放射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

• 担当機関: 農業環境技術研究所
• 研究期間: 1997～1997
• 発行年度: 1997
• 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。
• 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。
• カテゴリ: 炭素循環