平成17年度 研究成果

4. 第4四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 Molecular analysis of an inactive aflatoxin biosynthesis gene cluster in Aspergillus oryzae RIB strains

著者
M.Tominaga, YH.Lee, R.Hayashi, Y.Suzuki, O.Yamada, K.Sakamoto, K.Gotoh, O.Akita.
要約

To help assess the potential for aflatoxin production by Aspergillus oryzae, the structure of an aflatoxin biosynthesis gene homolog cluster in A. oryzae RIB 40 was analyzed. Although most genes in the corresponding cluster exhibited from 97 to 99% similarity to those of Aspergillus flavus, three genes shared 93% similarity or less. A 257-bp deletion in the aflT region, a frameshift mutation in norA, and a base pair substitution in verA were found in A. oryzae RIB 40. In the aflR promoter, two substitutions were found in one of the three putative AreA binding sites and in the FacB binding site. PCR primers were designed to amplify homologs of aflT, nor-1, aflR, norA, avnA, verB, and vbs and were used to detect these genes in 210 A. oryzae strains. Based on the PCR results, the A. oryzae RIB strains were classified into three groups, although most of them fell into two of the groups. Group 1, in which amplification of all seven genes was confirmed, contained 122 RIB strains (58.1% of examined strains), including RIB 40.

Seventy-seven strains (36.7%) belonged to group 2, characterized by having only vbs, verB, and avnA in half of the cluster. Although slight expression of aflR was detected by reverse transcription-PCR in some group 1 strains, including RIB 40, other genes (avnA, vbs, verB, and omtA) related to aflatoxin production were not detected. aflR was not detected in group 2 strains by Southern analysis.

掲載雑誌
Appl. Environ. Microbiol.. 72, 484-490(2006)

2 Cloning and Expression of 1,2-α-Mannosidase Gene (fmanIB) from Filamentous Fungus Aspergillus oryzae: in Vivo Visualization of the FmanIBp-GFP Fusion Protein 糸状菌Aspergillus oryzaeからの1,2-α-マンノシダーゼ遺伝子(fmanIB)のクローニングと発現:FmanIBp-GFP融合タンパク質の生体内可視化

著者
T.Akao, M.Yamaguchi, A.Yahara, K.Yoshiuchi, H.Fujita, O.Yamada, O.Akita, T.Ohmachi, Y.Asada, T.Yoshida.
赤尾健、山口雅子、矢原明典、吉内くみ、藤田寛也、山田修、秋田修、大町鉄男、浅田芳宏、吉田孝
要約

1,2-alpha-Mannosidase catalyzes the specific cleavage of 1,2-alpha-mannose residues from protein-linked N-glycan. In this study, a novel DNA sequence homologous to the authentic 1,2-alpha-mannosidase was cloned from a cDNA library prepared from solid-state cultured Aspergillus oryzae. The fmanIB cDNA consisted of 1530 nucleotides and encoded a protein of 510 amino acids in which all consensus motifs of the class I alpha-mannosidase were conserved. Expression of the full length of 1,2-alpha-mannosidase cDNA by the Aspergillus host, though it has rarely been done with other filamentous-fungal mannosidase, was successful with fmanIB and caused an increase in both intracellular and extracellular mannosidase activity. The expressed protein (FmanIBp) specifically hydrolyzed 1,2-alpha-mannobiose with maximal activity at a pH of 5.5 and a temperature of 45 degrees C. With Man(9)GlcNAc(2) as the substrate, Man(5)GlcNAc(2) finally accumulated while hydrolysis of the 1,2-alpha-mannose residue of the middle branch was rate-limiting. To examine the intracellular localization of the enzyme, a chimeric protein of FmanIBp with green fluorescent protein was constructed. It showed a dotted fluorescence pattern in the mycelia of Aspergillus, indicative of the localization in intracellular vesicles. Based on these enzymatic and microscopic results, we estimated that FmanIBp is a fungal substitute for the mammalian Golgi 1,2-alpha-mannosidase isozyme IB. This and our previous report on the presence of another ER-type mannosidase in A. oryzae (Yoshida et al., 2000) support the notion that the filamentous fungus has similar steps of N-linked glycochain trimming to those in mammalian cells.

1,2-α-マンノシダーゼは、糖タンパク質のN結合型糖鎖からの1,2-α-マンノースの特異的切断を触媒する。本研究では、Aspergillus oryzaeの固体培養cDNAライブラリーから、既知の1,2-α-マンノシダーゼに相同的な新規DNA配列をクローン化した。そのfmanIBのcDNAは1530塩基から成り、510アミノ酸残基をコードしていたが、アミノ酸配列中ににクラスⅠα-マンノシダーゼのコンセンサスモチーフの全てが保存されていた。Aspergillus属をホストとした1,2-α-マンノシダーゼのcDNA全長の発現は、他の糸状菌のマンノシダーゼについては例がないが、fmanIBの場合は成功し、細胞内と細胞外の両方でマンノシダーゼ活性の上昇が認められた。発現タンパク質FmanIBpは1,2-α-マンノビオースを特異的に加水分解し、その至適pHは5.5、至適温度は45℃であった。Man9GlcNAc2を基質とした場合、中央のブランチの加水分解が律速となったが、最終的にMan9GlcNAc2が蓄積した。酵素の細胞内局在を解析するために、FmanIBpとGFPのキメラタンパクを構築し発現させたところ、麹菌体にドット状の蛍光が観察され、細胞内ベシクルへの局在が示唆された。これらの酵素学的、顕微鏡的な解析の結果から、FmanIBpは哺乳類のゴルジ型1,2-α-マンノシダーゼのアイソザイムIBに相当するタンパク質であると推定した。本研究及びA. oryzaeの別のER型マンノシダーゼの存在に関する既報は、菌類のN結合型糖鎖のトリミングが哺乳類細胞と似た経路をとるという考えを支持するものである。

掲載雑誌
Biosci. Biotechnol. Biochem., 70(2), 471-479(2006)

3 Structural and Retrogradation Properties of Rice Endosperm Starch Affect Enzyme Digestibility of Steamed Milled-Rice Grains Used in Sake Production 米胚乳澱粉の構造及び老化特性が清酒醸造における蒸し米の酵素消化性に影響を及ぼす

著者
M.Okuda, I.Aramaki, T.Koseki, N.Inouchi, and K.Hashizume
奥田将生、荒巻功、小関卓也、井ノ内直良、橋爪克己
要約

Structural and physicochemical characteristics of endosperm starch from milled rice grains of seven Japanese cultivars used in sake production were examined. Amylose content was 15.2 - 20.2%, number-average degree of polymerization (DP(n)) of amylose was 900 - 1,400, and the ratio of short-to-long chain amylopectin was 2.7 - 3.5, respectively. The degree of retrogradation of purified starch stored for seven days at 4℃ after gelatinization was 20 - 31%. The degree of retrogradation correlated negatively with the ratio of short-to-long chain amylopectin. The effect of holding time after steaming on enzyme digestibility and starch retrogradation of steamed rice grains was investigated. The longer the holding time after steaming, the greater the extent of retrogradation, and the less the degree of enzymatic digestibility. The decreased rate of enzyme digestibility correlated with amylopectin chain length distribution. Samples with short-chain amylopectin exhibited a slow decrease in enzyme digestibility. It was determined that the structure and retrogradation properties of endosperm starch in Japanese rice cultivars affect the decreasing rate of enzyme digestibility of the steamed, milled rice grains.

清酒醸造に使用される日本の7品種の精白米について、デンプン構造及び物理化学的特性を調べた。アミロース含量は、15.2-20.2%で、アミロースの数平均重合度は900-1400で、アミロペクチンの短鎖/長鎖比は2.7-3.5だった。糊化後4℃で7日間保存した精製デンプンの老化度は、20-31%だった。老化度は、アミロペクチンの短鎖/長鎖比と負の相関性を示した。蒸し後の放置時間が蒸し米の酵素消化性と蒸し米のデンプンの老化に与える影響について調べた。蒸し後の放置時間が長くなるにつれ、老化が進行し、蒸し米の酵素消化性が低下した。酵素消化性の低下率は、アミロペクチンの側鎖長分布に相関性を示した。アミロペクチンの短鎖割合が多い品種は酵素消化性の低下がゆるやかだった。以上より、日本の栽培品種において米のデンプン構造と老化特性が蒸し米の酵素消化性の低下率に影響を及ぼすことが示された。

掲載雑誌
Cereal Chemistry 83(2):143-151 (2006)

4 Difference in the Physical Properties of White-Core and Non-White-Core Kernels of the Rice Varieties for Sake Brewing is Unrelated to Starch Properties 酒造好適米の心白粒と無心白粒の物性の差異にはデンプン特性は関係しない

著者
M.Tamaki, S.Kurita, M.Toyomaru, T.Itani, T.Tsuchiya, I.Aramaki and M.Okuda
玉置雅彦、栗田真吾、豊丸美由紀、猪谷富雄、土屋隆生、荒巻功、奥田将生
要約

This study was designed to determine whether or not the difference in the physical properties between white-core and non-white-core kernels of the rice varieties for sake brewing is associated with their starch properties. We used two rice cultivars for sake brewing, Senbon-nishiki and Yamada-nishiki, from three different plots in Hiroshima prefecture. Hardness values of kernels were significantly higher in non-white-core than in white-core kernels in both varieties. Vickers hardness (VH) values were lowest at the center of the kernel in both types of kernels. VH values of white-core tissues of white-core kernels were significantly lower than those of corresponding tissues of non-white-core kernels. No significant differences were observed between the two types of kernels in VH values of the surrounding translucent tissues and in the starch properties (amylose content, pasting properties analyzed using a rapid viscoanalyzer and gelatinization properties analyzed using a differential scanning calorimetry). These results suggest that the difference in physical properties between the two types of kernels of the rice varieties for sake brewing are associated with the difference in structure of endosperm cells and not in starch properties.

広島県内の異なる3ヶ所で収穫した酒造好適米の千本錦と山田錦を供試し、心白粒と無心白粒の物性に及ぼすデンプン特性の影響について検討した。粒の硬度値は、両品種とも無心白粒が心白粒に比べて有意に高かった。粒の縦断面でのVickers hardness(VH)値は、心白粒、無心白粒とも粒の中心部で最も低かった。心白粒は無心白粒に比べて心白組織のVH値は有意に低いが、心白組織の外側の透明な組織では心白粒と無心白粒のVHには有意な差異が認められなかった。アミロース含量、RVAの粘度特性値、DSCの糊化特性値は、心白粒と無心白粒の間で有意な差異が認められなかった。以上の結果から、酒造好適米の心白粒と無心白粒の物性の差異は、デンプン特性の差異が関係しているのではなく、粒の硬度分布の差異の結果から推察されるように、心白粒と無心白粒の胚乳細胞構造の差異が関係している可能性が示唆された。

掲載雑誌
Plant Prod.Sci.9(1): 78-82 (2006)

5 Effects of temperature on anthocyanin biosynthesis in grape berry skins 温度がブドウ果皮のアントシアニン合成に及ぼす影響

著者
T.Yamane, S.T.Jeong, N.Goto-Yamamoto, Y.Koshita, and S.Kobayashi
山根崇嘉、鄭 硯泰、後藤(山本)奈美、児下佳子、小林省藏
要約

Although coloration of grape berry skins is influenced by temperature, the details of its effects have not been reported. To find temperature sensitive stages for coloration and to clarify the mechanisms that underlie the effect of temperature on anthocyanin accumulation, two-week treatments at temperatures of 20℃ and 30℃ were carried out at four different stages of development and ripening using each of three potted vines of Aki Queen (Vitis labrusca x V. vinifera). Anthocyanin accumulation in the skins was significantly higher at 20℃ than at 30℃ after the temperature treatment, and the most sensitive stage for the temperature treatment was from one to three weeks after coloring began (stage III). Furthermore, at harvest, the grapes treated at 20℃ in stage III contained the highest concentration of anthocyanin. After temperature treatment in stage III, the concentration of abscisic acid (ABA), a plant hormone related to anthocyanin accumulation, in the berry skins was 1.6 times higher at 20℃ than at 30℃. The copy numbers of accumulated mRNA of anthocyanin biosynthetic enzyme genes and a myb-related regulate gene, VvmybA1, were also higher at 20℃ than at 30℃. These results and previous reports indicate that the high and low temperatures during ripening, especially in stage III, likely affect the production and/ or degradation of ABA in berry skins and that the endogenous ABA level affects the expression of VvmybA1; the product of VvmybA1 then controls the expression of the anthocyanin biosynthetic enzyme genes.

ブドウ果皮の着色は温度の影響を受けるが、その詳細は報告されていない。温度に敏感な時期を明らかにし、また温度が着色に及ぼす影響のメカニズムを解明するため、ブドウの生育及び成熟期を4期間に分け、鉢植えの安芸クイーン(Vitis vinifera x V. labrusca)各3樹を用いて、2週間、20℃または30℃で温度処理を行った。処理後の果皮へのアントシアニン蓄積は20℃処理の方が有意に30℃処理よりも高く、着色開始後1-3週間(ステージIII)が最も温度に敏感であり、この時期に20℃処理したブドウが収穫期に最もアントシアニン含量が高かった。ステージIIIの処理後、着色に関連する植物ホルモンのアブシジン酸(ABA)濃度は、20℃処理が30℃処理の1.6倍高かった。アントシアニン合成系遺伝子及びVvmybA1のmRNA量も20℃処理の方が30℃処理よりも高かった。この結果及びこれまでの報告から、成熟中、特にステージIIIの高/低温はABAの生産及び/又は分解に影響を及ぼし、ABAレベルの違いが転写制御因子のVvmybA1の発現を制御し、さらにVvmybA1タンパク質がアントシアニン合成系遺伝子の発現を制御している可能性が示唆された。

掲載雑誌
Am. J. Enol. Vitic., 57 (1) 54-59 (2006)

6 Development of Grape Microsatellite Markers and Microsatellite Analysis Including Oriental Cultivars ブドウマイクロサテライトマーカーの開発と東洋系品種を含むマイクロサテライト解析

著者
N.Goto-Yamamoto, H.Mouri, M.Azumi, and K.J.Edwards
後藤(山本)奈美、毛利宏、安住政俊、Keith J.Edwards
要約

Nine newly developed microsatellite markers for grapes were characterized. Using these markers and eight reported markers, seven Occidental and eight Oriental cultivars were analyzed, including Japanese and Chinese cultivars of Vitis vinifera, two cultivars of V. labrusca, and one sample each of V. riparia and V. rotundifolia. Calculated phenetic distances (1 - proportion of shared alleles) agreed well with the classification of grapes. A dendrogram based on the phenetic distances showed a clear separation of species of Vitis, as well as Oriental and Occidental cultivars. Results suggested the importance of Oriental cultivars as genetic resources of grapes.

9個のマイクロサテライトマーカーを開発し、その性質を示した。これら9マーカーと既報の8マーカーを使用して、中国や日本の品種を含むV. vinifaraV. labruscaなどを用いたブドウのマイクロサテライト解析を行った。供試ブドウの表型距離を(1-フラグメント共有率)で計算したところ、ブドウの分類と一致する結果であった。また、この表型距離に基づいて樹形図を作成すると、ブドウの種および東洋系、西洋系品種がはっきりと分離した。これらの結果から、東洋系品種は、ブドウの遺伝資源として重要であることが示された。

掲載雑誌
Am. J. Enol.Vitic., 57 (1), 105-108 (2006)

7 Rice Bran Fractions Improve Blood Pressure, Lipid Profile, and Glucose Metabolism in Stroke-Prone Spontaneously Hypertensive Rats コメ赤糠画分は脳卒中モデルマウスの血圧、脂質プロファイル、及びグルコース代謝を改善する

著者
Ardiansyah,* H.Shirakawa, T.Koseki, K.Ohinata, K.Hashizume, and M.Komai
アルディアンシャー、白川仁、小関卓也、大日向耕作、橋爪克己、駒井三千夫
要約

Effect of dietary supplementation of two types of rice bran fraction on blood pressure (BP), lipid profile, and glucose metabolism in stroke-prone spontaneously hypertensive rats was studied. Male 4-week-old rats were divided into one group fed the AIN-93M-based control (C) diet and two groups fed diet supplemented with 60 g/kg of Driselase and ethanol fractions (DF and EF, respectively) of rice bran. After 8 weeks feeding, the BP decreased in the DF and EF groups in comparison with the C group (p < 0.01). Plasma ACE inhibitory activity, BUN, BUN/creatinine ratio, albumin, triglyceride, and glucose levels were lower in the DF and EF groups than in the C group (p < 0.01). Plasma nitric oxide and urinary 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine levels were lower in the DF and EF groups than in the C group (p < 0.01). Rice bran fractions appear to have a beneficial dietary component that improves hypertension, hyperlipidemia, and hyperglycemia.

食餌への2種類の赤糠画分の添加が脳卒中モデルラットの血圧、脂質プロファイル、グルコース代謝に及ぼす影響を研究した。4週齢の雄ラットを、AIN-93M-based コントロール(C)食餌を与えた1つのグループと、コメ赤糠をドリセラーゼ及びエタノールで調製した(DF及びEF)ものを60kg/kg添加した2つのグループに分けた。8週間食餌を与え続けた後、DF及びEFグループの血圧はCグループと比較して有意に低下した(p < 0.01)。DF及びEFグループの血漿中のACE阻害活性、BUN,BUN/クレアチニン比、アルブミン、トリグリセライド、及びグルコースレベルはCグループのそれに比較して低かった(p < 0.01)。血漿中の一酸化窒素及びurinary 8-hydroxy-2'-deoxyguanosine については、DF及びEFグループがCグループより低かった(p < 0.01)。コメ赤糠画分は、高血圧、高脂血症、及び高血糖症の改善に有益な食餌成分が含まれていることを示唆している。

掲載雑誌
J. Agric. Food Chem., 54 (5), 1914 -1920, 2006.

8 An Aspergillus oryzae acetyl xylan esterase: Molecular cloning and characteristics of recombinant enzyme expressed in Pichia pastoris Aspergillus oryzaeのアセチルキシランエステラーゼ:分子クローニングとPichia pastorisで発現させたリコンビナント酵素の性質

著者
T.Koseki, Y.Miwa, T.Akao, O.Akita, K.Hashizume
小関卓也、三輪陽三、赤尾健、秋田修、橋爪克己
要約

We screened 20,000 clones of an expressed sequence tag (EST) library from Aspergillus oryzae and obtained one cDNA clone encoding a protein with similarity to fungal acetyl xylan esterase. We also cloned the corresponding gene, designated as Aoaxe, from the genomic DNA. The deduced amino acid sequence consisted of a putative signal peptide of 31-amino acids and a mature protein of 276-amino acids. We engineered Aoaxe for heterologous expression in P. pastoris. Recombinant AoAXE (rAoAXE) was secreted by the aid of fused α-factor secretion signal peptide and accumulated as an active enzyme in the culture medium to a final level of 190 mg/l after 5 days. Purified rAoAXEA before and after treatment with endoglycosidase H migrated by SDS-PAGE with a molecular mass of 31 and 30 kDa, respectively. Purified rAoAXE displayed the greatest hydrolytic activity toward α-naphthylacetate (C2), lower activity toward α-naphthylpropionate (C3) and no detectable activity toward acyl-chain substrates containing four or more carbon atoms. The recombinant enzyme catalyzed the release of acetic acid from birchwood xylan. No activity was detectable using methyl esters of ferulic, caffeic or sinapic acids. rAoAXE was thermolabile in comparison to other AXEs from Aspergillus.

Aspergillus oryzae のESTライブラリーの20000クローンをスクリーニングし、糸状菌のアセチルキシランエステラーゼに相同性を持つタンパク質をコードする1つのcDNAクローンを得た。また、該当する遺伝子をゲノムDNAからクローニングし、Aoaxeと命名した。推定アミノ酸配列は、31アミノ酸残基からなる推定シグナルペプチド、276アミノ酸残基からなるマチュアータンパク質部分から構成されていた。AoaxeP. pastorisで発現を試みた。リコンビナントAoAXE(rAoAXE)はα-ファクター分泌シグナルによって分泌され、活性を持つ酵素として培地中に蓄積され、そのレベルは5日後に190mg/lに達した。精製したr AoAXEはエンドグリコシダーゼHの処理の前後に、SDS-PAGEで、それぞれ分子質量31及び30kDAを示した。精製したrAoAXEは、α-ナフチルアセテート(C2)に対して最も強い加水分解活性を示し、α-ナフチルプロピオネート(C3)には低い活性を示し、4若しくはそれ以上の脂肪鎖基質に対しては活性を示さなかった。このリコンビナント酵素はbirchwoodキシランから酢酸を生成する反応を触媒した。フェルラ酸、コーヒー酸、及びシナピン酸のメチルエステルには作用しなかった。rAoAXEは、他のAspergillus属のAXEと比較して熱安定性が低かった。

掲載雑誌
Journal of Biotechnology 121 (2006) 381-389

9 Characterization of Low-Acetic-Acid-Producing Yeast Isolated from 2-Deoxyglucose-Resistant Mutants and Its Application to High-Gravity Brewing 2-デオキシグルコース耐性により分離した酢酸低生産性酵母の性質と高濃度醸造への応用

著者
A.Mizuno, H.Tabei, and M.Iwahuti
水野昭博、田部井英明、岩渕正文
要約

We isolated a mutant with low acetic acid and high ethanol productivities from 2-deoxyglucose-resistant mutants of brewer's yeast NCYC1245 (Saccharomyces cerevisiae). To determine the mechanism for these properties in the mutant (2DGR19) during fermentation, gene expression and enzyme activity related to acetic acid and ethanol production were investigated. DNA microarray analysis revealed that the transcriptional levels of many genes involved in glycolysis were higher in 2DGR19 than in NCYC1245. Among these transcriptional levels of 2DGR19 relative to NCYC1245, the expression level of ADH4 encoding alcohol dehydrogenase (ADH) was highest, which corresponded to the high ADH activity in 2DGR19. Quantitative PCR analysis also revealed that the transcriptional level of ADH4 was the highest among ADH1 to ADH4. Although no significant differences in the transcriptional levels of ALD2 to ALD6 encoding acetaldehyde dehydrogenase (ALD) between 2DGR19 and NCYC1245 were observed, ALD activity in 2DGR19 was lower. Using quantitative PCR analysis, ALD6 was found to be the most highly expressed among the ALD2 to ALD6 genes. These results indicate that ALD6 contributes to a low ALD activity, depending on post-transcriptional regulation. A high ADH activity appeared to be the major reason for the high ethanol productivity of 2DGR19. A low ALD activity was considered to be principally responsible for a low acetic acid productivity, although a high ADH activity also might have played a role. Beer brewed using 2DGR19 in pilot-scale high-gravity brewing contained about half as much acetic acid and 1.1% more ethanol compared with that brewed using NCYC1245. The use of 2DGR19 may overcome difficulties associated with high-gravity brewing.

ビール酵母NCYC1245(Saccharomyces cerevisiae)の2-デオキシグルコース耐性株から、酢酸低生産性かつエタノール高生産性の変異株を分離した。発酵中における変異株(2DGR19)のこれら性質の機構を調べるために、酢酸とエタノール生産に関連する遺伝子発現と酵素活性を調べた。DNAマイクロアレイ解析により、解糖系の多くの遺伝子の転写レベルが2DGR19においてNCYC1245より高いことが分かった。NCYC1245に対する2DGR19のこれらの転写レベルの中で、アルコール脱水素酵素(ADH)をコードするADH4の転写レベルが最も高く、2DGR19における高いADH活性と合致した。定量PCR解析では、ADH4の転写レベルがADH1からADH4中で最も高かった。アセトアルデヒド脱水素酵素(ALD)をコードするALD2からALD6の転写レベルの違いは2DGR19とNCYC1245に認められなかったが、2DGR19のALD活性は低かった。定量PCR解析によって、ALD6ALD2からALD6において最も高発現していることが分かった。これらの結果は、ALD6が転写後制御によって低いALD活性に寄与することを示唆する。高いADH活性が2DGR19の高いエタノール生産性の主要な理由に思われた。酢酸低生産性は、高いADH活性も寄与しているかもしれないが、低いALD活性が主要な原因と考えられた。パイロット規模の高濃度醸造において2DGR19を使用して醸造したビールは、NCYC1245を使用して醸造したものと比較して、約半分の酢酸と1.1%高いエタノール含有量であった。2DGR19の使用は、高濃度醸造に関連する問題を克服する。

掲載雑誌
J. Biosci. Bioeng., 101, 31-37 (2006)

10 白麹菌の細胞表層に存在するGPIアンカータンパク質 GPI-anchored cell suurface protein of white koji mold

著者
中村洋二郎、下飯仁、伊藤清
Y.Nakamura, H.Shimoi and K.Ito
要約

白麹菌から細胞表層タンパク質の候補(CwpA)を得たが、本遺伝子のコードするタンパク質はN末端とC末端の双方に疎水性領域をもち、GPIアンカータンパク質の特徴的な構造を示した。

本タンパク質は膜画分に存在し、PI-PLC処理を行わない場合には界面活性剤層に抽出され、PI-PLC処理を行いリン脂質の部分を切断除去すると水層に移行した。また、GIP付加シグナルの直前にストップコドンを人工的に導入すると、細胞に保持されず、分泌された。以上の結果より、CwpAはGPIアンカータンパク質であることが示された。

GFPを付加したCwpAは細胞表層に蛍光を示したので、細胞膜にGPIを介してアンカリングされていることが示された。

A candidate of the GPI-anchored cell surface protein (CwpA) was obtained from Aspergillus kawachii. This protein possessed hydrophobic regions in both the N-terminus and C-terminus, a feature indicating the characteristics of a GPI-anchored protein.

CwpA existed in the membrane fraction of the cell, and it was extracted into the detergent phase (Triton X114) when not treated with PI-PLC, but it remained in the aqueous phase when treated with PI-PLC. CwpA, which was deleted from the GPI anchor signal by the insertion of an artificial stop codon just before the C-terminal hydrophobic region, was secreted. These results suggest that CwpA is a GPI-protein.

Fluorescence was observed at the cell surface in the transformant of the GFP-CwpA fusion gene, indicating the fact that CwpA is anchored to the cell membrane via GPI.

掲載雑誌
日本醸造協会誌、Vol.101, 53-60 (2006)

11 市販酒の老香に関与する香気成分 Aroma compounds responsible for “hineka" in commercial sake

著者
磯谷敦子、宇都宮仁、神田涼子、岩田博、中野成美
A.Isogai, H.Utsunomiya, R.Kanda, H.Iwata and S.Nakano
要約

市販酒における「老香」に関与する香気成分について検討するため、全国市販酒類調査において老香を指摘された市販清酒(老香清酒)の香気成分の定量および官能評価を行った。比較のため、「老香」を指摘されなかった市販清酒(老香なし清酒)および長期熟成酒(貯蔵期間3年以上)についても分析を行った。揮発性アルデヒド類、エチルエステル類、ポリスルフィド(DMDS, DMTS)、フルフラール、ソトロンは、老香なし清酒<老香清酒<長期熟成酒の順に多くなった。主成分分析の結果、老香清酒はポリスルフィドが相対的に多く、長期熟成酒で貯蔵期間が特に長いものはソトロン、揮発性アルデヒド類、フルフラールおよびコハク酸ジエチルが多いことが示唆された。市販酒の官能評価の結果、老香強度とDMTS濃度の対数との間には相関がみられたが、ソトロン濃度の対数との間には相関がみられなかった。これらの結果から、DMTSは市販酒における「老香」に大きく寄与していることが示唆された。

To examine aroma compounds responsible for “hineka" in commercial sake, we carried out a quantitative analysis of aroma compounds and a sensory analysis for commercial sake in which “hineka" was pointed out in the national survey of commercial sake. We also analyzed commercial sake without “hineka" and commercial aged sake (stored for more than 3 years) for comparison. Volatile aldehydes, ethyl esters, polysulfides (DMDS and DMTS), furfural and sotolon increased in the order of : commercial sake without “hineka", commercial sake with “hineka", commercial aged sake. Result of principal component analysis suggested that commercial sake with “hineka" was characterized by relatively high levels of polysulfides, while commercial aged sake stored for long periods was characterized by high levels of sotolon, volatile aldehydes, furfural and diethyl succinate. A sensory analysis of the commercial sake showed that the logarithm of DMTS concentration correlated with “hineka" score, while that of sotolon did not. These results suggest that DMTS contributes greatly to “hineka" in commercial sake

掲載雑誌
日本醸造協会誌、Vol.101, 125-131 (2006)

12 A new method for isolation of S-adenosylmethionine (SAM)-accumulating yeast S-adenosylmethionine (SAM)を蓄積する酵母の新規取得法

著者
M.Shobayashi, N.Mukai, K.Iwashita, Y.Hiraga, H.Iefuji
庄林愛、向井伸彦、岩下和裕、平賀良知、家藤治幸
要約

S-adenosylmethionine (SAM) is an important metabolite that participates in many reactions as a methyl group donor in all organisms, and has attracted much interest in clinical research because of its potential to improve many diseases, such as depression, liver disease and osteoarthritis. Because of these potential applications, a more efficient means is needed to produce SAM. Accordingly, we developed a positive selection method to isolate SAM-accumulating yeast in this study.

In Saccharomyces cerevisiae, one of the main reactions consuming SAM is thought to be the methylation reaction in the biosynthesis of ergosterol that is catalyzed by Erg6p. Mutants with deficiencies in ergosterol biosynthesis may accumulate SAM as a result of the reduction of SAM consumption in ergosterol biosynthesis. We have applied this method to isolate SAM-accumulating yeasts with nystatin which has been used to select mutants with deficiencies in ergosterol biosynthesis. SAM-accumulating mutants from S. cerevisiae K-9 and X2180-1A were efficiently isolate by this method. These mutants accumulated 1.7-5.5 times more SAM than their parental strains. NMR and GC-MS analyses suggested that two mutants from K-9 have a mutation in the erg4 gene and erg4 disruptants from laboratory strains also accumulated more SAM than their parental strains. These results indicate that mutants having mutations in the genes for enzymes that act downstream of Erg6p in ergosterol biosynthesis are effective in accumulating SAM.

S-adenosylmethionine(SAM)はすべての生体内でメチル基供与体として多くの反応に関与し、うつや肝疾患、骨関節炎など多くの病気の改善に寄与する可能性があることより注目されている重要な物質である。このことより、SAMのより効率的生産方法が求められている。そこで我々は本研究において、SAMを高蓄積する酵母のポジティブ選抜方法の開発を行った。Saccharomyces cerevisiaeにおいて、SAMを消費する主な反応の1つは、Erg6pによって触媒されるエルゴステロール生合成におけるメチル化反応であると考えられる。エルゴステロール生合成系の欠損変異株は、エルゴステロール生合成でSAM消費の軽減の結果としてSAMを蓄積する可能性がある。そこで我々は、エルゴステロール生合成の欠損変異株を選択するのに用いられるナイスタチンを、SAM高蓄積酵母を分離することに適用し、このことで清酒酵母S. cerevisiae K-9と実験室酵母X2180-1AからSAM高蓄積する変異株を効率的に取得することに成功した。

これらの株は、親株と比較し、1.7から5.5 倍多くのSAMを蓄積していた。

NMRとGC-MS分析により、K-9から得られた2つの変異株はerg4の遺伝子の変異であることが示された。また、実験室株のerg4 破壊により、親株よりより多くのSAMを蓄積することを確認した。これらの結果は、エルゴステロール生合成経路上でErg6pの下流で働く酵素遺伝子の変異がSAM蓄積に有効であることを示すものである。

掲載雑誌
Appl. Microbiol. Biotechnol. 69(6), 704-710 (2006)

13 Homocysteine accumulation causes a defect in adenine biosynthesis: further characterization of Schizosaccharomyces pombe methionine auxotrophs ホモシステインの蓄積はアデニン生合成の欠損を引き起こす:Schizosaccharomyces pombeメチオニン要求株の特性

著者
Y.Fujita, E.Ukena, H.Iefuji, Y.Giga-Hama, K.Takegawa.
藤田康子、浮穴えい子、家藤治幸、Y. Giga-Hama、竹川薫
要約

Methionine synthase (EC2.1.1.14) catalyses the final step in methionine synthesis i.e., methylation of homocysteine. A search of the Schizosaccharomyces pombe genomic database revealed a gene designated SPAC9.09, encoding a protein with significant homology to methionine synthase. Disruption of SPAC9.09 caused methionine auxotrophy, thus the gene was identified as a methionine synthase and designated met26+. We investigated additional phenotypes of the met26 mutant and found that it exhibited a remarkable growth defect in the absence of adenine even in media supplemented with methionine. This phenotype was not observed in other methionine auxotrophs. In the budding yeast Saccharomyces cerevisiae that has been reported to utilize homocysteine in cysteine synthesis, lack of a functional methionine synthase did not cause a requirement for adenine. The introduction of genes from S. cerevisiae constituting the cystathionine pathway (CYS4 and CYS3) into S. pombe met26D cells restored growth in the absence of adenine. HPLC analysis showed that total homocysteine content in met26D cells was higher than in other methionine auxotrophs and that introduction of the S. cerevisiae cystathionine pathway decreased total homocysteine levels. These data demonstrate that accumulation of homocysteine causes a defect in adenine biosynthesis in the met26 mutant.

メチオニンシンターゼ(EC2.1.1.14)は、メチオニン合成の最終ステップ、すなわちホモシステインのメチル化を行う酵素である。分裂酵母Schizosaccharomyces pombeゲノムのデータベース検索により、SPAC9.09と称される遺伝子がメチオニンシンターゼに有意な相同性を持つことが示された。

SPAC9.09の破壊はメチオニン栄養素要求性を生じることより、この遺伝子はメチオニンシンターゼであることが確認されて、met26+と称することとした。

我々は、met26変異株がアデニン欠乏培地において、メチオニンが供給されているにもかかわらず増殖が著しく悪いことを見出したこの現象は、他のメチオニン要求株では観察されなかった。

出芽酵母Saccharomyces cerevisiaeはシステイン合成にホモシステインを利用することが報告されているが、出芽酵母ではメチオニンシンターゼの欠損がアデニンの要求性を引き起こすことはない。S. cerevisiaeのシスタチオニン経路上の構成酵素であるCYS4CYS3遺伝子をS.pombmet26Dに導入したところ、アデニン欠乏培地における増殖が回復する。HPLCによる定量解析の結果、met26D株では総ホモシステイン含有量が他のメチオニン要求株より高く、またS. cerevisiaeシスタチオニン経路の導入は総ホモシステインレベルを減少させることが示された。これらのデータは、ホモシステインの細胞内蓄積がmet26変異株でアデニン生合成を抑制することを示すものである。

掲載雑誌
Microbiology, 152, 398-404 (2006)

14 Comparison of the chiral recognition of prochiral substrates in the acetylation reaction by a novel lipase (CSL) from the yeast, Cryptococcus spp. S-2 with immobilized PPL Enzyme-catalyzed desymmetrization and asymmetrization of prochiral 2-substituted 1,3-propanediols by CSL and immobilized PPL 酵母Cryptococcus sp. S-2由来新規リパーゼと固定化豚膵臓リパーゼのプロキラル物質のアセチル化反応における光学異性体認識の比較

著者
C.Lin, Y.Hiraga, K.Masaki, H.Iefuji and K.Ohkata
藺春蕾、平賀良知、正木和夫、家藤治幸、大方勝男
要約

In order to elucidate the nature of a novel lipase (CSL), isolated from the yeast Cryptococcus spp. S-2, in chiral recognition by comparison with that of immobilized PPL, the desymmetrization and asymmetrization of prochiral 2-phenyl-1,3-propanediol (1a), 2-benzyl-1,3-propanediol (1b), 2-methyl-2-phenyl-1,3-propanediol (1c), 2-benzyl-2-methyl-1,3-propanediol (1d), 2-ethyl-2-phenyl-1,3-propanediol (1e), and 2-benzyl-2-ethyl-1,3-propanediol (1f) by acetylation was investigated. Acetylation of 1a with excess vinyl acetate by the CSL-enzyme catalyst gave the corresponding monoacetate 2a with high enantioselectivity (80% ee) in 46% yield. Very high levels of desymmetrization were observed in the tertiary systems of 1c-f, giving the corresponding monoacetates 2c-f, respectively, in >97%. In the desymmetrization of diols 1a, 1c, 1d, and 1f, the sense of chiral differentiation of CSL was opposite to that of immobilized porcine pancreatic lipase (PPL).

酵素を用いたプロキラルなジオール化合物のエステル化反応による、光学活性物質の合成は、酵素の持つ高い基質特異性を利用した通常の化学合成方法とは異なる魅力的な合成反応である。本論文ではクリプトコッカスspp. S-2 から単離された新規リパーゼ(CSL)の各種ジオールの非対称不斉エステル化反応について、固定化酵素のブタ膵臓リパーゼ(PPL)と比較した。

光学異性体の前駆体であるジオール化合物として以下の6つ(1a~1f)の化合物(2-phenyl-1,3-propanediol (1a)、2-benzyl-1,3-propanediol (1b)、2-methyl-2-phenyl-1,3-propanediol (1c)、2-benzyl-2-methyl-1,3-propanediol (1d)、2-ethyl-2-phenyl-1,3-propanediol (1e)、2-benzyl-2-ethyl-1,3-propanediol (1f))に対するアセチル化反応を利用したエステル化に伴う光学異性化を詳細に検討した。

CSLによる過剰量の酢酸ビニルを用いたアセチル化反応においては、化合物 1a を基質とした場合、3-Acetoxy-2-phenylpropanol (2a) を非常に高い立体特性を示しつつ (80%ee) 、46%の収率で合成反応が進行した。また、化合物 1c~1f を基質とした場合には、全てにおいて1つの水酸基のみのエステル化反応が主に進行し、生成物の97% 以上がキラル化合物(2c~2f)であった(3-Acetoxy-2-methyl-2-phenylpropanol (2c)、3-Acetoxy-2-benzyl-2-methylpropanol (2d)、3-Acetoxy-2-ethyl-2-phenylpropanol (2e)、3-Acetoxy-2-benzyl-2-ethylpropanol (2f))。ジオール化合物である1a、1c、1d、1f を基質とした非対称不斉エステルの合成においては、CSLはR体化合物よりS体化合物の合成反応をより促進するのに対し、PPLを用いた場合の合成産物はR体のほうが優勢であった。

掲載雑誌
J. Molecular Catalysis B: Enzymatic 38 1-10 (2006)

15 Organ-Specific Transcription of Putative Flavonol Synthase Genes of Grapevine and Effects of Plant Hormones and Shading on Flavonol Biosynthesis in Grape Berry Skins ブドウのフラボノール合成酵素遺伝子の器官特異的転写、及びブドウ果皮フラボノールの生合成に及ぼす植物ホルモン及び遮光処理の影響

著者
A.Fujita, N.Goto-Yamamoto, I.Aramaki, and K.Hashizume
藤田晃子、後藤(山本)奈美、荒巻功、橋爪克己
要約

In order to investigate the control mechanism of flavonol biosynthesis of grapevine, we obtained five genomic sequences (FLS1 to FLS5) of putative flavonol synthase genes from Vitis vinifera cv. Cabernet Sauvignon. The mRNA of five FLSs accumulated in flower buds and flowers, while the mRNA of FLS2, FLS4, and FLS5 accumulated in small berry skins and then decreased toward veraison. At the ripening stage, the mRNA of only FLS4 and FLS5 accumulated again. This change in mRNA accumulation did not contradict the flavonol accumulation in the berry skins. Shading of the berries completely inhibited the increase in flavonol content and mRNA accumulation of FLS4, but did not affect the mRNA accumulation of FLS5. The effects of light and plant hormones on flavonol accumulation were different from those on anthocyanin accumulation. Thus flavonol biosynthesis appears to be under a different control system from that of anthocyanin biosynthesis.

赤ワイン用ブドウのフラボノールの生成制御機構を解析することを目的として、5クローンのフラボノール合成酵素遺伝子(FLS1FLS5)の塩基配列を決定した。各遺伝子の転写パターンを調べた結果、それぞれ器官(葉、蕾、花、及び果皮)と時期で異なっていた。果皮のフラボノールの蓄積パターンはフラボノール合成酵素遺伝子のmRNAの蓄積の変化と一致した。また、着色期におけるブドウ果実の遮光処理は果皮のフラボノール、及びFLS4 mRNAの蓄積を強く抑制した。フラボノールの生成は植物ホルモンよりも遮光の影響を強く受けたことから、生合成経路の一部を共有しているアントシアニンとは異なる生合成制御を受けていると考えられた。

掲載雑誌
Biosci. Biotechnol. Biochem., 70 (3), 632-638 (2006)

(2) 取得特許

1 ポリガラクツロナーゼの大腸菌による生産システム

特許番号
特許第3757281号(P3757281)
発行日
2006年3月15日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
福田 央、三上重明
課題

ペクチンは、高等植物の細胞間物質の主要な構成成分であり、広範かつ大量に天然に存在する物質である。ポリガラクツロナーゼは、果汁の清澄化・ろ過性改善、収量向上、野菜果実のピューレ製造、ワインのろ過向上剤、又生化学用の商品として販売されている。またセルロース精製法にも利用方法が提案されている(特開平6-220772)など、その安価な製造、各種ポリガラクツロナーゼのコレクション数の増加は、食品工業界・生化学試薬業界・製紙業界において、重要な課題である。

市販されているポリガラクツロナーゼは、他の必要でない酵素も混入しており、高い純度のものは、生化学用の試薬として入手できるものの高価である。安価なポリガラクツロナーゼの製造は、食品工業界において重要な課題であり、更に高い純度を達成することは、生化学試薬業界にとって重要な課題である。

効果

酵母等天然に存在するポリガラクツロナーゼ遺伝子をそのまま通常の大腸菌に導入しても発現しなかったのであるが、本発明によってはじめて、ポリガラクツロナーゼの大腸菌(Origami B)による生産が可能となり、活性を有するポリガラクツロナーゼを低コストで大量に生産することが可能となった。

2 酒造原料米の精米歩合又は砕米率の推定方法

特許番号
特許第3755026号(P3755026)
発行日
2006年3月22日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
佐藤 和夫、小林 健
課題

本発明は、酒造原料米など原料穀類の酒造適性を高めかつ効率的に搗精を行う技術を提供することを目的とする。本発明は、従来熟練者の経験と勘で行われてきた精米機の制御をコンピュータによりリアルタイム状態で行うことを可能とするものであって、本発明によって精米機の運転を中断することなく精白度を測定できる。また、従来測定が困難であった酒造原料米の精米途中の砕米率及び真精米歩合を測定することができ、精米操作の適否や精米機の稼動状態をリモートで判断することを可能とする。

効果

本発明は従来熟練者の経験と勘で行われてきた酒造用精米機の制御をコンピュータによりリアルタイム状態で行うことを可能とするものであって、本発明によって精米を中断することなく精米歩合を測定できる。また、測定が困難であった精米途中の真精米歩合の測定も可能であって、砕米発生率その他の醸造適性判別のほか、精米操作の適否や精米機の稼動状態をリモートで判断できるなど、清酒等の醸造用原料白米の酒造適性を高めかつ効率的に精米操作を行うことを可能にする効果がある。

3 α-L-アラビノフラノシダーゼ遺伝子

特許番号
特許第3773778号(P3773778)
発行日
2006年2月24日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所、月桂冠株式会社
発明者
小畑浩、秦洋二、川戸章嗣、赤尾健
課題

α-L-アラビノフラノシダーゼ遺伝子のクローニングが行われ、その塩基配列も決定された。また、このクローニングされた上記の新規遺伝子をベクターに挿入することにより宿主(麹菌)を形質転換した。

効果

形質転換体を培養することにより上記酵素を大量に生産することが可能となった。

2006/4/7 掲載

3. 第3四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 Properties of Starch and Protein of "Hattan-Type Varieties" of Rice Suitable for Brewing Original Hiroshima Sake 広島県の独自酒造好適米"八反系品種"デンプン特性およびタンパク質特性

著者
M.Tamaki, R.Kihara, M.Okuda, I.Aramaki, Z.Katsuba and T.Tsuchiya
玉置雅彦、木原理恵、奥田将生、荒巻功、勝場善之助、土屋隆生
要約

By successive crossing using Hattan-type varieties originating from Hattanso" as a parent, "Hattan-type varieties" of rice suitable for brewing the original Hiroshima sake have been bred. In this study, the difference in the properties of starch and protein among the Hattan-type varieties was examined. Six Hattan-type varieties, Hattanso, Hattan No.10, Hattan No.35, Hattan No.40, Hattan-nishiki No.1 and Hattan-nishiki No.2, were used. As the properties of starch, amylose content, pasting properties and gelatinization properties were examined. The pasting and gelatinization properties were examined using a rapid viscoanalyzer (RVA) and a differential scanning calorimetry (DSC), respectively. As the properties of protein, the compositional ratio of two types of protein bodies (PB-II/PB-I) was analyzed. However, no significant differences in the above properties were observed among these Hattan-type varieties. The above properties of starch and protein in Hattanso seem to be retained in all of these varieties. In these varieties, breeding might not have been aimed at improvement of the properties of starch and protein.

広島県の独自酒造好適米"八反系品種"のデンプン特性およびタンパク質特性の品種間差異について検討した。広島県で、八反草を起源として育成した八反系6品種(八反草、八反10号、八反35号、八反40号、八反錦1号、八反2号)を供試材料とした。デンプン特性は、アミロース含量、ラピッドヴィスコアナライザー (RVA)による粘度特性および示差走査熱量計 (DSC)による糊化特性を測定した。タンパク質特性は、Protein body組成比(PB-II/PB-I)を分析した。その結果、アミロース含量、RVAの粘度特性値、DSCの糊化特性値ならびにPB-II/PB-I比には、八反系品種間で有意な差異は認められなかった。八反草を起源として育成した八反系品種は、デンプン特性およびタンパク質特性の改良を目的としなかったために、親である八反草のデンプン特性が維持されたようだ。

掲載雑誌
Plant Prod.Sci. 8(5):586- 591 (2005)

2 Expression of the flavonoid 3'-hydroxylase and flavonoid 3',5'-hydroxylase genes and flavonoid composition in grape (Vitis vinifera) ブドウ(Vitis vinifera)におけるフラボノイド3'ヒドロキシラーゼ及びフラボノイド3'5'ヒドロキシラーゼ遺伝子の発現とフラボノイド組成

著者
S.T.Jeong, N.Goto-Yamamoto, K.Hashizume, and M.Esaka
鄭硯泰、後藤(山本)奈美、橋爪克己、江坂宗春
要約

Flavonoid 3'-hydroxylase (F3'H) and flavonoid 3',5'-hydroxylase (F3'5'H) are involved in the biosynthesis pathway of cyanidin- and delphinidin-based anthocyanins, as well as quercetin and myricetin (flavonols), and procyanidin and prodelphinidin (flavan-3-ols). Grape (Vitis vinifera) accumulates these three classes of flavonoids and is presumed to have both F3'h and F3'5'h. Thus, we obtained the genomic sequences of F3'h and F3'5'h from grape and determined their mRNA levels as well as the flavonoid composition of several grape organs to investigate whether the transcription of these genes controls the flavonoid composition. The flower, stem, tendril, and seed, which accumulated a higher level of mRNA of F3'h than F3'5'h, showed reasonable compositions of flavonols and/or flavan-3-ols. The organs that accumulated a high level of F3'5'h mRNA contained a high level of delphinidin-based anthocyanins (berry skin at the harvest stage) or prodelphinidin (small leaf), consistent with the mRNA levels. However, not all the classes of flavonoid showed a similar composition according to the mRNA levels of F3'h and F3'5'h. The compositions of anthocyanins and flavonols in the small leaf were inconsistent with the mRNA levels. Consequently, other mechanisms in addition to gene transcription are also expected to control the composition of each flavonoid class.

Flavonoid 3'hydrosylase (F3'H) と flavonoid 3',5'-hydroxylase (F3'5'H) はそれぞれシアニジン系及びデルフィニジン系アントシアニン、ケルセチン及びミリセチン (フラボノール)、並びに プロシアニジン及びプロデルフィニジン (フラバン-3-オル)の生合成に関与する。ブドウはこの3種類のフラボノイドを蓄積し、F3'HとF3'5'Hの両方を持つと考えられることから、これらの遺伝子を取得し、これらの遺伝子の転写がフラボノイド組成をコントロールしているかどうかを検討した。花、茎、巻きひげ、及び種子ではF3'5'hよりF3'hのmRNA量が高く、それに見合ったフラボノール及び/又はフラバン-3-オル組成を示した。F3'5'hが高い器官では、デルフィニジン系アントシアニン(収穫期の果皮)又はプロデルフィニジン(小さい葉)含量が高く、mRNAレベルと一致した。しかし、個々のフラボノイドについては必ずしもmRNAレベルと一致した組成を示したとは限らない。小さい葉のアントシアニン及びフラボノール組成はmRNAレベルとは一致せず、従って転写以外のメカニズムも各フラボノイド組成のコントロールに関与していることが推察された。

掲載雑誌
Plant Sci. 170: 61-69 (2006)

3 Anthocyanidin Reductase Gene Expression and Accumulation of Flavan-3-ols in Grape Berry ブドウ果実におけるアントシアニジンレダクターゼ遺伝子の発現とフラバン-3-オールの蓄積

著者
A.Fujita, N.Soma, N.Goto-Yamamoto, H.Shindo, T.Kakuta, T.Koizumi, and K.Hashizume
藤田晃子、相馬紀子、後藤(山本)奈美、進藤斉、角田潔和、小泉武夫、橋爪克己
要約

Proanthocyanidins, which are polymers and oligomers of flavan-3-ol units, are important components of grape for red winemaking and accumulate in the berry skins and seeds. Major flavan-3-ol units of grape proanthocyanidins are (-)-epicatechin and (-)-epigallocatechin. It was recently reported that (-)-epicatechin and (-)-epigallocatechin were biosynthesized from corresponding anthocyanidins by anthocyanidin reductase (ANR). In the current study, we obtained a genomic sequence of the ANR gene of Vitis vinifera cv. Cabernet Sauvignon (VvANR). The deduced amino acid sequence of VvANR conserved the characteristic sequence of ANR of other plants. Southern blot analysis showed that grape ANR is probably encoded by a single copy gene in its haploid genome. Real-time quantitative-PCR using berry skins and seeds showed that the mRNA of VvANR accumulates at the early stage of berry development and then decreases toward the ripening stage. Our analysis and other reports show that proanthocyanidins accumulate in the berry skins and seeds before veraison, especially during the early stage of development, and then decrease in concentration during ripening. Thus, the change of mRNA accumulation substantially coincides with the change of proanthocyanidin accumulation in the berry skins and seeds. These results indicate that at least a part of (-)-epicatechin and (-)-epigallocatechin biosynthesis is probably controlled by the transcription of VvANR.

プロアントシアニジン(フラバン-3-オールのポリマーとオリゴマー)は赤ワイン用ブドウの重要な成分であり、果皮と種子に蓄積する。ブドウのプロアントシアニジンを構成する主要なフラバン-3-オールは(-)-エピカテキンと(-)-エピガロカテキンである。最近、(-)-エピカテキンと(-)-エピガロカテキンがアントシアニジンからアントシアニジンレダクターゼ(ANR)によって生合成されることが報告された。今回、我々はブドウ品種、カベルネ・ソービニヨンのANR遺伝子のゲノム塩基配列(VvANR)を取得した。VvANRの推定アミノ酸配列は他の植物のANRに特徴的な配列を保持していた。ブドウのANRはおそらく1コピーの遺伝子によってコードされていることがサザンブロット解析により示された。果皮と種子を用いたリアルタイム定量PCRの結果、VvANRのmRNAは果実の生育初期に蓄積し、成熟期に向けて減少することがわかった。また、プロアントシアニジンはベレゾン前、特に生育初期に果皮と種子に蓄積し、成熟期に濃度が減少することが我々の解析と他の報告により示された。このように、果皮と種子においてはmRNAの蓄積の変化がプロアントシアニジンの蓄積の変化と概ね一致した。以上の結果、 (-)-エピカテキンと(-)-エピガロカテキンの生合成の少なくとも一部がVvANRの転写によって制御されている可能性が示唆された。

掲載雑誌
Am. J. Enol. Vitic., 56, 336-342 (2005)

4 Cutinase-Like Enzyme from the Yeast Cryptococcus sp. Strain S-2 Hydrolyzes Polylactic Acid and Other Biodegradable Plastics 酵母Cryptococcus sp S-2が生産するクチナーゼ様酵素はポリ乳酸やその他の生分解性プラスチックを分解する

著者
K.Masaki, N.R.Kamini, H.Ikeda, and H.Iefuji
正木和夫、エヌ・アール・カミニ、池田博子、家藤治幸
要約

A purified lipase from the yeast Cryptococcus sp. strain S-2 exhibited remote homology to proteins belonging to the cutinase family rather than to lipases. This enzyme could effectively degrade the high-molecular-weight compound polylactic acid, as well as other biodegradable plastics, including polybutylene succinate, poly (e-caprolactone), and poly(3-hydroxybutyrate).

酵母Cryptococcus sp.S-2から分泌生産されるリパーゼのアミノ酸配列解析の結果、本酵素はリパーゼというよりはむしろクチナーゼファミリーの酵素と弱いながらも配列相同性が見られた。また、本酵素を生分解プラスチックの分解に供したところ、ポリブチレンサクシネート(PBS)、ポリεカプロラクトン(PCL)、ポリ3-ヒドロキシ酪酸(PHB)や、さらには高分子ポリ乳酸に対しても高い分解活性があることがわかった。

掲載雑誌
Appl. Environ. Microbiol., 71 (11), 7548-7550 (2005)

5 Effects of the culture conditions on ergosterol biosynthesis by Saccharomyces cerevisiae 酵母における培養条件のエルゴステロール合成に及ぼす影響

著者
M.Shobayashi, S.Mitsueda, M.Ago, T.Fujii, K.Iwashita, H.Iefuji
庄林愛、三枝慎一郎、吾郷万里子、藤井力、岩下和裕、家藤治幸
要約

Ergosterol is an essential component of yeast cell to maintain the integrity of membrane and investigated as an important factor of ethanol tolerance of yeast cells. We investigated the effects of brewing conditions on ergosterol contents of S. cerevisiae K-9, sake yeast, kinds of Saccharomyces cerevisiae, produce more than 20% of ethanol, and X2180-1A, laboratory yeast. K-9 has a higher total ergosterol contents under the all conditions which we examined than X2180-1A. Ethanol and hypoxia were found to have negative and synergistic effects on total ergosterol contents of both strains and significantly reduced the free ergosterol contents of X2180-1A but only slightly reduced the free ergosterol contents of K-9. The maintenance of free ergosterol contents under brewing conditions might be an important character of sake yeast strains. DNA microarray analysis also showed higher expression of ergosterol biosynthesis genes in K-9 than X2180-1A.

エルゴステロールは酵母の細胞膜維持、エタノール耐性に関わる重要な因子である。我々は、清酒酵母K-9、および実験室酵母X-2180-1Aにつき、醸造環境因子のこれら酵母のエルゴステロール量に及ぼす影響を調べた。結果、清酒酵母K-9は我々が調べたあらゆる条件において、X-2180-1A株より高いエルゴステロール量を示した。エタノールと嫌気はK-9及びX-2180-1Aともにトータルのエルゴステロール量にネガティブにまた相乗的に作用した。どちらの条件もX-2180-1Aのフリーのエルゴステロール量を著しく減少させたが、K-9における減少はわずかであった。さらに、K-9においてエルゴステロール生合成に関与する遺伝子がX-2180-1Aより高発現していることが、DNAマイクロアレー解析により示された。

掲載雑誌
Biosci.Biotechnol.Biochem.,69,2381-2388(2005)

6 Genome sequencing and analysis of Aspergillus oryzae 麹菌Aspergillus oryzaeのゲノムシークエンスとその解析

著者
M.Machida, K.Asai, M.Sano, T.Tanaka, T.Kumagai, G.Terai, K.Kusumoto, T.Arima, O.Akita, Y.Kashiwagi, K.Abe, K.Gomi, H.Horiuchi, K.Kitamoto, T.Kobayashi, M.Takeuchi, D.W.Denning, J.E.Galagan, W.C.Nierman, J.Yu, D.B.Archer, J.W.Bennett, D.Bhatnagar, T.E.Cleveland, N.D.Fedorova, O.Gotoh, H.Horikawa, A.Hosoyama, M.Ichinomiya, R.Igarashi, K.Iwashita, P.R.Juvvadi, M.Kato, Y.Kato, T.Kin, A.Kokubun, H.Maeda, N.Maeyama, J.Maruyama, H.Nagasaki, T.Nakajima, K.Oda, K.Okada, I.Paulsen, K.Sakamoto, T.Sawano, M.Takahashi, K.Takase, Y.Terabayashi, J.R.Wortman, O.Yamada, Y.Yamagata, H.Anazawa, Y.Hata, Y.Koide, T.Komori, Y.Koyama, T.Minetoki, S.Suharnan, A.Tanaka, K.Isono, S.Kuhara, N. Ogasawara and H. Kikuchi
要約

The genome of Aspergillus oryzae, a fungus important for the production of traditional fermented foods and beverages in Japan, has been sequenced. The ability to secrete large amounts of proteins and the development of a transformation system have facilitated the use of A. oryzae in modern biotechnology. Although both A. oryzae and Aspergillus flavus belong to the section Flavi of the subgenus Circumdati of Aspergillus, A. oryzae, unlike A. flavus, does not produce aflatoxin, and its long history of use in the food industry has proved its safety. Here we show that the 37-megabase (Mb) genome of A. oryzae contains 12,074 genes and is expanded by 7-9Mb in comparison with the genomes of Aspergillus nidulans and Aspergillus fumigatus. Comparison of the three aspergilli species revealed the presence of syntenic blocks and A. oryzae-specific blocks (lacking synteny with A. nidulans and A. fumigatus) in a mosaic manner throughout the genome of A. oryzae. The blocks of A. oryzae-specific sequence are enriched for genes involved in metabolism, particularly those for the synthesis of secondary metabolites. Specific expansion of genes for secretory hydrolytic enzymes, amino acid metabolism and amino acid/sugar uptake transporters supports the idea that A. oryzae is an ideal microorganism for fermentation.

日本の伝統的発酵食品の製造に利用されている麹菌(Aspergillus oryzae)のゲノムシークエンスを行った。麹菌は著量のタンパク質生産能力や形質転換系の開発により、近年ではバイオテクノロジー分野への利用も盛んになっている。A. oryzaeA. flavusAspergillus属の同じ亜属(Circumdati)に属するが、A. flavusとは異なりA. oryzaeはアフラトキシンを生産せず、また長年にわたり食品産業へ利用されていることからその安全性が保証されている。ゲノムシークエンスの結果、A. oryzaeのゲノムサイズが37Mbであることや予測遺伝子数が12,074であることが明らかとなった。また、A. oryzaeA. nidulansA. fumigatusに比べて、7-9Mb程度ゲノムサイズが大きいことがわかった。3菌種のゲノム構造の比較から、A. oryzaeに特異的でA. nidulansA. fumigatus両株に存在しない領域が、ゲノム全体に分散して存在することが明らかとなった。これらの特異的領域には2次代謝に関わる遺伝子が高頻度で存在していた。A. nidulansA. fumigatusに比較して、A. oryzaeでは分泌型の加水分解酵素の遺伝子、アミノ酸代謝系の遺伝子、アミノ酸や糖の輸送関連遺伝子が特に増幅しており、これらの事実はA. oryzaeが醸造産業にとって好適な微生物であることを示唆している。

掲載雑誌
Nature, 438(No.7071), 1157-1161 (2005)

7 Identification and Characterization of a Novel Biotin Biosynthesis Gene in Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces cerevisiaeの新規ビオチン合成遺伝子の同定と解析

著者
H.Wu, K.Ito, and H.Shimoi
呉洪、伊藤清、下飯仁
要約

Yeast Saccharomyces cerevisiae cells generally cannot synthesize biotin, a vitamin required for many carboxylation reactions. Although sake yeasts, which are used for Japanese sake brewing, are classified as S. cerevisiae, they do not require biotin for their growth. In this study, we identified a novel open reading frame (ORF) in the genome of one strain of sake yeast that we speculated to be involved in biotin synthesis. Homologs of this gene are widely distributed in the genomes of sake yeasts. However, they are not found in many laboratory strains and strains used for wine making and beer brewing. This ORF was named BIO6 because it has 52% identity with BIO3, a biotin biosynthesis gene of a laboratory strain. Further research showed that yeasts without the BIO6 gene are auxotrophic for biotin, whereas yeasts holding the BIO6 gene are prototrophic for biotin. The BIO6 gene was disrupted in strain A364A, which is a laboratory strain with one copy of the BIO6 gene. Although strain A364A is prototrophic for biotin, a BIO6 disrupted mutant was found to be auxotrophic for biotin. The BIO6 disruptant was able to grow in biotin-deficient medium supplemented with 7-keto-8-amino-pelargonic acid (KAPA), while the bio3 disruptant was not able to grow in this medium. These results suggest that Bio6p acts in an unknown step of biotin synthesis before KAPA synthesis. Furthermore, we demonstrated that expression of the BIO6 gene, like that of other biotin synthesis genes, was upregulated by depletion of biotin. We conclude that the BIO6 gene is a novel biotin biosynthesis gene of S. cerevisiae.

酵母Saccharomyces cerevisiaeは、一般に、多くのカルボキシル化反応に必用なビタミンであるビオチンを合成できない。日本の清酒製造に使用されている清酒酵母はSaccharomyces cerevisiaeに分類されているが、増殖にビオチンを必要としない。本研究で著者らは清酒酵母のゲノム配列からビオチン生合成に関与していると考えられる新規なORFを同定した。この遺伝子のホモログは清酒酵母に広く分布していたが、多くの実験室酵母、ワイン酵母、ビール酵母には存在しなかった。この遺伝子は、実験室酵母のビオチン合成遺伝子のひとつであるBIO3とホモロジーがあるためにBIO6と名づけられた。その後の研究でBIO6を持つ酵母菌株はビオチン要求性ではなく、持たない酵母菌株はビオチン要求性であることがわかった。ビオチン非要求性であり1コピーのBIO6を持つA364AのBIO6を破壊したところ、破壊株はビオチン要求性となった。BIO3破壊株は7-keto-8-amino-pelargonic acid (KAPA)の存在下でも増殖できなかったが、BIO6破壊株は増殖できた。このことは、Bio6pがビオチン合成においてKAPA合成以前の未知の段階で機能していることを示している。さらに、BIO6の発現は、他のビオチン合成遺伝子と同様、ビオチンの欠乏で誘導されることがわかった。

掲載雑誌
Appl. Environ. Microbiol., 71, 6845-6855 (2005)

8 酒類の安全性に関する調査(第4報)-カルバミン酸エチルの分析- Analysis of ethyl carbamate in sake and shochu

著者
向井伸彦、木曽邦明
N.Mukai, K.Kiso
要約

著者らは、発ガン性が疑われているカルバミン酸エチル(EC)について、市販アルコール飲料(清酒、合成清酒、焼酎)での調査を行った。 調査対象の市販酒類として、清酒については通常製品(古酒あるいは長期貯蔵酒の表示のないもの)が125点、古酒(長期貯蔵酒)が32点であり、合成清酒は4点、焼酎は19点(芋焼酎:6点、麦焼酎:5点、米焼酎:4点、黒糖焼酎:1点、そば焼酎:1点、胡麻焼酎:1点、泡盛:1点)であった。清酒(通常製品(古酒以外))では、平均47μg/kg、最大210μg/kg含有していた。清酒(古酒)では、平均183μg/kg、最大1100μg/kg含有していた。合成清酒では、いずれも定量限界(20μg/kg)未満であった。焼酎では、15点が定量限界(20μg/kg)未満であり、最大37μg/kg含有していた。清酒(古酒)では、EC含有量と着色度及び紫外部吸収との間に高い正の相関がみられた。

The authors investigated the content of Ethyl Carbamate (EC), a suspected carcinogen, in 180 samples of alcoholic beverages including sake, synthetic-sake, and shochu. The commercial 157 sakes which we used for analysis was as follows: 125 normal products (without over three years of storage with a manufacturer), and 32 koshu (with over three years of storage with a manufacturer). The number of samples of synthetic-sake was 4. The commercial 19 shochu which we used for analysis were as follows: 6 sweet potato shochu, 5 wheat shochu, 4 rice shochu, one muscovado shochu, one soba shochu, one sesame shochu, and one awamori. The sake (normal products) contained 47 μg/kg of EC on the average, and 210 μg/kg of EC at the maximum. The sake (koshu) contained 183 μg/kg of EC on the average, and 1100 μg/kg of EC at the maximum. The content of EC in all of the synthetic-sakes was less than the limit of quantification (20 μg/kg). The content of EC in 15 of shochu was less than the limit of quantification, and the maxium level of EC in shochu was 37 μg/kg. A high regular correlation was present in koshu between ultraviolet absorption and EC content.

掲載雑誌
日本醸造学会誌, 100(10), 705-714 (2005)

9 4-ビニルグアヤコール含有量を高めた焼酎の製造 Production of shochu fortified with 4-vinylguaiyacol

著者
向井伸彦、木曽邦明、家藤治幸
N.Mukai, K.Kiso, H.Iefuji
要約

著者らは、バニリンの前駆物質である4-ビニルグアヤコール (4-VG) 含有量を高めた焼酎の製造を試みた。米焼酎と泡盛の小仕込み試験において、酵素剤(ヘミセルラーゼ剤)を添加することにより、もろみの遊離フェルラ酸が増加するとともに、留液の4-VGが増加した。4-VG生成能を有するワイン酵母を併用することで4-VGはさらに増加した。

The authors attempted the production of shochu fortified with 4-vinylguaiacol (4-VG), which is thought to be the precursor of vanillin. In the small-scale fermentation tests of rice-shochu and awamori, the content of free ferulic acid in mash was increased by the addition of enzyme preparation hemicellulase, and consequently the content of 4-VG in distillate was also increased. The content of 4-VG in distillate increased more with the additional use of wine yeast, which has the ability to generate 4-VG from ferulic acid.

掲載雑誌
日本醸造学会誌, 100(11), 832-835 (2005)

10 Effects of abscisic acid treatment and night temperatures on anthocyanin composition in Pinot noir grapes アブシジン酸処理と夜間温度がブドウ‘ピノ・ノアール'のアントシアニン組成に及ぼす影響

著者
K.Mori, H.Saito, N.Goto-Yamamoto, M.Kitayama, S.Kobayashi, S.Sugaya, H.Gemma and K.Hashizume
森健太郎、斎藤紘子、後藤(山本)奈美、北山雅彦、小林省藏、菅谷純子、弦間洋、橋爪克己
要約

Potted Pinot noir grapevines were grown under continuous high temperature (30℃) or low night (15℃) and high day (30℃) temperatures after veraison. Half of the total number of clusters of each vine was sprayed with 250 ppm abscisic acid (ABA) at veraison. Anthocyanin accumulation in berry skins grown under high night temperatures was lower than that in berries grown under low night temperatures. HPLC analysis showed that the ratios of delphinidin-3-glucoside, cyanidin-3-glucoside and petunidin-3-glucoside to the total anthocyanin content were greatly reduced under high night temperatures. ABA treatment enhanced anthocyanin accumulation under high night temperatures to almost the same level as under low night temperatures; the ratio of each anthocyanin to the total anthocyanin was not affected by ABA treatment.

鉢植えのブドウ‘ピノ・ノアール'をベレーゾン以降、高夜温(30℃)、低夜温(15℃)条件下で栽培した。また、ベレーゾン期に各樹の果房の半数にアブシジン酸(ABA)250ppm溶液を散布した。高夜温で生育した果実は果皮のアントシアニン蓄積量が低夜温で生育した果実よりも低かった。HPLC分析から高夜温ではデルフィニジン-3-グルコシド、シアニジン-3-グルコシド、ペチュニジン-3-グルコシドの割合が著しく低下することが示された。ABA処理によって高夜温条件下でも低夜温条件下とほぼ同量までアントシアニン蓄積が促進されたが、総アントシアニン量に対する各アントシアニン量の割合はABA処理の影響を受けなかった。

掲載雑誌
Vitis 44 (4), 161-165 (2005)

11 Mechanisms of uranium mineralization by the yeast Saccharomyces cerevisiae 酵母Saccharomyces cerevisiaeによるウラニウム鉱化作用機構

著者
T.Ohnuki, T.Ozaki, T.Yoshida, F.Sakamoto, N.Kozai, E.Wakai, A.J.Francis, and H.Iefuji
大貫俊彦、尾崎卓郎、坂本文徳、香西直文、若井栄一、A.J.Francis、家藤治幸
要約

We determined the association of uranium in yeast cells S. cerevisiae grown in medium containing high (1g・L-1) or low (0.2g・L-1) concentrations of phosphate after exposure for 96 h to a 4 10-4mol・L-1 U(VI) solution at pH 3.2 or 4.7. The analysis was made using a field emission scanning electron microscope equipped with energy dispersive spectroscopy (FESEM-EDS), transmission electron microscopy (TEM), and visible diffuse reflectance spectrometry. Cells grown in the high-phosphate medium rapidly accumulated U(VI) from solution at pH 3.2 over the first 24 h, followed by a slow uptake until 96 h, whereas in cells grown in low-phosphate medium, U(VI) accumulation reached a steady state within 24 h. FESEM-EDS analyses revealed the formation of a U(VI)-bearing precipitate on the yeast cells grown in high-phosphate medium after only 48 h exposure; no precipitate was detected on cells grown in low-phosphate medium up to 96 h. These results suggest that sorption onto the cell surfaces was the dominant process initially. Analysis of the U(VI)-bearing precipitates by all three methods demonstrated the presence of H-autunite, HUO2PO4 ・ 4H2O. Thermodynamic calculations suggest that the chemical compositions of the solutions containing yeast grow in high-phosphate medium were undersaturated with respect to H-autunite, but were supersaturated with ten times more U(VI) and P than were actually observed. Apparently, the sorbed U(VI) on the cell surfaces reacts with P released from the yeast to form H-autunite by local saturation. The U(VI) uptake by yeast cells grown in high phosphate medium at pH 4.7, along with the thermodynamic calculation, indicated that more H-autunite is precipitated in neutral pH solution than in acid solution. Thus, U(VI)-phosphate mineralization on the cells of microorganisms should be taken into account for predicting U(VI) mobility in the environment.

高濃度(1g・L-1)および低濃度(0.2g・L-1)のリン酸培地で増殖させた酵母細胞をU(VI) 4×10-4mol L-1を含むpH 3.2および4.7水溶液に96時間さらし、酵母細胞とウラニウムの会合につき調べた。分析は、電界放射走査型電子顕微鏡(FESEM-EDS)、透過型電子顕微鏡(TEM)及び可視拡散反射スペクトロメトリを使用して行った。高リン酸培地で培養した細胞ではpH3.2において最初の24時間に急速なU(VI)蓄積があり、その後96時間までゆっくりとして蓄積が続いた。一方、低リン酸培地で培養した細胞では24時間以内で定常状態に達した。

FESEM-EDS分析により、高濃度リン酸培養菌体ではU(VI)を持った凝縮物が48 時間で観察されたのに対し、低リン酸培養菌体においては96時間においてもそのような凝縮物は検出されなかった。3種の機器による解析により、U(VI)-含有凝集物にH-リンカイウラン石(HUO2PO4* 4H2O)が存在することが示された。高リン酸培地で培養された酵母を含む水溶液の化学物質組成は、熱力学的計算的にはH-リンカイウラン石の飽和に達していないにもかかわらず、U(VI)とPは実際より10倍もの過飽和に達していることが観察された。酵母細胞表面に吸着されたU(VI)はリン酸と局所的に飽和により結合し、H-リンカイウラン石の形で放出されるのであろう。pH4.7の高リン酸条件下で培養される酵母細胞では、熱力学的計算に従うと、酸性条件より中性条件下でより多くのH-リンカイウラン石が凝縮してくることが示される。微生物細胞上でのU(VI)-リン酸鉱物化は環境中でのU(VI)の移動を予測することに役立つものである。

掲載雑誌
Geochimica et Cosmochimica Acta, 69(22), 5307-5316 (2005)

12 Effect of Uranium (VI) on the Growth of Yeast and Influence of Metabolism of Yeast on Adsorption of U (VI) 酵母の増殖への6価ウランの影響と6価ウラン吸着における酵母代謝の影響

著者
F.Sakamoto, T.Ohnuki, N.Kozai, E.Wakai, T.Fujii, H.Iefuji, and A.J.Francise
坂本文徳、大貫敏彦、香西直文、若井栄一、藤井力、家藤治幸、A.J.Francis
要約

We have carried out the growth experiments of 3 strains of yeast in a medium containing uranium (VI) to elucidate the effect of U (VI) on the growth of microorganisms. Hansenula fabianii J640 grew in the liquid medium containing 0.1 mM U (VI) at lower rate than the control, but Saccharomyces cerevisiae did not grow under this condition. The H. fabianii J640 pre-cultured for 21 h in the liquid medium without U (VI) grew even after the exposure to 1 mM U (VI), but did not grow without pre-cultivation. For the pre-cultured H. fabianii J640, radioactivity of U in the medium was the same as the initial one for 110 h, and then gradually decreased. TEM-EDS analysis of H. fabianii J640 exposed to 1 mM U (VI) for 165 h showed accumulation of U (VI) on the cells. When H. fabianii J640 was not pre-cultured, radioactivity of U in the medium was lower than the initial one. These results indicated that U (VI) inhibits the growth of yeast, and that the adsorption of U (VI) by the cells depends on the metabolism of yeast.

微生物の成長に対する6価ウランの影響を明らかにするため、ウランを含む培地で3種類の酵母を生育させる実験を行った。Hansenula fabianii J640は0.1 mM濃度のウランを含む液体培地で、コントロール(ウランを含まない培地)より低い割合ではあるが成長した。一方、Saccharomyces cerevisiaeはこの条件では成長しなかった。H. fabianii J640はウランを含まない液体培地で21時間前培養した後に1 mM濃度のウランを培地に加えても成長を続けた。しかし、前培養を行わない場合は成長しなかった。前培養したH. fabianii J640では、培地中のウランの放射能は110時間まで同じであり、その後徐々に減少していった。1 mM濃度のウランを含む培地で165時間培養後のH. fabianii J640のTEM-EDS解析で、細胞にウランの濃集が見られた。H. fabianii J640を前培養しない場合、培地中のウランの放射能は最初の量よりも少なかった。これらの結果は、6価のウランが酵母の成長を阻害すること、細胞へのウランの吸着は酵母の代謝に依存していることを示している。

掲載雑誌
J. Nuclear and Radiochemical Sciences, Vol. 6, No.1, pp. 99-101, 2005

13 Amplified Fragment Length Polymorphism of the AWA1 Gene of Sake Yeasts for Identification of Sake Yeast Strains.

著者
M.Shimizu, K.Miyashita, H.Kitagaki, K.Ito, and H.Shimoi
要約

Sake yeasts are used for sake brewing and have a crucial role in the quality of sake, since they produce not only ethanol but also various compounds that provide sake flavors. Therefore, the appropriate selection and monitoring of a strain used in sake mash is important. However, the identification of specific sake yeast strains have been difficult, because sake yeasts have similar characteristics in taxonomic and physiological analyses. We found amplified fragment length polymorphisms (AFLPs) in the PCR products of the AWA1 gene of sake yeast strains. The AWA1 gene encodes a cell wall protein that is responsible for foam formation in sake mash. This polymorphism of the AWA1 gene can be used for the identification of sake yeast strains.

清酒酵母の適切な選択と醪中の酵母のモニタリングは清酒の品質を保つために重要である。しかし、清酒酵母の性質は互いに似ているために特定の清酒酵母を同定することは困難であった。我々は、清酒酵母の高泡形成遺伝子AWA1のPCR増幅産物の長さが多型を示すことを見出した。この多型は清酒酵母の菌株の同定に有用である。

掲載雑誌
J. Biosci. Bioeng., 100, 678-680 (2005)

(2) 公開特許

1 発酵槽及びそれを用いるビールの連続式製造法

特許番号
特許出願2003-391329(P2003-391329)
出願日
2003年11月20日
公開番号
特開2005-151818(P2005-151818A)
公開日
2005年6月16日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
水野昭博、井上喬
課題

発酵槽内での酵母の活性低下、それによる品質の低下を生じさせないビールの連続発酵システムの開発。

解決手段

発酵槽内に、凝集して沈降する性質を有する酵母が沈積可能な沈積材を、当該酵母を含む発酵未了の液が容易に沈降せず、発酵により発生し上昇する炭酸ガスにより攪拌混合されるような状態で設置し、それを間歇的に動かすことにより、沈積している酵母に、それからの離脱、再沈積を行わせることのできる、当該物体(群)を内蔵したビール醸造用発酵槽を利用することにより、活性の低下した酵母を選択的に排除することにより、槽内に高い酵母活性を維持しつつビールの連続発酵を行う。

2 リン酸濃度モニタリング方法

特許番号
特許出願2004-77221(P2004-77221)
出願日
2004年3月17日
公開番号
特許公開2005-261271(P2005-261271A)
公開日
2005年9月29日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
家藤治幸、岩下和裕、ディン・ハン
課題

環境付加の少ない環境中のリン酸モニタリング技術を提供する。

解決手段

現在排水中のリン含有量測定にはモリブデンなど有害物質を使用し、環境規制物質のモニタリングのために、重金属などの新たな環境汚染物質が発生するという矛盾を含んでいる。本発明では、酵母細胞など微生物の保つ鋭敏なリン酸応答機構に着目し、微生物細胞自体(例えば、PHO84プロモーター及びEGFP遺伝子含有プラスミドで形質転換したSaccharomyces cerevisiae)をリン酸センサーとして利用することによるリン酸モニタリング技術を提供する。

3 ポリガラクツロナーゼを用いた酒類の製造法

特許番号
特許出願2004-100573(P2004-100573)
出願日
2004年3月30日
公開番号
特許公開2005-278575(P2005-278575A)
公開日
2005年10月13日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
福田央、三上重明
課題

清酒や焼酎等の製造において原料利用率を高め、製造コストの低減を図る。

解決手段

ポリガラクツロナーゼを高生産する酵母を利用して酒類を製造する。該酵母としては、例えばAspergilus kawachii由来のポリガラクツロナーゼ遺伝子をベクターにつなぎ、得られた組換えベクターをSaccharomyces cerevisiaeのトリプトファン要求性株に形質転換した株(例えば、TIPgaA(FERM P-19552), TIPgaB(FERM P-19553)が使用できる。

2006/1/6 掲載

2. 第2四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 Cloning and Expression Analysis of Two Catalase Genes from Aspergillus oryzae 麹菌Aspergillus oryzaeのカタラーゼ遺伝子のクローニングと発現解析

著者
H.Hisada, Y.Hata, A.Kawato, Y.Abe, O.Akita
要約

Fungi contain distinct genes encoding the same class of enzyme that are differentially regulated according to conditions. We cloned two catalase genes, catA and catB, from Aspergillus oryzae. The catA gene predicts a 747-amino-acid polypeptide sharing 81% identity with Aspergillus fumigatus catalase (catA) and 77% with Aspergillus nidulans catalase (catA). The catB gene predicts a 725-amino-acid polypeptide sharing 82% identity with A. fumigatus catalase (catB) and 75% with A.nidulans catalase (catB). However, the catA and catB genes share little homology (41%) with one another, suggesting that each gene belongs to a distinct gene family. Overexpression studies demonstrated that both genes encode a functional catalase. Promoter assays indicated that the catA gene is developmentally regulated as it was preferentially expressed in solid-state cultures undergoing sporulation. However, its expression was not affected by hydrogen peroxide treatment. Conversely, the catB gene was highly expressed under all culture conditions tested, and it was induced by hydrogen peroxide treatment. These results suggest that the catB gene may be mainly used for detoxification of oxidative stress while the catA gene may have another role such as chaperoning proteins in the spore.

麹菌(Aspergillus oryzae.)のカタラーゼ遺伝子catAcatBの2種をクローニングした。catA遺伝子は747のアミノ酸をコードしており、Aspergillus fumigatusのカタラーゼ(catA)と81%、Aspergillus nidulansのカタラーゼ(catA)とは77%相同であった。 catB 遺伝子は725のアミノ酸をコードしておりA. fumigatusのカタラーゼ(catB)と82%、A.nidulansのカタラーゼ(catB)と75%相同であった。しかし、catAcatB間は41%の相同性でしかなく、両者はそれぞれ異なるファミリーに属していると推定される。両遺伝子とも強制発現させることによりカタラーゼ活性が確認できたことから、機能遺伝子であることが明らかとなった。プロモーター機能の解析から、catA遺伝子は固体培養後期の分生子形成期に発現しており、過酸化水素処理によっては発現が誘導されなかった。一方、catB 遺伝子は培養条件にかかわらず恒常的に発現しており、過酸化水素処理によりさらに発現が高まった。これらの結果から、catB遺伝子は酸化ストレスに対する防御機構に関与し、一方catA遺伝子は分生子の安定化に寄与しているのものと推定した。

掲載雑誌
J. Biosci. Bioeng., 99, 562-568 (2005)

2 Changes in the Aroma Compounds of Sake during Aging

著者
A.Isogai, H.Utsunomiya, R.Kanda, and H.Iwata
磯谷敦子、宇都宮仁、神田涼子、岩田博
要約

Changes in the aroma of sake during aging were investigated by aroma extract dilution analysis (AEDA) and quantitative analysis using the stir bar sorptive extraction (SBSE) method. In AEDA, more odor zones were detected in aged sake than in fresh. The dilution factors of aldehydes, polysulfides, and some esters were greater in the aged sake, and their increase during aging was confirmed through a quantitative analysis of sake stored for 0 to 35 years. Among these compounds, 3-methylbutanal, methional, and dimethyltrisulfide (DMTS) were present in aged sake at concentrations exceeding their odor thresholds, and the highest odor active-value was observed for DMTS. Sensory tests showed that supplementation with DMTS contributed to both the total odor intensity and the sulfury odor of aged sake aroma.

SBSE法を用いたaroma extract dilution analysis (AEDA)および定量分析により、清酒の熟成による香りの変化を調べた。AEDAでは新酒よりも古酒から多くのにおいが検出された。アルデヒド、ポリスルフィドおよびエステル類は古酒の方が希釈係数が大きく、これらの成分について貯蔵期間0~35年の清酒の定量分析を行ったところ、熟成により増加することが確認された。このうち、イソバレルアルデヒド、メチオナールおよびジメチルトリスルフィド(DMTS)は古酒において閾値以上の濃度であった。odor active-value(濃度/閾値)が最大であったDMTSを添加して官能評価を行ったところ、DMTSが熟成香の全体的なにおい強度や硫黄系のにおいに寄与していることが示された。

掲載雑誌
J. Agric. Food Chem., 53, 4118-4123 (2005)

3 Identification of 2,4,6-Trichloroanisole (TCA) Causing a Musty/Muddy Off-Flavor in Sake and Its Production in rice koji and Moromi Mash 清酒中のカビ臭原因物質TCAと麹及び醪における生成について

著者
A.Miki, A.Isogai, H.Utsunomiya, and H.Iwata
三木敦史、磯谷敦子、宇都宮仁、岩田博
要約

2,4,6-Trichloroanisole (TCA), which has been identified as the main component responsible for the cork taint in wine, was detected in sake samples having a musty/muddy off-flavor by stir bar sorptive extraction (SBSE). We confirmed that TCA is one of the components causing this off-flavor in sake, as in other alcoholic beverages, from a sensory analysis showing the correlation between TCA concentration and the intensity of the musty/muddy off-flavor. We investigated the route of TCA production in the rice koji preparation process and in the moromi mash process for sake brewing. We found that TCA is produced mainly by the biomethylation of 2,4,6-trichlorophenol (TCP) by rice koji in brewing and that TCP originates from the wooden tools used in preparing rice koji.

カビ臭を有する清酒から、ワインのコルク臭成分と知られているTCA(2,4,6-トリクロロアニソール)をSBSE法により検出した。TCA濃度と官能評価におけるカビ臭強度には相関があり、TCAがカビ臭の原因物質であることを確認した。また、製麹工程及び醪発酵工程中のTCA生成経路を検討し、TCAの生成は主として製麹工程中において、木製器具に由来するTCP(2,4,6- トリクロロフェノール)を麹がメチル化して生じることを明らかにした。

掲載雑誌
J. Biosci. Bioeng., 100, 178-183 (2005)

4 Structural Characteristics, Properties, and In Vitro Digestibility of Rice 米のデンプン構造、性質と酵素消化性

著者
M.Okuda, I.Aramaki, T.Koseki, H.Satoh, and K.Hashizume
奥田将生、荒巻功、小関卓也、佐藤光、橋爪克己
要約

Using rice samples derived from normal rice cultivars and endosperm starch mutant, we investigated key factors contributing to the enzyme digestibility of steamed rice grains. The chemical composition of polished rice grains, structural features of endosperm starch, and enzyme digestibility of steamed rice grains were examined. The protein content of polished rice grains was 4.6 - 9.1%, amylose content was 4 - 27%, the DPn of purified amylose was 900 - 1,600, the amylopectin short/long chain ratio was 1.2 - 5.9, and the enzyme digestibilities of steamed polished rice grains were 0.9-12.6 Brix. Amylose content and RVA parameters (viscosity, breakdown, and setback) correlated significantly with enzyme digestibility of steamed rice grains. Multiple regression formulas were constructed to predict digestibility of steamed rice grain as a function of the molecular characteristics of the starch. When both amylose content and the short/long chain amylopectin ratio were used as predictor variables, they accounted for >80% of the observed variance in digestibility of steamed rice grains. Multiple regression revealed that the more digestible rice samples had starch with a lower amylose content and more shortchain amylopectin. Reassociation of amylose-lipid complex and recrystallization of amylopectin in the stored steamed rice grains was monitored by differential scanning calorimetry (DSC), and the observed retrogradation properties were related to the structural characteristics of starch and to the enzyme digestibility of steamed rice grains.

一般米と胚乳デンプン突然変異体米の試料を用いて、蒸し米の酵素消化性に影響するキー因子について検討した。精白米の化学成分、胚乳澱粉の構造特性と蒸し米の酵素消化性を調べた。精白米のタンパク質含量は4.6 - 9.1 %、アミロース含量は4 - 27 %、アミロースの平均重合度は900 - 1600、アミロペクチンの短鎖/長鎖比は1.2 - 5.9、蒸し米の酵素消化性は0.9 - 12.6 (Brix)だった。アミロース含量とRVAパラメータ(粘度、ブレイクダウン、セットバック)は蒸し米の酵素消化性と有意な相関性を示した。デンプンの分子構造を説明変数として蒸し米の酵素消化性を予測する重回帰式を構築した。アミロース含量とアミロペクチンの短鎖/長鎖比を説明変数として用いた場合、蒸し米の酵素消化性は80%以上の精度で説明することができた。重回帰式から、アミロース含量が低くアミロペクチンの短鎖割合の多い米は、酵素消化性が良いことが明らかとなった。示差走査熱量計(DSC)で蒸し米のアミロース脂質複合体とアミロペクチンの再結晶化を測定したところ、デンプンの老化特性はデンプンの構造特性や蒸し米の酵素消化性と関連性を示した。

掲載雑誌
Cereal Chem., 82(4):361 - 368

5 Varietal Difference of Polishing Characteristics and Suitability for Sake Brewing in "Hattan-Type Varieties" of Rice Suitable for Brewing Original Hiroshima Sake 広島産清酒に用いられる酒造好適米である八反系品種群の精米特性及び酒造適性の品種間差異

著者
M.Tamaki, R.Kihara, T.Itani, Z.Katsuba, T.Tsuchiya, H.Matsumoto, K.Suenari and I.Aramaki
玉置雅彦、木原理恵、猪谷富雄、勝場善之助、土屋隆生、松本英之、末成和夫、荒巻功
要約

By successive crossing using Hattan-type varieties originating from "Hattanso" as a parent "Hattan-type varieties" of rice suitable for brewing the original Hiroshima sake have been bred. The varieties were improved inheriting the flavor of Hattan-type sake, and Hattan-nishiki N0.1 and No.2 were bred in 1984. However, neither variety was suitable for brewing high-grade sake such as Ginjoshu and Daiginjoshu, which require high-degree polishing of rice grains. Therefore, their parent cultivar, Hattan No. 35, is attracting attention for the production of high-grade sake. We have been trying to breed a new variety, which retains the sake-brewing suitability of Hattan-type varieties but can endure high-degree polishing. In this study, to establish a guideline for further breeding, we examined the polishing characteristics and suitability for sake brewing of six Hattan-type varieties derived from Hattanso. In the process of breeding of "Hattan-type varieties" of rice, grain size, white-core size and % of white-core grains increased resulting in an increased suitability for sake brewing, such as water absorptivity and digestibility, in Hattan No.35, Hattan-nishiki N0.1 and Hattan-nishiki N0.2. However, Hattannishiki N0.1 and N0.2 had many ellipsoidal-white-cores with large white tissue, which cause the grains to be easily broken during high-degree polishing. On the other hand, Hattan N0.35, having grains with relatively many lined-white-cores with small white tissue, was superior for high-degree polishing. In the future, breeding of a new variety, which has the superior cultivation characteristics of Hattan-nishiki N0.1 and No.2, but with improved white-core characteristics, is expected.

広島の酒造好適米は“八反草"を祖先とする八反系品種を用いて育種が行われてきた。八反系の特徴を維持しながら改良がなされ、八反錦1号と2号が1984年に育成されたが、いずれも高度な精米が要求される吟醸酒には向いていなかった。このため、八反系の酒造適性を維持しかつ高度な精米も可能な新しい品種を育成する指標を得るため、八反系の6品種について精米特性と酒造適性について調べた。その結果、育成が進む過程で吸水性や消化性などの酒造適性に関与する粒形や心白が大きくなり、心白の割合も増加していた。八反錦1号と2号は大粒でかつ心白が大きくかつ眼状であるため精米時に割れやすいのに対し、八反35号は心白が小さくかつ線状であるため高度な精米も可能であることが分かった。今後、八反錦1号と2号の栽培特性を持ちつつ心白の形状が改善された新しい品種の育成が期待される。

掲載雑誌
Plant Prod. Sci., 8(4), 468 - 474 (2005)

6 焼酎白麹菌非耐酸性α-アミラーゼの特異的な発現 Analysis of the unique expression mode of acid-unstableα-amylase from Aspergillus kawachii

著者
加藤拓、村島健司、下飯仁、伊藤清
T.Kato, K.Murashima, H.Shimoi and K.Ito
要約

白麹の非耐酸性α-アミラーゼ(AU-amylase)は、液体培養においてグリセロールやグルコースを炭素源に用いた場合、マルトースを用いた場合とほぼ同等に生産されたが、黄麹菌タカアミラーゼ(TAKA-amylase)のマルトース培地における生産量と比べると生産レベルは低かった。AU-amylase とTAKA-amylaseの遺伝子は、タンパク質コード領域とプロモーター領域(欠失部分を除く)ともに、相同性が非常に高かったが、AU-amylase遺伝子のプロモーター中には64bpの欠失が認められた。レポーター遺伝子を用いた解析の結果から、AU-amylaseの低生産性はプロモーター中の欠失に基づき、グリセロールやグルコース培地での生産性は菌自体の性質によることが示唆された。グルコアミラーゼも AU-amylaseと同様に、グリセロールやグルコース培地で生産された。

In liquid cultures, the acid-unstable α-amylase (AU-amylase) of Aspergillus kawachii was produced at almost the same level as in a maltose medium when glycerol or glucose was used as a carbon source, while its production level was low compared with TAKA-amylase production by A.oryzae in a maltose medium. Although a sequence analysis showed an extensively high homology with TAKA-amylase gene, the AU-amylase gene depicted 64 base pairs of depletion in the promoter region. From the reporter gene analysis, it was suggested that the low expression level of AU-amylase was caused by deletion of the promoter region, while the unique expression mode on various carbon sources was due to the strain itself. In a manner similar to AU-amylase production, glucoamylase was also produced in A. kawachii (but not in A. oryzae) when glycerol or glucose was used as a carbon source.

掲載雑誌
日本醸造学会誌, 100, 513-519 (2005)

7 イネ登熟期の低温が酒造適性に及ぼす影響 Effects of low temperatures during grain-filling on characteristics of rice for sake brewing

著者
米原由希、小関卓也、奥田将生、荒巻功、橋爪克己
Y.Yonehara, T.Koseki, M.Okuda, I.Aramaki, K.Hashizume
要約

イネ登熟期の低温が原料米の酒造適性に及ぼす影響を解析した。低温で栽培された山田錦及び日本晴は20分吸水率や消化性(Brix)が上昇し、カリウム含量が低下した。粘度特性や糊化特性はそれぞれRVA及びDSCを用いて調べた。低温で栽培されたコメはRVA及びDSCによる糊化開始温度が顕著に低下した。また、低温で栽培されたコメのアミロース含有量及びアミロペクチンにおける短鎖/長鎖比が上昇した。これらのことは気象条件が原料米の酒造適性に関わることを示唆しており、消化性はアミロペクチンの短鎖/長鎖比が大きく寄与していると推察される。

Characteristics of rice for sake brewing at low temperature during the grain-filling period were examined. The rices, Yamadanishiki and Nipponbare, cultivated at low temperatures during the grain-filling period, showed an increase in water absorption for 20 min and digestibility (Brix), but showed a decrease in potassium content. The pasting and gelatinization properties of the rice, which was cultivated at different temperatures during the grain-filling period, were analyzed by Rapid Visco Analyzer (RVA) and differential scanning calorimetry (DSC), respectively. RVA and DSC showed a significant decrease in pasting temperature in the rices cultivated at low temperatures during the grain-filling period. Both rices cultivated at low temperature showed an increase in amylose content or the ratio of short chain/long chain in amylopectin. These observations suggest that meteorological conditions affect the characteristics of rice for sake brewing.

掲載雑誌
日本醸造学会誌, 100, 650-657 (2005)

8 CIE表色系を用いた清酒の色彩測定 Measurement of sake color by the Commission International de l'Eclairage (CIE) standard colorimetric system

著者
向井伸彦、 木曽邦明
N.Mukai, K.Kiso
要約

著者らは、CIE表色系を用いた清酒の色彩測定を行った。古酒に関して、着色度と非常に高い相関がみられたのは、L*、b*、C*、Y、x及びyであった。着色度の値からCIE表色値を推定することができた。Xy座標図において、古酒の分布はメラノイジン溶液の分布と類似していた。アデニン要求性酵母の使用や紅麹の使用による赤色の清酒の色彩に関して、
CIE表色系を用いることで色彩を的確に捉えられることが示唆された。市販古酒を表色値L*a*b*を用いてクラスター分析を行い、3群に分けることができた。

The authors determined the color of sake by the Commission International de l'Eclairage (CIE) standard colorimetric system. Results showed b*, C*, Y, x and y to be highly correlated with the value of coloration degree (the absorbance of sake measured at a wavelength of exactly 430 nm) when measuring CIE color values of koshu (storaged over three years). CIE color values could be estimated from the value of coloration degree. The distribution of colors of koshu plotted on an x-y chromaticity diagram was similar to the distribution of colors of melanoidin solutions plotted on an x-y choromaticity diagram. As for the ruby-colored sake which was made by adenine-auxotrophic sake yeast or red-koji, it was suggested that the CIE color values could be appropriate for the attainment of a ruby color. Samples could be divided into three groups when performing a cluster analysis of koshu by means of L*a*b* values.

掲載雑誌
日本醸造学会誌, 100(8), 588-595 (2005)

(2) 取得特許

1 廃水処理方法

特許番号
特許第3691102(P3691102)
発行日
2005年6月24日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所、株式会社ティーディーイー
発明者
小幡孝之、秋田修、下飯仁、蓼沼誠、鈴木修
課題

排水中の汚濁質に対して、分解能の高い酵母を用いて浄化し、次に、浄化に伴い、増殖した酵母を酵母溶解菌YLM-1で、溶菌処理して、酵母処理した排水中の固形分を消化し、更に、BODも減少させた後、他の低濃度排水と合わせて活性汚泥で処理する破汚水の処理方法。

効果

効率的な排水浄化が行われ、しかも余剰汚泥の生成量が少ないという効果が奏される。

2 低アルコール清酒の製造法

特許番号
特許第3707615(P3707615)
発行日
2005年8月12日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所、日本酒造組合中央会
発明者
武宮重人、木曽邦明、床嶋修、蓮尾徹夫、畑富士夫、畑瀬景子
課題

麹米の一部を、プルラナーゼを配合した酵素剤とα-アミラーゼを配合した酵素剤、又は、プルラナーゼ自体とα-アミラーゼ自体に置き換えて、原料米と仕込み、糖化した後、そのままあるいは上槽してから加熱し、酵素を失活させて糖化を終了させ、これを酸存在下又はそのまま発酵を行い、アルコール分が5~12%、エキス分を5~20%の低アルコール清酒を製造する方法。

効果

この新規清酒は、低アルコール清酒であっても、エキス分が5~20%であり且つオリゴ糖で構成されていることで、香味のバランスを保つことができる。さらに、ピルビン酸の濃度も検出限界以下であるので、オフフレーバーの発生頻度を抑えることも可能となり、仕込み配合を変えることで、アルコール分、エキス分の割合を変化させられるので、各種の低アルコール清酒の製造も自由にできる。

(3) 公開特許

1 麹菌遺伝子

特許番号
特許出願2002-383868(P2002-383868)
出願日
2002年12月26日
公開番号
特許公開2005-176602(P2005-176602A)
公開日
2005年7月7日
出願人
独立行政法人産業技術総合研究所、独立行政法人製品評価技術基盤機構、独立行政法人酒類総合研究所
発明者
町田雅之、阿部敬悦、五味勝也、浅井潔、佐野元昭、金大心、長崎英樹、細山哲、秋田修、竹内道雄、小笠原直毅、久原哲
課題

麹菌のゲノムDNA情報を明らかにし、それにコードされる遺伝子等の機能を明らかにすることによって、バイオテクノロジーを利用した物質生産等のような、食品産業において安全な遺伝子資源の有効な活用法を提供するとともに、農薬及び医薬分野における各種遺伝子スクリーニングの為の有用な情報を提供すること。

解決手段

糸状菌、特にアスペルギウス・オリゼ由来DNA、並びに、該DNAから調製されるヌクレオチド配列からなるGRASグレードの糸状菌遺伝子の増幅用プライマーセット及び糸状菌遺伝子検出用プローブ。

2005/10/11 掲載

1. 第1四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 Association of VvmybA1 gene expression with anthocyanin production in grape (Vitis vinifera) skin-color mutants 果皮色が変異したブドウのアントシアニン生成に伴うVvmybA1遺伝子の発現

著者
S.Kobayashi, N.Goto-Yamamoto, H. Hirochika
小林省藏、後藤(山本)奈美、廣近洋彦
要約

By using white-skinned cultivars ('Italia' and 'Muscat of Alexandria') and putative red-skinned sports ('Ruby Okuyama' and 'Flame Muscat') from the white cultivars, we analyzed the expression and function of a myb-related gene, VvmybA1, involved in the regulation of anthocyanin biosynthesis in grapes. A simple sequence repeat (SSR) analysis showed that 'Ruby Okuyama' and 'Flame Muscat' are true derivatives by bud mutation from 'Italia' and 'Muscat of Alexandria', respectively. The VvmybA1 transcript was detected in berry skins of 'Ruby Okuyama' after coloring had begun; it was not detectable in those of 'Italia'. Three VvmybA cDNAs (VvmybA1, VvmybA2, and VvmybA3) from 'Ruby Okuyama' under the control of the 35S promoter were introduced into somatic embryos of 'Kyoho' by particle bombardment. Upon the introduction of VvmybA1, redo cells were induced in the embryos, whereas the introduction of VvmybA2 or VvmybA3 failed to do so. The VvmybA1 cDNA was also shown to have the ability to induce the anthocyanin-producing cells in the skin tissues of 'Muscat of Alexandria', The relationship between the skin-color mutations and the detailed structure of the VvmynA1 gene is also discussed.

黄緑色品種('イタリア'および'マスカット・オブ・アレキサンドリア')と、これらの品種から枝変わりにより生じたとされている赤色品種('ルビー・オクヤマ'及び'フレーム・マスカット')を用いて、ブドウのアントシアニン合成の制御に関わるmyb様遺伝子(VvmybA1)の発現及び機能を調べた。SSR分析により、赤色品種の'ルビー・オクヤマ'及び'フレーム・マスカット'は、黄緑色品種の'イタリア'および'マスカット・オブ・アレキサンドリア'から枝変わりにより生じたものであることが確認された。VvmybA1転写産物は'ルビー・オクヤマ'の着色期以降の果皮で検出されたが、'イタリア'の果皮ではいずれの時期においても検出されなかった。また、'ルビー・オクヤマ'から単離された3種のVvmybA cDNAを'巨峰'の体細胞胚に遺伝子銃により導入したところ、VvmybA1の導入により体細胞胚に赤色細胞が形成されたが、VvmybA2やVvmybA3の導入では赤色細胞は形成されなかった。さらに、VvmybA1には'マスカット・オブ・アレキサンドリア'の果皮組織中にアントシアニンを産生する細胞を形成させる能力があることが示された。なお、果皮色変異とVvmybA1遺伝子の構造との関連についても検討した。

掲載雑誌
J. Japan. Soc. Hort. Sci., 74(3),196-203(2005)

2 Biochemical characterization of recombinant acetyl xylan esterase from Aspergillus awamori expressed in Pichia pastoris: mutational analysis of catalytic residues Pichia pastorisにおいて発現させたAspergillus awamori由来リコンビナントアセチルキシランエステラーゼの生化学的性質: アミノ酸置換による触媒残基の解析

著者
T.Koseki, Y.Miwa, S.Fushinobu, K.Hashizume
小関卓也、三輪陽三、伏信進矢、橋爪克己
要約

We engineered an acetyl xylan esterase (AwaxeA) gene from Aspergillus awamori into a heterologous expression system in Pichia pastoris. Purified recombinant AwAXEA (rAwAXEA) displayed the greatest hydrolytic activity toward α-naphthylacetate (C2), lower activity toward α-naphthylpropionate (C3) and no detectable activity toward acyl-chain substrates containing four or more carbon atoms. Putative catalytic residues, Ser119, Ser146, Asp168 and Asp202, were substituted for alanine by site-directed mutagenesis. The biochemical properties and kinetic parameters of the four mutant enzymes were examined. The S119A and D202A mutant enzymes were catalytically inactive, whereas S146A and D168A mutants displayed significant hydrolytic activity. These observations indicate that Ser119 and Asp202 are important for catalysis. The S146A mutant enzyme showed lower specific activity toward the C2 substrate and higher thermal stability than wild-type enzyme. The lower activity of S146A was due to a combination of increased Km and decreased kcat. The catalytic efficiency of S146A was a 41% lower than that of wild-type enzyme. The synthesis of ethyl acetate was >10-fold that of ethyl n-hexanoate synthesis for the wild-type, S146A and D168A mutant enzymes. However, the D202A showed greater synthetic activity of ethyl n-hexanoate as compared with the wild-type and other mutants.

Aspergillus awamori由来アセチルキシランエステラーゼ遺伝子(AwaxeA)をPichia pastorisを用いて発現させた。精製リコンビナント酵素は短鎖の酢酸α-ナフチル(C2基質)に対して最大活性を示し、プロピオン酸α-ナフチル(C3基質)に対して低い活性を示したが、C3より長鎖の脂肪酸エステルに対しては活性を示さなかった。推定される触媒残基セリン119, セリン146, アスパラギン酸168そしてアスパラギン酸202をそれぞれアラニンに置換した変異酵素を作成し、その特性を調べた。S119A及びD202A変異酵素は活性が消失したが、S146A及びD168A変異酵素は顕著な分解活性を示した。これらのことはセリン119及びアスパラギン酸202は触媒に重要であることを示している。S146AはC2基質に対する比活性が減少したが、熱安定性は向上した。S146Aの触媒効率は野生型の41%に低下し、活性の減少はKm値の上昇とkcat値の低下に起因すると考えられた。野生型及び活性のあった変異酵素の酢酸エチルの合成能はカプロン酸エチルの合成能よりも10倍超高かった。しかしながら分解活性の無かったD202Aのカプロン酸エチルの合成能は他の酵素よりも極めて高くなった。

掲載雑誌
Biochim. Biophys. Acta, 1749, 7-13 (2005)

3 長期貯蔵米精米時の砕米発生低減について Decrease in the broken rice ratio at the milling of long-term stored rice grains

著者
橋爪克己、奥田将生、沼田美子代、櫻尾尚平、小関卓也、畑冨士夫、蓮尾徹夫、庄嶋修
K.Hashizume, M.Okuda, M.Numata, S.Sakurao, T.Koseki, F.Hata, T.Hasuo, and O.Shyojima
要約

長期貯蔵米精米時の砕米率は玄米水分に密接に関係していた。水分含量の低い(11~13%)試料は精米時に低い砕米率を示し、一方、高い水分含量(15%以上)の試料の砕米率は大変高かった。長期貯蔵米の乾燥処理は精米時の砕米発生の防止に有効であり、処理の有効性は一俵張り精米機で確認された。長期貯蔵米の剛度は水分によって変化した。この剛度と水分含量の関係は試験した2試料間で同じではなく、これが精米時の異なる試料の砕けの頻度に影響を及ぼしていると考えられた。乾燥処理は米粒のヘキサナール含量をわずかに増加させ、また、白米の吸水率を増加させた。

The broken rice ratio at milling of long-term stored rice grains was closely related with the moisture content of the brown rice grains. Rice grain samples of low moisture content (11-13%) showed a low broken rice ratio in the milling process, while the broken rice ratio of the samples of high moisture content (over 15%) was very high. Drying treatment of the long-term stored rice grains was effective in preventing the breaking of rice grains in milling, and the availability of the treatment was confirmed using a 60 kg scale mill. Hardness of the long-term stored rice grains varied along with the moisture content of the rice grains. The relation between the hardness and the moisture content was not the same in the two examined samples, a finding which might affect the frequency of the breaking of different rice samples at the milling process. Drying treatment slightly raised the hexanal content of rice grains, and also raised the water absorption ratio of the polished rice grains.

掲載雑誌
日本醸造学会誌 100, 362-369(2005)

4 Method for the Simultaneous Assay of Diacetyl and Acetoin in the Presence of α-Acetolactate: Application in Determining the Kinetic Parameters for the Decomposition of α-Acetolactate. α-アセト乳酸存在下でのジアセチルとアセトインの同時分析法:α-アセト乳酸の分解速度定数の解析への応用

著者
K.Kobayashi, K.Kusaka, T. Takahashi, and K. Sato
小林健、日下一尊、高橋利郎、佐藤和夫
要約

A simultaneous assay method for diacetyl and acetoin was developed to investigate the formation of diacetyl during the brewing of alcoholic beverages. A GC-MS analysis after the extraction from neutralized sample by ethyl acetate gave accurate assay results. The detection limit was below 0.1 mg/l and the assay was quantitative from 0.1 to 100 mg/l for both compounds. Unlike other methods, the assay results were unaffected by the presence of α-acetolactate (up to 26 mg/l), which easily decomposes to diacetyl or acetoin, because the extraction condition prevents the decomposition and extraction of this acidic compound. Since our assay is compatible with samples that contain α-acetolactate, the kinetic parameters for decomposition of α-acetolactate to diacetyl and acetoin were determined. The decomposition rate constants were affected by the ethanol concentration. Overall kinetics for the decomposition of α-acetolactate was formulated as a function of ethanol concentration, pH and temperature. The kinetics can be applied to alcoholic beverages such as sake.

酒類醸造工程でのジアセチルの生成を研究するためにジアセチルとアセトインの同時定量法を開発した。中和した試料から酢酸エチル抽出後にGC-MSで分析することで正確な定量が行えた。両方の化合物に対して検出限界は0.1mg/l以下で0.1~100mg/lの範囲で定量性があった。α-アセト乳酸は分解してジアセチルとアセトインを生じやすいが、中和して抽出することでα-アセト乳酸の分解と抽出を防げるために、これまでの方法とは異なり、この分析法はα-アセト乳酸の存在(26 mg/l 以下)にも影響を受けない。この分析法はα-アセト乳酸を含む試料の分析に適していることから、α-アセト乳酸のジアセチルとアセトインへの分解速度の解析を行ったところ、分解速度定数はエタノール濃度の影響を受けた。この分解反応の速度式はエタノール濃度とpHと温度だけの関数として表され、日本酒のような酒類に対して応用可能であった。

掲載雑誌
J. Biosci. Bioeng., 99, 502-511(2005)

5 バイオテクノロジーに関する教材への応用可能性について<大腸菌発現系によるポリガラクツロナーゼタンパク質の生産> Applied possibility to Teaching Materials about Biotechnology Production of Polygalacturonase protein by Escherichia coli expression system

著者
福田央、中津茂生、三上重明
H.Fukuda, S.Nakatsu and S.Mikami
要約

酵母のポリガラクツロナーゼ遺伝子(PGU1)を発現ベクター(pQE80L)に連結した組換えプラスミドを、大腸菌Origami B株に形質転換した。 形質転換した大腸菌をポリガラクツロナーゼタンパク質の生産誘導条件下で培養したところ、ポリガラクツロナーゼ活性が検出された。このポリガラクツロナーゼタンパク質を市販の簡易アフィニティカラムを用いて精製した。ポリガラクツロナーゼタンパク質は、pH3.7~5.5で活性を示し、至適pHは3.8、至適温度は40℃であった。大腸菌の発現系を用いたポリガラクツロナーゼタンパク質の生産は簡易に実施できたことから、タンパク質に関するバイオテクノロジー学習の効果的教材になりうると考えられた。

The gene encoding polygalacturonase (PGU1) in Saccharomyces cerevisiae was subcloned into an expression vector (pQE80L), and was transformed into Escherichia coli Origami B strain. The polygalacturonase activity was detected in the E. coli Origami B strain under the induction condition. This enzyme was purified using chromatography on the market. Pgu1 protein (Pgu1p) was active in pH from 3.7 to 5.5, and the optimum temperature and pH of Pgu1p were 40℃ and 3.8, respectively. As it was easy to produce Pgu1p production in the E. coli, it was possible to be teaching materials as biotechnology related protein.

掲載雑誌
日農教誌 (Japan. J. Agric. Educ.) 36(1):1-8 (2005)

6 KG1, a suppressor gene of synthetic lethality of kex2Δgas1Δ mutations, encodes a novel membrane protein that affects cell wall composition kex2Δgas1Δ二重破壊株の合成致死性のサプレッサーであるSKG1は細胞壁組成に影響を与える膜タンパク質をコードしている

著者
N.Tomishige, Y.Noda, H.Adachi, H.Shimoi and K.Yoda
冨重斉生、野田陽一、足立博之、下飯仁、依田幸司
要約

The fungal GAS1-related genes encode GPI-anchored beta-1,3-glucanosyltransferase, and their loss causes a defect in the assembly of the cell wall. The KEX2 gene encodes a processing protease in the late Golgi compartment and its loss also results in defects in the cell wall. Simultaneous mutations of these genes are lethal in Saccharomyces cerevisiae. To understand the basis of this synthetic lethality, we screened for multicopy suppressors and identified 13 SKG (suppressor of kex2 gas1 synthetic lethality) genes. SKG1 encodes a transmembrane protein that localizes on the inner surface of the plasma membrane at the bud and in the daughter cell. The multicopy SKG1 increases the sensitivity of cells to zymolyase, and the skg1Delta null mutation increases resistance to it. This zymolyase susceptibility corresponds to an increase of alkali-soluble beta-1,3-glucan and a decrease of chitin in the cell wall. Thus SKG1 encodes a novel protein that affects the cell wall polymer composition in the growing region of the cell.

酵母のGAS1はGPIアンカーを持つグルカノシルトランスフェラーゼをコードしており、その欠損は細胞壁の合成に障害を与える。KEX2はゴルジ体のプロテアーゼをコードしており、その欠損も同様に細胞壁の損傷を引き起こす。Saccharomyces cerevisiaeでは、これらの二重変異は致死となる。この合成致死性の原因を解明するために、著者らはマルチコピーサプレッサーのスクリーニングを行い、13個のSKG遺伝子を同定した。SKG1は細胞質膜の膜貫通タンパク質をコードしていた。多コピーのSKG1はザイモリエースに対する感受性を増加させ、SKG1の欠損は耐性を増加させた。このザイモリエースに対する感受性の増加は、アルカリ可溶性グルカンの増加とキチンの減少と対応していた。すなわち、SKG1は増殖している部分における細胞壁ポリマーの組成に影響を与える新規タンパク質をコードしている。

掲載雑誌
Yeast, 22, 141-155(2005)

7 High expression of unsaturated fatty acid synthesis gene in sake yeasts 清酒酵母における不飽和脂肪酸合成酵素の高発現

著者
T. Yamada, H. Shimoi and K. Ito
山田翼、下飯仁、伊藤清
要約

GeneFilters(r) and Northern blot analysis revealed that the sake yeast strain Kyokai no. 7 (K7) showed a higher expression level of OLE1, which encodes a Δ-9 fatty acid desaturase gene, compared with the laboratory yeast strain X2180-1A. Other sake yeasts also showed a high expression level of OLE1. Unsaturated fatty acid concentrations in strain K7 are higher than that in strain X2180-1A, suggesting that the higher expression level of OLE1 in sake yeasts increases the unsaturated fatty acid content in the cell membrane. Experiments using OLE1 promoter:lacZ fusion reporter genes revealed that both the cis element of the OLE1 promoter and trans factors are involved in the increased expression of OLE1 in sake yeasts.

清酒酵母きょうかい7号の遺伝子発現をジーンフィルターとノーザン解析によって実験室酵母と比べると、脂肪酸不飽和化酵素をコードする遺伝子OLE1が高発現していることが示された。きょうかい7号の不飽和脂肪酸含量は実験室酵母のそれより多く、OLE1の高発現が清酒酵母の不飽和脂肪酸含量を増加させていることが示唆された。OLE1 promoter:lacZを用いた実験によって、OLE1プロモーター中のシス因子とトランス因子の両方が清酒酵母におけるOLE1高発現の原因となっていることがわかった。

掲載雑誌
J. Biosci. Bioeng. 99, 512-516 (2005)

8 麹細胞壁への酵素のトラップ Trapping of enzymes in the fungal cell wall

著者
加藤拓、下飯仁、伊藤清
T.Kato, H.Shimoi and K.Ito
要約

麹菌細胞壁中にトラップされている酵素と遊離の酵素の分別定量を行った。黄麹菌と白麹菌で,傾向に大きな差は認められなかった。液体培養では多くの酵素がトラップされており、α-グルコシダーゼで80%以上、グルコアミラーゼでは50%以上がトラップされていた。また、α-アミラーゼでも10~20%はトラップされていることがわかった。固体培養ではその割合が大きく減少したが、依然グルコアミラーゼ・α一グルコシダーゼで約20%以上がトラップされていた。しかし、α-アミラーゼのトラップ量は極めて少なかった。トラッブの程度は、α-アミラーゼ<グルコアミラーゼ<α-グルコシダーゼの順に増加し、分子量に依存していると思われた。トラップ酵素のpH安定性は増大していた。

Enzymes trapped in fungal cell wall and free enzymes produced by koji molds were measured separatelv. Little differences in a tendency for trapping were recognized between Aspergillus oryzae and A. kawachii. More enzymes were trapped in liquid cultures, while the ratios of the trapped enzymes decreased in solid cultures. More than 80% of α-glucosidase and more than 50% of glucoamylase were trapped in liquid cultures ; moreover, 10%~20% of the enzyme were trapped even in α-amylase. In solid culture, more than 20% of glucoamylase and more than 20% of α-glucosidase were still trapped, but the trapped α-amylase was negligible. The tendency of trapping was, a-amylase < glucoamylase < α-giucosidase, which was in order of molecular weight. 'I'he pH stabilitv of a trapped enzyme was greater than that of a free one.

掲載雑誌
日本醸造学会誌 100, 355-361(2005)

(2) 取得特許

1 発泡性低アルコール清酒の製造法

特許番号
特許第3640946(P3640946)
発行日
2005年4月20日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所、(財)日本酒造組合中央会
発明者
武宮重人、木曽邦明、庄嶋修、蓮尾徹夫、畑冨士夫、畑瀬景子
解決手段

麹米の一部をトランスグルコシダーゼにα-アミラーゼを配合した酵素剤又はトランスグルコシダーゼ自体とα-アミラーゼ自体に置き換えて、原料米と仕込み、糖化した後、そのままあるいは上槽してから加熱し、酵素を失活させて糖化を終了させ、これを酸存在下あるいはそのまま発酵を行い、所定のグルコース濃度に到達した時に、もろみの一部あるいは全部を目の粗いろ材でこして、耐圧瓶あるいは密閉容器に詰めて、二次発酵させることにより、ガス圧が0.1~0.5MPa、アルコール分が3~12%、エキス分が5~20%の発泡性低アルコール清酒を製造する方法。

効果

本発明によれば、アルコール分が12%以下の低アルコール清酒でありながら、水っぽさがなく、コクがあって、香味の調和がとれた新しいタイプの発泡性を有する低アルコール清酒が得られる。

(3) 公開特許

1 発酵槽及びそれを用いるビールの連続式製造法

特許番号
特許出願2003-391329(P2003-391329)
出願日
2003年11月20日
公開番号
特許公開2005-151818(P2005-151818A)
公開日
2005年6月16日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
井上喬、水野昭博
課題

発酵槽内での酵母の活性低下、それによる品質の低下を生じさせないビールの連続発酵システムの開発。

解決手段

発酵槽内に、凝集して沈降する性質を有する酵母が沈積可能な沈積材を、当該酵母を含む発酵未了の液が容易に沈降せず、発酵により発生し上昇する炭酸ガスにより攪拌混合されるような状態で設置し、それを間歇的に動かすことにより、沈積して いる酵母に、それからの離脱、再沈積を行わせることのできる、当該物体(群)を内蔵したビール醸造用発酵槽を使用するこ とにより、活性の低下した酵母を選択的に排除することにより、槽内に高い酵母活性を維持しつつビールの連続発酵を行う。

2005/7/8 掲載