平成24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 Adenosine kinase-deficient mutant of Saccharomyces cerevisiae accumulates S-adenosylmethionine because of an enhanced methionine biosynthesis pathway 出芽酵母のアデノシンキナーゼ欠損変異体はメチオニン合成経路を活性化させることでS-アデノシルメチオニンを蓄積させる

著者
Muneyoshi Kanai, Mitsunori Masuda, Yasumichi Takaoka, Hiroko Ikeda, Kazuo Masaki, Tsutomu Fujii and Haruyuki Iefuji
金井宗良、増田光則、高岡康道、池田博子、正木和夫、藤井力、家藤治幸
要約

To isolate an S-adenosylmethionine (SAM)-accumulating yeast strain and to develop a more efficient method of producing SAM, we screened methionine-resistant strains using the yeast deletion library of budding yeast and isolated 123 strains. The SAM content in 81 of the 123 strains was higher than that in the parental strain BY4742. We identified ADO1 encoding adenosine kinase as one of the factors participating in high SAM accumulation. The X△ado1 strain that was constructed from the X2180-1A strain (MAT a, ATCC 26786) could accumulate approximately 30-fold (18 mg/g dry cell weight) more SAM than the X2180-1A strain in yeast extract peptone dextrose medium. Furthermore, we attempted to identify the molecular basis underlying the differences in SAM accumulation betweenX△ado1 and X2180-1A strains. DNA microarray analysis revealed that the genes involved in the methionine biosynthesis pathway, phosphate metabolism, and hexose transport were mainly overexpressed in theX△ado1strain compared with the X2180-1A strain. We also determined the levels of various metabolites involved in the methionine biosynthesis pathway and found increased content of SAM, tetrahydrofolate (THF), inorganic phosphate, polyphosphoric acid, and S-adenosylhomocysteine in theX△ado1 strain. In contrast, the content of 5-methyl-THF, homocysteine, glutathione, and adenosine was decreased. These results indicated that the △ado1 strain could accumulate SAM because of preferential activation of the methionine biosynthesis pathway.

S-アデノシルメチオニン(SAM)蓄積酵母を取得しより効率的なSAM生産方法を開発するために、出芽酵母の破壊株ライブラリーを用いてメチオニン耐性を指標にスクリーニングを行い、123株のメチオニン耐性株を取得した。123株の内81株については、親株よりSAM含量が高かった。その中から、SAM高蓄積に寄与する因子の1つとしてアデノシンキナーゼをコードするADO1遺伝子を同定した。ADO1遺伝子破壊株は、親株と比べて約30倍のSAMを蓄積することができる(18 mg/g 乾燥菌体)。

DNAマイクロアレイ解析の結果、主にメチオニン生合成経路、リン酸代謝、糖輸送に関わる遺伝子の発現が上昇していた。またメチオニン生合成経路に関与する様々な代謝産物量を測定した結果、ADO1遺伝子破壊株において、テトラヒドロ葉酸、無機リン酸、ポリリン酸、S-アデノシルホモシステインの増加、5-メチルテトラヒドロ葉酸、ホモシステイン、グルタチオン、アデノシンの減少が観察された。これらの結果より、ADO1遺伝子破壊株は、メチオニン合成経路を活性化させることでS-アデノシルメチオニンを蓄積させることが示唆された。

掲載雑誌
Applied Microbiology and Biotechnology, 97, 1183-1190 (2013)

2 Functional analysis of the α-1,3-glucan synthase genes agsA and agsB in Aspergillus nidulans: agsB is the major α-1,3-glucan synthase in this fungus. Aspergillus nidulans におけるα-1,3-グルカン合成酵素遺伝子 agsA, agsB の機能解析 : A. nidulans において、agsB が主要なα-1,3-グルカン合成酵素である

著者
Akira Yoshimi, Motoaki Sano, Azusa Inaba, Yuko Kokubun, Tomonori Fujioka, Osamu Mizutani, Daisuke Hagiwara, Takashi Fujikawa, Marie Nishimura, Shigekazu Yano, Shin Kasahara, Kiminori Shimizu, Masashi Yamaguchi, Kazuyoshi Kawakami, Keietsu Abe
吉見啓、佐野元昭、稲葉梓、國分優子、藤岡智則、水谷治、萩原大祐、藤川貴史、西村麻里江、矢野成和、笠原紳、清水公徳、山口正視、川上和義、阿部敬悦
要約

Although α-1,3-glucan is one of the major cell wall polysaccharides in filamentous fungi, the physiological roles of α-1,3-glucan remain unclear. The model fungus Aspergillus nidulans possesses two α-1,3-glucan synthase (AGS) genes, agsA and agsB. For functional analysis of these genes, we constructed several mutant strains in A. nidulans: agsA disruption, agsB disruption, and double-disruption strains. We also constructed several CagsB strains in which agsB expression was controlled by the inducible alcA promoter, with or without the agsA-disrupting mutation. The agsA disruption strains did not show markedly different phenotypes from those of the wild-type strain. The agsB disruption strains formed dispersed hyphal cells under liquid culture conditions, regardless of the agsA genetic background. Dispersed hyphal cells were also observed in liquid culture of the CagsB strains when agsB expression was repressed, whereas these strains grew normally in plate culture even under the agsB-repressed conditions. Fractionation of the cell wall based on the alkali solubility of its components, quantification of sugars, and 13C-NMR spectroscopic analysis revealed that α-1,3-glucan was the main component of the alkali-soluble fraction in the wild-type and agsA disruption strains, but almost no α-1,3-glucan was found in the alkali-soluble fraction derived from either the agsB disruption strain or the CagsB strain under the agsB-repressed conditions, regardless of the agsA genetic background. Taken together, our data demonstrate that the two AGS genes are dispensable in A. nidulans, but that AgsB is required for normal growth characteristics under liquid culture conditions and is the major AGS in this species.

α-1,3-グルカンは、糸状菌において主要な細胞壁構成多糖の一つであるが、その生理学的な機能は不明のままである。モデル糸状菌である Aspergillus nidulans は二つのα-1,3-グルカン合成酵素遺伝子、agsA 及び agsB を有する。これらの遺伝子の機能を明らかにするため、我々は、A. nidulans において、agsA 破壊株、agsB 破壊株及び二重破壊株を造成した。また、我々は、agsA の破壊ある無しでalcA プロモーターで agsB の遺伝子発現を制御できる株 (CagsB 株) もいくつか造成した。agsA 破壊株は野生株と比較して顕著な表現型の違いを示さなかった。agsB 破壊株は、agsA 遺伝子バックグランドに関係なく、液体培養条件下で分散型の菌糸を形成した。また、分散型の菌糸形態は、agsB の遺伝子発現を抑制させた CagsB 株においても同様に観察された。一方、agsB の遺伝子発現抑制下でさえもは、CagsB 株はプレート培養下では正常に生育した。細胞壁画分のアルカリ溶解性における細胞壁の分画、糖組成及び 13C-NMR 解析は、野生株と agsA 破壊株のアルカリ可溶画分の主要成分がα-1,3-グルカンであることを明らかにした。一方、agsB 破壊株及び agsA 遺伝子バックグランドに関係なく agsB の遺伝子発現を抑制させた CagsB 株どちらにおいても、アルカリ可溶画分におけるα-1,3-グルカンは殆ど存在していなかった。以上より、A. nidulans において二つの ags 遺伝子は必須でないが、AgsB が主要なα-1,3-グルカン合成酵素であり、液体培養条件下での正常な生育に必要であることが証明された。

掲載雑誌
PLoS One., 8:e54893 (2013)

(2) 公開特許

1 リキュールの製造方法

出願番号
特許出願2012-256672
出願日
平成24年11月22日
公開番号
特許公開2013-31467
公開日
平成25年2月14日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
橋口知一、後藤邦康
課題

シアン配糖体を含む果実を原料とするリキュール中のカルバミン酸エチルを低減する製造方法、及び、かかる製造方法によって製造してなるリキュールを提供する。

解決手段

シアン配糖体を含む果実を原料とし、その原料仕込み時及び/又は浸漬時を、液体中の溶存酸素濃度を0.5mg/L以下、及び/又は、製造装置の空間部及び/又は各種容器の空間部の酸素濃度を0.1%以下に低減せしめた低酸素条件下で行い、低酸素条件下で処理を行った後酸素と接触させる方法によりリキュールを製造する。

2 酒類の製造方法

出願番号
特許出願2012-256735
出願日
平成24年11月22日
公開番号
特許公開2013-31468
公開日
平成25年2月14日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
橋口知一
課題

シアン配糖体を含む果実を原料とする酒類(梅酒リキュール等)中のカルバミン酸エチルを低減する製造方法、及び、かかる製造方法によって製造してなる酒類を提供する。

解決手段

シアン配糖体を含む果実にアルコール濃度5%以下のアルコール液を添加し、10℃~40℃で3日以上放置した後、さらにアルコール濃度30%以上のアルコール液を添加し、カルバミン酸エチルを低減した酒類を簡便な方法で製造する。

2013/6/5 掲載

3. 第3四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 Quantitative Analysis of Total Purine Content Using the HPLC-UV Method in Beer, Low-Malt Beer, and Third-Category Beer HPLC-UV法によるビール、発泡酒、新ジャンルの総プリン体定量

著者
T. Hashimoto, T. Ishihara, Y. Kakudo, K. Kaneko, T. Kenjo, Y. Masumura, M. Nakahara, W. Nakamura, S. Oshima, M. Takahashi, T. Yamamoto
橋本卓哉、石原武雄、角戸洋一、金子希代子、見城千尋、増村悠果、中原正晃、仲村周、大島聡、髙橋正之、山本貴之
要約
  1. Relative repeatability standard deviation (RSDr) and repeat-ability limit (r95) for determination of total purine content using the HPLC-UV method ranged from 2.2 to 8.5% and from 2.9 to 20.6 mg/L, respectively, and were judged acceptable.
  2. Relative reproducibility standard deviation (RSDR) and repro-ducibility limit (R95) for determination of total purine content using the HPLC-UV method ranged from 15.6 to 31.4 % and from 9.1 to 131.2 mg/L, respectively, and were judged unacceptable.

HPLC-UV法によりビール、発泡酒、新ジャンルの総プリン体を定量する方法について、共同実験結果を基に併行精度、及び室間再現精度を評価したところ、以下の結論が得られた。

  1. 併行相対標準偏差RSDrは2.2~8.5(%)、併行許容差r95は2.9~20.6(mg/L)の範囲であり、許容範囲内であった。
  2. 室間再現相対標準偏差RSDRは15.6~31.4(%)、室間再現許容差R95は9.1~131.2(mg/L)の範囲であり、許容範囲外であった。
掲載雑誌
Journal of American Society of Brewing Chemists, 70, 328-329 (2011)

2 The transfer of stable 133Cs from rice to Japanese sake 非放射性セシウムの原料米から清酒への移行

著者
Okuda, M., Joyo, M., Tokuoka, M, Hashiguchi, T., Goto-Yamamoto, N., Yamaoka, H. and Shimoi, H.
奥田将生、上用みどり、徳岡昌文、橋口知一、後藤奈美、山岡洋、下飯仁
要約

Possible contamination by radioactive cesium (Cs), released by the Fukushima Daiichi Nuclear Plant Accident in Japan on March 2011, has been a matter of concern with respect to Japanese sake made from rice grains cultivated in affected fields. In this study, the behavior of stable 133Cs, which is a useful analogue for predicting the behavior of radioactive Cs, was investigated in the production of sake using rice grains harvested in Japan in 2010. The concentration of stable 133Cs in the polished rice grains decreased gradually with decreasing milling ratios until a ratio of 70% was reached, and below that point, it did not change significantly. The 133Cs concentration in the 70% polished rice was approximately 20% of that found in brown rice. The sake was brewed on a small scale using 70% polished rice, and the transfer of 133Cs from rice to sake was examined. Approximately 30-40% of 133Cs in the 70% polished rice was removed during the washing and the steeping of the rice grains, and approximately 40% of the 133Cs in the 70% polished rice was transferred to the sake. If the radioactive Cs species behaves similarly, these results suggest that brown rice containing 100 Bq/kg radioactivity of Cs would generate 70% polished rice grains containing 20 Bq/kg and that the sake brewed from these grains would contain 3-5 Bq/kg.

2011年3月の東日本大震災に伴う福島第一原子力発電所事故により放出された放射性セシウム(Cs)の汚染の可能性が、米を原料とする清酒において心配された。本研究では、清酒醸造過程における放射性Csの挙動を推定するため、2010年度に生産された米を用いて化学的性質が類似する非放射性133Csの清酒醸造過程での挙動を解析した。精米により、セシウム濃度は精米歩合70%まで徐々に減少し、それ以降は精米してもほとんど変化しなかった。精米歩合70%白米の133Cs濃度は玄米の133Cs濃度の約20%であった。精米歩合70%の白米を用いて清酒の小仕込み試験を行い133Csの原料米から清酒への移行を調べた。70%白米中の133Csは約30-40%が洗米工程等で除去され、70%白米中の133Csの約40%が清酒へ移行した。今回の結果から、放射性Csが同様な挙動を示すと仮定すると、100Bq/kgの放射性Csを含む玄米を使用した場合、70%白米で20Bq/kg程度、それを使用した清酒では3-5Bq/kg程度まで減少すると推定された。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering, 114, 600-605 (2012)

3 Lethal and mutagenic effects of ion beams and gamma-rays in Aspergillus oryzae 麴菌の致死、変異に対するイオンビームとγ線の影響

著者
Yoshiyuki Toyoshima,, Akemi Takahashi, Hisaki Tanaka, Jun Watanabe, Yoshinobu Mogi, Tatsuo Yamazaki, Ryoko Hamada, Kazuhiro Iwashita, Katsuya Satoh, Issay Narumi
豊島快幸、高橋明珠、渡部潤、茂木喜信、山崎達雄、濱田涼子、岩下和裕、佐藤勝也、鳴海一成
要約

Aspergillus oryzae is a fungus that is used widely in traditional Japanese fermentation industries. In this study, the lethal and mutagenic effects of different linear energy transfer (LET) radiation in freeze-dried conidia of A. oryzae were investigated. The lethal effect, which was evaluated by a 90% lethal dose, was dependent on the LET value of the ionizing radiation. The most lethal ionizing radiation among that tested was 12C5+ ion beams with an LET of 121 keV/μm. The 12C5+ ion beams had a 3.6-times higher lethal effect than low-LET (0.2 keV/μm) γ-rays. The mutagenic effect was evaluated by the frequency of selenate resistant mutants. 12C6+ ion beams with an LET of 86 keV/μm were the most effective in inducing selenate resistance. The mutant frequency following exposure to 12C6+ ion beams increased with an increase in dose and reached 3.47 × 10-3 at 700 Gy. In the dose range from 0-700 Gy, 12C5+ ion beams were the second most effective in inducing selenate resistance, the mutant frequency of which reached a maximum peak (1.67 × 10-3) at 400 Gy. To elucidate the characteristics of mutation induced by ionizing radiation, mutations in the sulphate permease gene (sB) and ATP sulfurylase gene (sC) loci, the loss of function of which results in a selenate resistant phenotype, were compared between 12C5+ ion beams and γ-rays. We detected all types of transversions and transitions. For frameshifts, the frequency of a +1 frameshift was the highest in all cases. Although the incidence of deletions > 2 bp was generally low, deletions > 20 bp were characteristic for 12C5+ ion beams. γ-rays had a tendency to generate mutants carrying a multitude of mutations in the same locus. Both forms of radiation also induced genome-wide large-scale mutations including chromosome rearrangements and large deletions. These results provide new basic insights into the mutation breeding of A. oryzae using ionizing radiation.

麴菌は我が国の醸造産業に広く使用される真菌である。本研究では、凍結乾燥した麴菌(Aspergillus oryzae)の分生子へ線エネルギー付与 (LET) の異なる放射線を照射した際の、致死、変異影響について検討を行った。90%致死率を指標として評価を行ったところ、致死率とLET値には相関が見られた。最大の致死線量は12C5+ で121 keV/μmであった。この致死効果はLETの低いガンマ線(0.2 keV/μm)に比べて3.6倍高かった。変異効果の評価は、セレン酸耐性を指標に行った。セレン酸耐性変異の誘導には、12C6+ (86 keV/μm) が最も効果的であった。この際の変異率は、照射線量が高くなるにつれて上昇し、700Gyで3.47 × 10-3 に達した。0-700 Gyの照射における変異率においては、 12C5+ が 2番目に効果的で、400Gyでピークを示し、1.67 × 10-3であった。イオンビームにおける変異の特徴を調べるために、セレン酸耐性変異の原因遺伝子であるsulphate permease gene (sB) やATP sulfurylase gene (sC)領域における変異を12C5+ とガンマ線で比較した。その結果、すべてのタイプのtransversionや transitionが見出された。また、フレームシフトにおいてはどの照射区においても1塩基付加による +1 frameshiftが最も高頻度であった。 2 塩基より多い欠失の頻度は少なかったが、12C5+ では20塩基よりも多い欠失が認められた。ガンマ線は同じ遺伝子領域に多数の変異を生じさせる傾向が認められた。また、両照射方法において、染色体の再編成や大規模な遺伝子の欠損を誘導することが認められた。これらの結果は、イオンビームを麹菌育種に利用するといった新規の基礎的知見を提供する。

掲載雑誌
Mutation Research, 740, 43-49 (2012)

(2) 公開特許

1 酒類の分析方法

出願番号
特願2011-053074
出願日
平成23年3月10日
公開番号
特開2012-189442
公開日
平成24年10月4日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
高橋圭
課題

酒類又は酒類半製品に含まれる中鎖脂肪酸及びそのエチルエステル体の簡便かつ高精度な定量方法を提供すること。

解決手段

工程1:酒類試料とプロトン性有機溶媒とを混合後、生じた不溶性物質を除去して上清を調製する工程、工程2:工程1で得られた上清に、さらにプロトン性有機溶媒を加えた後、内部標準物質を添加してガスクロマトグラフ(GC)装置導入用試料を調製する工程、工程3:工程2で得られた導入用試料を水素炎イオン化検出器を有するGC装置に導入して分析を行う工程、ならびに工程4:工程3で得られた分析結果より、中鎖脂肪酸及びそのエチルエステル体からなる群より選ばれる少なくとも1種の含有量を算出する工程、を含む酒類中の中鎖脂肪酸及びそのエチルエステル体からなる群より選ばれる少なくとも1種を定量する方法。

2013/2/6 掲載

2. 第2四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 平成22酒造年度全国新酒鑑評会出品酒の分析について Analysis of Sake Component Presented to Sake Contests in 2011

著者
松丸克己、磯谷敦子、藤田晃子、須藤茂俊、木崎康造
Katsumi MATSUMARU, Atsuko ISOGAI, Akiko FUJITA, Shigetoshi SUDO, Yasuzo KIZAKI
要約

平成22酒造年度全国新酒鑑評会(第99回鑑評会)は、当該年度生産清酒を全国的に調査研究することにより、製造技術と酒質の現状及び動向を明らかにし、もって清酒の品質及び酒造技術の向上に資するとともに、国民の清酒に対する認識を高めることを目的として、日本酒造組合中央会との共催により実施した。

審査は、酒類総合研究所広島事務所において、平成23年4月20日(水)から22日(金)の3日間に予審を行い、5月10日(火)及び11日(水)に決審を行った。また、5月25日(水)に東広島運動公園体育館で製造技術研究会を、6月15日(水)に東京池袋のサンシャインシティ・ワールドインポートマート展示ホールで公開きき酒会を開催した。

出品は、875点であった(今年度より、山田錦の使用割合によるⅠ部・Ⅱ部の区分分けは廃止された)。審査の結果、優秀と認められた437点を入賞酒とし、さらに、決審において特に優秀と認められた244点に金賞を授与した。また、出品酒を公開する製造技術研究会及び公開きき酒会には、全国からそれぞれ、1,361人及び2,759人が来場した。

出品酒については、審査に加え酒質の現状及び動向を調査研究するため、出品者の記載による「全国新酒鑑評会出品酒調査表」(以下、「調査表」という。)の内容を集計するとともに成分分析を行った。

掲載雑誌
酒類総合研究所報告, 184, 1-15 (2012)

2 第34回本格焼酎鑑評会について Analysis of Traditional Shochu Presented to the 34st Contest in 2011

著者
福田央、水谷治、金井宗良、高橋正之、木崎康造
Hisashi FUKUDA, Osamu MIZUTANI, Muneyoshi KANAI, Masayuki TAKAHASHI, Yasuzou KIZAKI
要約

単式蒸留しょうちゅうの品質を全国的に調査研究することにより、製造技術と酒質の現状及び動向を把握するとともに製造業者の参考とするため、第34回本格焼酎鑑評会を日本酒造組合中央会と共催で開催した。出品資格として、単式蒸留しょうちゅう製造免許を有する製造者で、日本酒造組合中央会の組合員に限定した。官能審査は平成23年6月2日(木)及び3日(金)に行い、製造技術研究会は6月24日(金)に当所で開催し、出品関係者の参考に供した。

出品酒の官能審査と成分分析を行ったので、以下、その結果の概要について報告する。

掲載雑誌
酒類総合研究所報告, 184, 16-25 (2012)

3 国内で市販されている核果蒸留酒及びリキュールのカルバミン酸エチル濃度 Concentration of Ethyl Carbamate in Stone fruit Spirits and Liqueurs Sold in Japan

著者
橋口知一、伊豆英恵、松丸克己
Tomokazu HASHIGUCHI, Hanae IZU, Katsumi MATSUMARU
要約

国内で市販されている核果蒸留酒及びリキュール(外国産、国内産)のカルバミン酸エチルを分析した。外国産の核果蒸留酒では16点全点から、核果リキュールでは35点中22点から、国内産核果蒸留酒では7点中6点から、マルメロリキュールでは3点中2点からカルバミン酸エチルが検出された。外国産の核果蒸留酒の中央値は0.265 mg/l、核果リキュールの中央値は0.01 mg/lであった。国内産の核果蒸留酒の平均値は0.03 mg/l、最大でも0.10 mg/lであり、マルメロリキュールの平均値は0.02 mg/lであった。国内産の核果蒸留酒及びマルメロリキュールの健康への懸念は比較的小さいものと考えられる。

掲載雑誌
酒類総合研究所報告, 184, 26-28 (2012)

4 本格焼酎市販品の安定同位体比分析 Stable Isotope Analysis of commercially-supplied Honkaku Shochu

著者
伊豆英恵、橋口知一、堀井幸江、須藤茂俊、松丸克己
Hanae IZU, Tomokazu HASHIGUCHI, Sachie HORII, Shigetoshi SUDO, Katsumi MATSUMARU1
要約

本研究では、本格焼酎市販品(麦焼酎、芋焼酎、米焼酎、蕎麦焼酎、黒糖焼酎、酒粕焼酎、泡盛)のアルコールの炭素安定同位体比(δ13C)と水の酸素安定同位体比(δ18O)を分析し、安定同位体比の産地や原料判別の指標としての可能性を調べた。米焼酎の小仕込試験により、仕込水のδ18Oが米焼酎(割水して約アルコール25%にしたもの)に含まれる水のδ18Oと近い値を示すことがわかった。原料に関わらず、本格焼酎に含まれる水のδ18Oと産地の緯度に相関がみられた(R2=0.67)。黒糖を原料とする黒糖焼酎のアルコールのδ13C(-17.6 ± 0.8‰)は米、麦、芋、蕎麦、酒粕を原料とする本格焼酎よりも高い値を示した。国産麦使用の表示がある麦焼酎のアルコールのδ13C(-26.2 ± 0.8‰)は麦の産地表示のない麦焼酎(-24.8 ± 1.4‰)に比べ、低い値を示した。芋麹使用の表示がある芋焼酎のアルコールのδ13C(-28.4 ± 0.2‰)は米麹使用の表示がある芋焼酎(-27.8 ± 0.4‰)に比べ、低い値を示した。以上のように本格焼酎のアルコールのδ13Cと水のδ18Oは産地や原料判別の指標として有用であると示唆された。

In this study, we examined the carbon stable isotope ratio (δ13C) of alcohol and oxygen stable isotope ratio (δ18O) of water in commercially-supplied Honkaku Shochu (Mugi Shochu, Imo Shochu, Kome Shochu, Soba Shochu, Kokuto Shochu, Sakekasu Shochu, Awamori) to confirm them as a potential index for verifying the geographical and raw material origins. Small-scale Kome Shochu brewing experiment revealed that the material water affects the δ18O value of water in it at around 25% alcohol. The δ18O values of water in Honkaku Shochu are correlated with the latitude (R2=0.67) regardless of the kind of raw materials of that. The δ13C values of alcohol in Kokuto Shochu (-17.6 ± 0.8‰) made from brown sugar are higher than those in other Honkaku Shochu made from rice, barley, sweet potato, buckwheat, and Sake lees. Mugi Shochu made from domestic barley (-26.2 ± 0.8‰) is characterized by lower δ13C of alcohol than that has no indication of geographical origin of barley (-24.8 ± 1.4‰). Imo Shochu made from Imo Koji (-28.4 ± 0.2‰) is characterized by lower δ13C of alcohol than that from Kome Koji (-27.8 ± 0.4‰). These results suggest that the δ13C values of alcohol and δ18O values of water in Honkaku Shochu are partially useful for the confirmation of the geographical and raw material origins.

掲載雑誌
分析化学, 61, 643-647 (2012)

5 Taste-Guided Fraction and Instrumental Analysis of Hydrophobic Compounds in sake 清酒の疎水性呈味化合物の機器分析と呈味を指標とした分画

著者
Hashizume, K., Ito, T., Shimonohashi, M., Kokita, A., Tokiwano, T., Okuda, M.
橋爪克己、伊藤俊彦、下橋美沙子、小北篤史、常盤野哲生、奥田将生
要約

Taste-active hydrophobic compounds in a charcoal-untreated sake sample were subjected to a taste dilution analysis (TDA) method. All of the high TD factor fractions showed a bitter or astringent taste in common, but their taste character were different. The taste-active compounds of the high-TDA factor fractions were purified by taste-guided fractionations, using RP-HPLC and instrumental analysis. From each of the seven fractions, ferulic acid, ethyl ferulate, tryptophol, three previously reported bitter-tasting peptides, and two novel ethyl esters of peptide of 10 amino acid residues were identified. All the identified compounds had a similar taste character to that of the TDA fractions analyzed. Ethyl ferulate and the ethyl esters of the peptides showed a moderately bitter taste. The concentration of the identified compounds in seven jyunmai-type sake samples was determined. This concentration was decreased dose dependently by a charcoal treatment which is commonly applied in the final step of sake manufacture, notably in the compounds of high hydrophobicity.

活性炭素未処理清酒の呈味をもつ疎水性化合物をTDA(taste dilution analysis)法により分析した。高い呈味希釈倍率(TD factor)画分の主体をなす化合物を、逆相HPLCと機器分析を用い、呈味を指標とした分画によって精製した。7つの画分から、フェルラ酸、フェルラ酸エチル、トリプトフォール、3つの既知苦味ペプチド、及び2つの新規の10アミノ酸残基からなるペプチドのエチルエステルが同定された。同定された全ての化合物は共通して苦味を示したが、それらの味覚の特性は明らかに異なっていた。フェルラ酸エチルとペプチドのエチルエステルは温和な苦味を呈した。7つの純米清酒試料について、同定された化合物の濃度を測定した。清酒中のそれら化合物は、清酒製造の最終段階で日常的に行われる活性炭素処理の量に応じて減少したが、とりわけ疎水性が高い化合物で顕著であった。

掲載雑誌
Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry., 76, 1291-1295 (2012)

6 Identification of a Gene Involved in the Synthesis of a Dipeptidyl Peptidase IV Inhibitor in Aspergillus oryzae DPPIV阻害物質生合成に関わる黄麹菌遺伝子の同定

著者
Kazuhiko Imamura, Yoshihito Tsuyama, Terukage Hirata, Sumihiro Shiraishi, Kazutoshi Sakamoto, Osamu Yamada, Osamu Akita, Hitoshi Shimoi
今村和彦、津山善仁、平田晃陰、白石澄廣、坂本和俊、山田修、秋田修、下飯仁
要約

WYK-1 is a dipeptidyl peptidase IV inhibitor produced by Aspergillus oryzae strain AO-1. Because WYK-1 is an isoquinoline derivative consisting of three l-amino acids, we hypothesized that a nonribosomal peptide synthetase was involved in its biosynthesis. We identified 28 nonribosomal peptide synthetase genes in the sequenced genome of A. oryzae RIB40. These genes were also identified in AO-1. Among them, AO090001000009 (wykN) was specifically expressed under WYK-1-producing conditions in AO-1. Therefore, we constructed wykN gene disruptants of AO-1 after nonhomologous recombination was suppressed by RNA interference to promote homologous recombination. Our results demonstrated that the disruptants did not produce WYK-1. Furthermore, the expression patterns of 10 genes downstream of wykN were similar to the expression pattern of wykN under several conditions. Additionally, homology searches revealed that some of these genes were predicted to be involved in WYK-1 biosynthesis. Therefore, we propose that wykN and the 10 genes identified in this study constitute the WYK-1 biosynthetic gene cluster.

WYK-1はAspergillus oryzae AO-1株により生産されるジペプジルペプチダーゼIVの阻害物質である。WYK-1は3つのアミノ酸からなるイソキノリン誘導体であることから、我々はこの生合成に非リボソームペプチド合成酵素がかかわっていると想定した。A.oryzaeのゲノムからは28の非リボソームペプチド合成酵素遺伝子を同定し、その中から、のちにwykN と名付けたORF No.AO090001000009 がWYK-1生産条件で特に発現していた。そこで、RNA干渉により非相同組み換えを抑制したうえで、wyk-1遺伝子の破壊株を作成したところ、この株ではWYK-1を生産しなくなっていた。さらに、wykN下流の10遺伝子はいくつかの条件でwykNと発現パターンが一致していた。さらにホモロジー検索をした結果、これらの遺伝子のいくつかはWYK-1生合成に関わっていることが予想された。以上のことから、我々はwykNと10遺伝子がWYK-1生合成遺伝子クラスターを形成していることを提案する。

掲載雑誌
Applied Environmental Microbiology, 78, 6996-7002 (2012)

(2) 公開特許

1 蒸留酒類の産地の判別方法

出願番号
特願2011-32284(P2011-32284)
出願日
平成23年2月24日
公開番号
特開2012-173000(P2012-173000A)
公開日
平成24年9月10日
出願人
独立行政法人酒類総合研究所
発明者
堀井幸江、橋口知一
課題

安定同位体比の測定に基づく、蒸留酒類の産地を判別する方法、蒸留酒類の種類を判別する方法を提供する。

解決手段

蒸留酒類について、水素安定同位体比又は酸素安定同位体比又は炭素安定同位体比を測定し、測定した試料における安定同位体比を産地又は種類が既知である蒸留酒類における安定同位体比と比較して蒸留酒類の産地又は種類を判別する。安定同位体比の測定は、公知の同位体比分析方法を用いることができ、常法に従い、質量分析計を用いて質量電荷比に応じた分離・検出を行い、各同位体の存在量を計測して行うことができる。

2012/11/5 掲載

1. 第1四半期研究成果情報について

(1) 研究成果

1 清酒の老香成分に及ぼすバナジウムの影響 The influence of vanadium on the components of hineka

著者
磯谷敦子、神田涼子、岩田博、須藤茂俊
Atsuko ISOGAI, Ryoko KANDA, Hiroshi IWATA, Shigetoshi SUDO
要約

老香の主要成分DMTSの生成に対する製成・ろ過資材の抑制効果を調べたところ、活性炭には効果がみられなかったが、2種類のセライトに顕著な抑制効果がみられた。セライト中の有効成分を探索した結果、バナジウムであることが明らかとなった。清酒にバナジウムを添加して貯蔵すると、DMTSおよびDMDSの生成は抑制されたが、アルデヒド類が増加した。官能評価の結果、バナジウムの添加により硫黄様のにおいは抑制されたが、カラメル様・甘いにおいの強度が増加した。老香成分すべてを抑制する目的でバナジウムを使用するのは難しいが、長期熟成酒製造の観点からは有効利用できる可能性があると思われた。

We investigated the suppression effect of the activated carbons and filtering aids on the formation of dimethyl trisulfide (DMTS), one of the main components of hineka, during the storage of sake. Although the activated carbons did not have this effect, two kinds of filtering aids, celite®, greatly reduced the DMTS producing potential. We searched for the active component in the celite and found that vanadium suppressed the formation of DMTS. Meanwhile, the addition of vanadium to sake increased the formation of aldehydes during storage. As a result of sensory evaluation, vanadium suppressed the formation of the sulfury aroma but increased the caramel/sweet aroma. The application of vanadium for the suppression of all components of hineka may be difficult; however, in view of aged sake, it might be promising as it accelerated the maturation of aroma without increasing the sulfury aroma.

掲載雑誌
日本醸造学会誌、107、443-450、(2012)

2 Comprehensive analysis of dipeptides in alcoholic beverages by tag-based separation and determination using liquid chromatography/electrospray ionization tandem mass spectrometry and quadrupole-time-of-flight mass spectrometry LC/MS/MSとLC/Q-TOFMSを用いた誘導体化試薬に基づく分離と同定によるアルコール飲料に含まれるジペプチドの網羅的解析

著者
Kei Takahashi, Masafumi Tokuoka, Hiromi Kohno, Nobuko Sawamura, Yuka Myoken, and Akihiro Mizuno
高橋圭、徳岡昌文、河野弘美、澤村宣子、妙見夕佳、水野昭博
要約

Fermented foods and beverages contain several different types of dipeptides, which are believed to be important components for taste. To date, however, a method for the comprehensive analysis of dipeptides in these products has not yet been established. In this study, the comprehensive analysis of dipeptides in alcoholic beverages was performed by a high separation method based on the structural characteristics of 6-aminoquinolyl-N-hydroxysuccinimidyl carbamate (AQC)-derivatized dipeptides as well as dipeptide quantification and structural estimation using ultra-high-pressure liquid chromatography/tandem mass spectrometry (UHPLC-MS/MS) and UHPLC-quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UHPLC-Q-TOFMS), respectively. Dipeptide content was found to differ considerably among Japanese sake, beer, and wine; UHPLC-MS/MS analysis revealed that many types of dipeptides are present in sake. Dipeptide quantification analysis identified 32 types of dipeptides within the concentration range of 1.1-97.2 μM in sake. The analysis was validated by dipeptide recovery of 64.0%-107.2% (2.5 μM of standard) with a relative standard deviation of ≤33.2% from an actual alcoholic sample. Furthermore, UHPLC-Q-TOFMS analysis suggested the existence of more than 40 types of dipeptides in sake. Thus, by the combined analysis methods, we discovered that more than 60 dipeptides are present in sake. This research is the first report of dipeptide profiling of fermented alcoholic beverages by comprehensive analysis.

発酵食品や醸造酒は様々なジペプチドを含んでおり呈味に重要な影響を与えると考えられている。しかしこれまでのところ、発酵食品や醸造酒の中のジペプチドの網羅的解析法は確立していない。この研究では、アルコール飲料のジペプチドの網羅的解析を、AQC誘導体化ジペプチドの構造特異性に基づいた高分離と、UHPLC-MS/MSを用いたジペプチドの定量およびUHPLC-Q-TOFMSを用いた構造推定により行なった。ジペプチドの種類と量は、清酒・ビール・赤ワインにおいてかなり異なっていることが分かり、中でも清酒には多くの種類のジペプチドが存在していることが明らかとなった。ジペプチド定量解析の結果、32種類のジペプチドについて清酒には1.1-97.2 μMの濃度で含まれていることが分かった。醸造酒を用いてこの分析方法を標準添加法で評価すると64.0%-107.2%の範囲に収まることが分かった(相対標準偏差は33.2%以下)。さらに、UHPLC-Q-TOFMS解析の結果、清酒には40種類以上のジペプチドの存在が確認された。UHPLC-MS/MSとUHPLC-Q-TOFMSの解析を併せると清酒中から60以上のジペプチドを発見することができた。この研究は、網羅的解析による醸造酒のジペプチドプロファイリングに関する最初の報告である。

掲載雑誌
Journal of Chromatography A, 1242, 17-25 (2012)

3 Light quality affects flavonoid biosynthesis in young berries of Cabernet Sauvignon grape 光質がカベルネソーヴィニヨンブドウ幼果のフラボノイド生合成へ及ぼす影響

著者
Kazuya Koyama, Hiroko Ikeda, Puspa Raj Poudel, Nami Goto-Yamamoto
小山和哉、池田博子、プスパ・ラジ・プーデル、後藤奈美
要約

Biosynthesis of phenolic compounds is known to be sensitive to light environments, which reflects the possible role of these compounds for photoprotection in plants. Herein, the effects of UV and visible light on biosynthesis of flavonoids was investigated, i.e., proanthocyanidins (PAs) and flavonols, in young berry skins of a red-wine grape, Vitis vinifera cv. Cabernet Sauvignon. Shading with light-proof boxes from the flowering stage until 49 days after treatment (DAT) partially decreased PA concentrations, and completely decreased flavonol concentrations in the berry skins. Shading decreased the transcript abundance of a flavonol-related genes more remarkably than those of PA-related genes. In addition, light exclusion influenced the composition of PAs, such as the decrease in the proportion of trihydroxylated subunits and the mean degree of polymerization (mDP) within PAs. However, solar UV exclusion did not affect the concentration and composition of PAs, whereas this exclusion remarkably decreased the flavonol concentration. Consistently, UV exclusion did not influence the transcript levels of PA-related genes, whereas it dramatically decreased that of flavonol-related genes. These findings indicated a different light regulation of the biosynthesis of these flavonoids in young berry skins of wine grape. Visible light primarily induces biosynthesis of PAs and affects their composition, whereas UV light specifically induces biosynthesis of flavonols. Distinct roles of members of a MYB transcription factor family for light regulation of flavonoid biosynthesis were proposed.

フェノール化合物の生合成は光環境の変化に応答することが知られており、植物における光防御としての役割を反映していると考えられる。本論文では、UV光及び白色光が、赤ワイン用ブドウ品種のカベルネソービニヨン幼果皮におけるフラボノイド(プロアントシアニジン、フラボノール)生合成へ及ぼす影響について検討を行った。開花期から49日後までの果房への遮光処理によって、果皮のプロアントシアニジン濃度は部分的に減少したが、フラボノール濃度は完全に減少した。これと対応して、フラボノール生合成関連遺伝子の発現はプロアントシアニジン生合成関連遺伝子よりも遮光処理により著しく減少した。また、処理により、フラボノイドB環の3'4'5'位が水酸化された構成成分及び平均重合度などのプロアントシアニジン組成に対し影響がみられた。一方、UVカット処理によりプロアントシアニジン濃度及び組成には影響がみられなかったが、フラボノール濃度の急激な減少がみられた。また、UVカット処理はプロアントシアニジン生合成関連遺伝子の発現には影響しなかったが、フラボノール生合成関連遺伝子の発現を著しく減少させた。これらの結果より、幼果期のワイン用ブドウ果皮において、可視光は主にPAの生合成を誘導し、その組成に影響したが、UV光はフラボノール生合成を特異的に誘導することが明らかとなった。フラボノイド生合成に関連するMYB型転写因子群のメンバーは光制御に関しそれぞれ異なる役割をもつと考えられた。

掲載雑誌
Phytochemistry, 78, 54-64 (2012)

4 A loss-of-function mutation in the PAS kinase Rim15p is related to defective quiescence entry and high fermentation rates in Saccharomyces cerevisiae sake yeast strains PASキナーゼRim15pにおける機能欠失変異と清酒酵母株の休止期移行欠損及び高発酵速度の関連

著者
Daisuke Watanabe, Yuya Araki, Yan Zhou, Naoki Maeya, Takeshi Akao, and Hitoshi Shimoi
渡辺大輔、荒木悠矢、周延、前家直樹、赤尾健、下飯仁
要約

Sake yeast cells have defective entry into the quiescent state, allowing them to sustain high fermentation rates. To reveal the underlying mechanism, we investigated the PAS kinase Rim15p, which orchestrates initiation of the quiescence program in Saccharomyces cerevisiae. We found that Rim15p is truncated at the carboxyl terminus in modern sake yeast strains as a result of a frameshift mutation. Introduction of this mutation or deletion of the full-length RIM15 gene in a laboratory strain led to a defective stress response, decreased synthesis of the storage carbohydrates trehalose and glycogen, and impaired G1 arrest, which together closely resemble the characteristic phenotypes of sake yeast. Notably, expression of a functional RIM15 gene in a modern sake strain suppressed all of these phenotypes, demonstrating that dysfunction of Rim15p prevents sake yeast cells from entering quiescence. Moreover, loss of Rim15p or its downstream targets Igo1p and Igo2p remarkably improved the fermentation rate in a laboratory strain. This finding verified that Rim15p-mediated entry into quiescence plays pivotal roles in the inhibition of ethanol fermentation. Taken together, our results suggest that the loss-of-function mutation in the RIM15 gene may be the key genetic determinant of the increased ethanol production rates in modern sake yeast strains.

清酒酵母細胞は休止期移行に欠損を示し、そのことによって高い発酵速度を維持することができる。このメカニズムを明らかにするために、出芽酵母における休止期開始を調節しているPASキナーゼRim15pに関する解析を行った。その結果、清酒酵母株では、フレームシフト変異によってRim15pのカルボキシル末端が短縮されていることを見出した。実験室酵母株において、この変異の導入やRIM15遺伝子全長の欠失により、ストレス応答の欠損や貯蔵性糖質(トレハロース・グリコーゲン)の合成量低下、G1期停止の異常といった、清酒酵母の表現型と非常によく類似した表現型が観察された。さらに、清酒酵母株において正常なRIM15遺伝子を発現するとこのような表現型が全て抑圧されたことから、Rim15pの機能欠損が清酒酵母の休止期移行欠損の原因であることが示された。また、Rim15pや、その下流ターゲットであるIgo1/2pの欠失により、実験室酵母の発酵速度が顕著に改善することもわかった。この発見により、Rim15pを介した休止期移行がエタノール発酵の抑制に中心的な役割を果たしていることが確認された。以上の結果から、RIM15遺伝子の機能欠失変異が、清酒酵母株におけるエタノール生産速度の向上を引き起こした鍵となる遺伝的要因なのではないかと考えられる。

掲載雑誌
Applied and Environmental Microbiology, 78, 4008-4016 (2012)

5 Lack of endoplasmic reticulum 1,2-α-mannosidase activity that trims N-glycan Man9GlcNAc2 to Man8GlcNAc2 isomer B in a manE gene disruptant of Aspergillus oryzae N結合型糖鎖の前駆体Man9GlcNAc2をMan8GlcNAc2 アイソマーBへ刈り込む小胞体1,2-α-マンノシダーゼ活性の麹菌Aspergillus oryzaemanE遺伝子破壊株での欠落

著者
Takeshi Akao, Akinori Yahara, Kazutoshi Sakamoto, Osamu Yamada, Osamu Akita and Takashi Yoshida
赤尾健、矢原明典、坂本和俊、山田修、秋田修、吉田孝
要約

The gene manE, encoding a probable class I endoplasmic reticulum 1,2-α-mannosidases (ER-Man), was identified from the filamentous fungus Aspergillus oryzae due to similarity to orthologs. It removes a single mannose residue from Man9GlcNAc2, generating Man8GlcNAc2 isomer B. Disruption of manE caused drastic decreases in ER-Man activity in A. oryzae microsomes.

クラスI小胞体1,2-α-マンノシダーゼ(ER-Man)は、糖タンパク質のN結合型糖鎖前駆体Man9GlcNAc2からマンノース残基1個を除去し、Man8GlcNAc2 isomer Bを生成する酵素である。麹菌Aspergillus oryzaeにおいて、オルソログとの相同性を基にER-Manをコードすると思われるmanE遺伝子を同定した。麹菌のmanE遺伝子の破壊により、ミクロソーム画分のER-Man活性は劇的に減少した。

掲載雑誌
J. Biosci. Bioeng., 113, 438-441 (2012)

6 Modified Cre-loxP Recombination in Aspergillus oryzae by Direct Introduction of Cre Recombinase for Marker Gene Rescue. 麹菌における Cre 組換え酵素直接導入法による Cre-loxP システムを用いた簡易マーカー遺伝子回収法の開発

著者
Osamu Mizutani, Kazuo Masaki, Katsuya Gomi and Haruyuki Iefuji
水谷治、正木和夫、五味勝也、家藤治幸
要約

Marker rescue is an important molecular technique that enables sequential gene deletions. The Cre-loxP recombination system has been used for marker gene rescue in various organisms, including aspergilli. However, this system requires many time-consuming steps, including construction of a Cre expression plasmid, introduction of the plasmid, and Cre expression in the transformant. To circumvent this laborious process, we investigated a method wherein Cre could be directly introduced into Aspergillus oryzae protoplasts on carrier DNA such as a fragment or plasmid. In this study, we define the carrier DNA (Cre carrier) as a carrier for the Cre enzyme. A mixture of commercial Cre and nucleic acids (e.g., pUG6 plasmid) was introduced into A. oryzae protoplasts using a modified protoplast-polyethylene glycol method, resulting in the deletion of a selectable marker gene flanked by loxP sites. By using this method, we readily constructed a marker gene-rescued strain lacking ligD to optimize homologous recombination. Furthermore, we succeeded in integrative recombination at a loxP site in A. oryzae. Thus, we developed a simple method to use the Cre-loxP recombination system in A. oryzae by direct introduction of Cre into protoplasts using DNA as a carrier for the enzyme.

マーカー遺伝子のリサイクリングは遺伝子多重破壊を可能にする重要な技術の一つである。Cre-loxP システムは、マーカー遺伝子リサイクリングが行える方法として糸状菌を含む様々な生物で利用されているが、このシステムを実行するには Cre 組換え酵素発現カセットを作成し、菌体内に導入後、発現誘導を行い、マーカー遺伝子が除去された株の選抜を行うといった非常に煩雑なステップが必要である。そこで本研究では Cre 酵素を菌体内で発現させずに、直接菌体核内に Cre 酵素を導入する事でマーカー遺伝子の除去が行えるかを、麹菌を用いて検討した。その結果、プラスミドや DNA フラグメントのような核酸を酵素キャリア(以後、Cre キャリアと定義)とし、市販 Cre 酵素と麹菌プロトプラストを一緒に作用させる事で、酵素を効率良く麹菌核内に導入しうることを見出し、簡易的にマーカー遺伝子の回収を行う事が可能となった。この手法を用いて、相同組換え効率が上昇している ligD 欠損株で迅速なマーカー遺伝子回収を行った。さらに、本手法を用いて loxP サイトへをターゲティングにした遺伝子導入にも成功した。以上より、我々は、Cre キャリアを用いて Cre 酵素を麹菌に直接導入する事で Cre-loxP システムを簡便に利用できる技術を開発した。

掲載雑誌
Applied and Environmental Microbiology, 78, 4126-4133 (2012)

7 Overexpression of the yeast transcription activator Msn2 confers furfural resistance and increases the initial fermentation rate in ethanol production 酵母転写因子Msn2の過剰発現はエタノール製造におけるフルフラール耐性を付与し発酵初速度を増大させる

著者
Yu Sasano, Daisuke Watanabe, Ken Ukibe, Tomomi Inai, Hitoshi Shimoi, Hiroshi Takagi
笹野佑、渡辺大輔、浮辺健、井内智美、下飯仁、高木博史
要約

Lignocellulosic biomass is a promising source for bioethanol production, because it is abundant worldwide and has few competing uses. However, the treatment of lignocelllulosic biomass with weak acid to release cellulose and hemicellulose generates many kinds of byproducts including furfural and 5-hydroxymethylfurfural, which inhibit fermentation by yeast, because they generate reactive oxygen species (ROS) in cells. In order to acquire high tolerance to oxidative stress in bioethanol yeast strains, we focused on the transcription activator Msn2 of Saccharomyces cerevisiae, which regulates numerous genes involved in antioxidative stress responses, and constructed bioethanol yeast strains that overexpress Msn2 constitutively. The Msn2-overexpressing bioethanol strains showed tolerance to oxidative stress, probably due to the high-level expression of various antioxidant enzyme genes. Unexpectedly, these strains showed ethanol sensitivity compared with the control strain, probably due to imbalance of the expression level between Msn2 and Msn4. In the presence of furfural, the engineered strains exhibited reduced intracellular ROS levels, and showed rapid growth compared with the control strain. The fermentation test in the presence of furfural revealed that the Msn2-overexpressing strains showed improvement of the initial rate of fermentation. Our results indicate that overexpression of the transcription activator Msn2 in bioethanol yeast strains confers furfural tolerance by reducing the intracellular ROS levels and enhances the initial rate of fermentation in the presence of furfural, suggesting that these strains are capable of adapting rapidly to various compounds that inhibit fermentation by inducing ROS accumulation. Our results not only promise to improve bioethanol production from lignocellulosic biomass, but also provide novel insights for molecular breeding of industrial yeast strains

木質セルロース系バイオマスは世界中に豊富に存在し競合する用途もほとんどないことから、バイオエタノール製造にとって将来有望な資源である。しかしながら、木質セルロース系バイオマスを弱酸で処理してセルロースやヘミセルロースを得ようとすると、フルフラールや5-ヒドロキシメチルフルフラールを含む多種の副産物を生成してしまう。これらは、酵母細胞内において活性酸素種(ROS)を生成して発酵を阻害する。バイオエタノール酵母株において高い酸化ストレス耐性を得るために、我々は出芽酵母の転写活性化因子Msn2(抗酸化ストレス応答に関与する多数の遺伝子の発現を制御していることが知られている)に着目し、この転写因子を恒常的に過剰発現するバイオエタノール酵母株を作成した。Msn2過剰発現バイオエタノール酵母は、抗酸化に関わる酵素の遺伝子発現の上昇を介して酸化ストレスに対する耐性を示した。意外なことに、これらの株は親株と比較してエタノール感受性を示したが、この原因はおそらくMsn2とMsn4の発現レベルのバランスの変化によるものと推測される。フルフラール存在下において、改変株ではROSレベルの低下を示し、増殖速度は向上していた。さらにフルフラール存在下での発酵試験の結果、Msn2過剰発現株は発酵初速度の向上を示すことを明らかにした。我々の結果から、バイオエタノール酵母株における転写活性化因子Msn2の過剰発現は細胞内ROSレベルを減少させることによってフルフラール耐性を付与し、フルフラール存在下における発酵初速度を向上させることが示され、この改変株は、ROSの蓄積を誘導する発酵阻害物質に対して速やかに適応できることが示唆された。以上の結果は、木質セルロース系バイオマスからのバイオエタノール生産を改善することに貢献するだけでなく、実用酵母菌株の分子育種における新たな知見を提供するものとなる。

掲載雑誌
Journal of Bioscience and Bioengineering, 113, 451-455 (2012)

2012/7/17 掲載