エノラーゼをコードする遺伝子 enoA の代替転写開始部位は、アスペルギルス・オリザエの解糖/ブドウ糖生成環境下で厳密に利用されていることが明らかになった

Alternative transcription start sites of the enolase-encoding gene enoA are stringently used in glycolytic/gluconeogenic conditions in Aspergillus oryzae.

• Taishi Inoue
• Hiroki Toji
• Mizuki Tanaka
• Mitsuru Takama
• Sachiko Hasegawa-Shiro
• Yuichi Yamaki
• Takahiro Shintani
• Katsuya Gomi

抄録

代替転写開始部位を利用した遺伝子発現は、真核生物の環境応答を制御する重要な転写制御機構である。本研究では、工業的に重要な糸状菌であるAspergillus oryzaeのエノラーゼコード遺伝子(enoA)において、2つの代替転写開始点を同定した。enoAにおけるTSSの利用は、解糖性炭素源とグルコース原性炭素源の違いに厳密に依存している。上流のTSS(uTSS)や下流のTSS(dTSS)からの転写は、それぞれグルコース原性条件下や解糖条件下で優勢に行われます。enoAに加えて、可逆的な反応に関与するほとんどの解糖遺伝子は、代替TSSを保有している。フルクトース-二リン酸アルドラーゼをコードするfbaA遺伝子もまた、enoAと同様に厳しい代替TSS選択を示す。アスペルギルスにおけるエノラーゼをコードする遺伝子のプロモーター配列のアラインメントにより、各TSSからエノAの転写に必要な仮説的シスエレメントを含む2つの保存領域が予測された。しかし、Aspergillus nidulans の enoA のオルソログである acuN 遺伝子の uTSS 媒介転写は、enoA とは異なり、炭素源に厳密に依存していない。さらに、解糖条件下での enoA の転写レベルは、グルコース原性条件下での転写レベルよりも高い。逆に、acuNは、グルコア原性条件下でより高い転写量を示した。このことは、enoAにおける代替TSSの厳格な使用と解糖条件下での高い転写量は、A. oryzaeの進化遺伝的背景が、デンプンが豊富な環境での排他的な生育によって家畜化されたことを反映している可能性を示唆している。これらの知見は、Aspergilli の間での解糖/糖新生遺伝子の転写制御の複雑性と多様性についての新たな洞察を提供するものである。

Gene expression using alternative transcription start sites (TSSs) is an important transcriptional regulatory mechanism for environmental responses in eukaryotes. Here, we identify two alternative TSSs in the enolase-encoding gene (enoA) in Aspergillus oryzae, an industrially important filamentous fungus. TSS use in enoA is strictly dependent on the difference in glycolytic and gluconeogenic carbon sources. Transcription from the upstream TSS (uTSS) or downstream TSS (dTSS) predominantly occurs under gluconeogenic or glycolytic conditions, respectively. In addition to enoA, most glycolytic genes involved in reversible reactions possess alternative TSSs. The fbaA gene, which encodes fructose-bisphosphate aldolase, also shows stringent alternative TSS selection, similar to enoA. Alignment of promoter sequences of enolase-encoding genes in Aspergillus predicted two conserved regions that contain a putative cis-element required for enoA transcription from each TSS. However, uTSS-mediated transcription of the acuN gene, an enoA ortholog in Aspergillus nidulans, is not strictly dependent on carbon source, unlike enoA. Furthermore, enoA transcript levels in glycolytic conditions are higher than in gluconeogenic conditions. Conversely, acuN is more highly transcribed in gluconeogenic conditions. This suggests that the stringent usage of alternative TSSs and higher transcription in glycolytic conditions in enoA may reflect that the A. oryzae evolutionary genetic background was domesticated by exclusive growth in starch-rich environments. These findings provide novel insights into the complexity and diversity of transcriptional regulation of glycolytic/gluconeogenic genes among Aspergilli.