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기능유전체분석 및 대사재설계를 통한 아스타잔틴의 고효율 생산기술 개발
Development of astaxanthin hyper-production strain by functional genomic and pathway engineering approach

  • 사업명

    21세기프론티어연구개발사업

  • 과제명

    기능유전체분석 및 대사재설계를 통한 아스타잔틴의 고효율 생산기술 개발

  • 주관연구기관

    한국생명공학연구원
    Korea Research Institute of Bioscience and Biotechnology

  • 연구책임자

    최의성

  • 참여연구자

    손여진   황재익   김원극  

  • 보고서유형

    최종보고서

  • 발행국가

    대한민국

  • 언어

    한국어

  • 발행년월

    2008-06

  • 과제시작년도

    2007

  • 주관부처

    과학기술부

  • 사업 관리 기관

    한국과학재단
    Korea Science and Engineering Foundtion

  • 등록번호

    TRKO201000012498

  • 과제고유번호

    1355049285

  • DB 구축일자

    2013-04-18

  • 초록 


    Mutant strains of Phaffia rhodozyma that over-produce astaxanthin have been largely obtained through classical mutagenesis. These...

    Mutant strains of Phaffia rhodozyma that over-produce astaxanthin have been largely obtained through classical mutagenesis. These mutant strains, however, showed serious drawbacks of unstable phenotype of astaxanthin overproduction. In order to obtain Phaffia rhodozyma strains that stably over-produce astaxanthin, it is required to have efficient genetic transformation system and the expression vector. Molecular breeding of Phaffia rhodozyma has been hampered by the polypoidy of the strain,which made it extremely difficult to establish the auxotrophically marked strains for genetic transformation. It is also required to have various astaxanthin biosynthetic genes for rational design of pathway engineering to increase and deregulate the metabolic flux toward astaxanthin biosynthesis. Functional genomic study including transcriptome and proteome analysis of wild type and mutant strains will provide information on the potential engineering targets. Transformation of Phaffia rhodozyma with the random chromosomal DNA library or zinc finger protein library (ZFP) (Genome Grip Technology) will also provide valuable information for the generation of target gene for pathway engineering.
    For functional genomic approach, proteome of the wild type and the mutant strains of phaffia rhodozyma will be analyzed. Since the genome sequence of phaffia rhodozyma is not available, direct microarray technique cannot be applied. Instead, heterologous hybridization using Saccharomyces cerevisiae chip should be utilized. Coloration of the colonies of Phaffia rhodozyma facilitates the selection of with increased level of astaxanthin by visual inspection of transformants. Transformation with random chromosomal DNA library or the ZEP library and the screening of transformant with deeper coloration would provide potential target genes for amplification or disruption in pathway engineering.


    1. Phaffia rhodozyma 균주의 기능 유전체 분석을 통한 제어점 선별
    - 전사체 등 기능유전체 분석을 통한 제어점 유전자 선별
    - cDNA 라이브러리 및 고효율 발현 벡터 제조
    - 배지와 배양 최적화 및...

    1. Phaffia rhodozyma 균주의 기능 유전체 분석을 통한 제어점 선별
    - 전사체 등 기능유전체 분석을 통한 제어점 유전자 선별
    - cDNA 라이브러리 및 고효율 발현 벡터 제조
    - 배지와 배양 최적화 및 세포벽 분해 효소 개발
    2. 아스타잔틴 생합성 관련 유전자 확보
    - 제어점 유전자 확보 및 발현 억제 RNAi 기술개발
    - 메타 게놈, 분리 균주로부터 아스타잔틴 생합성 유전자 확보
    - 초고압 추출법에 의한 고효율 용매추출 기술개발
    3. 대사재설계에 의한 아스타잔틴 고생산성 균주 개발
    - 도출된 제어점 유전자 증폭에 의한 파피아 균주 생산성 향상
    - 대장균에서의 아스타잔틴 생합성 유전자 발현
    - 아스타잔틴 추출이 용이한 전처리 비요구성 변이주 개발


  • 목차(Contents) 

    1. 표지...1
    2. 제출문...1
    3. 요약문...2
    4. SUMMARY...4
    5. CONTENTS...5
    6. 목차...5
    7. 제1장 연구개발과제의 개요 ...6
    8. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...7
    9. 제1절 세계동향 ...7
    10. 제2절 국내동향 및 수준 .....
    1. 표지...1
    2. 제출문...1
    3. 요약문...2
    4. SUMMARY...4
    5. CONTENTS...5
    6. 목차...5
    7. 제1장 연구개발과제의 개요 ...6
    8. 제2장 국내외 기술개발 현황 ...7
    9. 제1절 세계동향 ...7
    10. 제2절 국내동향 및 수준 ...7
    11. 제3절 추진과제의 기술수준 ...7
    12. 제4절 환경변화 ...7
    13. 제5절 특허분석 ...8
    14. 1. 특허분석 개요...8
    15. 2. 특허별 분석...9
    16. 3. 정량적 분석...10
    17. 4. 정성분석...10
    18. 5. 기술발전도...10
    19. 제6절 논문분석...11
    20. 1. 논문분석 개요 ...11
    21. 2. 논문맵 현황...12
    22. 3. 전체논문 현황...13
    23. 4. 기술별 동향...13
    24. 5. 향후 추진계획...13
    25. 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ...14
    26. 제1절 Phaffia rhodozyma 균주의 기능유전체 분석 ...14
    27. 1. 야생형, 아스타잔틴 고생산성, 및 추출변이주 간의 기능유전체 비교 분석 ...14
    28. 제2절 Genome-scale에서의 아스타잔틴 생합성 관련 제어점 선별 ...24
    29. 1. 라이브러리 도입을 통한 아스타잔틴 고생산 균주 선별 ...24
    30. 제3절 아스타잔틴 생합성 관련 유전자의 확보 ...27
    31. 1. crtW 및 crtZ 유전자의 cloning ...27
    32. 2. crtW 및 crtZ 유전자의 활성 확인 ...28
    33. 3. crtW 및 crtZ 유전자의 동시발현 ...28
    34. 제4절 아스타잔틴 고생산 균주를 이용한 발효 및 정제 공정 최적화 ...29
    35. 1. Phaffia rhodozyma 고생산성 돌연변이주의 배지 및 배양조건 최적화 ...29
    36. 2. 세포벽 용해효소를 이용한 아스타잔틴 추출 기초연구 ...33
    37. 제5절 Phaffia rhodozyma 균주의 아스타잔틴 생합성관련 제어점 유전자 클로닝 및 발현 제어 ...34
    38. 1. Phaffia rhdozyma 전사체 분석 결과 도출된 제어점 유전자의 확보 ...34
    39. 2. Phaffia 발현벡터를 사용한 아스탄잔틴 생합성 관련 유전자의 과발현 ...34
    40. 3. RNAi를 이용한 아스타잔틴 생합성 관련 제어점 유전자의 발현 억제 ...46
    41. 제6절 아스타잔틴 생합성 관련 유전자의 재조합 발현 ...40
    42. 1. Phaffia rhodozyma에서 타균주 유래 아스타잔틴 생합성 유전자의 발현 ...40
    43. 2. 대장균에서 아스타잔틴 생합성 유전자의 발현 ...42
    44. 3. DGAT(diacylglycerol acyltransferase) 발현에 의한 astaxanthin의 생산성 증진 ...46
    45. 제7절 Phaffia rhodozyma 균체의 전처리 공정 및 astaxanthin 추출공정 개발 ...48
    46. 1. Trichoderma harzianum (GBF-0208) 균주의 β-1,3-glucanase 활성을 이용한 추출 ...48
    47. 2. 초고압 처리(High-hydrostatic Pressure Processing, HPP)에 의한 Phaffia rhodozyma 균체로부터 Astaxanthin 추출 ...51
    48. 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ...54
    49. 제5장 연구개발결과의 활용계획 ...54
    50. 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ...55
    51. 제7장 참고문헌 ...56
  • 참고문헌

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