Expression and Secretion of Recombinant Inulinase under the Control of GAL or GAP Promoter in Sacharomyces cerevisiae

Sacharomyces cerevisiae에서 GAL또는 GAP 프로모터 조절에 의한 재조합 Inulinase의 발현 및 분비

To investigate the promoter effect on heterologous gene expression in S. cerevisiae, the recombinant plasmids pYI11, pYI12, pYI10-2, and pYIGP were constructed to contain the inulinase gene (INUI) as a reporter under the control of GAL10, GAL7, GAL1, and GAP promoters, respectively. When the yeasts transformants were cultivated on galactose-containing rich media, the cell growth reached to 36-39 OD600 at 72 hours of cultivation. The specific growth rates of the cells harboring the four different plasmids decreased similarly : they dropped from $0.24 h^{-1}$ during the glucose-consuming period to 0.04 -$0.10 h^{-1}$ during the galactose-consuming period (gene expression phase for GAL promoter system). After the depletion of glucose, the expression of inulinase gene was started and reached to maximal levels of 4.3(GAL1 promoter), 4.0(GAL10 promoter), 3.8(GAL7 promoter), and 1.6(GAP promoter) unit/mL at 72 hours of cultivation. Based on the maximal expression level and activity staining on the plate, the promoter strength was in the order of GAL1, GAL10, GAL7 and GAP promoter. While the GAL-promoter systems showed a high plasmid stabilities of more than 78%, the GAP-promoter plasmid revealed a lower plasmid stability of 55%. Most of inulinase activity (98%) was found in the extracellular medium, indicating that the secretion efficiency of inulinase is independent on the type of promoter.

본 연구에서는 GALl, GALl, GALlO 및 GAP promoter 하류에 reporter 유전자인 K. marxianus의 inulinase 유전자(lNUl)를 연결하여 각각의 재조합 plasmid들을 구축하고, 이들로 형질전환된 S. cerevrswe를 회분배양(YPOG 배지 )하여 외래 유전자 발현에 미치는 promoter의 영향을 비교.검토하 였다. 재조합 효모의 최종 균체농도는 36-39 00600 값을 보여 promoter에 따른 큰 차이를 보이지 않았으나, 포도당 소모기간 동안 비증식속도는 평균 $0.24 h^{-1}$로 유지되다가 galactose 소모기간 동안에 GAL promoter 함유 효모배양의 경우 $0.04-0.06 h^{-1}$, pYIGP 함유 재조합 효모배양은 $0.10 h^{-1}$로 감소하였다. 포도당 고갈 후 inulinase 발현은 시작되었고 균체외 inulinase의 발현 수준은 배양 72시간에 4.3 (GALl promoter), 4.0 (GAL7 promoter), 3.8 (GAL10 promoter) 및 1.6 (GAP promoter) unit/mL에 도달하였다. 평판배지상에서의 활성염색과 회분배양의 결과(최종발현양 및 초기 inulinase 말현속도), inulinase 발현에 미치는 promoter 세기 는 GALl > GALlO > GAL7 > GAP 순임을 알 수 있었다. GAL promoter가 배양말기까지 78 % 이상의 높은 plasmid 안정성을 보인 반면에, GAP promoter의 경우 55%의 낮은 plasmid 안정성을 보였다. 또한, 재조합 inulinase는 promoter 종류에 상관없이 98% 이상 배양액으로 분비되였다.