糸状菌アンモニア発酵の分子機構解明

丝状真菌氨发酵分子机制的阐明

基本信息

批准号：
13306008
负责人：
祥雲弘文
金额：
$ 26.29万
依托单位：
The University of Tokyo
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (A)
财政年份：
2001
资助国家：
日本
起止时间：
2001 至 2003
项目状态：
已结题

项目摘要

Fusarium oxysporumなど、多くの土壌真菌(糸状菌)がアンモニア発酵を行うことを示した。F.oxysporumの代謝系について詳細な検討を加え、以下のように、その機構を分子レベルで明らかにした。エタノールなどの炭素源は酢酸に酸化され、その過程上acetate kinaseのステップで基質レベルのリン酸化が行われ、嫌気的成育に寄与することが示された。その間生じた電子はNADまたはNADP経由で硝酸に捨てられ、アンモニアを生じることが判明した。硝酸塩は亜硝酸経由でアンモニアへ還元され、そこに関わる硝酸塩還元酵素、亜硝酸塩還元酵素は脱窒系の酵素とは異なり、同化型の各酵素と同じものが使われている可能性の高いことが示された。通気の影響を見ると、アンモニア発酵は全く通気を行わないような嫌気条件でもっとも活性が高く、その際の電顕観察によるミトコンドリアの形態は中身の希薄な不完全なものであった。硝酸塩存在下での微好気条件ではアンモニア発酵は脱窒に置き換わり、それに伴い形態的に完全なミトコンドリアが形成された。すなわち、アンモニア発酵は細胞質で、脱窒はミトコンドリアで行われることをさらに支持する結果を得た。さらに通気の高い好気条件では両者とも抑制され、エネルギー産生は酸素呼吸によることが示された。以上の結果は、従来好気的生物と考えられていた土壌真菌の多くが実は、嫌気、微好気、好気の3段階もの通気条件に細やかに適応できる通性嫌気性菌であることを初めて明らかにしたものである。F.oxysporumのP450nor遺伝子上流のプロモーター領域の解析を行い、低酸素および硝酸イオンの検知にそれぞれ関わるシス因子を特定した。アンモニア発酵に関わる遺伝子の同領域との比較は興味深い。さらに、硝酸還元系(硝酸塩還元酵素、亜硝酸塩還元酵素)がアンモニア発酵と脱窒で異なることを遺伝子レベルで証明した。

已经表明，许多土壤真菌（纤维真菌），例如氧气孢子孢子进行氨发酵。研究了对氧孢子虫的代谢系统的详细研究，并在分子水平上阐明了氧化链球菌的机理。已经表明，诸如乙醇之类的碳源被氧化为乙酸，在此过程中，底物水平磷酸化在乙酸激酶的阶段进行，这有助于厌氧生长。在此期间产生的电子通过NAD或NADP丢弃成硝酸，并发现产生氨。硝酸盐通过亚硝酸盐酸还原为氨，并且已经表明，涉及的硝酸盐还原酶和亚硝酸盐还原酶不可能与同化的酶相同，这与非硝化酶不同。从没有进行曝气的厌氧条件下，氨发酵是最活跃的，通过电子显微镜获得的线粒体形态是稀释且不完整的含量。在存在硝酸盐的情况下，在微量恐惧的条件下取代了氨发酵，从而取代了硝酸盐的形成。也就是说，结果进一步支持了氨发酵发生在细胞质中，而在线粒体中发生硝化。此外，两者在高度有氧条件下都被抑制，表明能量产生是由氧气呼吸引起的。上述结果首次表明，许多先前被认为是有氧生物的土壤真菌实际上是疗养的厌氧菌细菌，可以在有氧情况的三个阶段进行调整：厌氧，微氧和有氧运动。分析了F. oxysporum中P450NOR基因上游的启动子区域，以鉴定与低氧和硝酸盐离子检测有关的CIS因子。将其与参与氨发酵的基因的相同区域进行比较很有趣。此外，在基因水平上证明了硝酸盐还原系统（硝酸盐还原酶，亚硝酸盐还原酶）与氨发酵和硝化作用不同。