DE10226413A1 - Increasing the total oil content of plants, useful e.g. in human or animal nutrition, by expressing a yeast transgene encoding glycerol-3-phosphate dehydrogenase - Google Patents
Increasing the total oil content of plants, useful e.g. in human or animal nutrition, by expressing a yeast transgene encoding glycerol-3-phosphate dehydrogenaseInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zum Erhöhen des Ölgehaltes in Pflanzen, bevorzugt in pflanzlichen Samen, durch Expression von Glycerol-3-phosphatdehydrogenasen (G3PDH) aus Hefen, bevorzugt aus Saccharomyces cerevisiae. Die Erfindung betrifft ferner Expressionskonstrukte zur Expression von Hefe G3PDH in Pflanzen, bevorzugt in pflanzlichen Samen, transgene Pflanzen exprimierend Hefe G3PDH, sowie die Verwendung von besagter transgener Pflanzen zur Herstellung von Nahrungs-, Futtermitteln, Saatgut, Pharmazeutika oder Feinchemikalien, insbesondere zur Herstellung von Ölen. The invention relates to methods for increasing the oil content in Plants, preferably in plant seeds, by expression of Glycerol-3-phosphate dehydrogenases (G3PDH) from yeast, preferred from Saccharomyces cerevisiae. The invention further relates to Expression constructs for the expression of yeast G3PDH in plants, preferred in plant seeds, expressing transgenic plants Yeast G3PDH, and the use of said transgenic plants for the production of food, animal feed, seeds, Pharmaceuticals or fine chemicals, in particular for the production of Oil.
Die Erhöhung des Ölgehalts in Pflanzen und insbesondere in Pflanzensamen ist für die klassische wie für die modernen Pflanzenzüchtung und insbesondere die pflanzliche Biotechnologie von großem Interessen. Bedingt durch den steigenden Verbrauch von Pflanzenölen für Ernährung bzw. industrielle Anwendungen sind Möglichkeiten zur Steigerung bzw. Modifikation von Pflanzenölen zunehmend Gegenstand aktueller Forschung (z. B. Töpfer et al. (1995) Science 268: 681-686). Ziel ist dabei insbesondere die Erhöhung des Gehaltes an Fettsäuren in Samenölen. The increase in the oil content in plants and especially in Plant seeds are for the classic as well as for the modern Plant breeding and especially plant biotechnology of great interest. Due to the increasing consumption of Vegetable oils for food or industrial applications Possibilities for increasing or modifying vegetable oils is increasingly the subject of current research (e.g. Töpfer et al. (1995) Science 268: 681-686). The goal is in particular the Increasing the content of fatty acids in seed oils.
Auch die aus den pflanzlichen Ölen erhältlichen Fettsäuren sind von besonderem Interesse. Sie kommen beispielsweise als Grundstoffe für Weichmacher, Schmierstoffe, Tenside, Kosmetika usw. zum Einsatz oder werden in der Lebens- und Futtermittelindustrie als wertvoll Grundstoffe eingesetzt. So ist beispielsweise die Bereitstellung von Rapsölen mit Fettsäuren mittlerer Kettenlänge von besonderem Interesse, da diese besonderes in der Tensidherstellung begehrt sind. The fatty acids available from vegetable oils are also of special interest. For example, they come as Raw materials for plasticizers, lubricants, surfactants, cosmetics, etc. used or are used in the food and feed industry used as valuable raw materials. For example, the Provision of rapeseed oils with medium chain fatty acids of special interest, since this particular in the Surfactant production are in demand.
Durch die gezielte Modulation pflanzlicher Stoffwechselwege mittels gentechnische Verfahren kann der pflanzlichen Metabolismus in einer Weise vorteilhaft verändert werden, die durch klassische Züchtungsmethoden nur über langwierige Schritte bzw. überhaupt nicht zu erreichen wären. So werden ungewöhnliche Fettsäuren, beispielsweise bestimmte polyungesättigte Fettsäuren, nur in bestimmten Pflanzen bzw. überhaupt nicht in Pflanzen synthetisiert und können deshalb nur nur durch Expression des entsprechenden Enzyms in transgenen Pflanzen hergestellt werden (z. B. Millar et al. (2000) Trends Plant Sci 5: 95-101). Through the targeted modulation of plant metabolic pathways The herbal Metabolism can be altered in a way that is beneficial classic breeding methods only through lengthy steps or could not be reached at all. So be unusual Fatty acids, for example certain polyunsaturated fatty acids, only in certain plants or not at all in plants synthesized and can therefore only by expression of the corresponding enzyme can be produced in transgenic plants (e.g. Millar et al. (2000) Trends Plant Sci 5: 95-101).
Triacylgylceride und andere Lipide werden aus Fettsäuren synthetisiert. Die Fettsäure- und Triacylglyceridbiosynthese lassen sich aufgrund der Kompartimentierung als getrennte Biosynthesewege, jedoch im Hinblick auf das Endprodukt, als ein Biosyntheseweg ansehen. Die Lipidsynthese kann dabei in zwei Teilmechanismen unterteilt werden, einen quasi "prokaryotischen" und einen quasi "eukaryotischen" (Browse et al. (1986) Biochemical J 235: 25-31; Ohlrogge & Browse (1995) Plant Cell 7: 957-970). Der prokaryotische Mechanismus ist in den Plastiden lokalisiert und umfasst die Biosynthese der freien Fettsäuren, die in das Cytosol exportiert werden, wo sie als Fettsäureacyl-CoA-Ester in den eukaryotischen Mechanismus eingehen und mit Glycerin-3-phosphat (G3P) zu Phosphatidsäure (PA) verestert werden. PA ist der Ausgangspunkt für die Synthese von neutralen und polaren Lipiden. Die neutralen Lipide werden dabei über den Kennedy-Weg am Endoplasmatischen Reticulum synthetisiert (Voelker (1996) Genetic Engineering, Setlow (ed.) 18: 111-113; Shankline & Cahoon (1998) Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 49: 611-649; Frentzen (1998) Lipids 100: 161-166). Neben der Biosynthese Triacylglyceriden dient G3P auch der Synthese von Glycerol (z. B. zur Osmoregulation und gegen Kältestress). Triacylgylceride and other lipids are made from fatty acids synthesized. Fatty acid and triacylglyceride biosynthesis can be separated because of the compartmentalization Biosynthetic pathways, but in terms of the final product, as a View the biosynthetic pathway. Lipid synthesis can be carried out in two Sub-mechanisms are divided, a quasi "prokaryotic" and a quasi "eukaryotic" (Browse et al. (1986) Biochemical J 235: 25-31; Ohlrogge & Browse (1995) Plant Cell 7: 957-970). The prokaryotic mechanism is localized in the plastids and involves the biosynthesis of free fatty acids in the cytosol exported where they are used as fatty acid acyl-CoA esters in the enter into eukaryotic mechanism and with glycerol-3-phosphate (G3P) are esterified to phosphatidic acid (PA). PA is the Starting point for the synthesis of neutral and polar lipids. The neutral lipids are in the Kennedy way on Endoplasmic reticulum synthesized (Voelker (1996) Genetic Engineering, Setlow (ed.) 18: 111-113; Shankline & Cahoon (1998) Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 49: 611-649; Frentzen (1998) Lipids 100: 161-166). In addition to the biosynthesis of triacylglycerides G3P also serves to synthesize glycerol (e.g. for osmoregulation and against cold stress).
Das für die Synthese wesentliche G3P wird dabei durch Reduktion von Dihydroxyacetonphosphat (DHAP) mittels der Glycerin-3-Phosphat-Dehydrogenase (G3PDH), auch als Dihydroxyacetonphosphatreduktase bezeichnet, synthetisiert. Dabei fungiert in der Regel NADH als reduzierendes Cosubstrat (EC 1.1.1.8). Eine weitere Klasse von Glycerin-3-Phosphat-Dehydrogenasen (EC 1.1.99.5) verwendet FAD als Cosubstrat. Die Enzyme dieser Klasse katalysieren die Reaktion von DHAP zu G3P. In eukaryontischen Zellen sind die beiden Enzymklassen in unterschiedlichen Kompartimenten verteilt, wobei die NAD-abhängigen cytosolisch und die FAD- abhängigen mitochondriell lokalisiert sind (für Saccharomyces cerevisiae siehe z. B. Larsson et al., 1998, Yeast 14: 347-357). EP-A 0 353 049 beschreibt eine NAD-unabhängige G3PDH aus Bacillus sp. Auch in Saccharomyces cerevisiae wurde eine NAD-unabhängige G3PDH identifiziert (Miyata K, Nagahisa M (1969) Plant Cell Physiol 10(3): 635-643). The G3P essential for the synthesis is thereby reduced of dihydroxyacetone phosphate (DHAP) using the Glycerin-3-phosphate dehydrogenase (G3PDH), also called Dihydroxyacetone phosphate reductase called, synthesized. It usually works NADH as a reducing cosubstrate (EC 1.1.1.8). Another Class of glycerol-3-phosphate dehydrogenases (EC 1.1.99.5) uses FAD as cosubstrate. Catalyze the enzymes of this class the reaction of DHAP to G3P. In eukaryotic cells are the two enzyme classes in different compartments distributed, the NAD-dependent cytosolic and the FAD- dependent mitochondrial localization (for Saccharomyces cerevisiae see e.g. B. Larsson et al., 1998, Yeast 14: 347-357). EP-A 0 353 049 describes an NAD-independent G3PDH from Bacillus sp. Saccharomyces cerevisiae was also found to be independent of NAD G3PDH identified (Miyata K, Nagahisa M (1969) Plant Cell Physiol 10 (3): 635-643).
G3PDH ist ein essentielles Enzym in Prokaryoten und Eukaryoten, das neben der Funktion in der Lipidbiosynthese auch für die Aufrechterhaltung des zellulären Redoxstatus durch den Einfluss auf das NAD+/NADH Verhältnis mitverantwortlich ist. Die Deletion des GPD2 Gens in Saccharomyces cerevisae (eine von zwei Isoformen der G3PDH in dieser Hefe) hat ein vermindertes Wachstum unter anaeroben Bedingungen zur Folge. Darüber hinaus scheint die G3PDH eine Rolle in der Stressantwort der Hefe v. a. gegen osmotischen Stress zu spielen. Die Deletion des GPD1 Gens bedingt in Saccharomyces cerevisae eine Hypersensitivität gegen Salz. G3PDH is an essential enzyme in prokaryotes and eukaryotes, in addition to the function in lipid biosynthesis also for Maintaining cellular redox status by influencing the NAD + / NADH relationship is jointly responsible. The deletion of the GPD2 gene in Saccharomyces cerevisae (one of two isoforms the G3PDH in this yeast) has decreased growth under anaerobic conditions. In addition, the G3PDH appears a role in the stress response of yeast v. a. against osmotic Playing stress. The deletion of the GPD1 gene results in Saccharomyces cerevisae hypersensitivity to salt.
Sequenzen für G3PDHs wurden beschrieben für Insekten (Drosophila melanogaster, Drosophila virilis), Pflanzen (Arabidopsis thaliana, Cuphea lanceolata), Säugern (Homo sapiens, Mus musculus, Sus scrofa, Rattus norvegicus), Fischen (Salmo salar, Osmerus mordax), Vögeln (Ovis aries), Amphibien (Xenopus laevis), Nematoden (Caenorhabditis elegans), Algen und Bakterien. Sequences for G3PDHs have been described for insects (Drosophila melanogaster, Drosophila virilis), plants (Arabidopsis thaliana, Cuphea lanceolata), mammals (Homo sapiens, Mus musculus, Sus scrofa, Rattus norvegicus), fishing (Salmo salar, Osmerus mordax), birds (Ovis aries), amphibians (Xenopus laevis), Nematodes (Caenorhabditis elegans), algae and bacteria.
Pflanzliche Zellen weisen mindestens zwei Isoformen der G3PDH auf, eine cytoplasmatische und eine plastidäre (Gee RW et al. (1988) Plant Physiol 86: 98-103; Gee RW et al. (1988) Plant Physiol 87: 379-383). Die enzymatische Aktivität der Glycerin-3- Phosphat-Dehydrogenase wurde bei Pflanzen erstmals in Kartoffelknollen festgestellt (Santora GT et al. (1979) Arch Biochem Biophys 196: 403-411). Weitere zytosolisch und plastidär lokalisierte G3PDH Aktivitäten wurden in anderen Pflanzen wie Erbse, Mais oder Soja detektiert (Gee RW et al. (1988) PLANT PHYSIOL 86(1): 98-103). Beschrieben sind ferner G3PDHs aus Algen wie z. B. zwei plastidäre und einer zytosolische G3PDH-Isoform aus Dunaliella tertiolecta (Gee R et al. (1993) Plant Physiol 103(1): 243-249; Gee R et al. (1989) PLANT PHYSIOL 91(1): 345-351). Für die pflanzliche G3PDH aus Cuphea lanceolata wurde vorgeschlagen, durch Überexpression in Pflanzen eine Erhöhung des Ölgehaltes oder eine Verschiebung im Fettsäuremuster zu erreichen (WO 95/06733). Entsprechende Effekte konnten jedoch nicht belegt werden. Plant cells have at least two isoforms of G3PDH on, a cytoplasmic and a plastid (Gee RW et al. (1988) Plant Physiol 86: 98-103; Gee RW et al. (1988) Plant Physiol 87: 379-383). The enzymatic activity of glycerin-3 Phosphate dehydrogenase was first found in plants Potato tubers found (Santora GT et al. (1979) Arch Biochem Biophys 196: 403-411). Further cytosolic and plastid localized G3PDH activities were found in other plants such as pea, corn or soy detected (Gee RW et al. (1988) PLANT PHYSIOL 86 (1): 98-103). Also described are G3PDHs from algae such. B. two plastid and a cytosolic G3PDH isoform from Dunaliella tertiolecta (Gee R et al. (1993) Plant Physiol 103 (1): 243-249; Gee R et al. (1989) PLANT PHYSIOL 91 (1): 345-351). For the herbal G3PDH from Cuphea lanceolata has been suggested by Overexpression in plants an increase in oil content or to achieve a shift in the fatty acid pattern (WO 95/06733). However, no corresponding effects could be proven.
Bakterielle G3PDHs und ihre Funktion sind beschrieben (Hsu und Fox (1970) J Bacteriol 103: 410-416; Bell (1974) J Bacterial 117: 1065-1076). Bacterial G3PDHs and their function have been described (Hsu and Fox (1970) J Bacteriol 103: 410-416; Bell (1974) J Bacterial 117: 1065-1076).
WO 01/21820 beschreibt die heterologe Expression einer mutierten E.coli G3PDH für erhöhte Stresstoleranz und Änderung der Fettsäurezusammensetzung in Speicherölen. Die mutierte E.coli G3PDH (gpsA2FR) weist einen einzelnen Aminosäureaustausch auf, der eine verinderte Inhibition durch G3P bedingt. Die heterologe Expression der gpsA2FR Mutante führt zu Glycerolipiden mit einem erhöhten Anteil an C16-Fettsäuren und einem einhergehenden verminderten Anteil an C18-Fettsäuren. Die Veränderungen im Fettsäuremuster sind relativ gering: Ein Anstieg von 2 bis 5% an 16 : 0 Fettsäuren und 1,5 bis 3,5% bei 16 : 3 Fettsäuren, sowie eine Verminderung an 18 : 2 und 18 : 3 Fettsäuren um 2 bis 5% wurde beobachtet. Der Gesamtgehalt als Glycerolipiden blieb unbeeinflusst. WO 01/21820 describes the heterologous expression of a mutant E.coli G3PDH for increased stress tolerance and change in Fatty acid composition in storage oils. The mutated E.coli G3PDH (gpsA2FR) has a single amino acid exchange that a reduced inhibition caused by G3P. The heterologous Expression of the gpsA2FR mutant leads to glycerolipids with a increased proportion of C16 fatty acids and a concomitant reduced proportion of C18 fatty acids. The changes in Fatty acid patterns are relatively low: an increase of 2 to 5% 16: 0 fatty acids and 1.5 to 3.5% for 16: 3 fatty acids, as well a reduction of 18: 2 and 18: 3 fatty acids by 2 to 5% was observed. The total content as glycerolipids remained unaffected.
Beschrieben sind ferner G3PDH aus Hefen (Ascomyceten) wie
- a) Schizosaccharomyces pombe (Pidoux AL et al. (1990) Nucleic Acids Res 18 (23): 7145; GenBank Acc.-No.: X56162; Ohmiya R et al. (1995) Mol Microbiol 18(5): 963-73; GenBank Acc.-No.: D50796, D50797),
- b) Yarrowia lipolytica (GenBank Acc.-No.: AJ250328)
- c) Zygosaccharomyces rouxii (Iwaki T et al. Yeast (2001) 18(8): 737-44; GenBank Acc.-No: AB047394, AB047395, AB047397) oder
- d) Saccharomyces cerevisiae (Albertyn J et al. (1994) Mol Cell Biol 14(6): 4135-44; Albertyn J et al. (1992) FEBS LETT 308(2): 130-132; Merkel JR et al. (1982) Anal Biochem 122 (1): 180-185; Wang HT et al. (1994) J Bacteriol. 176 (22): 7091-5; Eriksson P et al. (1995) Mol Microbiol. 17(1): 95-107; GenBank Acc.-No.: U04621, X76859, Z35169).
- e) Emericella nidulans (GenBank Acc.-No.: AF228340)
- f) Debaryomyces hansenii (GenBank Acc.-No.: AF210060).
- a) Schizosaccharomyces pombe (Pidoux AL et al. (1990) Nucleic Acids Res 18 (23): 7145; GenBank Acc.-No .: X56162; Ohmiya R et al. (1995) Mol Microbiol 18 (5): 963-73 ; GenBank Acc.-No .: D50796, D50797),
- b) Yarrowia lipolytica (GenBank Acc.-No .: AJ250328)
- c) Zygosaccharomyces rouxii (Iwaki T et al. Yeast (2001) 18 (8): 737-44; GenBank Acc.-No: AB047394, AB047395, AB047397) or
- d) Saccharomyces cerevisiae (Albertyn J et al. (1994) Mol Cell Biol 14 (6): 4135-44; Albertyn J et al. (1992) FEBS LETT 308 (2): 130-132; Merkel JR et al. ( 1982) Anal Biochem 122 (1): 180-185; Wang HT et al. (1994) J Bacteriol. 176 (22): 7091-5; Eriksson P et al. (1995) Mol Microbiol. 17 (1): 95 -107; GenBank Acc.-No .: U04621, X76859, Z35169).
- e) Emericella nidulans (GenBank Acc.-No .: AF228340)
- f) Debaryomyces hansenii (GenBank Acc.-No .: AF210060).
Es stellte sich daher die Aufgabe alternative Verfahren zur Erhöhung des Ölgehaltes in Pflanzen bereitzustellen. Diese Aufgabe wird durch die vorliegende Erfindung gelöst. It was therefore the task of alternative methods To provide an increase in the oil content in plants. This The object is achieved by the present invention.
Ein erster Gegenstand der Erfindung umfasst ein Verfahren zum
Erhöhen des Gesamtölgehalt in einem pflanzlichen Organismus
oder einem Gewebe, Organ, Teil oder Zelle desselben, umfassend
- a) transgene Expression einer Glycerol-3-phosphat Dehydrogenase aus einer Hefe in besagtem pflanzlichen Organismus oder einem Gewebe, Organ, Teil oder Zelle desselben und
- b) Auswahl von pflanzlichen Organismen, bei denen - im Unterschied oder Vergleich zur Ausgangsorganismus - der Gesamtölgehalt in dem besagten pflanzlichen Organismus oder einem Gewebe, Organ, Teil oder Zelle desselben erhöht ist.
- a) transgenic expression of a glycerol-3-phosphate dehydrogenase from a yeast in said plant organism or a tissue, organ, part or cell thereof and
- b) Selection of plant organisms in which - in contrast to or compared to the parent organism - the total oil content in said plant organism or in a tissue, organ, part or cell thereof is increased.
Überraschenderweise konnte festgestellt werden, dass die samenspezifische heterologe Expression des Hefeproteins Gpd1p (G3PDH aus Saccharomyces cerevisiae; SEQ ID NO: 2) in Arabidopsis-Samen zu einer signifikanten Erhöhung des Gehalts an Triacylglyceriden (Speicheröle) führt. Der Ölgehalt wurde dabei um etwa 22%, in einer transgenen Linie sogar um 41%, verglichen mit Wildtyp- Kontrollpflanzen gesteigert (siehe Fig. 1). Die transgene Expression der Glycerol 3-phosphat Dehydrogenase aus Hefe zeigte keine nachteiligen Effekte auf das Wachstum oder andere Eigenschaften der transformierten Pflanzen. It was surprisingly found that the seed-specific heterologous expression of the yeast protein Gpd1p (G3PDH from Saccharomyces cerevisiae; SEQ ID NO: 2) in Arabidopsis seeds leads to a significant increase in the content of triacylglycerides (storage oils). The oil content was increased by about 22%, in a transgenic line even by 41%, compared to wild-type control plants (see FIG. 1). The transgenic expression of the glycerol 3-phosphate dehydrogenase from yeast showed no adverse effects on the growth or other properties of the transformed plants.
Da G3PDH ein Schlüsselenzym der Biosynthese in allen pflanzlichen Organismen ist, kann das erfindungsgemäße Verfahren im Prinzip auf alle Pflanzenarten - neben der als Modelpflanze eingesetzten Art Arabidopsis thaliana - angewendet werden. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße Verfahren auf Ölpflanzen angewendet, die bereits natürlicherweise einen hohen Ölgehalt aufweisen und/oder zu industriellen Gewinnung von Ölen verwendet werden. Because G3PDH is a key enzyme of biosynthesis in all plant In principle, the method according to the invention can be organisms on all plant types - in addition to the one used as a model plant Art Arabidopsis thaliana - can be applied. Is preferred the method according to the invention applied to oil plants, the already naturally have a high oil content and / or be used for industrial extraction of oils.
"Pflanzlicher Organismus oder Gewebe, Organ, Teil, Zelle oder Vermehrungsgut desselben" meint allgemein jeden ein oder mehrzelligen Organismus oder ein Zelle, Gewebe, Teile oder Vermehrungsgut (wie Samen oder Früchte) desselben, der zur Photosynthese befähigt ist. Eingeschlossen sind im Rahmen der Erfindung alle Gattungen und Arten höherer und niederer Pflanzen des Pflanzenreiches. Einjährige, mehrjährige, monocotyledone und dicotyledone Pflanzen sind bevorzugt. Eingeschlossen sind reife Pflanze, Saatgut, Sprosse und Keimlinge, sowie davon abgeleitete Teile, Vermehrungsgut (zum Beispiel Knollen, Samen oder Früchte) und Kulturen, zum Beispiel Zell- oder Kalluskulturen. "Plant organism or tissue, organ, part, cell or Propagation material of the same "generally means every one or multicellular organism or a cell, tissue, parts or Propagation material (such as seeds or fruits) of the same, which for Is capable of photosynthesis. Included in the Invention of all genera and species of higher and lower plants of the plant kingdom. Annuals, perennials, monocotyledons and dicotyledonous plants are preferred. Included are mature ones Plant, seeds, shoots and seedlings, and those derived from them Parts, propagation material (for example tubers, seeds or fruits) and cultures, for example cell or callus cultures.
"Pflanze" im Rahmen der Erfindung meint alle Gattungen und Arten höherer und niederer Pflanzen des Pflanzenreiches. Eingeschlossen unter dem Begriff sind die reifen Pflanzen, Saatgut, Sprossen und Keimlinge, sowie davon abgeleitete Teile, Vermehrungsgut, Pflanzenorgane, Gewebe, Protoplasten, Kallus und andere Kulturen, zum Beispiel Zellkulturen, sowie alle anderen Arten von Gruppierungen von Pflanzenzellen zu funktionellen oder strukturellen Einheiten. Reife Pflanzen meint Pflanzen zu jedem beliebigen Entwicklungsstadium jenseits des Keimlings. Keimling meint eine junge, unreife Pflanze in einem frühen Entwicklungsstadium. "Plant" in the context of the invention means all genera and Species of higher and lower plants in the plant kingdom. Included under the term are the mature plants, Seeds, sprouts and seedlings, as well as parts derived from them, Propagation material, plant organs, tissue, protoplasts, callus and other cultures, for example cell cultures, as well as all others Types of groupings from plant cells to functional or structural units. Mature plants mean plants to everyone any stage of development beyond the seedling. seedling means a young, immature plant in an early Development.
"Pflanze" umfasst alle einjährigen und mehrjährige, monokotyledonen und dikotyledonen Pflanzen und schließt beispielhaft jedoch nicht einschränkend solche der Gattungen Cucurbita, Rosa, Vitis, Juglans, Fragaria, Lotus, Medicago, Onobrychis, Trifolium, Trigonella, Vigna, Citrus, Linum, Geranium, Manihot, Daucus, Arabidopsis, Brassica, Raphanus, Sinapis, Atropa, Capsicum, Datura, Hyoscyamus, Lycopersicon, Nicotiana, Solarium, Petunia, Digitalis, Majorana, Cichorium, Helianthus, Lactuca, Bromus, Asparagus, Antirrhinum, Heterocallis, Nemesis, Pelargonium, Panieum, Pennisetum, Ranunculus, Senecio, Salpiglossis, Cucumis, Browaalia, Glycine, Pisum, Phaseolus, Lolium, Oryza, Zea, Avena, Hordeum, Secale, Triticum, Sorghum, Picea und Populus ein. "Plant" includes all annual and perennial, monocot and dicot plants and closes, however, by way of example not restricting those of the genera Cucurbita, Rosa, Vitis, Juglans, Fragaria, Lotus, Medicago, Onobrychis, Trifolium, Trigonella, Vigna, Citrus, Linum, Geranium, Manihot, Daucus, Arabidopsis, Brassica, Raphanus, Sinapis, Atropa, Capsicum, Datura, Hyoscyamus, Lycopersicon, Nicotiana, Solarium, Petunia, Digitalis, majorana, cichorium, helianthus, lactuca, bromus, Asparagus, Antirrhinum, Heterocallis, Nemesis, Pelargonium, Panieum, Pennisetum, Ranunculus, Senecio, Salpiglossis, Cucumis, Browaalia, Glycine, Pisum, Phaseolus, Lolium, Oryza, Zea, Avena, Hordeum, Secale, Triticum, Sorghum, Picea and Populus.
Bevorzugt sind Pflanzen nachfolgender Pflanzenfamilien: Amaranthaceae, Asteraceae, Brassicaceae, Carophyllaceae, Chenopodiaceae, Compositae, Cruciferae, Cucurbitaceae, Labiatae, Leguminosae, Papilionoideae, Liliaceae, Linaceae, Malvaceae, Rosaceae, Rubiaceae, Saxifragaceae, Scrophulariaceae, Solanacea, Sterculiaceae, Tetragoniacea, Theaceae, Umbelliferae. Plants from the following plant families are preferred: Amaranthaceae, Asteraceae, Brassicaceae, Carophyllaceae, Chenopodiaceae, Compositae, Cruciferae, Cucurbitaceae, Labiatae, Leguminosae, Papilionoideae, Liliaceae, Linaceae, Malvaceae, Rosaceae, Rubiaceae, Saxifragaceae, Scrophulariaceae, Solanacea, Sterculiaceae, Tetragoniacea, Theaceae, Umbelliferae.
Bevorzugte monokotyle Pflanzen sind insbesondere ausgewählt aus den monokotylen Kulturpflanzen, wie zum Beispiel der Familie der Gramineae wie Reis, Mais, Weizen oder andere Getreidearten wie Gerste, Hirse, Roggen, Triticale oder Hafer sowie dem Zuckerrohr sowie alle Arten von Gräsern. Preferred monocot plants are selected in particular from the monocotyledonous crops, such as the Gramineae such as rice, corn, wheat or other cereals such as Barley, millet, rye, triticale or oats and sugar cane as well as all types of grasses.
Die Erfindung wird ganz besonders bevorzugt aus dikotyledone
pflanzliche Organismen angewendet. Bevorzugte dikotyle Pflanzen
sind insbesondere ausgewählt aus den dikotylen Kulturpflanzen,
wie zum Beispiel
- - Asteraceae wie Sonnenblume, Tagetes oder Calendula und andere mehr,
- - Compositae, besonders die Gattung Lactuca, ganz besonders die Art sativa (Salat) und andere mehr,
- - Cruciferae, besonders die Gattung Brassica, ganz besonders die Arten napus (Raps), campestris (Rübe), oleracea cv Tastie (Kohl), oleracea cv Snowball Y (Blumenkohl) und oleracea cv Emperor (Broccoli) und weitere Kohlarten; und der Gattung Arabidopsis, ganz besonders die Art thaliana sowie Kresse oder Canola und andere mehr,
- - Cucurbitaceae wie Melone, Kürbis oder Zucchini und andere mehr,
- - Leguminosae besonders die Gattung Glycine, ganz besonders die Art max (Sojabohne) Soja sowie Alfalfa, Erbse, Bohnengewächsen oder Erdnuss und andere mehr,
- - Rubiaceae, bevorzugt der Unterklasse Lamiidae wie beispielsweise Coffea arabica oder Coffea liberica (Kaffeestrauch) und andere mehr,
- - Solanaceae besonders die Gattung Lycopersicon, ganz besonders die Art esculentum (Tomate), die Gattung Solanum, ganz besonders die Art tuberosum (Kartoffel) und melongena (Aubergine) und die Gattung Capsicum, ganz besonders die Art annum (Pfeffer) sowie Tabak oder Paprika und andere mehr,
- - Sterculiaceae, bevorzugt der Unterklasse Dilleniidae wie beispielsweise Theobroma cacao (Kakaostrauch) und andere mehr,
- - Theaceae, bevorzugt der Unterklasse Dilleniidae wie beispielsweise Camellia sinensis oder Thea sinensis (Teestrauch) und andere mehr,
- - Umbelliferae, besonders die Gattung Daucus (ganz besonders die Art carota (Karrotte)) und Apium (ganz besonders die Art graveolens dulce (Selarie)) und andere mehr;
- - Asteraceae such as sunflower, tagetes or calendula and others,
- - Compositae, especially the genus Lactuca, especially the species sativa (lettuce) and others,
- - Cruciferae, especially the genus Brassica, especially the species napus (rape), campestris (turnip), oleracea cv Tastie (cabbage), oleracea cv Snowball Y (cauliflower) and oleracea cv Emperor (broccoli) and other types of cabbage; and the genus Arabidopsis, especially the species thaliana as well as cress or canola and others,
- - Cucurbitaceae such as melon, pumpkin or zucchini and others,
- - Leguminosae especially the genus Glycine, especially the type max (soybean) soy as well as alfalfa, peas, beans or peanuts and others,
- Rubiaceae, preferably of the subclass Lamiidae such as Coffea arabica or Coffea liberica (coffee bush) and others,
- - Solanaceae especially the genus Lycopersicon, especially the species esculentum (tomato), the genus Solanum, especially the species tuberosum (potato) and melongena (aubergine) and the genus Capsicum, especially the species annum (pepper) as well as tobacco or paprika and others,
- Sterculiaceae, preferably of the subclass Dilleniidae such as Theobroma cacao (cocoa bush) and others,
- Theaceae, preferably of the subclass Dilleniidae, such as, for example, Camellia sinensis or Thea sinensis (tea bush) and others,
- - Umbelliferae, especially the genus Daucus (especially the species carota (carrot)) and Apium (especially the species graveolens dulce (selaria)) and others;
Umfasst sind ferner Schmuckpflanzen, Nutz- oder Zierbäume, Blumen, Schnittblumen, Sträucher oder Rasen. Beispielhaft aber nicht einschränkend seien zu nennen Angiospermen, Bryophyten wie zum Beispiel Hepaticae (Leberblümchen) und Musci (Moose); Pteridophyten wie Farne, Schachtelhalm und Lycopoden; Gymnospermen wie Koniferen, Cycaden, Ginkgo und Gnetalen, die Familien der Rosaceae wie Rose, Ericaceae wie Rhododendrons und Azaleen, Euphorbiaceae wie Weihnachtssterne und Kroton, Caryophyllaceae wie Nelken, Solanaceae wie Petunien, Gesneriaceae wie das Usambaraveilchen, Balsaminaceae wie das Springkraut, Orchidaceae wie Orchideen, Iridaceae wie Gladiolen, Iris, Freesie und Krokus, Compositae wie Ringelblume, Geraniaceae wie Geranien, Liliaceae wie der Drachenbaum, Moraceae wie Ficus, Araceae wie Philodendron und andere mehr. Also includes ornamental plants, useful or ornamental trees, Flowers, cut flowers, shrubs or lawn. Exemplary, however non-restrictive angiosperms, bryophytes such as Hepaticae (liverwort) and Musci (moss); Pteridophytes such as ferns, horsetail and lycopods; Gymnosperms like conifers, cycads, ginkgo and gnetals, the families the rosaceae like rose, ericaceae like rhododendrons and azaleas, Euphorbiaceae such as poinsettias and croton, Caryophyllaceae like cloves, Solanaceae like petunias, Gesneriaceae like that African violets, Balsaminaceae such as balsam, Orchidaceae like orchids, iridaceae like gladiolus, iris, freesia and crocus, Compositae like marigold, Geraniaceae like geranium, Liliaceae like the dragon tree, Moraceae like Ficus, Araceae like Philodendron and others.
Pflanzliche Organismen im Sinne der Erfindung sind weiterhin weitere photosynthetisch aktive befähigte Organismen, wie zum Beispiel Algen, Cyanobakterien sowie Moose. Bevorzugte Algen sind Grünalgen, wie beispielsweise Algen der Gattung Haematococcus, Phaedactylum tricornatum, Volvox oder Dunaliella. Insbesondere bevorzugt ist Synechocystis. Plant organisms in the sense of the invention are still other photosynthetically active competent organisms, such as Example algae, cyanobacteria and mosses. Preferred algae are Green algae, such as algae of the genus Haematococcus, Phaedactylum tricornatum, Volvox or Dunaliella. In particular Synechocystis is preferred.
Am meisten bevorzugt sind Ölpflanzen. Ölpflanzen meint Pflanzen,
die bereits natürlicherweise einen hohen Ölgehalt aufweisen
und/oder zu industriellen Gewinnung von Ölen verwendet werden.
Diese Pflanzen können einen hohen Ölgehalt und/oder aber eine
besondere, industriell interessante Fettsäurezusammensetzung
aufweisen. Bevorzugt sind Pflanzen, die einen Lipidanteil von
mindestens 1 Gew.-% aufweisen. Ölpflanzen umfassen beispielhaft:
Borago officinalis (Borretsch); Brassica Arten wie B. campestris,
B. napus, B. rapa (Senf, Raps oder Rübsel); Cannabis sativa
(Hanf); Curthamus tinctorius (Färberdiestel); Cocos nucifera
(Kokosnuss); Crambe abyssinica (Krambe); Cuphea Arten (Cuphea
Arten liefern fettsäuren von mittlerer Kettenlänge insbesondere
für industrielle Anwendungen); Elaeis guinensis (Afrikanische
Ölpalme); Ekeis oleiferu (Amerikanische Ölpalme); Glycine max
(Sojabohne); Gossypium hirsitum (Amerikanische Baumwolle);
Gossypium barbadense (Ägyptische Baumwolle); Gossypium herbaceum
(Asiatische Baumwolle); Helianthus annus (Sonnenblume); Linum
usitatissimum (Lein oder Flachs); Oenethern biennis (Nachtkerze);
Ozea europea (Olive); Oryza sativa (Rice); Ricinus communis
(Castor); Sesamum indicum (Sesam); Triticum Arten (Weizen);
Zea maize (Mais) sowie verschiedene Nussarten wie beispielsweise
Walnuss oder Mandel.
Oil plants are most preferred. Oil plants mean plants that already naturally have a high oil content and / or are used for industrial extraction of oils. These plants can have a high oil content and / or a special, industrially interesting fatty acid composition. Plants which have a lipid content of at least 1% by weight are preferred. Examples of oil plants include:
Borago officinalis (borage); Brassica species such as B. campestris, B. napus, B. rapa (mustard, rape or turnip); Cannabis sativa (hemp); Curthamus tinctorius (dye diesel); Cocos nucifera (coconut); Crambe abyssinica (Krambe); Cuphea species (Cuphea species provide medium chain fatty acids especially for industrial applications); Elaeis guinensis (African oil palm); Ekeis oleiferu (American oil palm); Glycine max (soybean); Gossypium hirsitum (American cotton); Gossypium barbadense (Egyptian cotton); Gossypium herbaceum (Asian cotton); Helianthus annus (sunflower); Linum usitatissimum (flax or flax); Oenethern biennis (evening primrose); Ozea europea (olive); Oryza sativa (Rice); Ricinus communis (Castor); Sesamum indicum (Sesame); Triticum species (wheat); Zea maize (maize) and various types of nuts such as walnut or almond.
"Gesamtölgehalt" meint die Summe aller Öle, bevorzugt die Summe die Triacylglyceride. "Total oil content" means the sum of all oils, preferably the sum the triacylglycerides.
"Öle" umfasst neutrale und/oder polare Lipiden und Mischungen
derselben. Beispielhaft jedoch nicht einschränkend seien die
in Tabelle 1 aufgeführten zu nennen.
Tabelle 1
Pflanzliche Lipidklassen
"Oils" includes neutral and / or polar lipids and mixtures thereof. Examples listed, but not restrictive, are those listed in Table 1. Table 1 Plant lipid classes
Neutrale Lipide meint bevorzugt Triacylglyceride. Sowohl die
neutralen als auch die polaren Lipide können ein breites Spektrum
an verschiedenen Fettsäuren enthalten. Beispielhaft jedoch nicht
einschränkend seien die in Tabelle 2 aufgeführten Fettsäuren zu
nennen.
Tabelle 2
Übersicht über verschiedene Fettsäuren (Auswahl)
1 Kettenlänge: Anzahl der Doppelbindungen* nicht natürlicherweise in Pflanzen vorkommend
Neutral lipids preferably means triacylglycerides. Both the neutral and the polar lipids can contain a wide range of different fatty acids. The fatty acids listed in Table 2 should be mentioned as examples, but not by way of limitation. Table 2 Overview of various fatty acids (selection)
1 chain length: number of double bonds * not naturally occurring in plants
Öle meint bevorzugt Samenöle. Oils preferably means seed oils.
"Erhöhung" des GesamtÖlgehaltes meint die Steigerung des Gehaltes an Ölen in einer Pflanze oder einem Teil, Gewebe oder Organ derselben, bevorzugt in den Samenorganen der Pflanze. Dabei ist der Ölgehalt im Vergleich zu einer nicht dem erfindungsgemäßen Verfahren unterworfenen, aber ansonsten unveränderten Ausgangspflanze unter ansonsten gleichen Rahmenbedingungen um mindestens 5%, bevorzugt mindestens 10%, besonders bevorzugt mindestens 15%, ganz besonders bevorzugt mindestens 20%, am meisten bevorzugt mindestens 25% erhöht. Rahmenbedingungen meint dabei alle für die Keimung, Kultivierung oder Wachstum der Pflanze relevanten Bedingungen wir Boden-, Klima- oder Lichtverhältnisse, Düngung, Bewässerung, Pflanzenschutzmaßnahmen usw. "Increasing" the total oil content means increasing the content on oils in a plant or part, tissue or organ the same, preferably in the seed organs of the plant. It is the oil content compared to that not according to the invention Procedures subject to, but otherwise unchanged Initial plant by at least otherwise under the same general conditions 5%, preferably at least 10%, particularly preferably at least 15%, most preferably at least 20%, most preferably increased at least 25%. Framework means here all for the germination, cultivation or growth of the plant relevant conditions such as soil, climate or light conditions, Fertilization, irrigation, crop protection measures, etc.
"Glycerol 3-phosphat Dehydrogenase aus Hefe" (infolge "Hefe G3PDH") meint allgemein all solche Enzyme, die in der Lage sind, Dihydroxyacetonphosphat (DHAP) zu Glycerol-3-phosphat (G3P) - bevorzugt unter Verwendung eines Cosubstrates wie NADH - umzusetzen und natürlicherweise in einer Hefe exprimiert werden. "Glycerol 3-phosphate dehydrogenase from yeast" (as a result of "yeast G3PDH ") generally means all those enzymes that are able to Dihydroxyacetone phosphate (DHAP) to glycerol-3-phosphate (G3P) - preferably using a cosubstrate such as NADH and naturally expressed in a yeast.
Hefen meint eine die Gruppe einzelliger Pilze mit ausgeprägter Zellwand und Bildung von Pseudomyzel (im Ggs. zu Schimmelpilzen). Ihre Vermehrung erfolgt vegetativ durch Sprossung und/oder Spaltung (Schizosaccharomyces bzw. Saccharomycodes). Yeast means a group of unicellular fungi with pronounced Cell wall and formation of pseudomycelium (in the opposite to molds). They are propagated vegetatively by sprouting and / or Cleavage (Schizosaccharomyces or Saccharomycodes).
Umfasst sind sogenannte unechte Hefen, und zwar bevorzugt die Familien Cryptococcaceae, Sporobolomycetaceae mit den Gattungen Cryptococcus, Torulopsis, Pityrosporum, Brettanomyces, Candida, Kloeckera, Trigonopsis, Trichosporon, Rhodotorula bzw. Sporobolomyces und Bullera, sowie echte Hefen (Hefen mit auch geschlechtlicher Vermehrung; Ascus), und zwar bevorzugt die Familien Endou. Saccharomycetaceae, mit den Gattungen Saccharo-, Debaro-, Lipomyces, Hansenula, Endomycopsis, Pichia, Hanseniaspora. Am meisten bevorzugt sind die Arten Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Hansenula polymorpha, Schizosaccharomyces pombe, Kluyveromyces lactis, Zygosaccharomyces rouxii, Yarrowia lipolitica, Emericella nidulans, Aspergillus nidulans, Debaryomyces hansenii und Torulaspora hansenii. So-called fake yeasts are included, preferably those Families Cryptococcaceae, Sporobolomycetaceae with the genera Cryptococcus, Torulopsis, Pityrosporum, Brettanomyces, Candida, Kloeckera, Trigonopsis, Trichosporon, Rhodotorula or Sporobolomyces and Bullera, as well as real yeasts (yeasts with sexual reproduction; Ascus), preferring families Endou. Saccharomycetaceae, with the genera Saccharo-, Debaro-, Lipomyces, Hansenula, Endomycopsis, Pichia, Hanseniaspora. Most preferred are the species Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, Hansenula polymorpha, Schizosaccharomyces pombe, Kluyveromyces lactis, Zygosaccharomyces rouxii, Yarrowia lipolitica, Emericella nidulans, Aspergillus nidulans, Debaryomyces hansenii and Torulaspora hansenii.
Hefe G3PDH meint insbesondere Polypeptide die als "wesentlichen
Eigenschaften" nachfolgende Eigenschaften aufweisen:
- a) die Umsetzung von Dihydroxyacetonphosphat zu Glycerin-3-phosphat unter Verwendung von NADH als Cosubstrat (EC 1.1.1.8), und
- b) eine Peptidsequenz umfassend mindestens ein Sequenzmotiv
ausgewählt aus der Gruppe von Sequenzmotiven bestehend aus
- a) GSGNWGT(A/T)IAK (SEQ ID NO: 22)
- b) CG(V/A)LSGAN(L/I/V)AXE(V/I)A (SEQ ID NO: 26)
- c) (L/V)FXRPYFXV (SEQ ID NO: 27)
- a) GSGNWGTTIAKV(V/I)AEN (SEQ ID NO: 29)
- b) NT(K/R)HQNVKYLP (SEQ ID NO: 30)
- c) D(I/V)LVFN(I/V)PHQFL (SEQ ID NO: 31)
- d) RA(I/V)SCLKGFE (SEQ ID NO: 32)
- e) CGALSGANLA(P/T)EVA (SEQ ID NO: 33)
- f) LFHRPYFHV (SEQ ID NO: 34)
- g) GLGEII(K/R)FG (SEQ ID NO: 35)
- a) the conversion of dihydroxyacetone phosphate to glycerol-3-phosphate using NADH as cosubstrate (EC 1.1.1.8), and
- b) a peptide sequence comprising at least one sequence motif selected from the group of sequence motifs consisting of
- a) GSGNWGT (A / T) IAK (SEQ ID NO: 22)
- b) CG (V / A) LSGAN (L / I / V) AX (V / I) A (SEQ ID NO: 26)
- c) (L / V) FXRPYFXV (SEQ ID NO: 27)
- a) GSGNWGTTIAKV (V / I) AEN (SEQ ID NO: 29)
- b) NT (K / R) HQNVKYLP (SEQ ID NO: 30)
- c) D (I / V) LVFN (I / V) PHQFL (SEQ ID NO: 31)
- d) RA (I / V) SCLKGFE (SEQ ID NO: 32)
- e) CGALSGANLA (P / T) EVA (SEQ ID NO: 33)
- f) LFHRPYFHV (SEQ ID NO: 34)
- g) GLGEII (K / R) FG (SEQ ID NO: 35)
Weiterhin kann eine Hefe G3PDH optional - zusätzlich zu
mindestens einem der oben genannten Sequenzmotive i) bis x) -
weitere Sequenzmotive umfassen ausgewählt aus der Gruppe
bestehend aus
- a) H(E/Q)NVKYL (SEQ ID NO: 23)
- b) (D/N)(I/V)(L/I)V(F/W)(V/N)(L/I/V)PHQF(V/L/I) (SEQ ID NO: 24)
- c) (A/G)(I/V)SC(L/I)KG (SEQ ID NO: 25)
- d) G(L/M)(L/G)E(M/I)(I/Q)(R/K/N)F(G/S/A) (SEQ ID NO: 28)
- a) H (E / Q) NVKYL (SEQ ID NO: 23)
- b) (D / N) (I / V) (L / I) V (F / W) (V / N) (L / I / V) PHQF (V / L / I) (SEQ ID NO: 24)
- c) (A / G) (I / V) SC (L / I) KG (SEQ ID NO: 25)
- d) G (L / M) (L / G) E (M / I) (I / Q) (R / K / N) F (G / S / A) (SEQ ID NO: 28)
Am meisten bevorzugt meint Hefe G3PDH das Hefeproteins Gpd1p gemäß SEQ ID NO: 2, sowie funktionelle Äquivalente als auch funktionell äquivalente Teile der vorgenannten. Most preferably, yeast G3PDH means the yeast protein Gpd1p according to SEQ ID NO: 2, as well as functional equivalents as well functionally equivalent parts of the aforementioned.
Funktionelle Äquivalente meint insbesondere natürliche oder künstliche Mutationen des Hefeproteins Gpd1p gemäß SEQ ID NO: 2 sowie homologe Polypeptide aus anderen Hefen, die die gleichen wesentlichen Eigenschaften einer Hefe G3PDH, entsprechend oben gegebener Definition, aufweisen. Mutationen umfassen Substitutionen, Additionen, Deletionen, Inversion oder Insertionen eines oder mehrerer Aminosäurereste. Insbesondere Bevorzugt sind die Polypeptide beschrieben durch SEQ ID NO: 4, 5, 7, 9, 11, 12, 14, 16, 38 oder 40. Functional equivalents mean in particular natural or Artificial mutations of the yeast protein Gpd1p according to SEQ ID NO: 2 as well as homologous polypeptides from other yeasts that are the same essential properties of a yeast G3PDH, accordingly above definition. Include mutations Substitutions, additions, deletions, inversions or Insertions of one or more amino acid residues. In particular The polypeptides are preferably described by SEQ ID NO: 4, 5, 7, 9, 11, 12, 14, 16, 38 or 40.
Die zu den im Rahmen dieser Erfindung vorteilhaft einzusetzenden Hefe G3PDH können durch Datenbanksuche oder Durchmustern von Gen- oder cDNA-Bibliotheken - unter Verwendung der beispielhaft aufgeführten Hefe G3PDH-Sequenz gemäß SEQ ID NO: 2 oder der für dieses kodierenden Nukleinsäuresequenz gemäß SEQ ID NO: 1 als Suchsequenz bzw. Sonde - leicht aufgefunden werden. Those to be used advantageously in the context of this invention Yeast G3PDH can be done by searching the database or by browsing Gene or cDNA libraries - using the exemplary listed yeast G3PDH sequence according to SEQ ID NO: 2 or for this coding nucleic acid sequence according to SEQ ID NO: 1 as Search sequence or probe - can be easily found.
Bevorzugt haben besagte funktionelle Äquivalente eine Homologie von mindestens 60%, besonders bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80%, am meisten bevorzugt mindestens 90% zu dem Protein mit der SEQ ID NO: 2. Said functional equivalents preferably have one Homology of at least 60%, particularly preferably at least 70%, particularly preferred at least 80%, most preferred at least 90% of the protein with SEQ ID NO: 2.
Unter Homologie zwischen zwei Polypeptiden wird die Identität
der Aminosäuresequenz über die gesamte Sequenzlänge verstanden,
die durch Vergleich mit Hilfe des Programmalgorithmus GAP
(Wisconsin Package Version 10.0, University of Wisconsin,
Genetics Computer Group (GCG), Madison, USA) unter Einstellung
folgender Parameter berechnet wird:
Gap Weight: 8 Length Weight: 2
Average Match: 2,912 Average Mismatch: -2,003
Homology between two polypeptides means the identity of the amino acid sequence over the entire sequence length, which is calculated by comparison using the program algorithm GAP (Wisconsin Package Version 10.0, University of Wisconsin, Genetics Computer Group (GCG), Madison, USA) with the following parameters becomes:
Gap Weight: 8 Length Weight: 2
Average Match: 2,912 Average Mismatch: -2,003
Beispielhaft wird unter einer Sequenz, die eine Homologie von mindestens 80% auf Proteinbasis mit der Sequenz SEQ ID NO: 2 aufweist, eine Sequenz verstanden, die bei einem Vergleich mit der Sequenz SEQ ID NO: 2 nach obigem Programmalgorithmus mit obigem Parametersatz eine Homologie von mindestens 80% aufweist. Funktionelle Äquivalente umfasst auch solche Proteine, die durch Nukleinsäuresequenzen kodiert werden, die eine Homologie von mindestens 60%, besonders bevorzugt mindestens 70%, besonders bevorzugt mindestens 80%, am meisten bevorzugt mindestens 90% zu der Nukleinsäuresequenz mit der SEQ ID NO: 1 haben. An example is a sequence that has a homology of at least 80% protein based with the sequence SEQ ID NO: 2 has understood a sequence that when compared with the sequence SEQ ID NO: 2 according to the above program algorithm The above parameter set has a homology of at least 80%. Functional equivalents also include those proteins that encoded by nucleic acid sequences that have homology of at least 60%, particularly preferably at least 70%, particularly preferably at least 80%, most preferably at least Have 90% of the nucleic acid sequence with SEQ ID NO: 1.
Unter Homologie zwischen zwei Nukleinsäuresequenzen wird die
Identität der beiden Nukleinsäuresequezen über die gesamte
Sequenzlänge verstanden, die durch Vergleich mit Hilfe des
Programmalgorithmus GAP (Wisconsin Package Version 10.0,
University of Wisconsin, Genetics Computer Group (GCG), Madison,
USA; Altschul et al. (1997) Nucleic Acids Res. 25: 3389ff) unter
Einstellung folgender Parameter berechnet wird:
Gap Weight: 50 Length Weight: 3
Average Match: 10 Average Mismatch: 0
Homology between two nucleic acid sequences is understood to mean the identity of the two nucleic acid sequences over the entire sequence length, which can be determined by comparison using the program algorithm GAP (Wisconsin Package Version 10.0, University of Wisconsin, Genetics Computer Group (GCG), Madison, USA; Altschul et al. (1997) Nucleic Acids Res. 25: 3389ff) using the following parameters:
Gap Weight: 50 Length Weight: 3
Average Match: 10 Average Mismatch: 0
Beispielhaft wird unter einer Sequenz, die eine Homologie von mindestens 80% auf Nukleinsäurebasis mit der Sequenz SEQ ID NO: 1 aufweist, eine Sequenz verstanden, die bei einem Vergleich mit der Sequenz SEQ ID NO: 1 nach obigem Programmalgorithmus mit obigem Parametersatz eine Homologie von mindestens 80% aufweist. An example is a sequence that has a homology of at least 80% nucleic acid based on the sequence SEQ ID NO: 1, understood a sequence that occurs in a Comparison with the sequence SEQ ID NO: 1 according to the above Program algorithm with the above parameter set a homology of has at least 80%.
Funktionelle Äquivalente umfasst auch solche Proteine, die durch Nukleinsäuresequenzen kodiert werden, die unter Standardbedingungen mit einer der durch SEQ ID NO: 1 beschriebenen Nukleinsäuresequenz, der zu dieser komplementären Nukleinsäuresequenz oder Teilen der vorgenannten hybridisieren und die wesentlichen Eigenschaften einer Hefe G3PDH aufweisen. Functional equivalents also include those proteins that can be encoded by nucleic acid sequences which under Standard conditions with one of those described by SEQ ID NO: 1 Nucleic acid sequence that is complementary to this Hybridize nucleic acid sequence or parts of the aforementioned and the have essential properties of a yeast G3PDH.
"Standardhybridisierungsbedingungen" ist breit zu verstehen, meint aber bevorzugt stringent Hybridisierungsbedingungen. Solche Hybridisierungsbedingungen sind unter anderem bei Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T et al., in Molecular Cloning (A Laboratory Manual), 2. Auflage, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989, Seiten 9.31-9.57) oder in Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, N.Y. (1989), 6.3.1-6.3.6. beschrieben. Beispielhaft können die Bedingungen während des Waschschrittes ausgewählt sein aus dem Bereich von Bedingungen mit hoher Stringenz (mit ungefähr 0,2 × SSC bei 50°C bevorzugt bei 65°C) (20 × SSC: 0,3 M Natriumcitrat, 3 M NaCl, pH 7,0). Während der Hybridisierung können auch denaturierende Agenzien wie zum Beispiel Formamid oder SDS eingesetzt werden. In Gegenwart von 50% Formamid wird die Hybridisierung bevorzugt bei 42°C ausgeführt. "Standard hybridization conditions" is to be understood broadly but preferably means stringent hybridization conditions. Such Hybridization conditions are among others at Sambrook J, Fritsch EF, Maniatis T et al., In Molecular Cloning (A Laboratory Manual), 2nd edition, Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989, Pages 9.31-9.57) or in Current Protocols in Molecular Biology, John Wiley & Sons, N.Y. (1989), 6.3.1-6.3.6. described. For example, the conditions during the washing step be selected from the range of high stringency conditions (with approximately 0.2 × SSC at 50 ° C, preferably at 65 ° C) (20 × SSC: 0.3 M sodium citrate, 3 M NaCl, pH 7.0). During the Hybridization can also use denaturing agents such as Formamide or SDS can be used. In the presence of 50% Formamide hybridization is preferably carried out at 42 ° C.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft transgene Expressionskonstrukte, die eine transgene Expression einer Hefe G3PDH, in einem pflanzlichen Organismus oder einem Gewebe, Organ, Teil Zellen oder Vermehrungsmaterial des besagten pflanzlichen Organismus gewährleisten können. Another object of the invention relates to transgenic Expression constructs that transgene expression of a Yeast G3PDH, in a plant organism or in a Tissue, organ, part of cells or propagation material of the can guarantee said plant organism.
Für die Hefe G3PDH gilt dabei die oben genannte Definition, besonders bevorzugt ist die transgene Expression einer Hefe G3PDH beschrieben durch die Sequenz mit der SEQ ID NO: 2. The above definition applies to yeast G3PDH, transgenic expression of a yeast is particularly preferred G3PDH described by the sequence with SEQ ID NO: 2.
In besagten transgenen Expressionskonstrukten steht ein Nukleinsäuremolekül kodierend für eine Hefe G3PDH bevorzugt in funktioneller Verknüpfung mit mindestens einem genetischen Kontrollelement (beispielsweise einem Promotor), das eine Expression in einem pflanzlichen Organismus oder einem Gewebe, Organ, Teil, Zelle oder Vermehrungsmaterial desselben gewährleistet. In said transgenic expression constructs is a Nucleic acid molecule coding for a yeast G3PDH preferred in functional association with at least one genetic Control element (for example a promoter), the one Expression in a plant organism or a tissue, Organ, part, cell or propagation material of the same guaranteed.
Insbesondere bevorzugt sind transgene Expressionskassetten, wobei
die Nukleinsäuresequenz kodierend für eine Glycerol-3-phosphat
Dehydrogenase beschrieben ist durch
- a) eine Sequenz mit der SEQ ID NO: 1, 3, 6, 8, 10, 13, 15, 37 oder 39 oder
- b) eine Sequenz, die sich entsprechend dem degenerierten genetischen Code von einer Sequenz mit der SEQ ID NO: 1, 3, 6, 8, 10, 13, 15, 37 oder 39 ableitet, oder
- c) eine Sequenz, die eine Identität von mindestens 60% zu der Sequenz mit der SEQ ID NO: 1 aufweist.
- a) a sequence with SEQ ID NO: 1, 3, 6, 8, 10, 13, 15, 37 or 39 or
- b) a sequence which is derived from a sequence with SEQ ID NO: 1, 3, 6, 8, 10, 13, 15, 37 or 39 in accordance with the degenerate genetic code, or
- c) a sequence which is at least 60% identical to the sequence with SEQ ID NO: 1.
Unter einer funktionellen Verknüpfung versteht man zum Beispiel die sequentielle Anordnung eines Promotors mit der zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz kodierend für eine Hefe G3PDH (zum Beispiel der Sequenz gemäß SEQ ID NO: 1) und ggf. weiterer regulativer Elemente wie zum Beispiel einem Terminator derart, dass jedes der regulativen Elemente seine Funktion bei der transgenen Expression der Nukleinsäuresequenz erfüllen kann. Dazu ist nicht unbedingt eine direkte Verknüpfung im chemischen Sinne erforderlich. Genetische Kontrollsequenzen, wie zum Beispiel Enhancer-Sequenzen, können ihre Funktion auch von weiter entfernten Positionen oder gar von anderen DNA-Molekülen aus auf die Zielsequenz ausüben. Bevorzugt sind Anordnungen, in denen die transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz hinter der als Promoter fungierenden Sequenz positioniert wird, so dass beide Sequenzen kovalent miteinander verbunden sind. Bevorzugt ist dabei der Abstand zwischen der Promotorsequenz und der transgen zu exprimierende Nukleinsäuresequenz geringer als 200 Basenpaare, besonders bevorzugt kleiner als 100 Basenpaare, ganz besonders bevorzugt kleiner als 50 Basenpaare. A functional link is understood to mean Example the sequential arrangement of a promoter with the expressing nucleic acid sequence coding for a yeast G3PDH (for example the sequence according to SEQ ID NO: 1) and possibly others regulatory elements such as a terminator such that each of the regulatory elements has its function in the can meet transgenic expression of the nucleic acid sequence. To is not necessarily a direct link in the chemical sense required. Genetic control sequences, such as Enhancer sequences can also continue their function distant positions or even from other DNA molecules exercise the target sequence. Arrangements are preferred in which the nucleic acid sequence to be expressed transgenically behind the as Promoter acting sequence is positioned so that both Sequences are covalently linked. Is preferred the distance between the promoter sequence and the transgene nucleic acid sequence to be expressed less than 200 base pairs, particularly preferably less than 100 base pairs, very particularly preferably less than 50 base pairs.
Die Herstellung einer funktionellen Verknüpfung als auch die Herstellung einer transgenen Expressionskassette kann mittels gängiger Rekombinations- und Klonierungstechniken realisiert werden, wie sie beispielsweise in Maniatis T, Fritsch EF und Sambrook J (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (NY), in Silhavy TJ, Berman ML und Enquist LW (1984) Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (NY), in Ausubel FM et al. (1987) Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Assoc. and Wiley Interscience und bei Gelvin et al. (1990) In: Plant Molecular Biology Manual beschrieben sind. Zwischen beide Sequenzen können aber auch weitere Sequenzen positioniert werden, die zum Beispiel die Funktion eines Linkers mit bestimmten Restriktionsenzymschnittstellen oder eines Signalpeptides haben. Auch kann die Insertion von Sequenzen zur Expression von Fusionsproteinen führen. Bevorzugt kann die Expressionskassette, bestehend aus einer Verknüpfung von Promoter und zu exprimierender Nukleinsäuresequenz, integriert in einem Vektor vorliegen und durch zum Beispiel Transformation in ein pflanzliches Genom insertiert werden. Establishing a functional link as well Production of a transgenic expression cassette can be carried out using common recombination and cloning techniques realized as in Maniatis T, Fritsch EF and Sambrook J (1989) Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (NY), in Silhavy TJ, Berman ML and Enquist LW (1984) Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor (NY), in Ausubel FM et al. (1987) Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Assoc. and Wiley Interscience and at Gelvin et al. (1990) In: Plant Molecular Biology Manual are. However, further sequences can also be between the two sequences positioned, for example, the function of a linker with certain restriction enzyme interfaces or one Have signal peptides. The insertion of sequences lead to the expression of fusion proteins. Preferably, the Expression cassette, consisting of a linkage of promoter and nucleic acid sequence to be expressed, integrated in one Vector present and through for example transformation into a plant genome can be inserted.
Unter einer transgenen Expressionskassette sind aber auch solche Konstruktionen zu verstehen, bei denen die Nukleinsäuresequenz kodierend für eine Hefe G3PDH so hinter einen endogenen, pflanzlichen Promotor platziert wird, das dieser die Expression der Hefe G3PDH bewirkt. But are also under a transgenic expression cassette to understand such constructions in which the Nucleic acid sequence coding for a yeast G3PDH so behind an endogenous, plant promoter is placed that this expression the yeast causes G3PDH.
Bevorzugt werden in den transgenen Expressionskassetten Promotoren eingesetzt, die in einem pflanzlichen Organismus oder einem Gewebe, Organ, Teil, Zelle oder Vermehrungsmaterial desselben funktionell sind. In pflanzlichen Organismen funktionelle Promotoren meint grundsätzlich jeden Promotor, der die Expression von Genen, insbesondere Fremdgenen, in Pflanzen oder Pflanzenteilen, -zellen, -geweben, -kulturen steuern kann. Dabei kann die Expression beispielsweise konstitutiv, induzierbar oder entwicklungsabhängig sein. Preferred in the transgenic expression cassettes Promoters used in a plant organism or a tissue, organ, part, cell or Propagation material of the same are functional. In plant organisms functional promoters basically means any promoter that the expression of genes, especially foreign genes, in plants or control plant parts, cells, tissues, cultures. Expression can be constitutive, inducible, for example or be development dependent.
Bevorzugt sind:
- a) Konstitutive Promotoren
"Konstitutive" Promotoren meint solche Promotoren, die eine Expression in zahlreichen, bevorzugt allen, Geweben über einen größeren Zeitraum der Pflanzenentwicklung, bevorzugt zu allen Zeitpunkten der Pflanzenentwicklung, gewährleisten (Benfey et al. (1989) EMBO J 8: 2195-2202). Vorzugsweise verwendet man insbesondere einen pflanzlichen Promotor oder einen Promotor, der einem Pflanzenvirus entstammt. Insbesondere bevorzugt ist der Promotor des 35S-Transkriptes des CaMV Blumenkohlmosaikvirus (Franck et al. (1980) Cell 21: 285-294; Odell et al. (1985) Nature 313: 810-812; Shewmaker et al. (1985) Virology 140: 281-288; Gardner et al. (1986) Plant Mol Biol 6: 221-228) oder der 195 CaMV Promotor (US 5,352,605; WO 84/02913; Benfey et al. (1989) EMBO J 8: 2195-2202). Ein weiterer geeigneter konstitutiver Promotor ist der "Rubisco small subunit (SSU)"-Promotor (US 4,962,028), der LeguminB-Promotor (GenBank Acc.-Nr. X03677), der Promotor der Nopalinsynthase aus Agrobacterium, der TR-Doppelpromotor, der OCS (Octopin Synthase) Promotor aus Agrobacterium, der Ubiquitin Promotor (Holtorf S et al. (1995) Plant Mol Biol 29: 637-649), den Ubiquitin 1 Promotor (Christensen et al. (1992) Plant Mol Biol 18: 675-689; Bruce et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA 86: 9692-9696), den Smas Promotor, den Cinnamylalkoholdehydrogenase-Promotor (US 5,683,439), die Promotoren der vakuolärer ATPase Untereinheiten, den Promotor des Nitrilase-1 Gens aus Arabidopsis thaliana (GenBank Acc.-No.: U38846, Nukleotide 3862 bis 5325 oder alternativ 5342) oder der Promotor eines prolinreichen Proteins aus Weizen (WO 91/13991), sowie weitere Promotoren von Genen, deren konstitutive Expression in Pflanzen dem Fachmann bekannt ist. Besonders bevorzugt sind der CaMV 35S-Promotor und der Nitrilase-1 Promotor aus Arabidopsis thaliana. - b) Gewebespezifische Promotoren
Bevorzugt sind ferner Promotoren mit Spezifitäten für Samen, wie zum Beispiel der Promotor des Phaseolins (US 5,504,200; Bustos mm et al. (1989) Plant Cell 1(9): 839-53), des 25 Albumingens (Joseffson LG et al. (1987) J Biol Chem 262: 12196-12201), des Legumins (Shirsat A et al. (1989) Mol Gen Genet 215(2): 326-331), des USP (unknown seed protein; Bäumlein H et al. (1991) Mol Gen Genet 225(3): 459-67), des Napin Gens (US 5,608,152; Stalberg K et al. (1996) L Planta 199: 515-519), des Saccharosebindeproteins (WO 00/26388) oder der Legumin B4-Promotor (LeB4; Bäumlein H et al. (1991) Mol Gen Genet 225: 121-128; Baeumlein et al. (1992) Plant Journal 2(2): 233-9; Fiedler U et al. (1995) Biotechnology (NY) 13(10): 1090f), der Oleosin-Promoter aus Arabidopsis (WO 98/45461), der Bce4-Promoter aus Brassica (WO 91/13980).
Weitere geeignete samenspezifische Promotoren sind die der Gene kodierend für das "High Molecular Weight Glutenin" (HMWG), Gliadin, Verzweigungsenzym, ADP Glucose Pyrophosphatase (AGPase) oder die Stärkesynthase. Bevorzugt sind ferner Promotoren, die eine samenspezifische Expression in Monokotyledonen wie Mais, Gerste, Weizen, Roggen, Reis etc. erlauben. Vorteilhaft eingesetzt werden können der Promoter des lpt2 oder lpt1-Gen (WO 95/15389, WO 95/23230) oder die Promotoren beschrieben in WO 99/16890 (Promotoren des Hordein-Gens, des Glutelin-Gens, des Oryzin-Gens, des Prolamin-Gens, des Gliadin-Gens, des Glutelin-Gens, des Zein-Gens, des Kasirin-Gens oder des Secalin-Gens). - c) Chemisch induzierbare Promotoren
Die Expressionskassetten können auch einen chemisch induzierbaren Promotor enthalten (Übersichtsartikel: Gatz et al. (1997) Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 48: 89-108), durch den die Expression des exogenen Gens in der Pflanze zu einem bestimmten Zeitpunkt gesteuert werden kann. Derartige Promotoren, wie z. B. der PRP1 Promotor (Ward et al. (1993) Plant Mol Biol 22: 361-366), durch Salicylsäure induzierbarer Promotor (WO 95/19443), ein durch Benzolsulfonamid-induzierbarer Promotor (EP 0 388 186), ein durch Tetrazyklin-induzierbarer Promotor (Gatz et al. (1992) Plant J 2: 397-404), ein durch Abscisinsäure induzierbarer Promotor (EP 0 335 528) bzw. ein durch Ethanol- oder Cyclohexanon-induzierbarer Promotor (WO 93/21334) können ebenfalls verwendet werden. Ferner geeignet ist der Promotor des Glutathione-S-transferase Isoform II Gens (GST-II-27), der durch exogen applizierte Safener wie z. B. N,N-Diallyl-2,2-dichloroacetamid aktiviert werden kann (WO 93/01294) und in zahlreichen Geweben von sowohl Monokotyledonen als auch Dikotyledonen funktionell ist.
- a) Constitutive promoters
“Constitutive” promoters mean those promoters which ensure expression in numerous, preferably all, tissues over a relatively long period of plant development, preferably at all times during plant development (Benfey et al. (1989) EMBO J 8: 2195-2202). In particular, a plant promoter or a plant virus-derived promoter is preferably used. Particularly preferred is the promoter of the 35S transcript of the CaMV cauliflower mosaic virus (Franck et al. (1980) Cell 21: 285-294; Odell et al. (1985) Nature 313: 810-812; Shewmaker et al. (1985) Virology 140 : 281-288; Gardner et al. (1986) Plant Mol Biol 6: 221-228) or the 195 CaMV promoter (US 5,352,605; WO 84/02913; Benfey et al. (1989) EMBO J 8: 2195-2202) , Another suitable constitutive promoter is the "Rubisco small subunit (SSU)" promoter (US 4,962,028), the LeguminB promoter (GenBank Acc. No. X03677), the promoter of nopaline synthase from Agrobacterium, the TR double promoter, the OCS (Octopin Synthase) promoter from Agrobacterium, the ubiquitin promoter (Holtorf S et al. (1995) Plant Mol Biol 29: 637-649), the Ubiquitin 1 promoter (Christensen et al. (1992) Plant Mol Biol 18: 675-689 ; Bruce et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA 86: 9692-9696), the Smas promoter, the cinnamyl alcohol dehydrogenase promoter (US 5,683,439), the promoters of the vacuolar ATPase subunits, the promoter of the nitrilase-1 gene from Arabidopsis thaliana (GenBank Acc.-No .: U38846, nucleotides 3862 to 5325 or alternatively 5342) or the promoter of a proline-rich protein from wheat (WO 91/13991), as well as further promoters of genes whose constitutive expression in plants is known to the person skilled in the art. The CaMV 35S promoter and the nitrilase-1 promoter from Arabidopsis thaliana are particularly preferred. - b) Tissue-specific promoters
Also preferred are promoters with specificities for seeds, such as, for example, the promoter of phaseoline (US 5,504,200; Bustos mm et al. (1989) Plant Cell 1 (9): 839-53), of 25 albumingen (Joseffson LG et al. ( 1987) J Biol Chem 262: 12196-12201), the legumin (Shirsat A et al. (1989) Mol Gen Genet 215 (2): 326-331), the USP (unknown seed protein; Bäumlein H et al. (1991 ) Mol Gen Genet 225 (3): 459-67), the Napin gene (US 5,608,152; Stalberg K et al. (1996) L Planta 199: 515-519), the sucrose binding protein (WO 00/26388) or the legumin B4 Promoter (LeB4; Bäumlein H et al. (1991) Mol Gen Genet 225: 121-128; Baeumlein et al. (1992) Plant Journal 2 (2): 233-9; Fiedler U et al. (1995) Biotechnology ( NY) 13 (10): 1090f), the oleosin promoter from Arabidopsis (WO 98/45461), the Bce4 promoter from Brassica (WO 91/13980).
Further suitable seed-specific promoters are those of the genes coding for "high molecular weight glutenin" (HMWG), gliadin, branching enzyme, ADP glucose pyrophosphatase (AGPase) or starch synthase. Also preferred are promoters that allow seed-specific expression in monocots such as corn, barley, wheat, rye, rice etc. The promoter of the lpt2 or lpt1 gene (WO 95/15389, WO 95/23230) or the promoters described in WO 99/16890 (promoters of the hordein gene, the glutelin gene, the oryzine gene, etc.) can be used advantageously Prolamin gene, gliadin gene, glutelin gene, zein gene, kasirin gene or secalin gene). - c) Chemically inducible promoters
The expression cassettes can also contain a chemically inducible promoter (review article: Gatz et al. (1997) Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol 48: 89-108), by means of which the expression of the exogenous gene in the plant can be controlled at a specific point in time , Such promoters, such as. B. the PRP1 promoter (Ward et al. (1993) Plant Mol Biol 22: 361-366), salicylic acid-inducible promoter (WO 95/19443), a benzenesulfonamide-inducible promoter (EP 0 388 186), a tetracycline inducible promoter (Gatz et al. (1992) Plant J 2: 397-404), a promoter inducible by abscisic acid (EP 0 335 528) or a promoter inducible by ethanol or cyclohexanone (WO 93/21334) can also be used be used. Also suitable is the promoter of the glutathione S-transferase isoform II gene (GST-II-27), which is administered by exogenously administered safeners such as. B. N, N-diallyl-2,2-dichloroacetamide can be activated (WO 93/01294) and is functional in numerous tissues of both monocotyledons and dicotyledons.
Besonders bevorzugt sind konstitutive sowie ganz besonders bevorzugt samenspezifische Promotoren, insbesondere der Napin- und der USP-Promotor. Constitutive and very special are particularly preferred preferably seed-specific promoters, especially the napin and the USP promoter.
Es können ferner weitere Promotoren funktionell mit der zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz verknüpft sein, die eine Expression in weiteren Pflanzengeweben oder in anderen Organismen, wie zum Beispiel E.coli Bakterien ermöglichen. Als Pflanzen Promotoren kommen im Prinzip alle oben beschriebenen Promotoren in Frage. Further promoters can also be functional with the to be linked to express nucleic acid sequence, the expression in other plant tissues or in others Enable organisms such as E.coli bacteria. As Plant promoters come in principle all described above Promoters in question.
Die in den erfindungsgemäßen transgenen Expressionskassetten oder transgenen Vektoren enthaltenen Nukleinsäuresequenzen können mit weiteren genetischen Kontrollsequenzen neben einem Promoter funktionell verknüpft sein. Der Begriff der genetischen Kontrollsequenzen ist breit zu verstehen und meint all solche Sequenzen, die einen Einfluss auf das Zustandekommen oder die Funktion der erfindungsgemäßen Expressionskassette haben. Genetische Kontrollsequenzen modifizieren zum Beispiel die Transkription und Translation in prokaryotischen oder eukaryotischen Organismen. Vorzugsweise umfassen die erfindungsgemäßen transgenen Expressionskassetten 5'-stromaufwärts von der jeweiligen transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz einen pflanzenspezifischen Promoter und 3'-stromabwärts eine Terminatorsequenz als zusätzliche genetische Kontrollsequenz, sowie gegebenenfalls weitere übliche regulative Elemente, und zwar jeweils funktionell verknüpft mit der transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenz. The in the transgenic expression cassettes according to the invention or nucleic acid sequences containing transgenic vectors with additional genetic control sequences in addition to a promoter be functionally linked. The concept of genetic Control sequences is to be understood broadly and means all such sequences, that have an impact on the formation or function of the have expression cassette according to the invention. genetic Control sequences modify, for example, the transcription and Translation in prokaryotic or eukaryotic organisms. The transgenic agents according to the invention preferably comprise Expression cassettes 5 'upstream from the respective transgene expressing a plant-specific nucleic acid sequence Promoter and 3'-downstream a terminator sequence as additional genetic control sequence, as well as further, if necessary usual regulatory elements, each functional linked to the nucleic acid sequence to be expressed transgenically.
Genetische Kontrollsequenzen umfassen auch weitere Promotoren, Promotorelemente oder Minimalpromotoren, die die expressionsteuernden Eigenschaften modifizieren können. So kann durch genetische Kontrollsequenzen zum Beispiel die gewebespezifische Expression zusätzlich abhängig von bestimmten Stressfaktoren erfolgen. Entsprechende Elemente sind zum Beispiel für Wasserstress, Abscisinsäure (Lam E und Chua NH, J Biol Chem 1991; 266 (26): 17131-17135) und Hitzestress (Schoffl F et al. (1989) Mol Gen Genetics 217(2-3): 246-53) beschrieben. Genetic control sequences also include other promoters Promoter elements or minimal promoters that the can modify expression-controlling properties. So through genetic control sequences, for example the tissue-specific ones Expression also depends on certain stress factors respectively. Corresponding elements are for example for Water stress, abscisic acid (Lam E and Chua NH, J Biol Chem 1991; 266 (26): 17131-17135) and heat stress (Schoffl F et al. (1989) Mol Gen Genetics 217 (2-3): 246-53).
Weitere vorteilhafte Kontrollsequenzen sind beispielsweise in den gram-positiven Promotoren amy und SPO2, in den Hefe- oder Pilzpromotoren ADC1, MFa, AC, P-60, CYC1, GAPDH, TEF, rp28, ADH. Further advantageous control sequences are, for example, in the gram-positive promoters amy and SPO2, in the yeast or Fungus promoters ADC1, MFa, AC, P-60, CYC1, GAPDH, TEF, rp28, ADH.
Prinzipiell können alle natürlichen Promotoren mit ihren Regulationssequenzen wie die oben genannten für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden. Darüberhinaus können auch synthetische Promotoren vorteilhaft verwendet werden. In principle, all natural promoters can with their Regulatory sequences like the above for the inventive methods are used. You can also synthetic promoters can be used advantageously.
Genetische Kontrollsequenzen umfassen ferner auch die 5'-untranslatierte Regionen, Introns oder nichtkodierende 3'-Region von Genen wie beipielsweise das Actin-1 Intron, oder die Adh1-S Introns 1, 2 und 6 (allgemein: The Maize Handbook, Chapter 116, Freeling and Walbot, Eds., Springer, New York (1994)). Es ist gezeigt worden, dass diese eine signifikante Funktionen bei der Regulation der Genexpression spielen können. So wurde gezeigt, dass 5'-untranslatierte Sequenzen die transiente Expression heterologer Gene verstärken können. Beispielhaft für Translationsverstärker sei die 5'-Leadersequenz aus dem Tabak- Mosaik-Virus zu nennen (Gallie et al. (1987) Nucl Acids Res 15: 8693-8711) und dergleichen. Sie können ferner die Gewebsspezifität fördern (Rouster J et al. (1998) Plant J 15: 435-440). Genetic control sequences also include the 5 'untranslated regions, introns or 3' non-coding region of Genes such as the Actin-1 intron, or the Adh1-S Introns 1, 2 and 6 (general: The Maize Handbook, Chapter 116, Freeling and Walbot, Eds., Springer, New York (1994)). It is been shown to have significant functions in can play a role in regulating gene expression. So it was demonstrated that 5'-untranslated sequences made the transient Can enhance expression of heterologous genes. Exemplary for Translation enhancer is the 5 'leader sequence from the tobacco To name the mosaic virus (Gallie et al. (1987) Nucl Acids Res 15: 8693-8711) and the like. You can also use the Promote tissue specificity (Rouster J et al. (1998) Plant J 15: 435-440).
Die transgene Expressionskassette kann vorteilhafterweise eine oder mehrere sogenannte "enhancer Sequenzen" funktionell verknüpft mit dem Promoter enthalten, die eine erhöhte transgene Expression der Nukleinsäuresequenz ermöglichen. Auch am 3'-Ende der transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenzen können zusätzliche vorteilhafte Sequenzen inseriert werden, wie weitere regulatorische Elemente oder Terminatoren. Die transgen zu exprimierenden Nukleinsäuresequenzen können in einer oder mehreren Kopien im Genkonstrukt enthalten sein. The transgenic expression cassette can advantageously be a or several so-called "enhancer sequences" functionally linked to the promoter containing an increased transgenic Enable expression of the nucleic acid sequence. Also at the 3 'end of the transgenic nucleic acid sequences to be expressed additional advantageous sequences are inserted, like others regulatory elements or terminators. The transgenic too expressing nucleic acid sequences can be in one or multiple copies may be included in the gene construct.
Als Kontrollsequenzen geeignete Polyadenylierungssignale sind pflanzliche Polyadenylierungssignale, vorzugsweise solche, die im wesentlichen T-DNA Polyadenylierungssignale aus Agrobacterium tumefaciens, insbesondere des Gens 3 der T-DNA (Octopin Synthase) des Ti-Plasmids pTiACHS entsprechen (Gielen et al. (1984) EMBO J 3: 835 ff) oder funktionelle Äquivalente davon. Beispiele für besonders geeignete Terminatorsequenzen sind der OCS (Octopin- Synthase)-Terminator und der NOS (Nopalin-Synthase)-Terminator. Suitable polyadenylation signals as control sequences vegetable polyadenylation signals, preferably those which essentially T-DNA polyadenylation signals from Agrobacterium tumefaciens, especially gene 3 of T-DNA (octopine synthase) of the Ti plasmid pTiACHS (Gielen et al. (1984) EMBO J 3: 835 ff) or functional equivalents thereof. examples for particularly suitable terminator sequences are the OCS (octopine Synthase) terminator and the NOS (nopaline synthase) terminator.
Als Kontrollsequenzen sind weiterhin solche zu verstehen, die eine homologe Rekombination bzw. Insertion in das Genom eines Wirtsorganismus ermöglichen oder die Entfernung aus dem Genom erlauben. Bei der homologen Rekombination kann zum Beispiel die kodierende Sequenz eines bestimmten endogenen Gens gegen die für eine dsRNA kodierende Sequenz gezielt ausgetauscht werden. Methoden wie die cre/lox-Technologie erlauben eine gewebespezifische, unter Umständen induzierbare Entfernung der Expressionskassette aus dem Genom des Wirtsorganismus (Sauer B (1998) Methods. 14(4): 381-92). Hier werden bestimmte flankierende Sequenzen dem Zielgen angefügt (lox-Sequenzen), die später eine Entfernung mittels der cre-Rekombinase ermöglichen. Control sequences are also to be understood as those which a homologous recombination or insertion into the genome of a Allow host organism or removal from the genome allow. For example, with homologous recombination the coding sequence of a particular endogenous gene against specifically exchanged the coding sequence for a dsRNA become. Methods like cre / lox technology allow one tissue-specific, possibly inducible removal of the Expression cassette from the genome of the host organism (Sauer B (1998) Methods. 14 (4): 381-92). Here are certain flanking Sequences added to the target gene (lox sequences), which later become a Allow removal using the cre recombinase.
Eine transgene Expressionskassetten und die von ihr abgeleiteten
transgenen Vektoren können weitere Funktionselemente enthalten.
Der Begriff Funktionselement ist breit zu verstehen und meint
all solche Elemente, die einen Einfluss auf Herstellung,
Vermehrung oder Funktion der erfindungsgemäßen Expressionskassetten,
Vektoren oder transgenen Organismen haben. Beispielhaft aber
nicht einschränkend seien zu nennen:
- a) Selektionsmarker, die eine Resistenz gegen einen Metabolismusinhibitor wie 2-Desoxyglucose-6-phosphat (WO 98/45456), Antibiotika oder Biozide, bevorzugt Herbizide, wie zum Beispiel Kanamycin, G 418, Bleomycin, Hygromycin, oder Phosphinotricin etc. verleihen. Besonders bevorzugte Selektionsmarker sind solche die eine Resistenz gegen Herbizide verleihen. Beispielhaft seien genannt: DNA Sequenzen, die für Phosphinothricinacetyltransferasen (PAT) kodieren und Glutaminsynthaseinhibitoren inaktivieren (bar und pat Gen), 5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphatsynthasegene (EPSP Synthasegene), die eine Resistenz gegen Glyphosat® (N-(phosphonomethyl)glycin) verleihen, das für das Glyphosat® degradierende Enzyme kodierende gox Gen (Glyphosatoxidoreduktase), das deh Gen (kodierend für eine Dehalogenase, die Dalapon inaktiviert), Sulfonylurea- und Imidazolinon inaktivierende Acetolactatsynthasen sowie bxn Gene, die für Bromoxynil degradierende Nitrilaseenzyme kodieren, das aasa-Gen, das eine Resistenz gegen das Antibiotikum Apectinomycin verleih, das Streptomycinphosphotransferase (SPT) Gen, das eine Resistenz gegen Streptomycin gewährt, das Neomycinphosphotransferas (NPTII) Gen, das eine Resistenz gegen Kanamycin oder Geneticidin verleiht, das Hygromycinphosphotransferase (HPT) Gen, das eine Resistenz gegen Hygromycin vermittelt, das Acetolactatsynthas Gen (ALS), das eine Resistenz gegen Sulfonylharnstoff-Herbizide verleiht (z. B. mutierte ALS-Varianten mit z. B. der 54 und/oder Hra Mutation).
- b) Reportergene, die für leicht quantifizierbare Proteine kodieren und über Eigenfarbe oder Enzymaktivität eine Bewertung der Transformationseffizienz oder des Expressionsortes oder -zeitpunktes gewährleisten. Ganz besonders bevorzugt sind dabei Reporter-Proteine (Schenborn E, Groskreutz D. Mol Biotechnol. 1999; 13 (1): 29-44) wie das "green fluorescence protein" (GFP) (Sheen et al. (1995) Plant Journal 8 (5): 777-784), die Chloramphenicoltransferase, eine Luziferase (Ow et al. (1986) Science 234: 856-859), das Aequorin- Gen (Prasher et al. (1985) Biochem Biophys Res Commun 126 (3): 1259-1268), die β-Galactosidase, ganz besonders bevorzugt ist die β-Glucuronidase (Jefferson et al. (1987) EMBO J 6: 3901-3907).
- c) Replikationsursprünge, die eine Vermehrung der erfindungsgemäßen Expressionskassetten oder Vektoren in zum Beispiel E.coli gewährleisten. Beispielhaft seien genannt ORI (origin of DNA replication), der pBR322 ori oder der P15A ori (Sambrook et al.: Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989).
- d) Elemente, die für eine Agrobakterium vermittelte Pflanzentransformation erforderlich sind, wie zum Beispiel die rechte oder linke Begrenzung der T-DNA oder die vir-Region.
- a) Selection markers which confer resistance to a metabolism inhibitor such as 2-deoxyglucose-6-phosphate (WO 98/45456), antibiotics or biocides, preferably herbicides, such as, for example, kanamycin, G 418, bleomycin, hygromycin, or phosphinotricin etc. Particularly preferred selection markers are those which confer resistance to herbicides. Examples include: DNA sequences which code for phosphinothricin acetyltransferases (PAT) and inactivate glutamine synthase inhibitors (bar and pat gene), 5-enolpyruvylshikimate-3-phosphate synthase genes (EPSP synthase genes) which have resistance to Glyphosat® (Ncin) phosphonomethyl confer the gox gene (glyphosate oxidoreductase) coding for the glyphosate® degrading enzyme, the deh gene (coding for a dehalogenase which inactivates dalapon), sulfonylurea and imidazolinone inactivating acetolactate synthases, and bxn genes which degenerate nitrodenase-degrading enzyme, bromoxynilase Gene conferring resistance to the antibiotic apectinomycin, the streptomycin phosphotransferase (SPT) gene conferring resistance to streptomycin, the neomycin phosphotransferas (NPTII) gene conferring resistance to kanamycin or geneticidin, the hygromycin phosphotransferase (HPT) gene, the Resistance to hygromycin mediates the Acetolacta tsynthas gene (ALS), which confers resistance to sulfonylurea herbicides (e.g. B. mutated ALS variants with z. B. the 54 and / or Hra mutation).
- b) reporter genes which code for easily quantifiable proteins and which, by means of their own color or enzyme activity, ensure an assessment of the transformation efficiency or the place or time of expression. Reporter proteins (Schenborn E, Groskreutz D. Mol Biotechnol. 1999; 13 (1): 29-44) such as the "green fluorescence protein" (GFP) (Sheen et al. (1995) Plant Journal 8 (5): 777-784), chloramphenicol transferase, a luciferase (Ow et al. (1986) Science 234: 856-859), the aequorin gene (Prasher et al. (1985) Biochem Biophys Res Commun 126 (3) : 1259-1268), the β-galactosidase, the β-glucuronidase is very particularly preferred (Jefferson et al. (1987) EMBO J 6: 3901-3907).
- c) origins of replication, which ensure an increase in the expression cassettes or vectors according to the invention in, for example, E. coli. Examples are ORI (origin of DNA replication), the pBR322 ori or the P15A ori (Sambrook et al .: Molecular Cloning. A Laboratory Manual, 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989).
- d) Elements which are required for an agrobacterium-mediated plant transformation, such as, for example, the right or left border of the T-DNA or the vir region.
Zur Selektion erfolgreich homolog rekombinierter oder auch transformierter Zellen ist es in der Regel erforderlich, einen selektionierbaren Marker zusätzlich einzuführen, der den erfolgreich rekombinierten Zellen eine Resistenz gegen ein Biozid (zum Beispiel ein Herbizid), einen Metabolismusinhibitor wie 2-Desoxyglucose-6-phosphat (WO 98/45456) oder ein Antibiotikum verleiht. Der Selektionsmarker erlaubt die Selektion der transformierten Zellen von untransformierten (McCormick et al. (1986) Plant Cell Reports 5: 81-84). For the selection of successfully homologously recombined or transformed cells, it is usually necessary to use one selectable marker to introduce the successfully recombined cells resistant to a biocide (for Example a herbicide), a metabolism inhibitor such as 2-Deoxyglucose-6-phosphate (WO 98/45456) or an antibiotic. The selection marker allows the selection of the transformed ones Untransformed cells (McCormick et al. (1986) Plant Cell Reports 5: 81-84).
Zusätzlich kann besagte transgene Expressionskassette oder Vektoren weitere Nukleinsäuresequenzen enthalten, die nicht für eine Hefe G3PDH kodieren, und deren transgene Expression zu einer zusätzlichen Steigerung der Fettsäure-Biosynthese führt (infolge proOIL). Diese zusätzlich transgen exprimierte proOIL Nukleinsäuresequenz kann beispielhaft aber nicht einschränkend ausgewählt sein aus Nukleinsäuren kodierend für Acetyl-CoA-Carboxylase (ACCase), Glycerol-3-Phosphat Acyltransferase (GPAT), Lysophosphatidat-Acyltransferase (LPAT), Diacylglycerol-Acyltransferase (DAGAT) und Phospholipid:diacylglycerol-acyltransferase (PDAT). Entsprechende Sequenzen sind dem Fachmann bekannt und aus Datenbanken oder entsprechenden cDNA-Banken der jeweiligen Pflanzen leicht zugänglich. In addition, said transgenic expression cassette or Vectors contain further nucleic acid sequences that are not for encode a yeast G3PDH, and its transgenic expression to a leads to an additional increase in fatty acid biosynthesis (as a result proOIL). This additionally expressed transgene proOIL Nucleic acid sequence can be exemplary but not restrictive be selected from nucleic acids coding for acetyl-CoA carboxylase (ACCase), glycerol-3-phosphate acyltransferase (GPAT), Lysophosphatidate acyltransferase (LPAT), diacylglycerol acyltransferase (DAGAT) and phospholipid: diacylglycerol acyltransferase (PDAT). Corresponding sequences are known to the person skilled in the art and are known from Databases or corresponding cDNA banks of the respective plants easily accessible.
Die Einführung einer erfindungsgemäßen Expressionskassette in einen Organismus oder Zellen, Geweben, Organe, Teile bzw. Samen desselben (bevorzugt in Pflanzen bzw. pflanzliche Zellen, Gewebe, Organe, Teile oder Samen), kann vorteilhaft unter Verwendung von Vektoren realisiert werden, in denen die transgenen Expressionskassetten enthalten sind. Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft daher besagte transgene Vektoren, die eine transgene Expressionskassette für eine Hefe G3PDH umfassen. The introduction of an expression cassette according to the invention in an organism or cells, tissues, organs, parts or seeds the same (preferably in plants or plant cells, tissues, Organs, parts or seeds), can be beneficial using Vectors are realized in which the transgenic Expression cassettes are included. Another object of the invention therefore relates to said transgenic vectors which are a transgenic Include expression cassette for a yeast G3PDH.
Vektoren können beispielhaft Plasmide, Cosmide, Phagen, Viren oder auch Agrobacterien sein. Die Expressionskassette kann in den Vektor (bevorzugt ein Plasmidvektor) über eine geeignete Restriktionsschnittstelle eingeführt werden. Der entstandene Vektor wird zunächst in E.coli eingeführt. Korrekt transformierte E.coli werden selektioniert, gezüchtet und der rekombinante Vektor mit dem Fachmann geläufigen Methoden gewonnen. Restriktionsanalyse und Sequenzierung können dazu dienen, den Klonierungsschritt zu prüfen. Bevorzugt sind solche Vektoren, die eine stabile Integration der Expressionskassette in das Wirtsgenom ermöglichen. Vectors can include plasmids, cosmids, phages, viruses or be agrobacteria. The expression cassette can be in the vector (preferably a plasmid vector) via a suitable one Restriction interface will be introduced. The resulting one Vector is first introduced in E. coli. Correctly transformed E. coli are selected, grown and the recombinant vector with methods familiar to the person skilled in the art won. Restriction analysis and sequencing can do this serve to check the cloning step. Those are preferred Vectors showing a stable integration of the expression cassette into the host genome.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft transgene pflanzliche Organismen oder Gewebe, Organ, Teil, Zellen oder Vermehrungsgut desselben, die eine Hefe G3PDH entsprechend oben gegebener Definition, eine transgene Expressionskassette für eine Hefe G3PDH oder einen transgenen Vektor umfassend eine solche Expressionskassette enthalten. Another object of the invention relates to transgenic vegetable organisms or tissue, organ, part, cells or Propagate the same, corresponding to a yeast G3PDH definition given above, a transgenic expression cassette for a yeast G3PDH or a transgenic vector comprising one contain such an expression cassette.
Die Herstellung eines entsprechenden transgenen pflanzlichen Organismus erfolgt z. B. mittels Transformation oder Transfektion mittels der entsprechenden Proteine oder Nukleinsäuren. Die Herstellung eines transformierten Organismus (bzw. einer transformierten Zelle oder Gewebes) erfordert, dass die entsprechende DNA (z. B. der Expressionsvektor), RNA oder Protein in die entsprechende Wirtszelle eingebracht wird. Für diesen Vorgang, der als Transformation (oder Transduktion bzw. Transfektion) bezeichnet wird, steht eine Vielzahl von Methoden zur Verfügung (Keown et al. (1990) Methods in Enzymology 185: 527-537). So kann die DNA oder RNA beispielhaft direkt durch Mikroinjektion oder durch Bombardierung mit DNA-beschichteten Mikropartikeln eingeführt werden. Auch kann die Zelle chemisch, zum Beispiel mit Polyethylenglycol, permeabilisiert werden, so dass die DNA durch Diffusion in die Zelle gelangen kann. Die DNA kann auch durch Protoplastenfusion mit anderen DNA-enthaltenden Einheiten wie Minicells, Zellen, Lysosomen oder Liposomen erfolgen. Elektroporation ist eine weitere geeignete Methode zur Einführung von DNA, bei der die Zellen reversibel durch einen elektrischen Impuls permeabilisert werden. Möglich sind ferner das Quellen von Pflanzenteilen in DNA-Lösungen sowie Pollen- oder Pollenschlauchtransformation. Entsprechende Verfahren sind beschrieben (beispielsweise bei Bilang et al. (1991) Gene 100: 247-250; Scheid et al. (1991) Mol Gen Genet 228: 104-112; Guerche et al. (1987) Plant Science 52: 111-116; Neuhause et al. (1987) Theor Appl Genet 75: 30-36; Klein et al. (1987) Nature 327: 70-73; Howell et al. (1980) Science 208: 1265; Horsch et al. (1985) Science 227: 1229-1231; DeBlock et al. (1989) Plant Physiology 91: 694-701; Methods for Plant Molecular Biology (Weissbach and Weissbach, eds.) Academic Press Inc. (1988); and Methods in Plant Molecular Biology (Schuler and Zielinski, eds.) Academic Press Inc. (1989)). The preparation of a corresponding transgenic herbal Organism takes place z. B. by means of transformation or transfection by means of the corresponding proteins or nucleic acids. The Production of a transformed organism (or a transformed cell or tissue) requires the corresponding DNA (e.g. the expression vector), RNA or protein in the appropriate host cell is introduced. For this operation, as a transformation (or transduction or transfection) a variety of methods are available (Keown et al. (1990) Methods in Enzymology 185: 527-537). So can the DNA or RNA, for example, directly by microinjection or by bombardment with DNA-coated microparticles be introduced. The cell can also be chemical, for example with Polyethylene glycol, permeabilized so that the DNA through Diffusion can get into the cell. The DNA can also pass through Protoplast fusion with other DNA-containing units such as Mini cells, cells, lysosomes or liposomes are made. Electroporation is another suitable method of introducing DNA in which the cells are reversible by an electrical Impulse to be permeabilized. It is also possible to swell Plant parts in DNA solutions as well as pollen or Pollen tube transformation. Appropriate procedures are described (For example, in Bilang et al. (1991) Gene 100: 247-250; Scheid et al. (1991) Mol Gen Genet 228: 104-112; Guerche et al. (1987) Plant Science 52: 111-116; Neuhause et al. (1987) Theor Appl Genet 75: 30-36; Klein et al. (1987) Nature 327: 70-73; Howell et al. (1980) Science 208: 1265; Horsch et al. (1985) Science 227: 1229-1231; DeBlock et al. (1989) Plant Physiology 91: 694-701; Methods for Plant Molecular Biology (Weissbach and Weissbach, eds.) Academic Press Inc. (1988); and Methods in Plant Molecular Biology (Schuler and Zielinski, eds.) Academic Press Inc. (1989)).
Bei Pflanzen werden dabei die beschriebenen Methoden zur Transformation und Regeneration von Pflanzen aus Pflanzengeweben oder Pflanzenzellen zur transienten oder stabilen Transformation genutzt. Geeignete Methoden sind vor allem die Protoplastentransformation durch Polyethylenglykol-induzierte DNA- Aufnahme, das biolistische Verfahren mit der Genkanone, die sogenannte "particle bombardment" Methode, die Elektroporation, die Inkubation trockener Embryonen in DNA-haltiger Lösung und die Mikroinjektion. In plants, the methods described are used Transformation and regeneration from plants Plant tissues or plant cells for transient or stable Transformation used. Suitable methods are, above all Protoplast transformation by polyethylene glycol-induced DNA Recording, the biolistic method with the gene gun, the so-called "particle bombardment" method, electroporation, the incubation of dry embryos in DNA-containing solution and the microinjection.
Neben diesen "direkten" Transformationstechniken kann eine Transformation auch durch bakterielle Infektion mittels Agrobacterium tumefaciens oder Agrobacterium rhizogenes und Übertragung von entsprechenden rekombinanten Ti-Plasmiden oder Ri-Plasmiden durch oder durch Infektion mit transgenen Pflanzenviren durchgeführt werden. Die Agrobacterium-vermittelte Transformation ist am besten für dicotyledone Pflanzenzellen geeignet. Die Verfahren sind beispielsweise beschrieben bei Horsch RB et al. (1985) Science 225: 1229f). In addition to these "direct" transformation techniques, a Transformation also by bacterial infection using Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes and transmission of corresponding recombinant Ti plasmids or Ri plasmids through or through infection with transgenic plant viruses be performed. The Agrobacterium-mediated transformation is best suited for dicotyledonous plant cells. The Methods are described for example in Horsch RB et al. (1985) Science 225: 1229f).
Werden Agrobacterien verwendet, so ist die Expressionskassette in spezielle Plasmide zu integrieren, entweder in einen Zwischenvektor (englisch: shuttle or intermediate vector) oder einen binären Vektor. Wird ein Ti oder Ri Plasmid zur Transformation verwendet werden soll, ist zumindest die rechte Begrenzung, meistens jedoch die rechte und die linke Begrenzung der Ti oder Ri Plasmid T-DNA als flankierende Region mit der einzuführenden Expressionskassette verbunden. If Agrobacteria are used, the expression cassette is integrate into special plasmids, either into one Shuttle or intermediate vector or one binary vector. Becomes a Ti or Ri plasmid for transformation is to be used is at least the right limit, but mostly the right and left boundaries of the Ti or Ri plasmid T-DNA as a flanking region with the one to be introduced Expression cassette connected.
Bevorzugt werden binäre Vektoren verwendet. Binäre Vektoren können sowohl in E.coli als auch in Agrobacterium replizieren. Sie enthalten in der Regel ein Selektionsmarkergen und einen Linker oder Polylinker flankiert von der rechten und linken T-DNA Begrenzungssequenz. Sie können direkt in Agrobacterium transformiert werden (Holsters et al. (1978) Mol Gen Genet 163: 181-187). Das Selektionsmarkergen erlaubt eine Selektion transformierter Agrobakteria und ist zum Beispiel das nptII Gen, das eine Resistenz gegen Kanamycin verleiht. Das in diesem Fall als Wirtsorganismus fungierende Agrobacterium sollte bereits ein Plasmid mit der vir-Region enthalten. Diese ist für die Übertragung der T-DNA auf die pflanzliche Zelle erforderlich. Ein so transformiertes Agrobacterium kann zur Transformation pflanzlicher Zellen verwendet werden. Die Verwendung von T-DNA zur Transformation pflanzlicher Zellen ist intensiv untersucht und beschrieben (EP 120 516; Hoekema, In: The Binary Plant Vector System, Offsetdrukkerij Kanters B. V., Alblasserdam, Chapter V; An et al. (1985) EMBO J 4: 277-287). Verschiedene binäre Vektoren sind bekannt und teilweise kommerziell erhältlich wie zum Beispiel pBI101.2 oder pBIN19 (Clontech Laboratories, Inc. USA). Binary vectors are preferably used. Binary vectors can replicate in both E.coli and Agrobacterium. They usually contain a selection marker gene and one Left or polylinker flanked by the right and left T-DNA restriction sequence. You can go straight to Agrobacterium can be transformed (Holsters et al. (1978) Mol Gen Genet 163: 181-187). The selection marker gene allows selection transformed agrobacteria and is for example the nptII gene, which confers resistance to kanamycin. In this case Agrobacterium acting as the host organism should already be a Contain plasmid with the vir region. This is for the Transfer of T-DNA to the plant cell required. On Agrobacterium thus transformed can be used for transformation plant cells can be used. The use of T-DNA for Transformation of plant cells has been studied intensively and (EP 120 516; Hoekema, In: The Binary Plant Vector System, Offsetdrukkerij Kanters B.V., Alblasserdam, Chapter V; An et al. (1985) EMBO J 4: 277-287). Different binary vectors are known and some are commercially available such as Example pBI101.2 or pBIN19 (Clontech Laboratories, Inc. USA).
Weitere zur Expression in Pflanzen geeignet Promotoren sind beschrieben (Rogers et al. (1987) Meth in Enzymol 153: 253-277; Schardl et al. (1987) Gene 61: 1-11; Berger et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA 86: 8402-8406). Further promoters suitable for expression in plants are (Rogers et al. (1987) Meth in Enzymol 153: 253-277; Schardl et al. (1987) Gene 61: 1-11; Berger et al. (1989) Proc Natl Acad Sci USA 86: 8402-8406).
Direkte Transformationstechniken eignen sich für jeden Organismus und Zelltyp. Im Falle von Injektion oder Elektroporation von DNA bzw. RNA in pflanzliche Zellen sind keine besonderen Anforderungen an das verwendete Plasmid gestellt. Einfache Plasmide wie die der pUC-Reihe können verwendet werden. Sollen vollständige Pflanzen aus den transformierten Zellen regeneriert werden, so ist er erforderlich, das sich auf dem Plasmid ein zusätzliches selektionierbares Markergen befindet. Direct transformation techniques are suitable for everyone Organism and cell type. In the case of injection or Electroporation of DNA or RNA into plant cells are not made special demands on the plasmid used. Simple plasmids such as the pUC series can be used. Should complete plants from the transformed cells be regenerated, so it is necessary that on the Plasmid is an additional selectable marker gene.
Stabil transformierte Zellen d. h. solche, die die eingeführte DNA integriert in die DNA der Wirtszelle enthalten, können von untransformierten selektioniert werden, wenn ein selektionierbarer Marker Bestandteil der eingeführten DNA ist. Als Marker kann beispielhaft jedes Gen fungieren, dass eine Resistenz gegen Antibiotika oder Herbizide (wie Kanamycin, G 418, Bleomycin, Hygromycin oder Phosphinotricin etc.) zu verleihen vermag (s. o.). Transformierte Zellen, die ein solches Markergen exprimieren, sind in der Lage, in der Gegenwart von Konzentrationen eines entsprechenden Antibiotikums oder Herbizides zu überleben, die einen untransformierten Wildtyp abtöten. Beispiel sind oben genannt und umfassen bevorzugt das bar Gen, dass Resistenz gegen das Herbizid Phosphinotricin verleiht (Rathore KS et al. (1993) Plant Mol Biol 21 (5): 871-884), das nptII Gen, dass Resistenz gegen Kanamycin verleiht, das hpt Gen, das Resistenz gegen Hygromycin verleiht, oder das EPSP-Gen, das Resistenz gegen das Herbizid Glyphosat verleiht. Der Selektionsmarker erlaubt die Selektion von transformierten Zellen von untransformierten (McCormick et al. (1986) Plant Cell Reports 5: 81-84). Die erhaltenen Pflanzen können in üblicher Weise gezüchtet und gekreuzt werden. Zwei oder mehr Generationen sollten kultiviert werden, um sicherzustellen, dass die genomische Integration stabil und vererblich ist. Stably transformed cells d. H. those that the introduced DNA integrated into the DNA of the host cell can contain from untransformed can be selected if a selectable marker is part of the introduced DNA. As a marker can act as an example of any gene that is resistant to Antibiotics or herbicides (such as kanamycin, G 418, bleomycin, Hygromycin or phosphinotricin etc.) is able to confer (see above). Transformed cells that express such a marker gene are able to in the presence of concentrations of one corresponding antibiotic or herbicide to survive the one kill untransformed wild type. Example are mentioned above and preferably include the bar gene that resistance to the herbicide Phosphinotricin confers (Rathore KS et al. (1993) Plant Mol Biol 21 (5): 871-884), the nptII gene that resistance to kanamycin conferred the hpt gene conferring resistance to hygromycin, or the EPSP gene, which is resistant to the herbicide glyphosate gives. The selection marker allows the selection of transformed cells from untransformed (McCormick et al. (1986) Plant Cell Reports 5: 81-84). The plants obtained can in are bred and crossed in the usual way. Two or more Generations should be cultivated to ensure that genomic integration is stable and inheritable.
Die oben genannten Verfahren sind beispielsweise beschrieben in Jenes B et al. (1993) Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, herausgegeben von SD Kung und R Wu, Academic Press, S. 128-143 sowie in Potrykus (1991) Annu Rev Plant Physiol Plant Molec Biol 42: 205-225). Vorzugsweise wird das zu exprimierende Konstrukt in einen Vektor kloniert, der geeignet ist, Agrobacterium tumefaciens zu transformieren, beispielsweise pBin19 (Bevan et al. (1984) Nucl Acids Res 12: 8711f). The above methods are described in, for example That B et al. (1993) Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, published by SD Kung and R Wu, Academic Press, pp. 128-143 and in Potrykus (1991) Annu Rev Plant Physiol Plant Molec Biol 42: 205-225). The construct to be expressed is preferably converted into a vector cloned, which is suitable for Agrobacterium tumefaciens transform, for example pBin19 (Bevan et al. (1984) Nucl Acids Res 12: 8711f).
Sobald eine transformierte Pflanzenzelle hergestellt wurde, kann eine vollständige Pflanze unter Verwendung von dem Fachmann bekannten Verfahren erhalten werden. Hierbei geht man beispielhaft von Kalluskulturen aus. Aus diesen noch undifferenzierten Zellmassen kann die Bildung von Spross und Wurzel in bekannter Weise induziert werden. Die erhaltenen Sprösslinge können ausgepflanzt und gezüchtet werden. Once a transformed plant cell has been made, a whole plant using the skilled person known methods can be obtained. Here you go as an example from callus cultures. From these still undifferentiated Cell masses can cause sprout and root formation in a known manner be induced. The sprouts obtained can be planted out and be bred.
Dem Fachmann sind such Verfahren bekannt, um aus Pflanzenzellen, Pflanzenteile und ganze Pflanzen zu regenerieren. Beispielsweise werden hierzu Verfahren beschrieben von Fennell et al. (1992) Plant Cell Rep. 11: 567-570; Stoeger et al (1995) Plant Cell Rep. 14: 273-278; Jahne et al. (1994) Theor Appl Genet 89: 525-533 verwendet. The person skilled in the art is also aware of processes for extracting from plant cells Regenerate parts of plants and whole plants. For example For this purpose, methods are described by Fennell et al. (1992) Plant Cell Rep. 11: 567-570; Stoeger et al (1995) Plant Cell Rep. 14: 273-278; Jahne et al. (1994) Theor Appl Genet 89: 525-533 used.
"Transgen" meint bezüglich zum Beispiel einer Hefe G3PDH
Nukleinsäuresequenz, einer Expressionskassette oder einem Vektor
enthaltend besagte G3PDH Nukleinsäuresequenz oder einem Organismus
transformiert mit besagter Nukleinsäuresequenz,
Expressionskassette oder Vektor alle solche durch gentechnische Methoden
zustandegekommene Konstruktionen, in denen sich entweder
- a) die Nukleinsäuresequenz kodierend für eine Hefe G3PDH, oder
- b) eine mit besagter Nukleinsäuresequenz unter a) funktionell verknüpfte genetische Kontrollsequenz, zum Beispiel ein in pflanzlichen Organismen funktioneller Promotor, oder
- c) (a) und (b).
- a) the nucleic acid sequence coding for a yeast G3PDH, or
- b) a genetic control sequence functionally linked to said nucleic acid sequence under a), for example a promoter functional in plant organisms, or
- c) (a) and (b).
Als transgene Organismen bevorzugte Wirts- oder Ausgangsorganismen sind vor allem Pflanzen gemäß der oben genannten Definition. Eingeschlossen sind im Rahmen der Erfindung alle Gattungen und Arten höherer und niedrigerer Pflanzen des Pflanzenreiches, insbesondere Pflanzen, die für die Gewinnung von Ölen verwendet werden wie beispielsweise Raps, Sonnenblume, Sesam, Färberdistel, Ölbaum, Soja, Mais, Weizen und Nussarten. Eingeschlossen sind ferner die reifen Pflanzen, Saatgut, Sprossen und Keimlinge, sowie davon abgeleitete Teile, Vermehrungsgut und Kulturen, zum Beispiel Zellkulturen. Reife Pflanzen meint Pflanzen zu jedem beliebigen Entwicklungsstadium jenseits des Keimlings. Keimling meint eine junge, unreife Pflanze in einem frühen Entwicklungsstadium. Preferred host or as transgenic organisms Starting organisms are mainly plants according to the above Definition. All are included within the scope of the invention Genera and species of higher and lower plants of the Plant-rich, especially plants that are for extraction of oils such as rapeseed, sunflower, Sesame, safflower, olive tree, soy, corn, wheat and types of nuts. The mature plants, seeds and sprouts are also included and seedlings, as well as parts derived therefrom, propagation material and cultures, for example cell cultures. Ripe plants means Plants at any stage of development beyond Seedling. Seedling means a young, immature plant in one early development stage.
Die Herstellung der transgenen Organismen kann mit den oben beschriebenen Verfahren zur Transformation oder Transfektion von Organismen realisiert werden. The production of the transgenic organisms can be done with the above described methods for transformation or transfection be realized by organisms.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung betrifft die Verwendung der erfindungsgemäßen, transgenen Organismen und der von ihnen abgeleitete Zellen, Zellkulturen, Teile - wie zum Beispiel bei transgenen pflanzlichen Organismen Wurzeln, Blätter etc. -, und transgenes Vermehrungsgut wie Saaten oder Früchte, zur Herstellung von Nahrungs- oder Futtermitteln, Pharmazeutika oder Feinchemikalien, insbesondere von Ölen, Fetten, Fettsäuren oder Derivaten der vorgenannten. Another object of the invention relates to the use the transgenic organisms according to the invention and that of them derived cells, cell cultures, parts - such as in transgenic plant organisms roots, leaves etc. -, and transgenic propagation material such as seeds or fruits, for Manufacture of food or feed, pharmaceuticals or Fine chemicals, especially oils, fats, fatty acids or Derivatives of the aforesaid.
Neben der Beeinflussung des Ölgehaltes kann die transgene Expression einer Hefe G3PDH in Pflanzen noch weitere vorteilhafte Effekte vermitteln, wie beispielsweise eine erhöhte Stressresistanz z. B. gegen osmotischen Stress. Die Hefe G3PDH vermittelt über erhöhte Glycerolspiegel einen Schutz gegen derartigen Stress, indem Glycerol als Osmoprotektivum wirkt. Derartiger osmotischer Stress tritt beispielsweise bei salzhaltigen Böden und Wasser auf und ist ein zunehmendes Problem in der Landwirtschaft. Eine erhöhte Stresstoleranz bietet hier beispielsweise die Möglichkeit zur landwirtschaftlichen Nutzung von Flächen, in denen übliche Ackerpflanzen nicht gedeihen können. In addition to influencing the oil content, the transgenic Expression of a yeast G3PDH in plants still more convey beneficial effects, such as increased Stress resistance e.g. B. against osmotic stress. The yeast G3PDH provides protection against high glycerol levels such stress by using glycerol as an osmoprotective. Such osmotic stress occurs, for example, in saline Soils and water on and is an increasing problem in the Agriculture. An increased stress tolerance offers here for example the possibility of agricultural use of Areas in which common arable plants cannot thrive.
Ferner kann die transgene Expression der Hefe G3PDH den NADH Spiegel und so das REDOX-Gleichgewicht in dem pflanzlichen Organismus beeinflussen. Stress, wie beispielsweise Trockenheit, Hitze, Kälte, UV Licht etc. kann zu erhöhten NADH Spiegeln und zu einer vermehrten Bildung von reaktivem Sauerstoff (ROS) führen. Die transgene Expression der Hefe G3PDH kann einen unter besagten Stressbedingungen anfallenden NADH Überschuss abbauen, so das REDOX-Gleichgewicht stabilisieren und die Auswirkungen des Stress mildern. Furthermore, the transgenic expression of the yeast G3PDH can the NADH Mirror and so the REDOX balance in the vegetable Affect the organism. Stress, such as drought, Heat, cold, UV light etc. can increase and increase NADH levels lead to an increased formation of reactive oxygen (ROS). The transgenic expression of the yeast G3PDH can be one of said Reduce NADH excess stress conditions, so that REDOX balance stabilize and the effects of stress mitigate.
-
1. SEQ ID NO: 1
Nukleinsäuresequenz kodierend für Saccharomyces cerevisiae G3PDH (Gpd1p) 1. SEQ ID NO: 1
Nucleic acid sequence coding for Saccharomyces cerevisiae G3PDH (Gpd1p) -
2. SEQ ID NO: 2
Proteinsequenz kodierend für Saccharomyces cerevisiae G3PDH (Gpd1p) 2. SEQ ID NO: 2
Protein sequence coding for Saccharomyces cerevisiae G3PDH (Gpd1p) -
3. SEQ ID NO: 3
Nukleinsäuresequenz kodierend für Saccharomyces cerevisiae G3PDH (Gpd2p) 3. SEQ ID NO: 3
Nucleic acid sequence coding for Saccharomyces cerevisiae G3PDH (Gpd2p) -
4. SEQ ID NO: 4
Proteinsequenz kodierend für Saccharomyces cerevisiae G3PDH (Gpd2p) 4. SEQ ID NO: 4
Protein sequence coding for Saccharomyces cerevisiae G3PDH (Gpd2p) -
5. SEQ ID NO: 5
Proteinsequenz kodierend für Saccharomyces cerevisiae G3PDH (Gpd2p) mit zweitem, alternativem Start-Codon 5. SEQ ID NO: 5
Protein sequence coding for Saccharomyces cerevisiae G3PDH (Gpd2p) with a second, alternative start codon -
6. SEQ ID NO: 6
Nukleinsäuresequenz kodierend für Schizosaccharomyces pombe G3PDH 6. SEQ ID NO: 6
Nucleic acid sequence coding for Schizosaccharomyces pombe G3PDH -
7. SEQ ID NO: 7
Proteinsequenz kodierend für Schizosaccharomyces pombe G3PDHD 7. SEQ ID NO: 7
Protein sequence coding for Schizosaccharomyces pombe G3PDHD -
8. SEQ ID NO: 8
Nukleinsäuresequenz kodierend für Schizosaccharomyces pombe G3PDH 8. SEQ ID NO: 8
Nucleic acid sequence coding for Schizosaccharomyces pombe G3PDH -
9. SEQ ID NO: 9
Proteinsequenz kodierend für Schizosaccharomyces pombe G3PDH 9. SEQ ID NO: 9
Protein sequence coding for Schizosaccharomyces pombe G3PDH -
10. SEQ ID NO: 10
Nukleinsäuresequenz kodierend für Yarrowinia lipolytica G3PDH 10. SEQ ID NO: 10
Nucleic acid sequence coding for Yarrowinia lipolytica G3PDH -
11. SEQ ID NO: 11
Proteinsequenz kodierend für Yarrowinia lipolytica G3PDH 11. SEQ ID NO: 11
Protein sequence coding for Yarrowinia lipolytica G3PDH -
12. SEQ ID NO: 12
Proteinsequenz kodierend für Yarrowinia lipolytica G3PDH, mit zweitem, alternativem Start-Codon 12. SEQ ID NO: 12
Protein sequence coding for Yarrowinia lipolytica G3PDH, with a second, alternative start codon -
13. SEQ ID NO: 13
Nukleinsäuresequenz kodierend für Zygosaccharomyces rouxii G3PDH 13. SEQ ID NO: 13
Nucleic acid sequence coding for Zygosaccharomyces rouxii G3PDH -
14. SEQ ID NO: 14
Proteinsequenz kodierend für Zygosaccharomyces rouxii G3PDH 14. SEQ ID NO: 14
Protein sequence coding for Zygosaccharomyces rouxii G3PDH -
15. SEQ ID NO: 15
Nukleinsäuresequenz kodierend für Zygosaccharomyces rouxii G3PDH 15. SEQ ID NO: 15
Nucleic acid sequence coding for Zygosaccharomyces rouxii G3PDH -
16. SEQ ID NO: 16
Proteinsequenz kodierend für Zygosaccharomyces rouxii G3PDH 16. SEQ ID NO: 16
Protein sequence coding for Zygosaccharomyces rouxii G3PDH -
17. SEQ ID NO: 16
Expressionsvektor auf Basis von pSUN-USP für S.cerevisiae G3PDH (Gpd1p; Insert von bp 1017-2190) 17. SEQ ID NO: 16
Expression vector based on pSUN-USP for S.cerevisiae G3PDH (Gpd1p; insert from bp 1017-2190) -
18. SEQ ID NO: 18
Oligonukleotidprimer ONP1
5'-ACTAGTATGTCTGCTGCTGCTGATAG-3' 18. SEQ ID NO: 18
Oligonucleotide primer ONP1
5'-ACTAGTATGTCTGCTGCTGCTGATAG-3 ' -
19. SEQ ID NO: 19
Oligonukleotidprime ONP2
5'-CTCGAGATCTTCATGTAGATCTAATT-3' 19. SEQ ID NO: 19
Oligonucleotide prime ONP2
5'-CTCGAGATCTTCATGTAGATCTAATT-3 ' -
20. SEQ ID NO: 20
Oligonukleotidprime ONP3
5'-GCGGCCGCCATGTCTGCTGCTGCTGATAG-3' 20. SEQ ID NO: 20
Oligonucleotide prime ONP3
5'-GCGGCCGCCATGTCTGCTGCTGCTGATAG-3 ' -
21. SEQ ID NO: 21
Oligonukleotidprime ONP4
5'-GCGGCCGCATCTTCATGTAGATCTAATT-3' 21. SEQ ID NO: 21
Oligonucleotide prime ONP4
5'-GCGGCCGCATCTTCATGTAGATCTAATT-3 ' -
22. SEQ ID NP 22 bis 35:
Sequenzmotive für Hefe G3PDHs mit Angabe von möglichen Sequenzvariationen. Die Variationen eines einzelnen Motives können jeweils einzeln aber auch in den unterschiedlichen Kombinationen miteinander vorkommen. 22. SEQ ID NP 22 to 35:
Sequence motifs for yeast G3PDHs with possible sequence variations. The variations of a single motif can occur individually but also in the different combinations with each other. -
23. SEQ ID NO: 36
Expressionsvektor pGPTV-gpd1 auf Basis von pGPTV-Napin für S.cerevisiae G3PDH (Gpd1p; Insert gdp1 von bp 11962-13137; nos-Terminator: 13154-13408; Napin-Promotor: 10807-11951). 23. SEQ ID NO: 36
Expression vector pGPTV-gpd1 based on pGPTV-Napin for S.cerevisiae G3PDH (Gpd1p; Insert gdp1 from bp 11962-13137; nos terminator: 13154-13408; Napin promoter: 10807-11951). -
24. SEQ ID NO: 37
Nukleinsäuresequenz kodierend für Emericella nidulans G3PDH. 24. SEQ ID NO: 37
Nucleic acid sequence coding for Emericella nidulans G3PDH. -
25. SEQ ID NO: 38
Aminosäuresequenz kodierend für Emericella nidulans G3PDH. 25. SEQ ID NO: 38
Amino acid sequence coding for Emericella nidulans G3PDH. -
26. SEQ ID NO: 39
Nukleinsäuresequenz kodierend für Debaryomyces hansenii G3PDH (partiell). 26. SEQ ID NO: 39
Nucleic acid sequence coding for Debaryomyces hansenii G3PDH (partial). -
27. SEQ ID NO: 40
Aminosäuresequenz kodierend für Debaryomyces hansenii G3PDH (partiell). 27. SEQ ID NO: 40
Amino acid sequence coding for Debaryomyces hansenii G3PDH (partial).
Fig. 1 Ölgehalt in transgenen GPD1p-Linien
Messung des TAG-Gehalts in T2 Samen von transgenen
Arabidopsis-Linien mit dem Gpd1p-Gen aus Saccharomyces
cerevisiae (G2 bis G30). Zum Vergleich ist der Gehalt
in entsprechenden untransformierten (Wilttyp-Pflanzen;
W1 bis W10) bestimmt worden. Es wurden 8 Arabidopsis-
Linien mit einem signifikant gesteigertem Ölgehalt
identifiziert. Die angegebenen Fehlerabweichung ergeben
sich aus jeweils 3 unabhängigen Messungen.
Fig. 1 oil content in transgenic GPD1p lines
Measurement of the TAG content in T2 seeds from transgenic Arabidopsis lines with the Gpd1p gene from Saccharomyces cerevisiae (G2 to G30). For comparison, the content in corresponding untransformed (wilt-type plants; W1 to W10) was determined. Eight Arabidopsis lines with a significantly increased oil content were identified. The specified error deviation results from 3 independent measurements.
Alle Chemikalien, wenn nicht anders erwähnt, stammen von den Firmen Fluka (Buchs), Merck (Darmstadt), Roth (Karlsruhe), Serva (Heidelberg) und Sigma (Deisenhofen). Restriktionsenzyme, DNA- modifizierende Enzyme und Molekularbiologie-Kits wurden von den Firmen Amersham-Pharmacia (Freiburg), Biometra (Göttingen), Roche (Mannheim), New England Biolabs (Schwalbach), Novagen (Madison, Wisconsin, USA), Perkin-Elmer (Weiterstadt), Qiagen (Hilden), Stratagen (Amsterdam, Niederlande), Invitrogen (Karlsruhe) und Ambion (Cambridgeshire, United Kingdom). Die verwendeten Reagenzien wurden entsprechend der Angaben des Herstellers eingesetzt. All chemicals, unless otherwise stated, are from the Companies Fluka (Buchs), Merck (Darmstadt), Roth (Karlsruhe), Serva (Heidelberg) and Sigma (Deisenhofen). Restriction enzymes, DNA modifying enzymes and molecular biology kits have been developed by the Companies Amersham-Pharmacia (Freiburg), Biometra (Göttingen), Roche (Mannheim), New England Biolabs (Schwalbach), Novagen (Madison, Wisconsin, USA), Perkin-Elmer (Weiterstadt), Qiagen (Hilden), Stratagen (Amsterdam, Netherlands), Invitrogen (Karlsruhe) and Ambion (Cambridgeshire, United Kingdom). The used Reagents were made according to the manufacturer's instructions used.
Die chemische Synthese von Oligonukleotiden kann beispielsweise, in bekannter Weise, nach der Phosphoamiditmethode (Voet, Voet, 2. Auflage, Wiley Press New York, Seite 896-897) erfolgen. Die im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführten Klonierungsschritte wie z. B. Restriktionsspaltungen, Agarosegelelektrophorese, Reinigung von DNA-Fragmenten, Transfer von Nukleinsäuren auf Nitrozellulose und Nylonmembranen, Verknüpfen von DNA-Fragmenten, Transformation von E.coli Zellen, Anzucht von Bakterien, Vermehrung von Phagen und Sequenzanalyse rekombinanter DNA werden wie bei Sambrook et al. (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press; ISBN 0-87969-309-6 beschrieben durchgeführt. Die Sequenzierung rekombinanter DNA-Moleküle erfolgt mit einem Laserfluoreszenz-DNA-Sequenzierer der Firma ABI nach der Methode von Sanger (Sanger et al. (1977) Proc Natl Acad Sci USA 74: 5463-5467). The chemical synthesis of oligonucleotides can, for example, in a known manner, according to the phosphoamidite method (Voet, Voet, 2nd edition, Wiley Press New York, pages 896-897). The performed within the scope of the present invention Cloning steps such as B. restriction splits, Agarose gel electrophoresis, purification of DNA fragments, transfer of Nucleic acids on nitrocellulose and nylon membranes, linking of DNA fragments, transformation of E.coli cells, cultivation of Bacteria, phage propagation and recombinant sequence analysis DNA is, as in Sambrook et al. (1989) Cold Spring Harbor Laboratory Press; ISBN 0-87969-309-6. Recombinant DNA molecules are sequenced using a Laser fluorescence DNA sequencer from ABI using the method by Sanger (Sanger et al. (1977) Proc Natl Acad Sci USA 74: 5463-5467).
Die Pflanze Arabidopsis thaliana repräsentiert ein Mitglied der höheren Pflanzen (Samenpflanzen). Diese Pflanze ist eng verwandt mit anderen Pflanzenarten aus der Familie der Cruciferen wie z. B. Brassica napus, aber auch mit anderen Pflanzenfamilien der Dikotyledonen. Aufgrund des hohen Grades an Homologie ihrer DNA-Sequenzen bzw. Polypeptidsequenzen kann Arabidopsis thaliana als Modellpflanze für andere Pflanzenarten eingesetzt werden. The Arabidopsis thaliana plant represents a member of the higher plants (seed plants). This plant is closely related with other plant species from the cruciferous family such as z. B. Brassica napus, but also with other plant families of dicotyledons. Due to the high degree of homology of their Arabidopsis thaliana can use DNA sequences or polypeptide sequences can be used as a model plant for other plant species.
Die Pflanzen werden entweder auf Murashige-Skoog Medium mit 0,5% Saccharose (Ogas et al. (1997) Science 277: 91-94) oder auf Erde gezogen (Focks & Benning (1998) Plant Physiol 118: 91-101). Um einheitliche Keimungs- und Blühzeiten zu erreichen, werden die Samen nach Ausplattieren bzw. Ausstreuen auf Erde zwei Tage bei 4°C stratifiziert. Nach der Blüte werden die Schoten markiert. Entsprechend der Markierungen werden dann Schoten mit einem Alter von 6 bis 20 Tagen nach der Blüte geerntet. The plants are grown on either Murashige-Skoog Medium with 0.5% sucrose (Ogas et al. (1997) Science 277: 91-94) or pulled to earth (Focks & Benning (1998) Plant Physiol 118: 91-101). To ensure uniform germination and flowering times reach, the seeds after plating or Spread on earth stratified for two days at 4 ° C. To the pods are marked during flowering. According to the Markings will then be pods ages 6 to Harvested 20 days after flowering.
Genomische DNA aus Saccharomyces cerevisiae Stamm S288C (Mat
alpha SUC2 mal mel gal2 CUP1 flo1 flo8-1; Invitrogen, Karlsruhe,
Deutschland) wurde nach folgendem Protokoll isoliert:
Eine 100 ml Kultur wurde bis zu einer optischen Dichte von 1,0
bei 30°C angezogen. Davon wurden 60 ml abzentrifugiert bei 3000 xg
für 3 min. Das Pellet wurde in 6 ml doppelt-destilliertem H2O
resuspendiert und auf 1,5 ml Gefäße verteilt, abzentrifugiert und
der Überstand verworfen. Die Pellets wurden mit 200 µl Lösung A,
200 µl Phenol/Chloroform (1 : 1) und 0,3 g Glaskugeln durch
Vortexen resuspendiert und lysiert. Nach Zugabe von 200 µl TE-Puffer
pH 8,0 wurde für 5 min zentrifugiert. Der Überstand wurde einer
Ethanolfällung mit 1 ml Ethanol unterzogen. Das erhaltene Pellet
nach Fällung wurde in 400 µl TE-Puffer pH 8,0 + 30 µg/mL RnaseA
gelöst. Nach Inkubation für 5 min bei 37°C wurden 18 µl 3 M
Natriumacetat-Lösung pH 4,8 und 1 mL Ethanol zugegeben und die
präzipitierte DNA durch Zentrifugation pelletiert. Das DNA-Pellet
wurde in 25 µl doppelt-destilliertem H2O gelöst. Die Konzentration
der genomischen DNA wurde durch deren Absorption bei 260 nm
bestimmt.
Lösung A
2% Trition-X100
1% SDS
0,1 M NaCl
0,01 M Tris-HCl pH 8,0
0,001 M EDTA
Genomic DNA from Saccharomyces cerevisiae strain S288C (Mat alpha SUC2 times mel gal2 CUP1 flo1 flo8-1; Invitrogen, Karlsruhe, Germany) was isolated according to the following protocol:
A 100 ml culture was grown to an optical density of 1.0 at 30 ° C. 60 ml were centrifuged off at 3000 xg for 3 min. The pellet was resuspended in 6 ml of double-distilled H 2 O and distributed into 1.5 ml tubes, centrifuged and the supernatant discarded. The pellets were resuspended with 200 μl solution A, 200 μl phenol / chloroform (1: 1) and 0.3 g glass beads by vortexing and lysed. After adding 200 .mu.l TE buffer pH 8.0 was centrifuged for 5 min. The supernatant was subjected to ethanol precipitation with 1 ml of ethanol. The pellet obtained after precipitation was dissolved in 400 μl TE buffer pH 8.0 + 30 μg / ml RNaseA. After incubation for 5 min at 37 ° C., 18 μl of 3 M sodium acetate solution pH 4.8 and 1 ml of ethanol were added and the precipitated DNA was pelleted by centrifugation. The DNA pellet was dissolved in 25 ul double distilled H 2 O. The concentration of the genomic DNA was determined by its absorption at 260 nm. Solution A 2% Trition-X100
1% SDS
0.1 M NaCl
0.01 M Tris-HCl pH 8.0
0.001 M EDTA
Für die Klonierung des Gpd1-Gens wurde die isolierte Hefe-DNA in
einer PCR-Reaktion mit den Oligonukleotidprimern ONP1 und ONP2
eingesetzt.
ONP1: 5'-ACTAGTATGTCTGCTGCTGCTGATAG-3' (SEQ ID NO: 18)
ONP2: 5'-CTCGAGATCTTCATGTAGATCTAATT-3' (SEQ ID NO: 19)
Zusammensetzung des PCR-Ansatzes (50 µl)
5,00 µl 5 µg genomische Hefe-DNA
5,00 µl 10x Puffer (Advantage-Polymerase) + 25 mM MgCl2
5,00 µl 2 mM dNTP
1,25 µl je Primer (10 µmol/ul)
0,50 µl Advantage-Polymerase
For the cloning of the Gpd1 gene, the isolated yeast DNA was used in a PCR reaction with the oligonucleotide primers ONP1 and ONP2.
ONP1: 5'-ACTAGTATGTCTGCTGCTGCTGATAG-3 '(SEQ ID NO: 18)
ONP2: 5'-CTCGAGATCTTCATGTAGATCTAATT-3 '(SEQ ID NO: 19) Composition of the PCR approach (50 µl) 5.00 µl 5 µg genomic yeast DNA
5.00 µl 10x buffer (Advantage polymerase) + 25 mM MgCl 2
5.00 µl 2 mM dNTP
1.25 µl per primer (10 µmol / ul)
0.50 µl Advantage polymerase
Die Advantage-Polymerase von Clontech wurden eingesetzt. PCR-Programm Anfangsdenaturierung für 2 min bei 95°C, dann 35 Zyklen mit 45 sec 95°C, 45 sec 55°C und 2 min 72°C. Abschließende Extension von 5 min bei 72°C. Clontech's Advantage polymerase was used. PCR program initial denaturation for 2 min at 95 ° C, then 35 cycles with 45 sec 95 ° C, 45 sec 55 ° C and 2 min 72 ° C. Final extension of 5 min at 72 ° C.
Das PCR-Produkte wurde in den pCR2.1-TOPO Vektor (Invitrogen) gemäß Herstellerangaben kloniert, resultierend in dem Vektor pCR2.1-gpd1 und die Sequenz wurde durch Sequenzierung überprüft. The PCR product was in the pCR2.1-TOPO vector (Invitrogen) cloned according to manufacturer's instructions, resulting in the vector pCR2.1-gpd1 and the sequence was checked by sequencing.
Für die Klonierung in den Agrotransformationsvektor pGPTV wurden 0,5 µg des Vektors pCR2.1-gpd1 mit den Restriktionsenzym XhoI (New England Biolabs) für 2 Stunde inkubiert und anschließend 15 min mit Klenow-Fragment (New England Biolabs) inkubiert. Nach Inkubation für 2 Stunden mit SpeI wurden die DNA-Fragmente per Gelelektorphorese aufgetrennt. Das neben dem Vektor (3,9 kb) 1185 bp große Fragment der gpd1-Sequenz wurde aus dem Gel ausgeschnitten und mit dem "Gelpurification"-Kit von Qiagen nach Herstellerangaben aufgereinigt und mit 50 µl Elutionspuffer eluiert. 0,1 µg des Vektors pGPTV wurde zuerst für 1 Stunde mit dem Restriktionsenzym SacI verdaut, dann für 15 min mit Klenow- Fragment (New England Biolabs) inkubiert. 10 µl des Eluates des gpd1-Fragments und 10 ng des behandelten Vektors pGPTV wurden über Nacht bei 16°C ligiert (T4 Ligase von New England Biolabs). Die Ligationsprodukte werden dann in TOP10 Zellen (Stratagene) nach Herstellerangaben transformiert und entsprechend selektioniert, resultierend in dem Vektor pGPTV-gpd1. Positive Klone werden mit den Primern ONP1 und ONP2 durch PCR und Sequenzierung verifiziert. For cloning in the agrotransformation vector pGPTV were 0.5 µg of the vector pCR2.1-gpd1 with the restriction enzyme XhoI (New England Biolabs) incubated for 2 hours and then Incubated for 15 min with Klenow fragment (New England Biolabs). To Incubation for 2 hours with SpeI, the DNA fragments were by Gel electrophoresis separated. The next to the vector (3.9 kb) 1185 bp fragment of the gpd1 sequence was removed from the gel cut out and with the "Gelpurification" kit from Qiagen Manufacturer's information purified and with 50 µl elution buffer eluted. 0.1 µg of the vector pGPTV was first used for 1 hour digested the restriction enzyme SacI, then for 15 min with Klenow Incubated fragment (New England Biolabs). 10 µl of the eluate of the gpd1 fragment and 10 ng of the treated vector pGPTV were ligated overnight at 16 ° C (T4 ligase from New England Biolabs). The ligation products are then in TOP10 cells (Stratagene) transformed according to the manufacturer's instructions and accordingly selected, resulting in the vector pGPTV-gpd1. positive Clones are primed with ONP1 and ONP2 by PCR and Sequencing verified.
Für die Herstellung des Vektors pSUN-USP-gpd1 wurde eine PCR vom
Vektor pCR2.1-gpd1 mit den Primern ONP3 und ONP4 durchgeführt.
ONP3: 5'-GCGGCCGCCATGTCTGCTGCTGCTGATAG-3' (SEQ ID NO: 20)
ONP4: 5'-GCGGCCGCATCTTCATGTAGATCTAATT-3' (SEQ ID NO: 21)
Zusammensetzung des PCR-Ansatzes (50 µl)
5 ng DNA Plasmid pCR2.1-gpd1
5,00 µl 10x Puffer (Advantage-Polymerase) + 25 mM MgCl2
5,00 µl 2 mM dNTP
1,25 µl je Primer (10 µmol/ul)
0,50 µl Advantage-Polymerase
For the production of the vector pSUN-USP-gpd1, a PCR of the vector pCR2.1-gpd1 was carried out with the primers ONP3 and ONP4.
ONP3: 5'-GCGGCCGCCATGTCTGCTGCTGCTGATAG-3 '(SEQ ID NO: 20)
ONP4: 5'-GCGGCCGCATCTTCATGTAGATCTAATT-3 '(SEQ ID NO: 21) Composition of the PCR mixture (50 μl) 5 ng DNA plasmid pCR2.1-gpd1
5.00 µl 10x buffer (Advantage polymerase) + 25 mM MgCl 2
5.00 µl 2 mM dNTP
1.25 µl per primer (10 µmol / ul)
0.50 µl Advantage polymerase
Die Advantage-Polymerase von Clontech wurden eingesetzt. PCR-Program Anfangsdenaturierung für 2 min bei 95°C, dann 35 Zyklen mit 45 sec 95°C, 45 sec 55°C und 2 min 72°C. Abschließende Extension von 5 min bei 72°C. Clontech's Advantage polymerase was used. PCR program initial denaturation for 2 min at 95 ° C, then 35 cycles with 45 sec 95 ° C, 45 sec 55 ° C and 2 min 72 ° C. Final extension of 5 min at 72 ° C.
Das 1190 bp große PCR-Produkt wurde mit dem Restriktionsenzym NotI für 24 Stunden verdaut. Der Vektor pSUN-USP wurde für 2 Stunden mit NotI verdaut, dann 15 min mit alkalischer Phosphatase (New England Biolabs) inkubiert. 100 ng des vorbehandelten gpd1-Fragments und 10 ng des behandelten Vektors pGPTV wurden über Nacht bei 16°C ligiert (T4 Ligase von New England Biolabs). Die Ligationsprodukte werden dann in TOP10 Zellen (Stratagene) nach Herstellerangaben transformiert und entsprechend selektioniert, resultierend in dem Vektor pSUN-USP- gpd1. Positive Klone werden mit den Primern ONP3 und ONP4 durch PCR und Sequenzierung verifiziert. The 1190 bp PCR product was treated with the restriction enzyme NotI digested for 24 hours. The vector pSUN-USP was used for Digested for 2 hours with NotI, then 15 minutes with alkaline Phosphatase (New England Biolabs) incubated. 100 ng of pretreated gpd1 fragment and 10 ng of the treated vector pGPTV were ligated overnight at 16 ° C (T4 ligase from New England Biolabs). The ligation products will then be in TOP10 Cells (Stratagene) transformed according to the manufacturer's instructions and selected accordingly, resulting in the vector pSUN-USP- gpd1. Positive clones are primed with ONP3 and ONP4 PCR and sequencing verified.
Zur Pflanzentransformation können binäre Vektoren, wie pBinAR verwendet werden (Höfgen und willmitzer (1990) Plant Science 66: 221-230). Die Konstruktion der binären Vektoren kann durch Ligation der cDNA in Sense- oder Antisense-Orientierung in T-DNA erfolgen. 5' der cDNA aktiviert ein Pflanzenpromotor die Transkription der cDNA. Eine Polyadenylierungssequenz befindet sich 3' von der cDNA. Binary vectors such as pBinAR can be used for plant transformation can be used (Höfgen and willmitzer (1990) Plant Science 66: 221-230). The construction of the binary vectors can be done by Ligation of the cDNA in sense or antisense orientation in T-DNA done. 5 'of the cDNA activates a plant promoter Transcription of the cDNA. There is a polyadenylation sequence 3 'away from the cDNA.
Die gewebespezifische Expression lässt sich unter Verwendung eines gewebespezifischen Promotors erzielen. Beispielsweise kann die samenspezifische Expression erreicht werden, indem der Napin- oder der LeB4- oder der USP-Promotor 5' der cDNA einkloniert wird. Auch jedes andere samenspezifische Promotorelement kann verwendet werden. Zur konstitutiven Expression in der ganzen Pflanzen lässt sich der CaMV-35S-Promotor verwenden. Tissue-specific expression can be used using of a tissue-specific promoter. For example seed-specific expression can be achieved by or the LeB4 or USP promoter 5 'of the cDNA is cloned becomes. Any other seed-specific promoter element can also be used. For constitutive expression in the whole The CaMV-35S promoter can be used in plants.
Ein weiteres Beispiel für binäre Vektoren ist der Vektor pSUN-USP und pGPTV-Napin in welche das Fragment aus Beispiel 2 kloniert wurde. Der Vektor pSUN-USP enthält den USP-Promotor sowie den OCS Terminator. Der Vektor pGPTV-Napin enthält einen verkürzte Version des Napin-Promotors und den nos-Terminator. Another example of binary vectors is the vector pSUN-USP and pGPTV-Napin in which the fragment from Example 2 is cloned has been. The vector pSUN-USP contains the USP promoter and the OCS Terminator. The vector pGPTV-Napin contains a shortened one Version of the Napin promoter and the nos terminator.
Die Fragmente aus Beispiel 2 wurden in die multiple Klonierungsstelle des Vektors pSUN-USP bzw. pGPTV-Napin kloniert, um die samenspezifische Expression der Suppressionskonstrukte zu ermöglichen. Das entsprechende Konstrukt pSUN-USP-gpd1 ist mit der SEQ ID NO: 17 beschrieben, das Konstrukt von G3PDH in pGPTV-Napin (pGPTV-gpd1) ist durch SEQ ID NO: 36 beschrieben. The fragments from Example 2 were multiple Cloning site of the vector pSUN-USP or pGPTV-Napin cloned to the seed-specific expression of the suppression constructs enable. The corresponding construct pSUN-USP-gpd1 is with the SEQ ID NO: 17, the construct of G3PDH in pGPTV-Napin (pGPTV-gpd1) is described by SEQ ID NO: 36.
Die Agrobacterium-vermittelte Pflanzentransformation kann zum Beispiel unter Verwendung der Agrobacterium tumefaciens-Stämme GV3101 (pMP90) (Koncz und Schell (1986) Mol Gen Genet 204: 383-396) oder LBA4404 (Clontech) durchgeführt werden. Die Transformation kann durch Standard-Transformationstechniken durchgeführt werden (Deblaere et al. (1984) Nucl Acids Res 13: 4777-4788). The Agrobacterium -mediated plant transformation can Example using the Agrobacterium tumefaciens strains GV3101 (pMP90) (Koncz and Schell (1986) Mol Gen Genet 204: 383-396) or LBA4404 (Clontech). The Transformation can be done through standard transformation techniques (Deblaere et al. (1984) Nucl Acids Res 13: 4777-4788).
Die Agrobacterium-vermittelte Pflanzentransformation kann unter Verwendung von Standard-Transformations- und Regenerationstechniken durchgeführt werden (Gelvin SB, Schilperoort R, Plant Molecular Biology Manual, 2. Aufl., Dordrecht: Kluwer Academic Publ., 1995, in Sect., Ringbuc Zentrale Signatur: BT11-P ISBN 0-7923-2731-4; Glick BR, Thompson JE, Methods in Plant Molecular Biology and Biotechnology, Boca Raton: CRC Press, 1993, 360 S., ISBN 0-8493-5164-2). The Agrobacterium-mediated plant transformation can be found at Use of standard transformation and Regeneration techniques are carried out (Gelvin SB, Schilperoort R, Plant Molecular Biology Manual, 2nd ed., Dordrecht: Kluwer Academic Publ., 1995, in Sect., Ringbuc Central signature: BT11-P ISBN 0-7923-2731-4; Glick BR, Thompson JE, Methods in Plant Molecular Biology and Biotechnology, Boca Raton: CRC Press, 1993, 360 p., ISBN 0-8493-5164-2).
Die Transformation mittels Agrobacterium von Arabidopsis thaliana wurde durch die Methode nach Bechthold et al., 1993 (C. R. Acad. Sci. Ser. III Sci. Vie., 316, 1194-1199) durchgeführt. The transformation using Agrobacterium from Arabidopsis thaliana was by the method according to Bechthold et al., 1993 (C.R. Acad. Sci. Ser. III Sci. Vie., 316, 1194-1199).
Beispielsweise kann Raps mittels Kotyledonen- oder Hypokotyltransformation transformiert werden (Moloney et al. (1989) Plant Cell Report 8: 238-242; De Block et al. (1989) Plant Physiol 91: 694-701). Die Verwendung von Antibiotika für die Agrobacterium- und Pflanzenselektion hängt von dem für die Transformation verwendeten binären Vektor und Agrobacterium-Stamm ab. Die Rapsselektion wird gewöhnlich unter Verwendung von Kanamycin als selektierbarem Pflanzenmarker durchgeführt. For example, rapeseed can be made using cotyledons or Hypocotyl transformation can be transformed (Moloney et al. (1989) Plant Cell Report 8: 238-242; De Block et al. (1989) Plant Physiol 91: 694-701). The use of antibiotics for the Agrobacterium and plant selection depends on that for transformation binary vector and Agrobacterium strain used. The Rapeseed selection is usually done using Kanamycin as selectable plant marker performed.
Der Agrobacterium-vermittelte Gentransfer in Lein (Linum usitatissimum) lässt sich unter Verwendung von beispielsweise einer von Mlynarova et al. (1994) Plant Cell Report 13: 282-285 beschriebenen Technik durchführen. Die Transformation von Soja kann unter Verwendung von beispielsweise einer in EP-A-0 0424 047 (Pioneer Hi-Bred International) oder in EP-A-0 0397 687, US 5,376,543, US 5,169,770 (University Toledo) beschriebenen Technik durchgeführt werden. Agrobacterium-mediated gene transfer in linseed (Linum usitatissimum) can be used using, for example one of Mlynarova et al. (1994) Plant Cell Report 13: 282-285 perform the technique described. The transformation of soy can, for example, use one in EP-A-0 0424 047 (Pioneer Hi-Bred International) or in EP-A-0 0397 687, US 5,376,543, US 5,169,770 (University Toledo) Technique.
Die Pflanzentransformation unter Verwendung von Teilchenbeschuss, Polyethylenglycol-vermittelter DNA-Aufnahme oder über die Siliziumcarbonatfaser-Technik ist beispielsweise beschrieben von Freeling und Walbot "The maize handbook" (1993) ISBN 3-540-97826-7, Springer Verlag New York). Plant transformation using Particle bombardment, polyethylene glycol-mediated DNA recording or is about silicon carbon fiber technology, for example described by Freeling and Walbot "The maize handbook" (1993) ISBN 3-540-97826-7, Springer Verlag New York).
Die Aktivität eines rekombinanten Genproduktes im transformierten Wirtsorganismus wurde auf der Transkriptions- und/oder der Translationsebene gemessen. The activity of a recombinant gene product in the transformed Host organism was based on the transcription and / or the Translation plane measured.
Ein geeignetes Verfahren zur Bestimmung der Menge an Transkription des Gens (ein Hinweis auf die Menge an RNA, die für die Translation des Genproduktes zur Verfügung steht) ist die Durchführung eines Northern-Blots wie unten ausgeführt (als Bezugsstelle siehe Ausubel et al. (1988) Current Protocols in Molecular Biology, Wiley: New York, oder den oben erwähnten Beispielteil), wobei ein Primer, der so gestaltet ist, dass er an das Gen von Interesse bindet, mit einer nachweisbaren Markierung (gewöhnlich radioaktiv oder chemilumineszent) markiert wird, so dass, wenn die Gesamt-RNA einer Kultur des Organismus extrahiert, auf einem Gel aufgetrennt, auf eine stabile Matrix transferiert und mit dieser Sonde inkubiert wird, die Bindung und das Ausmaß der Bindung der Sonde das Vorliegen und auch die Menge der mRNA für dieses Gen anzeigt. Diese Information zeigt den Grad der Transkription des transformierten Gens an. Zelluläre Gesamt-RNA kann aus Zellen, Geweben oder Organen mit mehreren Verfahren, die alle im Fachgebiet bekannt sind, wie zum Beispiel das von Bormann, E. R., et al. (1992) Mol. Microbiol. 6: 317-326 beschriebene, präpariert werden. A suitable method for determining the amount of Transcription of the gene (an indication of the amount of RNA, available for the translation of the gene product) is a Northern blot as outlined below (For reference, see Ausubel et al. (1988) Current Protocols in Molecular Biology, Wiley: New York, or the ones mentioned above Example part), where a primer that is designed to match binds the gene of interest with a detectable label (usually radioactive or chemiluminescent) is marked so that when the total RNA is extracted from a culture of the organism, separated on a gel, transferred to a stable matrix and incubated with this probe, binding and extent the presence of the probe and the amount of mRNA for this gene. This information shows the degree of Transcription of the transformed gene. Total cellular RNA can be made from cells, tissues or organs using several methods, who are all known in the art, such as that by Bormann, E.R., et al. (1992) Mol. Microbiol. 6: 317-326 described, prepared.
Für die RNA-Hybridisierung wurden 20 µg Gesamt-RNA oder 1 µg poly(A)+-RNA mittels Gelelektrophorese in Agarosegelen mit einer Stärke von 1,25% unter Verwendung von Formaldehyd, wie beschrieben in Amasino (1986, Anal. Biochem. 152, 304) aufgetrennt, mittels Kapillaranziehung unter Verwendung von 10 × SSC auf positiv geladene Nylonmembranen (Hybond N+, Amersham, Braunschweig) übertragen, mittels UV-Licht immobilisiert und 3 Stunden bei 68°C unter Verwendung von Hybridisierungspuffer (10% Dextransulfat Gew./Vol., 1 M NaCl, 1% SDS, 100 mg Heringssperma-DNA) vorhybridisiert. Die Markierung der DNA-Sonde mit dem Highprime DNA labeling-Kit (Roche, Mannheim, Deutschland) erfolgte während der Vorhybridisierung unter Verwendung von alpha-32P-dCTP (Amersham Pharmacia, Braunschweig, Deutschland). Die Hybridisierung wurde nach Zugabe der markierten DNA-Sonde im gleichen Puffer bei 68°C über Nacht durchgeführt. Die Waschschritte wurden zweimal für 15 min unter Verwendung von 2 × SSC und zweimal für 30 min unter Verwendung von 1 × SSC, 1% SDS, bei 68°C durchgeführt. Die Exposition der verschlossenen Filter wurde bei -70°C für einen Zeitraum von 1 bis 14 T durchgeführt. For the RNA hybridization, 20 ug total RNA or 1 ug poly (A) + -RNA were gel electrophoresis in agarose gels with a strength of 1.25% using formaldehyde, as described in Amasino (1986, Anal. Biochem. 152 , 304) separated, transferred by capillary attraction using 10 × SSC to positively charged nylon membranes (Hybond N +, Amersham, Braunschweig), immobilized by means of UV light and 3 hours at 68 ° C. using hybridization buffer (10% dextran sulfate w / w Vol., 1 M NaCl, 1% SDS, 100 mg herring sperm DNA) prehybridized. The DNA probe was labeled with the Highprime DNA labeling kit (Roche, Mannheim, Germany) during the pre-hybridization using alpha- 32 P-dCTP (Amersham Pharmacia, Braunschweig, Germany). Hybridization was carried out after adding the labeled DNA probe in the same buffer at 68 ° C. overnight. The washing steps were carried out twice for 15 min using 2 × SSC and twice for 30 min using 1 × SSC, 1% SDS, at 68 ° C. The exposure of the closed filter was carried out at -70 ° C for a period of 1 to 14 T.
Zur Untersuchung des Vorliegens oder der relativen Menge an von dieser mRNA translatiertem Protein können Standardtechniken, wie ein Western-Blot, eingesetzt werden (siehe beispielsweise Ausubel et al. (1988) Current Protocols in Molecular Biology, Wiley: New York). Bei diesem Verfahren werden die zellulären Gesamt- Proteine extrahiert, mittels Gelelektrophorese aufgetrennt, auf eine Matrix, wie Nitrozellulose, übertragen und mit einer Sonde, wie einem Antikörper, der spezifisch an das gewünschte Protein bindet, inkubiert. Diese Sonde ist gewöhnlich mit einer chemilumineszenten oder kolorimetrischen Markierung versehen, die sich leicht nachweisen lässt. Das Vorliegen und die Menge der beobachteten Markierung zeigt das Vorliegen und die Menge des gewünschten, in der Zelle vorliegenden mutierten Proteins an. To examine the presence or relative amount of this mRNA translated protein can use standard techniques such as a Western blot can be used (see for example Ausubel et al. (1988) Current Protocols in Molecular Biology, Wiley: New York). In this process, the total cellular Proteins extracted, separated by gel electrophoresis, transferred to a matrix such as nitrocellulose and with a Probe, such as an antibody, specific to the desired one Protein binds, incubated. This probe is usually with one chemiluminescent or colorimetric marking, that is easy to prove. The presence and the amount the observed mark shows the presence and the amount of the desired mutant protein present in the cell.
Die Auswirkung der genetischen Modifikation in Pflanzen, Pilzen, Algen, Ciliaten oder auf die Produktion einer gewünschten Verbindung (wie einer Fettsäure) kann bestimmt werden, indem die modifizierten Mikroorganismen oder die modifizierte Pflanze unter geeigneten Bedingungen (wie den vorstehend beschriebenen) gezüchtet werden und das Medium und/oder die zellulären Komponenten auf die erhöhte Produktion des gewünschten Produktes (d. h. von Lipiden oder einer Fettsäure) untersucht wird. Diese Analysetechniken sind dem Fachmann bekannt und umfassen Spektroskopie, Dünnschichtchromatographie, Färbeverfahren verschiedener Art, enzymatische und mikrobiologische Verfahren sowie analytische Chromatographie, wie Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie (siehe beispielsweise Ullman, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Bd. A2, S. 89-90 und S. 443-613, VCH: Weinheim (1985); Fallon A et al. (1987) "Applications of HPLC in Biochemistry" in: Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology, Bd. 17; Rehm et al. (1993) Biotechnology, Bd. 3, Kapitel III: "Product recovery and purification", S. 469-714, VCH: Weinheim; Belter PA et al. (1988) Bioseparations: downstream processing for Biotechnology, John Wiley and Sons; Kennedy JF und Cabral JMS (1992) Recovery processes for biological Materials, John Wiley and Sons; Shaeiwitz JA und Henry JD (1988) Biochemical Separations, in: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, Bd. B3; Kapitel 11, S. 1-27, VCH: Weinheim; und Dechow, F. J. (1989) Separation and purification techniques in biotechnology, Noyes Publications). The impact of genetic modification in plants, fungi, Algae, ciliates or on the production of a desired one Compound (such as a fatty acid) can be determined by the modified microorganisms or the modified plant under suitable conditions (such as those described above) be grown and the medium and / or the cellular Components to the increased production of the desired product (i.e. of lipids or a fatty acid) is examined. This Analysis techniques are known to those skilled in the art and include spectroscopy, Thin layer chromatography, staining methods of various types, enzymatic and microbiological processes as well as analytical Chromatography, such as high performance liquid chromatography (see for example Ullman, Encyclopedia of Industrial Chemistry, Vol. A2, pp. 89-90 and pp. 443-613, VCH: Weinheim (1985); Fallon A et al. (1987) "Applications of HPLC in Biochemistry" in: Laboratory Techniques in Biochemistry and Molecular Biology, Vol. 17; Rehm et al. (1993) Biotechnology, Vol. 3, Chapter III: "Product recovery and purification", pp. 469-714, VCH: Weinheim; Belter PA et al. (1988) Bioseparations: downstream processing for Biotechnology, John Wiley and Sons; Kennedy JF and Cabral JMS (1992) Recovery processes for biological materials, John Wiley and Sons; Shaeiwitz JA and Henry JD (1988) Biochemical Separations, in: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, B3; Chapter 11, pp. 1-27, VCH: Weinheim; and Dechow, F. J. (1989) Separation and purification techniques in biotechnology, Noyes Publications).
Neben den oben erwähnten Verfahren werden Pflanzenlipide aus Pflanzenmaterial wie von Cahoon et al. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96 (22): 12935-12940, und Browse et al. (1986) Analytic Biochemistry 152: 141-145, beschrieben extrahiert. Die qualitative und quantitative Lipid- oder Fettsäureanalyse ist beschrieben bei Christie, William W., Advances in Lipid Methodology, Ayr/Scotland: Oily Press (Oily Press Lipid Library; 2); Christie, William W., Gas Chromatography and Lipids. A Practical Guide- Ayr, Scotland: Oily Press, 1989, Repr. 1992, IX, 307 S. (Oily Press Lipid Library; 1); "Progress in Lipid Research, Oxford: Pergamon Press, 1 (1952) - 16 (1977) u. d. T.: Progress in the Chemistry of Fats and Other Lipids CODEN. In addition to the methods mentioned above, plant lipids are made from Plant material as described by Cahoon et al. (1999) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 96 (22): 12935-12940, and Browse et al. (1986) Analytic Biochemistry 152: 141-145. The qualitative and quantitative lipid or fatty acid analysis is described with Christie, William W., Advances in Lipid Methodology, Ayr / Scotland: Oily Press (Oily Press Lipid Library; 2); Christie, William W., Gas Chromatography and Lipids. A Practical Guide- Ayr, Scotland: Oily Press, 1989, Repr. 1992, IX, 307 S. (Oily Press Lipid Library; 1); "Progress in Lipid Research, Oxford: Pergamon Press, 1 (1952) - 16 (1977) u. d. T .: Progress in the Chemistry of Fats and Other Lipids CODEN.
Zusätzlich zur Messung des Endproduktes der Fermentation ist es auch möglich, andere Komponenten der Stoffwechselwege zu analysieren, die zur Produktion der gewünschten Verbindung verwendet werden, wie Zwischen- und Nebenprodukte, um die Gesamteffizienz der Produktion der Verbindung zu bestimmen. Die Analyseverfahren umfassen Messungen der Nährstoffmengen im Medium (z. B. Zucker, Kohlenwasserstoffe, Stickstoffquellen, Phosphat und andere Ionen), Messungen der Biomassezusammensetzung und des Wachstums, Analyse der Produktion üblicher Metabolite von Biosynthesewegen und Messungen von Gasen, die während der Fermentation erzeugt werden. Standardverfahren für diese Messungen sind in Applied Microbial Physiology; A Practical Approach, P. M. Rhodes und P. F. Stanbury, Hrsgb., IRL Press, S. 103-129; 131-163 und 165-192 (ISBN: 0199635773) und darin angegebenen Literaturstellen beschrieben. In addition to measuring the end product of the fermentation it is also possible to add other components of the metabolic pathways analyze that to produce the desired connection used as intermediates and by-products to the To determine overall efficiency of production of the compound. The analysis methods include measurements of the amounts of nutrients in the medium (e.g. sugar, hydrocarbons, Nitrogen sources, phosphate and other ions), measurements of the Biomass composition and growth, analysis of production more common Metabolites of biosynthetic pathways and measurements of gases during fermentation. Standard procedures for this Measurements are in Applied Microbial Physiology; A practical Approach, P.M. Rhodes and P.F. Stanbury, eds., IRL Press, Pp. 103-129; 131-163 and 165-192 (ISBN: 0199635773) and therein described literature references.
Ein Beispiel ist die Analyse von Fettsäuren (Abkürzungen: FAME, Fettsäuremethylester; GC-MS, Gas-Flüssigkeitschromatographie- Massenspektrometrie; TAG, Triacylglycerin; TLC, Dünnschichtchromatographie). An example is the analysis of fatty acids (abbreviations: FAME, fatty acid methyl ester; GC-MS, gas liquid chromatography mass spectrometry; TAG, triacylglycerol; TLC, TLC).
Der unzweideutige Nachweis für das Vorliegen von Fettsäureprodukten kann mittels Analyse rekombinanter Organismen nach Standard-Analyseverfahren erhalten werden: GC, GC-MS oder TLC, wie verschiedentlich beschrieben von Christie und den Literaturstellen darin (1997, in: Advances on Lipid Methodology, Vierte Aufl.: Christie, Oily Press, Dundee, 119-169; 1998, Gaschromatographie-Massenspektrometrie-Verfahren, Lipide 33: 343-353). The unambiguous proof of the existence of Fatty acid products can be analyzed using recombinant organisms Standard analysis methods are obtained: GC, GC-MS or TLC, as variously described by Christie and the References therein (1997, in: Advances on Lipid Methodology, Fourth Ed .: Christie, Oily Press, Dundee, 119-169; 1998 Gas Chromatography Mass Spectrometry, Lipids 33: 343-353).
Das zu analysierende Material kann durch Ultraschallbehandlung, Mahlen in der Glasmühle, flüssigen Stickstoff und Mahlen oder über andere anwendbare Verfahren aufgebrochen werden. Das Material muss nach dem Aufbrechen zentrifugiert werden. Das Sediment wird in Aqua dest. resuspendiert, 10 min bei 100°C erhitzt, auf Eis abgekühlt und erneut zentrifugiert, gefolgt von Extraktion in 0,5 M Schwefelsäure in Methanol mit 2% Dimethoxypropan für 1 Std. bei 90°C, was zu hydrolysierten Öl- und Lipidverbindungen führt, die transmethylierte Lipide ergeben. Diese Fettsäuremethylester werden in Petrolether extrahiert und schließlich einer GC-Analyse unter Verwendung einer Kapillarsäule (Chrompack, WCOT Fused Silica, CP-Wax-52 CB, 25 mikrom, 0,32 mm) bei einem Temperaturgradienten zwischen 170°C und 240°C für 20 min und 5 min bei 240°C unterworfen. Die Identität der erhaltenen Fettsäuremethylester muss unter Verwendung von Standards, die aus kommerziellen Quellen erhältlich sind (d. h. Sigma), definiert werden. The material to be analyzed can be Grinding in a glass mill, liquid nitrogen and grinding or be broken up through other applicable procedures. The Material must be centrifuged after breaking open. The Sediment is in aqua dest. resuspended, 10 min at 100 ° C heated, cooled on ice and centrifuged again, followed by Extraction in 0.5 M sulfuric acid in methanol with 2% Dimethoxypropane for 1 h at 90 ° C, resulting in hydrolyzed oil and Leads to lipid compounds that result in transmethylated lipids. This Fatty acid methyl esters are extracted into petroleum ether and finally a GC analysis using a capillary column (Chrome pack, WCOT fused silica, CP-Wax-52 CB, 25 microm, 0.32 mm) at a temperature gradient between 170 ° C and 240 ° C for 20 min and subjected to 5 min at 240 ° C. The identity of the received Fatty acid methyl esters must be made using standards that are out commercial sources are available (i.e. sigma) become.
Für die quantitative Öl-Analyse der mit dem Gpd1-Gen
transformierten Arabidopsis Pflanzen wurde folgendes Protokoll
angewendet:
Die Extraktion der Lipide aus Samen wird nach der Methode von
Bligh & Dyer (1959) Can J Biochem Physiol 37: 911 durchgeführt.
Dazu werden 5 mg Arabidopsis Samen in 1,2 ml Qiagen-Microtubes
(Qiagen, Hilden) auf einer Sartorius (Göttingen) Mikrowaage
abgewogen. Das Samenmaterial wird mit 500 ul Chloroform/Methanol
(2 : 1; enthält Mono-C17-glycerin von Sigma als internen Standard)
in der Rätschmühle MM300 der Firma Retsch (Haan) homogenisiert
und 20 min bei RT inkubiert. Nach Zugabe von 500 ul 50 mM
Kaliumphosphatpuffer pH 7,5 erfolgt die Phasentrennung. Von der
organischen Phase werden 50 µl abgenommen, mit 1500 ul Chloroform
verdünnt und 5 µl auf die Kapillaren Chromarods SIII der Firma
Iatroscan (SKS, Bechenheim) aufgetragen. Nach Auftrag der Proben
werden diese für 15 min in einer Dünnschichtkammer, die gesättigt
ist mit 6 : 2 : 2 Chloroform : Methanol : Toluol in einem ersten
Schritt aufgetrennt. Nach Ablauf der Zeit werden die Kapillaren
4 min bei Raumtemperatur getrocknet und dann für 22 min in eine
Dünnschichtkammer, die gesättigt ist mit 7 : 3 n-Hexan :
Dieethylether gestellt. Nach einem weiteren Trocknungsschritt für 4 min
bei Raumtemperatur werden die Proben in einem Iatroscan MK-5
(SKS, Bechenheim) entsprechend Fraser & Taggart, 1988 J.
Chromatogr. 439: 404 analysiert. Folgende Parameter wurden für
die Messungen eingestellt: Slice width 50 msec, Treshold 20 mv,
Noise 30, Skim ratio 0. Die Quantifizierung der Daten erfolgte
anhand des internen Standards Mono-C17-glycerin (Sigma) sowie
einer erstellten Eichkurve mit Tri-C17-glycerin (Sigma) mittels
des Programms ChromStar (SKS, Beichenheim).
The following protocol was used for the quantitative oil analysis of the Arabidopsis plants transformed with the Gpd1 gene:
The extraction of lipids from seeds is carried out according to the method of Bligh & Dyer (1959) Can J Biochem Physiol 37: 911. For this purpose, 5 mg Arabidopsis seeds are weighed in 1.2 ml Qiagen microtubes (Qiagen, Hilden) on a Sartorius (Göttingen) microbalance. The seed material is homogenized with 500 μl chloroform / methanol (2: 1; contains mono-C17-glycerol from Sigma as internal standard) in the MM300 mill from Retsch (Haan) and incubated at RT for 20 min. After adding 500 μl of 50 mM potassium phosphate buffer pH 7.5, the phases are separated. 50 μl are removed from the organic phase, diluted with 1500 μl chloroform and 5 μl applied to the capillaries Chromarods SIII from Iatroscan (SKS, Bechenheim). After the samples have been applied, they are separated for 15 min in a thin-layer chamber which is saturated with 6: 2: 2 chloroform: methanol: toluene in a first step. After the time has elapsed, the capillaries are dried for 4 min at room temperature and then placed in a thin-layer chamber which is saturated with 7: 3 n-hexane: dieethyl ether for 22 min. After a further drying step for 4 min at room temperature, the samples are in an Iatroscan MK-5 (SKS, Bechenheim) according to Fraser & Taggart, 1988 J. Chromatogr. 439: 404 analyzed. The following parameters were set for the measurements: Slice width 50 msec, Threshold 20 mv, Noise 30, Skim ratio 0. The data were quantified using the internal standard Mono-C17-glycerin (Sigma) and a calibration curve with Tri-C17- glycerin (Sigma) using the ChromStar program (SKS, Beichenheim).
Für die quantitative Bestimmung der Ölgehalte wurden T2 Samen von mehreren, unabhängigen transgenen Linien mit den Konstrukten pSUN-USP-gpd1 bzw. pGPTV-gpd1 analysiert. Von den Samenpools jeder Linie wurden drei unabhängige Extraktionen durchgeführt und die Extrakte unabhängig gemessen. Aus den drei unabhängigen Messungen wurde der Mittelwert sowie die Standardabweichung berechnet. T2 seeds were used for the quantitative determination of the oil contents of several independent transgenic lines with the constructs pSUN-USP-gpd1 or pGPTV-gpd1 analyzed. From the seed pools Three independent extractions were performed on each line and the extracts measured independently. From the three independent Measurements were the mean as well as the standard deviation calculated.
Das Ergebnis der Messungen für die Linien mit dem Konstrukt pGPTV-gpd1 zeigte einen signifikant höheren Ölgehalt in mehreren (10) transgenen Linien (Fig. 1), verglichen mit den Messungen von 10 Wildtyp-Pflanzen. Für das Konstrukt pSUN-USP-gpd1 werden ähnliche Ölgehalte gemessen (nicht gezeigt). The result of the measurements for the lines with the construct pGPTV-gpd1 showed a significantly higher oil content in several (10) transgenic lines ( FIG. 1), compared with the measurements of 10 wild-type plants. Similar oil contents are measured for the construct pSUN-USP-gpd1 (not shown).
Der durchschnittliche Ölgehalt der oben aufgeführten Linien
beträgt 34,86 ± 1,56%, während der Durchschnitt der
Wildtyppflanzen bei 27,75 ± 2,64% liegt. Dies entspricht einer
Steigerung des Ölgehalts um absolut 7,1% (realtiv 25,5%).
SEQUENZPROTOKOLL
The average oil content of the lines listed above is 34.86 ± 1.56%, while the average of wild type plants is 27.75 ± 2.64%. This corresponds to an increase in the oil content of absolutely 7.1% (realistically 25.5%). SEQUENCE LISTING
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