocystis sp. PCC 6803についても同様の測定を行った。その結果を図１３に示す。図１３及び後述する図１４において、野生型のSynechocystis sp. PCC 6803を「S6803WT」と表記する。
　光スイッチ遺伝子導入株では、赤色光を照射したとき、遺伝子の発現は完全にオフになっていた。それに対し、野生型のSynechocystis sp. PCC 6803では、赤色光を照射したとき、遺伝子の発現が生じていた。
　次に、上記のように製造した光スイッチ遺伝子導入株について、照射する光の波長を変えながら、相対遺伝子発現量を測定した。また、比較例として、野生型のSynechocystis sp. PCC 6803についても同様の測定を行った。それらの結果を図１４に示す。光スイッチ遺伝子導入株では、遺伝子が発現する波長領域の幅は狭く、その波長領域の外では、遺伝子の発現が完全に抑制されていた。それに対し、野生型のSynechocystis sp. PCC 6803では、遺伝子が発現する波長領域が広かった。
　以上の結果より、光スイッチ遺伝子導入株は、照射する光の波長の違いにより、遺伝子発現量が顕著に変化した。すなわち、光スイッチのオン／オフ性能が優れていた。本実施例では、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来のNpCcaSのORFを用いることにより、光スイッチのオン／オフ性能が一層向上したと推測される。
　光スイッチ遺伝子導入株は、リン酸化CcaRと結合することを条件に、生物の増殖に関する増殖関与領域を発現させるプロモータ領域と、リン酸化CcaRと結合することを条件に、物質の生産に関与する物質生産関与領域の発現を抑制する発現抑制領域とを有することができる。
　また、光スイッチ遺伝子導入株は、リン酸化CcaRと結合することを条件に増殖関与領域の発現を抑制する発現抑制領域と、リン酸化CcaRと結合することを条件に物質生産関与領域を発現させるプロモータ領域とを有することができる。　
　（実施例４）
　１．遺伝子組み換えシアノバクテリアの製造
図１５Ａに示すように、前記実施例３で製造した光スイッチ遺伝子導入株におけるcpcG2プロモータと、その5‘側の上流に配置されたカナマイシン薬剤耐性遺伝子とを備える遺伝子カセット１０１を作製した。カナマイシン薬剤耐性遺伝子は、pRL161プラスミドからHincII処理により切り出したものである。図１５Ａ、図１５Ｂにおいてカナマイシン薬剤耐性遺伝子をKmと表記する。
　次に、図１５Ｂに示すように、Synechocystis sp. PCC 6803におけるピルビン酸脱水素酵素のβサブユニットと、そのプロモータ領域との間に、上記の遺伝子カセット１０１を相同組換えで導入した。図１５Ａ、図１５Ｂにおいて、ピルビン酸脱水素酵素のβサブユニットを、pdhBと表記する。以下では、上記の遺伝子カセットを導入したSynechocystisを、光スイッチ機能を有するSynechocystis sp.とする。
　次に、光スイッチ機能を有するSynechocystis sp. に導入するプラスミドを、以下の工程で調製した。調製するプラスミドは、イソブチルアルデヒド（IBA）を生産する機能を有するプラスミドである。
　前記実施例１と同様に、pKUT3121に、kdc、alsS、ilvC、ilvD を導入したDNAコンストラクトを作製した。また、前記実施例１と同様に、kdcとilvDの3’側にSynechocystis sp. PCC6803のpbsA2遺伝子のターミネーターを挿入した。
　引き続き、Synechocystis sp. PCC 6803由来の光スイッチとなるcpcG2プロモータ（配列番号31）をAlsS遺伝子の5’側とilvC遺伝子の5’側とにそれぞれ挿入した。AlsS遺伝子の5’側に挿入する場合は、5’側にSacＩ制限酵素サイト、3’側にXbaＩ制限酵素サイトをつけたcpcG2プロモータを準備し、遺伝子断片とプラスミドをそれぞれ制限酵素で切断してライゲーションにより導入した。
　ilvC遺伝子の5’側に挿入する場合は、図４に示すように、5’側にSpeＩ制限酵素サイト、3’側にBamHＩ制限酵素サイトをつけたcpcG2プロモータを準備し、遺伝子断片とプラスミドをそれぞれ制限酵素で切断してライゲーションにより挿入した。
　以上の工程で調製したプラスミドを、前述した光スイッチ機能を有するSynechocystis sp.に接合法により導入した。その結果、遺伝子組み換えシアノバクテリアが得られた。
　２．遺伝子組み換えシアノバクテリアの評価
　（２－１）第１の評価
上記のように製造した遺伝子組み換えシアノバクテリアについて、緑色光を照射しながら培養したときの増殖曲線を図１６Ａに示し、赤色光を照射しながら培養したときの増殖曲線を図１６Ｂに示す。また、比較例として、遺伝子導入をおこなっていない野生株のSynechocystis sp.についても同様の試験を行った。図１６Ａ及び図１６Ｂにおいて遺伝子組み換えシアノバクテリアをPcpcG2-pdh1と表記し、比較例をCtrlと表記する。
　遺伝子組み換えシアノバクテリアは、赤色光の下では増殖できた。一方、緑色光の下では、遺伝子組み換えシアノバクテリアの増殖が抑制された。それに対し、比較例では、赤色光の下でも、緑色光の下でも増殖した。
　（２－２）第２の評価
　上記のように製造した遺伝子組み換えシアノバクテリアを、当初は、赤色光を照射しながら培養し、次に、緑色光を照射しながら培養した。なお、赤色光を照射しているときは、緑色光を照射しなかった。また、緑色光を照射しているときは、赤色光を照射しなかった。
　上記のように培養したときの増殖曲線を図１７に示す。遺伝子組み換えシアノバクテリアは、赤色光を照射した期間においては増殖し、緑色光を照射した期間においては増殖が抑制された。
　また、上記のように培養したときの、培養液中のＩＢＡ濃度を図１８に示す。遺伝子組み換えシアノバクテリアは、赤色光を照射した期間においてはＩＢＡを生産せず、緑色光を照射した期間においてはＩＢＡを生産した。
　本実施例において、ピルビン酸脱水素酵素のβサブユニットは増殖関与領域に対応する。また、本実施例において、kdc、alsS、ilvC、ilvDは、物質生産関与領域に対応する。また、本実施例において、ピルビン酸脱水素酵素のβサブユニットの5’側に配置したcpcG2プロモータは、リン酸化CcaRと結合することを条件に増殖関与領域の発現を抑制する発現抑制領域に対応する。また、本実施例において、AlsS遺伝子の5’側とilvC遺伝子の5’側に配置したcpcG2プロモータは、リン酸化CcaRと結合することを条件に物質生産関与領
域を発現させるプロモータ領域に対応する。
　（実施例５）
　１．遺伝子組み換えシアノバクテリアの製造
　Fremyella diplosiphon由来のFdRcaE、FdRcaF、FdRcaC遺伝子を、Synechocystis sp. PCC 6803に導入した。具体的には、図１９に示すpMD19プラスミドにFdRcaE、FdRcaF、FdRcaC遺伝子を含むコンストラクトを作製し、そのコントラクトを相同組換え法でSynechocystis sp. PCC 6803に導入した。
　次に、PlpAtoRcaEFC-1プライマー（配列番号32）とPlpAtoRcaEFC-2プライマー（配列番号33）とでPCRすることにより、Synechocystis sp. PCC 6803の相同組換え箇所の上流域における遺伝子断片を増幅させた。
　次に、PlpAtoRcaEFC-3プライマー（配列番号34）とPlpAtoRcaEFC-4（配列番号35）とでPCRすることにより、Fremyella diplosiphon由来のFdRcaEとFdRcaFの遺伝子を増幅させた。
　更に、PlpAtoRcaEFC-5プライマー（配列番号36）とPlpAtoRcaEFC-6（配列番号37）とでPCRすることにより、Fremyella diplosiphon 由来のFdRcaC遺伝子を増幅させた。
　引き続き、pRL161プラスミドを鋳型にして、PlpAtoRcaEFC-7プライマー（配列番号38）とPlpAtoRcaEFC-8（配列番号39）とでPCRすることにより、プラスミドに含まれるカナマイシン薬剤耐性遺伝子を増幅させた。
　最後に、PlpAtoRcaEFC-9プライマー（配列番号40）とPlpAtoRcaEFC-10プライマー（配列番号41）とでPCRすることにより、Synechocystis sp. PCC 6803の相同組換え箇所の下流域における遺伝子断片を増幅させた。上記により調製した各遺伝子断片をIn-Fusion Advantage PCR Cloning Kit（クロンテック社製）を用いて一気に繋いでpMD19プラスミドに導入した。このプラスミドを常法によりSynechocystis sp. PCC 6803に相同組換えすることで、FdRcaE、FdRcaFおよびFdRcaCを生産できる特性を付与した。相同組換え後のSynechocystis sp. PCC 6803は、光スイッチ機能を有するSynechocystis sp.である。
　次に、図２０Ａに示すように、クロラムフェニコール耐性遺伝子の下流にCpc2プロモータ（配列番号24）を配置した遺伝子カセット２０１を作製した。図２０Ａ、図２０Ｂにおいてクロラムフェニコール耐性遺伝子をCmと表記する。
　次に、図２０Ａ、図２０Ｂに示すように、Synechocystis sp. PCC 6803のピルビン酸脱水素酵素のβサブユニット（pdhB）とそのプロモーター領域との間に相同組換えで遺伝子カセット２０１を導入した。
　更に、前記実施例１と同様に、IBA生産用プラスミドを調製した。このIBA生産用プラスミドを、上記のように製造した、光スイッチ機能を有するSynechocystis sp.に接合法により導入し、遺伝子組み換えシアノバクテリアを得た。
　２．遺伝子組み換えシアノバクテリアの評価
　上記のように製造した遺伝子組み換えシアノバクテリアを緑色光下で培養した後、赤色光下でさらに培養した。その際の遺伝子組み換えシアノバクテリアの増殖曲線を図２１に示す。
　また、緑色光下で培養した場合のIBA濃度と、赤色光下で培養した場合のIBA濃度とを図２２に示す。緑色光下で培養した場合、IBAの生産量は少なかった。赤色光下で培養した場合、IBAの生産量は多かった。よって、緑色光から赤色光に変えることで、遺伝子組み換えシアノバクテリアの増殖を抑制し、IBAの生産量を向上させることができる。
　本実施例において、ピルビン酸脱水素酵素のβサブユニットは増殖関与領域に対応する。また、本実施例において、kdc、alsS、ilvC、ilvDは、物質生産関与領域に対応する。また、本実施例において、ピルビン酸脱水素酵素のβサブユニットの5’側に配置したCpc2プロモータは、リン酸化RcaCと結合することを条件に増殖関与領域の発現を抑制する発現抑制領域に対応する。また、本実施例において、AlsS遺伝子の5’側とilvC遺伝子の5’側に配置したCpc2プロモータは、リン酸化RcaCと結合することを条件に物質生産関与領域を発現させるプロモータ領域に対応する。
　（その他の実施形態）
　（１）前記実施例１において、改良NpCpeCプロモータにより、物質生産関与領域を発現させ、Cpc2プロモータにより、増殖関与領域を発現させてもよい。この場合、第３のシアノバクテリアは、赤色光の照射により増殖を促進し、赤色光の照射停止により増殖を抑制する光スイッチを備える。この光スイッチは遺伝子スイッチである。また、上記の場合、第３のシアノバクテリアは、緑色光の照射により物質生産を促進し、緑色光の照射停止により物質生産を抑制する光スイッチを備える。この光スイッチは遺伝子スイッチである。
　（２）前記実施例１～５において、増殖関与領域は、（ａ）カルビン・ベンソン回路の代謝に関連する領域、（ｂ）カルビン・ベンソン回路から、グリコール酸を経由して、アミノ酸を合成する経路に炭素を流す代謝に関連する領域、（ｃ）カルビン・ベンソン回路の中にあるフルクトース６リン酸からグルコースを合成する系またはグリコーゲンを蓄積する系に炭素を流す代謝に関わる領域、（ｄ）カルビン・ベンソン回路の中にあるホスホグリセリン酸からピルビン酸を経由して脂肪酸を合成する系に炭素を流す代謝に関わる領域、及び（ｅ）ペントースリン酸経路または、その代謝物から生産される物質をコードする領域から選択される１以上とすることができる。
　また、前記実施例１～５において、増殖関与領域は、図７に示す、生物の増殖に関与する炭素代謝に含まれる反応（例えば図７において×印を付した部分）の進行を左右する物質（例えば酵素等）を生成する領域とすることができる。例えば、増殖関与領域は、ピルビン酸デヒドロゲナーゼ（PDC）、グルコースリン酸イソメラーゼ（GPI）、ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼ（PEPC）、ADPグルコースピロホスホリラーゼ（AGPase）、クエン酸シンターゼ（gltA）、グリセルアルデヒド３リン酸デヒドロゲナーゼNAD型（gap1）等を生成する領域とすることができる。
　（３）前記実施例１～５において、物質生産関与領域はIBA以外の物質、例えば、イソプレノイド系化合物の生産に関与する領域であってもよい。
　（４）前記実施例１～５において、宿主はシアノバクテリア以外の生物であってもよい。例えば、真核細胞の中から宿主を適宜選択することができ、例えば、クロレラ、クラミドモナス等が挙げられる。
　（５）前記実施例１において、改良NpCpeCプロモータの代わりに、同様の機能を奏する他のプロモータを用いてもよい。また、Cpc2プロモータの代わりに、同様の機能を奏する他のプロモータを用いてもよい。そのようなプロモータとして、例えば、nostoc punctiformeのcpeCプロモータ（NpCcaR）等、リン酸化CcaRを認識するプロモータを使用することができる。
　（６）宿主のＤＮＡに所望の遺伝子を組み込む方法は上述したものには限定されず、公知の方法の中から適宜選択して用いることができる。
　（７）前記実施例４において、遺伝子組み換えシアノバクテリアは、リン酸化CcaRと結合することを条件に増殖関与領域を発現させるプロモータ領域と、リン酸化CcaRと結合することを条件に物質生産関与領域の発現を抑制する発現抑制領域とを備えていてもよい。
　（８）前記実施例５において、遺伝子組み換えシアノバクテリアは、リン酸化RcaCと結合することを条件に増殖関与領域を発現させるプロモータ領域と、リン酸化RcaCと結合することを条件に物質生産関与領域の発現を抑制する発現抑制領域とを備えていてもよい。
　以上、複数の実施形態を例示したが、実施形態は、上述した各実施形態に限定されるものではない。異なる実施形態に開示された技術的要素を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本開示に係る実施形態の範囲に含まれる。

Claims (12)

  1. 　生物の増殖に関する増殖関与領域と、
    　第１の化合物と結合することを条件に前記増殖関与領域を発現させる第１のプロモータ領域と、
    　物質の生産に関与する物質生産関与領域と、
    　第２の化合物と結合することを条件に前記物質生産関与領域を発現させる第２のプロモータ領域と、
    　CcaS遺伝子領域と、
    　CcaR遺伝子領域と、
    　RcaE遺伝子領域と、
    　RcaF遺伝子領域と、
    　RcaC遺伝子領域と、
    　をＤＮＡに備え、
    　前記第１の化合物、及び前記第２の化合物のうちの一方は、緑色光を照射したとき生じるリン酸化CcaRであり、他方は、赤色光を照射したときに生じるリン酸化RcaCである生物。
  2. 　請求項１に記載の生物であって、
    　前記CcaS遺伝子領域を発現させるプロモータ領域、前記CcaR遺伝子領域を発現させるプロモータ領域、前記CcaR遺伝子領域、及び前記第１のプロモータ領域のうちいずれか１以上は宿主由来の遺伝子である生物。
  3. 　請求項１又は２に記載の生物であって、
    　前記RcaE遺伝子領域を発現させるプロモータ領域、及び前記RcaC遺伝子領域を発現させるプロモータ領域のうちいずれか１以上は宿主由来の遺伝子である生物。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の生物であって、
    　前記CcaS遺伝子領域は、Nostoc punctiforme ATCC 29133由来の遺伝子である生物。
  5. 　生物の増殖に関する増殖関与領域と、
    　リン酸化CcaRと結合することを条件に前記増殖関与領域を発現させるプロモータ領域と、
    　物質の生産に関与する物質生産関与領域と、
    　リン酸化CcaRと結合することを条件に前記物質生産関与領域の発現を抑制する発現抑制領域と、
    　CcaS遺伝子領域と、
    　CcaR遺伝子領域と、
    　をＤＮＡに備える生物。
  6. 　生物の増殖に関する増殖関与領域と、
    　リン酸化CcaRと結合することを条件に前記増殖関与領域の発現を抑制する発現抑制領域と、
    　物質の生産に関与する物質生産関与領域と、
    　リン酸化CcaRと結合することを条件に前記物質生産関与領域を発現させるプロモータ領域と、
    　CcaS遺伝子領域と、
    　CcaR遺伝子領域と、
    　をＤＮＡに備える生物。
  7. 　生物の増殖に関する増殖関与領域と、
    　リン酸化RcaCと結合することを条件に前記増殖関与領域を発現させるプロモータ領域と、
    　物質の生産に関与する物質生産関与領域と、
    　リン酸化RcaCと結合することを条件に前記物質生産関与領域の発現を抑制する発現抑制領域と、
    　RcaE遺伝子領域と、
    　RcaF遺伝子領域と、
    　RcaC遺伝子領域と、
    　をＤＮＡに備える生物。
  8. 　生物の増殖に関する増殖関与領域と、
    　リン酸化RcaCと結合することを条件に前記増殖関与領域の発現を抑制する発現抑制領域と、
    　物質の生産に関与する物質生産関与領域と、
    　リン酸化RcaCと結合することを条件に前記物質生産関与領域を発現させるプロモータ領域と、
    　RcaE遺伝子領域と、
    　RcaF遺伝子領域と、
    　RcaC遺伝子領域と、
    　をＤＮＡに備える生物。
  9. 　請求項１～８のいずれか１項に記載の生物であって、
    　前記増殖関与領域は、（ａ）カルビン・ベンソン回路の中にある代謝に関連する領域、（ｂ）カルビン・ベンソン回路から、グリコール酸経由して、アミノ酸を合成する経路に炭素を流す代謝に関連する領域、（ｃ）カルビン・ベンソン回路の中にあるフルクトース６リン酸からグルコースを合成する系またはグリコーゲンを蓄積する系に炭素を流す代謝に関わる領域、（ｄ）カルビン・ベンソン回路の中にあるホスホグリセリン酸からピルビン酸を経由して脂肪酸を合成する系に炭素を流す代謝に関わる領域、（ｅ）ペントースリン酸経路または、その代謝物から生産される物質をコードする領域から選択される１以上である生物。
  10. 　請求項１～９のいずれか１項に記載の生物であって、
    　前記物質生産関与領域は、イソブチルアルデヒド、及びイソプレノイド系化合物から選択される１以上の生産に関与する領域である生物。
  11. 　請求項１～１０のいずれか１項に記載の生物であって、
    　シアノバクテリアである生物。
  12. 　生物を用いて物質を製造する製造方法であって、
    　前記生物は、
    　生物の増殖に関する増殖関与領域と、
    　第１の化合物と結合することを条件に前記増殖関与領域を発現させる第１のプロモータ領域と、
    　物質の生産に関与する物質生産関与領域と、
    　第２の化合物と結合することを条件に前記物質生産関与領域を発現させる第２のプロモータ領域と、
    　CcaS遺伝子領域と、
    　CcaR遺伝子領域と、
    　RcaE遺伝子領域と、
    　RcaF遺伝子領域と、
    　RcaC遺伝子領域と、
    　をＤＮＡに備え、
    　前記第１の化合物、及び前記第２の化合物のうちの一方は、緑色光を照射したとき生じるリン酸化CcaRであり、他方は、赤色光を照射したときに生じるリン酸化RcaCである物質の製造方法。

     
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