麹菌に有用物質の“設計図”を素早く読み込ませる方法 -有用な二次代謝産物を生産させるための長大な生合成遺伝子を迅速に麹菌に移植する技術を開発-

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2026-05-28 産業技術総合研究所

産業技術総合研究所(産総研)の研究チームは、麹菌に長大な生合成遺伝子を迅速に移植する新技術を開発した。研究成果は『Applied Microbiology and Biotechnology』に掲載された。研究では、63 kbに及ぶ二次代謝産物生合成遺伝子を24個のDNA断片に分割し、PCRで調製後、それらを一括で麹菌細胞へ導入することで、細胞内の相同組み換え機構により元の長大遺伝子を再構築することに成功した。42コロニー中13コロニーで正しく再構成され、目的物質の生産も確認された。従来必要だったクローニングや複数回の遺伝子導入工程が不要となり、移植期間は従来の約130日から約30日に短縮された。麹菌は安全性が高く、不要な二次代謝産物が少ないため、医薬品・農薬・機能性材料などの異種生産宿主として有望視されている。本技術により、複雑な天然物生合成遺伝子の迅速導入が可能となり、バイオものづくりによる有用物質の安定・低コスト生産加速が期待される。

麹菌に有用物質の“設計図”を素早く読み込ませる方法 -有用な二次代謝産物を生産させるための長大な生合成遺伝子を迅速に麹菌に移植する技術を開発-

<関連情報>

アスペルギルス・オリゼにおける多重組換えによる63kb長の生合成遺伝子クラスターのワンステップ生体内構築 One-step in vivo assembly of a 63 kb-long biosynthetic gene cluster via multiple recombination in Aspergillus oryzae

Koichi Tamano,Haruka Takayama,Ikuko Kozone,Yukiko Abe,Akio Kanda,Kei Kudo,Hikaru Suenaga & Kazuo Shin-ya
Applied Microbiology and Biotechnology  Published:07 May 2026
DOI:https://doi.org/10.1007/s00253-026-13845-7

Abstract

Mass production of numerous secondary plant and microbial metabolites is crucial, given their value as pharmaceutical agents, dietary supplements, and pesticides. For microbial strain, mass production generally involves improving the native producer strain to enhance overall productivity via spontaneous mutagenesis or genetic modifications. Alternatively, productivity can be enhanced through heterologous production, in which the biosynthetic genes for a secondary metabolite are expressed in a more suitable strain. However, as these biosynthetic genes commonly exist as long clusters, often exceeding several tens of kilobases (kb), their handling is labor-intensive and time-consuming, requiring multiple rounds of genetic cloning and introduction into the host. Therefore, methods enabling efficient transfer of biosynthetic genes into another microorganism in a single step of transformation without the need to clone long gene clusters have been strongly desired. Such an approach has been explored in filamentous fungi, however the maximum gene size sufficiently transferred with the approach thus far is only approximately 20 kb. In this study, we transferred 63 kb pairs of DNA encoding a secondary metabolite-biosynthetic genes into the chromosome of Aspergillus oryzae, a filamentous fungus, using a single-step transformation approach based on multiple homologous recombination events. This study expands the potential of using A. oryzae as a host for efficient heterologous metabolite production. The results serve as a useful reference, providing insights, such as the DNA fragment number and assembled cluster length in host cells, for the cases where heterologous production of a secondary metabolite proves desirable in filamentous fungi.

Key points

One-step transfer of 24 DNA fragments to A. oryzae and the in vivo ordered assembly.

The assembled 63 kb DNA region enabled heterologous secondary metabolite production.

The transfer method adopted in this study may be applied to other filamentous fungi.

生物化学工学
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