麹菌の酵素生産能の高さは菌糸細胞体積と核数の増加による

概要

麹菌の高い酵素生産能に関わる特性を細胞生物学的に解析し、培養により菌糸が太くなり、細胞体積とそこに含まれる核の数が10倍程度に増加することを見いだしました。これにより、菌糸あたりの転写と翻訳量が高まり、タンパク質生産および酵素生産能力が上昇すると考えられます。
　麹菌は、アミラーゼやプロテアーゼなどの酵素を生産する能力が高く、日本酒・醤油・味噌といった伝統的醸造発酵に利用されてきました。現在は、酵素生産などのバイオ産業でも世界的に利用されています。本研究は、細胞生物学的解析により、麹菌が持つ酵素生産能に関わる特性を明らかにしました。麹菌は1〜3日間の培養により、太い菌糸が出現し優占しました。この太い菌糸は、培養初期の菌糸と比べ、菌糸細胞の体積が10倍に、核の数も10倍の200以上に増加しました。この細胞体積と核数の増加は、麹菌に特徴的であり、アミラーゼ酵素活性の上昇と相関が見られました。そこで、細胞体積と核数の増加に関わる分子機構を解析し、関わる因子を明らかにしました。そして、細胞体積と核数が互いに制御し合い、それぞれが同時に増加するというモデルを提唱しました。細胞体積と核数が増加することで、菌糸あたりの転写と翻訳量が高まり、酵素生産能力が上昇すると考えられます。このような形質はエネルギーを大量に必要とするため、自然環境では選抜されにくいと考えられますが、栄養豊富な環境で長年にわたり育種されてきた麹菌では、この形質が選抜された可能性があります。酵素生産の産業で使用されるトリコデルマやペニシリウムの育種株においても、同様に細胞体積と核数の増加が見られました。本研究は、多核生物における細胞体積と核数の制御について基礎的な知見を提供するとともに、産業応用における糸状菌の育種に新しい指針を与えるものです。

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プレスリリース

研究代表者

筑波大学生命環境系
竹下 典男　准教授

東京大学大学院農学生命科学研究科 応用生命工学専攻 微生物学研究室
（兼）醸造微生物学（キッコーマン）寄付講座
丸山 潤一　教授

掲載論文

【題名】

The increase in cell volume and nuclear number of the koji-fungusAspergillus oryzae contributes to its high enzyme productivity
（麹菌Aspergillus oryzaeにおける細胞体積と核数の増加がその高い酵素生産に寄与する）

【掲載誌】

eLife

【DOI】

10.7554/eLife.107043.4

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生命環境系