University of the Ryukyus · Faculty of Agriculture

Research keywordsindigo fermentation・microbial community convergence・nigeran・beta-1,3-glucanase・antifungal chitinase・fungal cell wall degradation

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• Tomodane Promotes Microbial Community Convergence and Indigo Reduction During Laboratory-Scale Indigo Fermentation2026 · Rin Seimori, Shusaku Yoshida, Natsuki Nagoya, Shuri Fujino, Runo Arakaki, Toki Taira, Keiko Uechi
• 黒麹菌細胞壁多糖ニゲラン合成関連酵素の機能解析とニゲラン応用研究への展望2025 · 上地 敬子，平良 東紀，水谷 治
• Characterization of an antifungal β-1,3-glucanase from Ficus microcarpa latex and comparison of plant and bacterial β-1,3-glucanases for fungal cell wall β-glucan degradation2023 · Each β-1,3-glucanase with antifungal activity or yeast lytic activity hydrolyzes different structures of β-1,3-glucans in the fungal cell wall, respectively. Plants express several glycoside hydrolases that target chitin and β-glucan in fungal cell walls and inhibit pathogenic fungal infection. An antifungal β-1,3-glucanase was purified from gazyumaru (Ficus microcarpa) latex, designated as GlxGluA, and the corresponding gene was cloned and expressed in Escherichia coli. The sequence shows that GlxGluA belongs to glycoside hydrolase family 17 (GH17). To investigate how GlxGluA acts to degrade fungal cell wall β-glucan, it was compared with β-1,3-glucanase with different substrate specificities. We obtained recombinant β-1,3-glucanase (designated as CcGluA), which belongs to GH64, from the bacterium Cellulosimicrobium cellulans. GlxGluA inhibited the growth of the filamentous fungus Trichoderma viride but was unable to lyse the yeast Saccharomyces cerevisiae. In contrast, CcGluA lysed yeast cells but had a negligible inhibitory effect on the growth of filamentous fungi. GlxGluA degraded the cell wall of T. viride better than CcGluA, whereas CcGluA degraded the cell wall of S. cerevisiae more efficiently than GlxGluA. These results suggest that the target substrates in fungal cell walls differ between GlxGluA (GH17 class I β-1,3-glucanase) and CcGluA (GH64 β-1,3-glucanase).
• Preparation and Crystal Structure Analysis of High-Strength Film Derived from Nigeran Ester Derivatives2022 · <p>Nigeran (<i>α</i>-1,3-<i>alt</i>-<i>α</i>-1,4-glucan) is a linear glucan with alternating <i>α</i>-1,3- and <i>α</i>-1,4-glycosidic linkages. It is extracted from the cell walls of certain species in the genera <i>Aspergillus</i> and <i>Penicillium</i>. Nigeran can be esterified and used as a film, but its strength is only approximately 4–25 MPa. However, in the present study, high-strength nigeran ester films with tensile strengths of 100 MPa were successfully prepared by thermally stretching and annealing the melt-quenched films. Two-dimensional wide-angle X-ray diffraction (2D-WAXD) analysis revealed that the highly oriented films of nigeran butyrate (NGBu), nigeran valerate (NGVa), and nigeran hexanoate (NGHx) studied herein had two-fold helix symmetry along the molecular axis. Assuming the crystal systems to be orthorhombic, the unit lattice of each ester was calculated as NGBu (<i>a</i>=28.6Å, <i>b</i>=9.07Å, <i>c</i>=16.5Å), NGVa (<i>a</i>=31.5Å, <i>b</i>=9.07Å, <i>c</i>=16.2Å), and NGHx (<i>a</i>=36.7Å, <i>b</i>=9.07Å, <i>c</i>=16.2Å). In the calculated unit lattice parameters, only the <i>a</i>-axis was extended as the number of ester carbons increased.</p>

• 遺伝子発現と微生物間相互作用から迫る糸状菌細胞壁多糖ニゲランの機能2022 · 基盤研究(C)
• 黒色Aspergillus属特異的な細胞壁多糖ニゲランの機能と生合成機構の解明2019 · Aspergillus luchuensisなどの一部のAspergillus属糸状菌は窒素飢餓時にニゲランという細胞壁多糖を生産することが知られている。しかしながらニゲラン合成のメカニズムや生理学的な意義については不明な点が多く知見が少なかった。A. luchuensisを供試菌として窒素源の存在/非存在下でのRNA-Seq解析を実施し，窒素源非存在時に特異的に発現量が増加するα-1,3-グルカン合成酵素遺伝子を見出した。そこで本研究では，ニゲラン合成酵素遺伝子の同定とニゲラン合成のメカニズムを明らかにすることを目的とした。RNA-Seq解析で見出したニゲラン合成酵素候補遺伝子を破壊したA. luchuensisはニゲラン合成能を完全に失い，またニゲラン生産能を持たないA. oryzaeに同遺伝子を導入した結果，ニゲラン生産能を付与することができた。つまり本遺伝子はα-1,3-グルカン合成酵素ではなくニゲラン合成酵素をコードする遺伝子であることが世界で初めて明らかとなった。ニゲラン合成酵素遺伝子破壊株について，液体培養とプレート培養の比較，各種細胞壁合成阻害剤を含む培養条件下での表現型解析を行ったが，いずれの条件下でも野生株との顕著な変化は確認されなかった。また，RNA-Seq解析結果より，ニゲラン合成酵素遺伝子に隣接し，窒素飢餓時に転写量が増加するα-グルカノシルトランスフェラーゼ様遺伝子と機能未知遺伝子が見出され，両遺伝子の翻訳産物がニゲランの生産量や分子量に影響を及ぼすことが示唆された。
• 微生物の代謝機能と酵素を利用した新しい希少糖およびヘテロ希少二糖生産技術の確立2014 · 本課題は、D-アロース、D-アルトロース及びこれらの希少糖を含む二糖を新規の微生物の代謝機能と酵素を用いた新たな反応経路で生産する技術の確立のための基盤研究である。 本研究により、D-グルコシド3-デヒドロゲナーゼの大量生産に成功した。また、結晶化にも成功した。本酵素は様々な二糖類に作用し、化学的還元を組み合わせることで、α-1,4結合型、β-1,4結合型のアロシルグルコース、α-1,1結合型のアロシルアロース、β-1,4結合型のグロシルグルコースなど様々な希少糖含有二糖の生産が可能となった。

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