放線菌のキチナーゼ遺伝子の多様性とその発現制御機構の解明

[要　約]
　土壌微生物の中の主要なキチナーゼ生産菌である放線菌は，４種類以上の細菌型キチナーゼ遺伝子と，２種類以上の植物型キチナーゼ遺伝子を有し， それぞれ性質の異なる多様なキチナーゼを生産する。また，キチナーゼ生産の直接の誘導物質はキトビオースである。
農業環境技術研究所　環境生物部　微生物管理科　土壌微生物利用研究室
[部会名]　農業生態
[専　門]　土壌
[対　象]　微生物
[分　類]　研究
[背景・ねらい]
　キチンを分解する酵素キチナーゼは自然界の炭素循環において重要である一方で，植物病原菌に対して溶菌作用を示すことから，土壌病害の バイオコントロールにその利用が期待されている。土壌の代表的なキチナーゼ生産菌であるStreptomyces 属放線菌のキチナーゼ生産能について， 分子生物学的に解析し，キチナーゼ生産の人為的コントロールや機能を強化したキチナーゼの作出など，新たな利用法の開発に資する。
[成果の内容・特徴]
  1. ショットガンクローニングにより，多くの細菌で見いだされているファミリー18型に属する３つのチナーゼ遺伝子（chiA ，chiB ， chiC ）を得，それぞれ異なるドメイン構造をとっていることを明らかにした（図１）。さらに，コスミド整列ライブラリーから， 新たなファミリー18キチナーゼ遺伝子（chiD 他）と，主に植物に見いだされれていたファミリー19型に属するキチナーゼ遺伝子３クローンを得た。また， これら複数のキチナーゼ遺伝子は放線菌（Streptomyces 属）に属する多くの種で保存されていることがサザンハイブリダイゼーションにより明らかになり， 放線菌は系統的に全く異なるファミリー18と19のキチナーゼ遺伝子をそれぞれ複数ずつ併せ持ち，極めて多様なキチナーゼ生産能を有することが明らかになった （図２）。
  2. 放線菌のキチナーゼ生産は，基質であるキチンにより誘導されたが，グルコース等の糖類の共存下では抑制された。
  3. 種々の大きさのキチン分解産物の中で，キチナーゼ遺伝子の発現は，キチンの構成単糖（N-アセチルグルコサミン）２つからなるキトビオースにより誘導される ことが明らかとなった。
  4. S. lividans のキチナーゼ生産に対するグルコース抑制には，グルコース代謝関連酵素であるグルコースキナーゼが関与していることが明らかになった。
  5. 各種放線菌のキチナーゼ遺伝子のプロモーター配列の解析等より，放線菌のキチナーゼ遺伝子の発現は共通の制御を受けていることが示され，プロモーター 断片に特異的に結合するタンパク質の遺伝子をクローニングした。
[成果の活用面・留意点]
　　得られた遺伝子や情報をもとに，ハイブリッド酵素など，より高機能のキチナーゼの作出が期待できる。キチナーゼ遺伝子の多様性は Streptomyces 属のほとんどの種に当てはまると考えられ，生物界におけるキチナーゼの進化を知る上で重要な情報である。

具体的データ

[その他]
研究課題名：放線菌の菌体外酵素生産における生物情報
予算区分　：大型別枠　［生物情報］
研究期間　：平成９年度（平成７〜９年）
発表論文等：１）Molecular cloning and characterization of chitinase genes from Streptomyces
　　　　　　　　lividans 66. J. Gen. Microbiol., 137. 2065-2072 (1991)
　　　　　　２）Identification of glutamic acid 204 and aspartic acid 200 in chitinase A1
　　　　　　　　of Bacillus circulans WL-12 as essential residues for chitinase activity.
　　　　　　　　J. Biol. Chem., 268, 18567-18572 (1993)
　　　　　　３）Nucleotide sequence and expression of a gene from Streptomyces lividans. J.
　　　　　　　　Ferment. Bioeng., 83, 26-31 (1997) 他
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