麹菌の酵素生産能の高さは菌糸細胞体積と核数の増加による

2025-09-23 筑波大学

筑波大学と東京大学の研究チームは、麹菌 Aspergillus oryzae の高い酵素生産能が、菌糸の細胞体積と核数の大幅な増加に由来することを明らかにしました。培養で出現する太い菌糸は細胞体積・核数が初期の約10倍に達し、転写・翻訳量の増加によりアミラーゼ活性も上昇しました。分子機構解析により、細胞体積と核数が相互に制御しつつ同時に増加するモデルを提案。栄養豊富な環境下での長期育種によりこの特性が選抜された可能性が示されました。さらに、産業利用される他の糸状菌株でも同様の現象が確認されました。本成果はeLifeに掲載され、多核生物の細胞制御研究や産業応用での糸状菌改良に新たな指針を与えます。

麹菌の酵素生産能の高さは菌糸細胞体積と核数の増加による
図 (a)麹菌と関連する種を生育させたプレート。(b)細い菌糸(4 mm幅)から太い菌糸(12 mm幅)が分岐で出現する。核内のヒストン(染色体を構成するタンパク質)を蛍光タンパク質(GFP)で標識した。 (c)Aspergillus属糸状菌の菌糸の先端の細胞とそこに含まれる核(GFPまたは蛍光染色)の分布(スケールバーは10 mm)。(d)分岐の形成時に、細胞体積と核数の増加が同時に起きるモデル。細胞体積と核の数は互いに制御し合う。(e)細胞体積と核数が増加することの利点と欠点、および、麹菌の育種との関わり。

<関連情報>

麹菌Aspergillus oryzaeにおける細胞体積と核数の増加がその高い酵素生産に寄与する The increase in cell volume and nuclear number of the koji-fungus Aspergillus oryzae contributes to its high enzyme productivity

Ayaka Itani,Haruto Motomura,Ken Oda,Hideyuki Yamashita,Kanae Sakai,Ken-ichi Kusumoto,Shinsuke Shigeto,Takehiko Ichikawa,Hosain Mohammad Mubarak,…,Norio Takeshita
eLife  Published:Sep 23, 2025
DOI:https://doi.org/10.7554/eLife.107043.4

Abstract

While the ratio of nuclei to cell volume is well regulated, it remains largely unexplored in multinucleate organisms. The koji-fungus Aspergillus oryzae, traditionally used in Japanese brewing and fermentation for over a thousand years, is now widely utilized in modern biotechnology as a host for enzyme production. We discovered that, over time in culture, hyphae become thicker, resulting in a tenfold increase in cell volume, and the number of nuclei in hyphal cells also increases tenfold, exceeding 200. The increase in cell volume and nuclear number is unique among the investigated Aspergillus species and correlates with its high enzyme production capabilities. Since nuclear number and cell volume are correlated, both must increase simultaneously for either to expand. Our analyses identified genetic factors and nutritional environmental signals involved in each of these increases. Increases in nuclear number and cell volume were also observed in other fungi bred for industrial use. This study not only deepens our understanding of the evolutionary processes that promote high enzyme productivity through fungal breeding, but also provides insights into the molecular mechanisms regulating cell volume and nuclear number in multinucleate organisms.

1202農芸化学
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