• 생명과학회지
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• 제29권8호
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• pp.916-921
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• 2019

본 연구는 내열성, 에탄올내성 및 에탄올생산성이 향상된 새로운 생물시스템을 육종하기 위해 DNA 복제 시 교정기능이 결여된 변이주(proofreading-deficient mutant)를 이용한 무작위적 돌연변이(random mutagenesis)를 유도하였다. DNA polymerase ${\delta}$와 ${\varepsilon}$의 catalytic subunit를 코드하고 있는 POL3와 POL2 유전자가 변이된 AMY410 균주(pol2-4)와 AMY126 균주(pol3-01)를 이용하여 $30^{\circ}C$, $38^{\circ}C$, $48^{\circ}C$에서 내열성 변이를 유도하였다. AMY410 균주와 AMY126 균주는 $38^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 거의 자랄 수가 없기 때문에, 배양 온도를 점차 높여가며 변이를 유도한 결과, $40^{\circ}C$에서도 잘 자라는 AMY410-Ht와 AMY126-Ht 균주를 선별할 수 있었다. 또한 AMY410-Ht와 AMY126-Ht 균주의 에탄올내성을 추가로 획득하기 위해 6%와 8% 에탄올이 함유된 배지에서 변이를 유도하였고, 8% 에탄올 농도에서 내성을 가지는 AMY410-HEt 균주와 AMY126-HEt 균주를 분리하였다. 특히 AMY126-HEt 균주는 10% 에탄올 농도에서도 내성을 가짐을 확인할 수 있었다. AMY126-HEt 균주의 에탄올생산성의 증가를 위한 변이는 고농도 당(glucose)의 첨가에 의해 유도되었고, 50 g/l의 고농도 glucose를 함유한 배지에서 24.7 g/l의 에탄올(95% 이론적 전환수율)을 생산할 수 있는 고효율 에탄올 생산균주(AMY126-HEt3)를 최종 분리하였다. 따라서, 본 연구를 통해서 교정기능이 결여된 균주(proofreading-deficient mutant)를 사용한 돌연변이법으로 산업적으로 유용한 다양한 형질을 가진 생물시스템의 구축이 가능함을 확인하였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제23권3호
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• pp.304-312
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• 2013

The thermotolerant methylotrophic yeast Hansenula polymorpha is attracting interest as a potential strain for the production of recombinant proteins and biofuels. However, only limited numbers of genome engineering tools are currently available for H. polymorpha. In the present study, we identified the HpPOL3 gene encoding the catalytic subunit of DNA polymerase ${\delta}$ of H. polymorpha and mutated the sequence encoding conserved amino acid residues that are important for its proofreading 3'${\rightarrow}$5' exonuclease activity. The resulting $HpPOL3^*$ gene encoding the error-prone proofreading-deficient DNA polymerase ${\delta}$ was cloned under a methanol oxidase promoter to construct the mutator plasmid pHIF8, which also contains additional elements for site-specific chromosomal integration, selection, and excision. In a H. polymorpha mutator strain chromosomally integrated with pHIF8, a $URA3^-$ mutant resistant to 5-fluoroorotic acid was generated at a 50-fold higher frequency than in the wild-type strain, due to the dominant negative expression of $HpPOL3^*$. Moreover, after obtaining the desired mutant, the mutator allele was readily removed from the chromosome by homologous recombination to avoid the uncontrolled accumulation of additional mutations. Our mutator system, which depends on the accumulation of random mutations that are incorporated during DNA replication, will be useful to generate strains with mutant phenotypes, especially those related to unknown or multiple genes on the chromosome.