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ニコチンアミドモノヌクレオチドアデニル転移酵素（nmnat）を過剰発現させることで、甘皮植物の生育速度、Ca濃度、セルラーゼ産生量が増加することを明らかにした
Overexpression of nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase (nmnat) increases the growth rate, Ca concentration and cellulase production in Ganoderma lucidum.
PMID: 32632475 DOI: 10.1007/s00253-020-10763-0.
抄録
多様なリグノセルロース系バイオマスを経済的に利用するための新たな手段を特定することは喫緊の課題である。霊芝は食用・薬用担子菌として知られており、幅広いセルロース系バイオマスの分解能力に優れており、その栄養利用効率は細胞外セルラーゼの活性と密接に関係している。細胞内のニコチンアミド・アデニン・ジヌクレオチド（NAD）生合成は栄養状態に応じて制御されており、NADは細胞内の様々なプロセスに関与する必須代謝物である。ニコチンアミドモノヌクレオチドアデニルトランスフェラーゼ（NMNAT）は、3つのNAD合成経路に共通した酵素であり、そのうちの1つであるニコチンアミドモノヌクレオチドアデニルトランスフェラーゼ（NMNAT）とニコチンアミドモノヌクレオチドアデニルトランスフェラーゼ（NMNAT）との相同性が高い。本研究では、G. lucidum から nmnat の相同遺伝子をクローニングし、アグロバクテリウム tumefaciens 媒介形質転換法を用いて OE::nmnat4 と OE::nmnat19 の 2 つの G. lucidum 過剰発現株を構築した。G. lucidum nmnat過剰発現株では、異なる炭素源でのコロニー増殖が明らかに増加し、細胞内Ca濃度はOE::nmnat4株で2.04倍、OE::nmnat19株で2.30倍に増加した。G. lucidum OE::nmnat4株及びOE::nmnat19株では、エンド-β-グルカナーゼ（CMCase）活性がWT株と比較して、それぞれ約2.8倍及び3倍、β-グルコシダーゼ（pNPGase）活性がそれぞれ約1.9倍及び2.1倍に増加した。さらに、NAD合成経路を過剰発現させることで、細胞内Ca濃度を上昇させてセルラーゼ産生を誘導することが明らかになった。以上のことから、本研究は、NAD 合成経路の nmnat 遺伝子の過剰発現による細胞内 NAD 量の増加が、G. lucidum の細胞内 Ca 濃度を増加させてセルラーゼ産生を増加させる可能性があることを初めて示したものである。NADinfluences cellulase production in G. lucidum.の細胞内Ca濃度を増加させることで、セルラーゼ産生を増加させることを明らかにした。
Identifying new and economical means to utilize diverse lignocellulosic biomass is an urgent task. Ganoderma lucidum is a well-known edible and medicinal basidiomycete with an excellent ability to degrade a wide range of cellulosic biomass, and its nutrient use efficiency is closely related to the activity of extracellular cellulase. Intracellular nicotinamide adenine dinucleotide (NAD) biosynthesis is controlled in response to nutritional status, and NAD is an essential metabolite involved in diverse cellular processes. Nicotinamide mononucleotide adenylyltransferase (NMNAT) is a common enzyme in three NAD synthesis pathways. In this study, a homologous gene of nmnat was cloned from G. lucidum and two G. lucidum overexpression strains, OE::nmnat4 and OE::nmnat19, were constructed using an Agrobacterium tumefaciens-mediated transformation method. The G. lucidum nmnat overexpression strains showed obviously increased colony growth on different carbon sources, and intracellular Ca concentrations in the G. lucidum OE::nmnat4 and OE::nmnat19 strains were increased by 2.04- and 2.30-fold, respectively, compared with those in the wild-type (WT) strains. In the G. lucidum OE::nmnat4 and OE::nmnat19 strains, endo-β-glucanase (CMCase) activity increased by approximately 2.8- and 3-fold, while β-glucosidase (pNPGase) activity increased by approximately 1.9- and 2.1-fold, respectively, compared with the activity in the WT strains. Furthermore, overexpression of NAD synthesis pathways was found to elicit cellulase production by increasing the intracellular Ca concentration. In summary, this study is the first to demonstrate that increased intracellular NAD contents through overexpression of the nmnat gene of NAD synthesis pathways may increase cellulase production by increasing intracellular Ca concentrations in G. lucidum. KEY POINTS: • The concentration of NADinfluences cellulase production in G. lucidum. • The concentration of NADinfluences the intracellular Caconcentration in G. lucidum. • The concentration of NADinfluences cellulase production by eliciting a change in intracellular Cain G. lucidum.