JP6117837B2 - Plant glutamine phenylpyruvate transaminase gene and transgenic plant carrying it - Google Patents
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Description
〔連邦政府が後援する研究または開発に基づいてなされる発明に対する権利に関する明細書〕
本発明は、米国エネルギー省がカルフォルニア大学の理事に対して与えた規約番号W−7405−ENG−36、および米国エネルギー省がロスアラモス国家安全保障有限責任会社に対して与えた規約番号DE−AC52−06NA25396に基づく支援によってなされた。政府は本発明の所定の権利を有する。
[Specification on rights to inventions based on federal-sponsored research or development]
The present invention relates to a contract number W-7405-ENG-36 given to the director of the University of California by the US Department of Energy, and a contract number DE-AC52- Made with support based on 06NA25396. The government has certain rights in this invention.
〔関連文献〕
本明細書は、2008年8月29日に提出された米国仮特許番号第61/190,581号に対して優先権を主張するものである。
[Related Literature]
This specification claims priority to US Provisional Patent No. 61 / 190,581, filed Aug. 29, 2008.
〔背景技術〕
世界的に人口が増加し、使用可能な農地が失われるか、または使用不能になり続けるため、より効率的で、かつ、地球に優しい農業システムに対する必要性は、人類にとって興味のある最優先事項である。収量、タンパク質含有量、および植物の成長速度を向上させることは、目下の課題により効果的に対処し得る農業システムの開発において主な目的になっている。
[Background Technology]
The need for a more efficient and earth-friendly farming system is a top priority of interest to mankind as populations grow globally and available farmland continues to be lost or unusable It is. Improving yield, protein content, and plant growth rate has become a major goal in the development of agricultural systems that can be more effectively addressed by current challenges.
近年では、十分に開発された多くの農作物の生産量は横這い状態になる傾向にあるため、改良された農作物の生産技術の重要性が高まるばかりである。多くの農作業は、コストおよび収益が農作物の迅速な回転率または市場までの時間に依存することから、時間に注意を払っている。そのため、価値の高い農作物(穀物、野菜、ベリーおよび他の果物など)に関する多くの農業ビジネスにとって、植物の早い成長が経済的に重要な目標である。 In recent years, the production of many well-developed crops tends to be flat, and the importance of improved crop production techniques is only increasing. Many farms pay attention to time because costs and revenue depend on the rapid turnover of crops or time to market. Therefore, fast plant growth is an economically important goal for many agricultural businesses involving high value crops (such as cereals, vegetables, berries and other fruits).
遺伝子工学は、いまだ持続的な農業技術の開発において賛否両論があるもののますます重要な役割を果たしており、今後もその役割を果たし続ける。近年、数多くの遺伝的に改変された植物および関連技術が開発されており、今日では当該植物および関連技術の多くが広く用いられている(Factsheet: Genetically Modified Crops in the United States, Pew Initiative on Food and Biotechnology, August 2004, http://pewagbiotech.org/resources/factsheets)。現在、採用されるトランスジェニック植物の種類は非常に多く、また増加しており、2006年には約2億5000万エーカーでトランスジェニック植物を栽培している。 Genetic engineering is playing an increasingly important role in the development of sustainable agricultural technologies, but continues to play a role in the future. In recent years, many genetically modified plants and related technologies have been developed, and many of these plants and related technologies are widely used today (Factsheet: Genetically Modified Crops in the United States, Pew Initiative on Food and Biotechnology, August 2004, http://pewagbiotech.org/resources/factsheets). Currently, the variety of transgenic plants adopted is very large and increasing, and in 2006, about 250 million acres were cultivated.
トランスジェニック植物技術の承認は徐々に増加しているかもしれないが(特に、米国、カナダおよびオーストラリアにおいて)、世界中の多くの地域(特に、ヨーロッパ)では農業における遺伝的に改変された植物の導入は未だに遅れている。そのため、信頼性があり、永続的な農業の方針を追い求めることと一致して、毒素または他の潜在的に問題のある物質を植物および/または環境に取り込むことのない遺伝的に設計された植物の開発への強い関心がある。また、目的(除草剤耐性、ペストおよび疾病抵抗性、ならびに全体的な収穫率を改良することなど)達成のコストを最小限にすることへの強い関心がある。したがって、これらの目的を満足させることが可能なトランスジェニック植物に関する必要性がいまだにある。 Although approval of transgenic plant technology may be increasing gradually (especially in the United States, Canada and Australia), many regions around the world (especially in Europe) will have genetically modified plants in agriculture. Implementation is still delayed. Therefore, genetically engineered plants that do not incorporate toxins or other potentially problematic substances into plants and / or the environment, consistent with the pursuit of a reliable and enduring agricultural policy There is a strong interest in the development of. There is also a strong interest in minimizing the cost of achieving the objectives (such as improving herbicide resistance, plague and disease resistance, and overall yield). Therefore, there remains a need for transgenic plants that can satisfy these objectives.
植物の早い成長という目標は、様々な植物調節システムに関する数多くの研究によって追求されている。この調節システムの多くはいまだ完全には理解されていない。特に、炭素および窒素の代謝を調整する植物調節機構は、完全に明らかになっていない。これらの調節機構は植物の成長および発達に欠かせない影響力があると推定される。 The goal of fast plant growth has been pursued by numerous studies on various plant regulatory systems. Many of these regulation systems are not yet fully understood. In particular, the plant regulatory mechanisms that regulate carbon and nitrogen metabolism have not been fully elucidated. These regulatory mechanisms are presumed to have an indispensable influence on plant growth and development.
光合成生物における炭素および窒素の代謝は、植物資源およびエネルギーの効果的な利用を保証する調整方法において調節されなければならない。炭素および窒素の代謝に関する従来の理解は、所定のステップおよびより大きなシステムのサブシステムである代謝経路の詳細を含む。光合成生物において、炭素代謝はCO2固定によって始まり、2つの主な処理(C−3代謝およびC−4代謝と呼ばれる)によって進行する。C−3代謝を伴う植物において、酵素リブロース二リン酸カルボキシラーゼ(ribulose bisphosphate carboxylase:RuBisCo)は、CO2とリブロース二リン酸との結合を触媒し、3−ホスホグリセリン酸塩を産生する。当該3−ホスホグリセリン酸塩は、植物が炭素含有化合物を合成するために用いる3炭素化合物(C−3)である。C−4代謝を伴う植物において、CO2は、酵素ホスホエノールピルビン酸カルボキシラーゼによって触媒される反応において、ホスホエノールピルビン酸塩と結合されて4炭素を含有する酸を形成する。この酸は、脱炭酸されてCO2を放出する場である維管束鞘細胞に輸送されて、その後、C−3植物に用いられた同じ反応中でリブロース二リン酸と結合される。 Carbon and nitrogen metabolism in photosynthetic organisms must be regulated in a coordinated manner that ensures the effective use of plant resources and energy. Conventional understanding of carbon and nitrogen metabolism includes details of metabolic pathways that are subsystems of the given steps and larger systems. In photosynthetic organisms, carbon metabolism begins with CO 2 fixation and proceeds by two main processes (called C-3 metabolism and C-4 metabolism). In plants with C-3 metabolism, the enzyme ribulose bisphosphate carboxylase (RuBisCo) catalyzes the binding of CO 2 and ribulose diphosphate to produce 3-phosphoglycerate. The said 3-phosphoglycerate is a 3 carbon compound (C-3) which a plant uses in order to synthesize | combine a carbon containing compound. In plants with C-4 metabolism, CO 2, in a reaction catalyzed by the enzyme phosphoenolpyruvate carboxylase to form acids containing 4 carbon coupled with phosphoenolpyruvate salt. This acid is transported to vascular sheath cells where it is decarboxylated to release CO 2 and then combined with ribulose diphosphate in the same reaction used for C-3 plants.
数多くの研究では、様々な代謝産物が窒素代謝の植物調整に重要であることがわかっている。これらの化合物としては、有機酸であるリンゴ酸、ならびにアミノ酸であるグルタミン酸およびグルタミンが挙げられる。窒素は、酵素であるグルタミンシンテターゼ(glutamine synthetase:GS)の働きによって光合成生物に吸収される。グルタミンシンテターゼは、アンモニアとグルタミン酸との結合を触媒し、グルタミンを作る。GSは、植物における窒素吸収に重要な役割を果たしており、グルタミン酸に対するアンモニアの付加を触媒することによってATP依存性反応の中でグルタミンを作り出す(Miflin and Habash, 2002, Journal of Experimental Botany, Vol. 53, No. 370, pp. 979-987)。また、GSは、光吸収ならびにタンパク質および窒素輸送化合物の機能停止の結果として放出されたアンモニアを再吸収する。GS酵素は2つの一般分類に分けられ得る。その1つは細胞質の形態(GS1)を表し、もう1つは色素体(すなわち、葉緑体)の形態(GS2)を表す。 Numerous studies have shown that various metabolites are important for plant regulation of nitrogen metabolism. These compounds include malic acid, which is an organic acid, and glutamic acid and glutamine, which are amino acids. Nitrogen is absorbed by photosynthetic organisms by the action of the enzyme glutamine synthetase (GS). Glutamine synthetase catalyzes the binding of ammonia and glutamic acid to produce glutamine. GS plays an important role in nitrogen absorption in plants and produces glutamine in an ATP-dependent reaction by catalyzing the addition of ammonia to glutamic acid (Miflin and Habash, 2002, Journal of Experimental Botany, Vol. 53). , No. 370, pp. 979-987). GS also reabsorbs ammonia released as a result of light absorption and cessation of protein and nitrogen transport compound function. GS enzymes can be divided into two general categories. One represents the cytoplasmic form (GS1) and the other represents the plastid (ie, chloroplast) form (GS2).
これまでの研究では、GS1の増大した発現量がGS活性および植物成長のレベルを増加させることを証明しているが、報告は一貫性が欠けている。例えば、Fuentesらには、タバコ中のCaMV S35プロモーターによるアルファルファGS1(細胞質の形態)の過剰発現は、葉組織内におけるGS発現およびGS活性のレベルを増加させたり、窒素欠乏状態で成長を増大させたりするが、最適な窒素肥沃状態における成長に影響を及ぼさないことが報告されている(Fuentes et al., 2001, J. Exp. Botany 52: 1071-81)。Templeらには、非常に高いレベルのGS転写産物を含有する全長アルファルファGS1をコードする配列を過剰発現するトランスジェニックタバコ植物、および活性な酵素に組み込まれるGSポリペプチドについて報告されているが、成長における表現型の作用について報告されていない(Temple et al., 1993, Molecular and General Genetics 236: 315-325)。Corruziらには、CaMV S35プロモーターの制御下でエンドウマメの細胞質ゾルGS1導入遺伝子を過剰に発現するトランスジェニックタバコが、増加されたGS活性、増加された細胞質ゾルGSタンパク質、および改善された成長特性を示すことが報告されている(米国特許出願第6,107,547号明細書)。さらに最近、Unkeferらには、葉状組織内においてアルファルファGS1を過剰発現するトランスジェニックタバコ植物(葉から根において増大されたGS活性に関してスクリーニングした後、増大したS1導入遺伝子のコピー数が得られるように、自家受粉によって遺伝的に分離した植物)が、それらの葉状部位において増大された量の2−ヒドロキシ−5−オキソプロリンを製造することを見出したことが報告されている。当該2−ヒドロキシ−5−オキソプロリンは、野生型のタバコ植物全体に顕著に増大された成長速度を導くことが見出されている(米国特許出願第6,555,500号明細書、米国特許出願第6,593,275号明細書、米国特許出願第6,831,040号明細書を参照)。 Previous studies have demonstrated that increased expression of GS1 increases the level of GS activity and plant growth, but the reports are inconsistent. For example, Fuentes et al. Show that overexpression of alfalfa GS1 (cytoplasmic form) by the CaMV S35 promoter in tobacco increases the level of GS expression and GS activity in leaf tissue and increases growth in nitrogen deficient conditions. However, it has been reported that it does not affect growth in optimal nitrogen fertile conditions (Fuentes et al., 2001, J. Exp. Botany 52: 1071-81). Temple et al. Reported on transgenic tobacco plants overexpressing sequences encoding full-length alfalfa GS1 containing very high levels of GS transcripts, and GS polypeptides incorporated into active enzymes. No phenotypic effects have been reported in (Temple et al., 1993, Molecular and General Genetics 236: 315-325). Corruzi et al. Have reported that transgenic tobacco overexpressing the pea cytosolic GS1 transgene under the control of the CaMV S35 promoter has increased GS activity, increased cytosolic GS protein, and improved growth characteristics. (US Patent Application No. 6,107,547). More recently, Unkefer et al. Have reported that transgenic tobacco plants overexpressing alfalfa GS1 in foliar tissues (after screening for increased GS activity in leaves to roots, an increased S1 transgene copy number is obtained. , Plants genetically isolated by self-pollination) have been found to produce increased amounts of 2-hydroxy-5-oxoproline in their foliate sites. The 2-hydroxy-5-oxoproline has been found to lead to significantly increased growth rates throughout wild-type tobacco plants (US Pat. No. 6,555,500, US Pat. (See application 6,593,275, US patent application 6,831,040).
さらに、Unkeferらには、植物の発育を改良するための2−ヒドロキシ−5−オキソプロリン(また、2−オキソグルタラメート(2-oxoglutaramate)として知られる)の使用について記載されている(米国特許第6,555,500号明細書、米国特許第6,593,275号明細書、米国特許第6,831,040号明細書)。特に、Unkeferらには、葉状組織(根幹組織に関連する)における増加された濃度の2−ヒドロキシ−5−オキソプロリンが、植物発育特性を増強させることになる事象のカスケードの引き金になることが開示されている。Unkeferらには、2−ヒドロキシ−5−オキソプロリンの葉状濃度が植物発育特性を増強させる引き金となるために増加され得る(具体的には、植物の葉状部分に直接2−ヒドロキシ−5−オキソプロリンの溶液を投与し、葉組織に特異的にグルタミンシンテターゼを過剰発現させることによって)方法が記載されている。 In addition, Unkefer et al. Describe the use of 2-hydroxy-5-oxoproline (also known as 2-oxoglutaramate) to improve plant development (US No. 6,555,500, U.S. Pat. No. 6,593,275, U.S. Pat. No. 6,831,040). In particular, Unkefer et al. Show that increased concentrations of 2-hydroxy-5-oxoproline in leafy tissue (related to root tissue) trigger a cascade of events that will enhance plant growth characteristics. It is disclosed. Unkefer et al. Show that the leaf concentration of 2-hydroxy-5-oxoproline can be increased to trigger plant growth properties (specifically, 2-hydroxy-5-oxo directly on the plant leaf. A method has been described (by administering a solution of proline and overexpressing glutamine synthetase specifically in leaf tissue).
動物の2−ヒドロキシ−5−オキソプロリンの合成に関連があることが知られる数多くのトランスアミナーゼおよびヒドロリアーゼ酵素は、動物の肝組織および膵組織において同定されている(Cooper and Meister, 1977, CRC Critical Reviews in Biochemistry, pages 281-303; Meister, 1952, J. Biochem. 197: 304)。植物では2−ヒドロキシ−5−オキソプロリンの生化学的合成が知られているが、十分に特性が示されていない。さらに、植物における2−ヒドロキシ−5−オキソプロリンの機能、およびその液溜まりの大きさ(組織濃度)の重要性は知られていない。結局、当該技術では、どのような(複数の)トランスアミナーゼまたは(複数の)加水分解酵素が存在し得るか、および/またはどのような(複数の)トランスアミナーゼまたは(複数の)加水分解酵素が植物中で2−ヒドロキシ−5−オキソプロリンの合成を触媒するときに機能し得ることに関してはっきりと明確な指針を提供しておらず、当該植物トランスアミナーゼが報告されたり、単離または特徴づけられたりしていない。 A number of transaminases and hydrolyase enzymes known to be related to the synthesis of animal 2-hydroxy-5-oxoproline have been identified in animal liver and pancreatic tissues (Cooper and Meister, 1977, CRC Critical Reviews in Biochemistry, pages 281-303; Meister, 1952, J. Biochem. 197: 304). Although the biochemical synthesis of 2-hydroxy-5-oxoproline is known in plants, it has not been fully characterized. Furthermore, the importance of the function of 2-hydroxy-5-oxoproline in plants and the size of the pool (tissue concentration) is not known. Ultimately, in the art what transaminase or hydrolase (s) may be present and / or what transaminase or hydrolase (s) is present in the plant Provides no clear guidance on what can function when catalyzing the synthesis of 2-hydroxy-5-oxoproline, and the plant transaminase has been reported, isolated or characterized Absent.
〔発明の概要〕
本発明は、増強された成長速度、種子および果実の収量、ならびに総バイオマス収量を示すトランスジェニック植物、また、成長が増強されたトランスジェニック植物を産生する方法に関する。一実施形態においては、グルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼ(glutamine phenylpyruvate transaminase:GPT)を過剰に発現するために設計されたトランスジェニック植物が提供される。
[Summary of the Invention]
The present invention relates to transgenic plants that exhibit enhanced growth rates, seed and fruit yields, and total biomass yields, and methods for producing transgenic plants with enhanced growth. In one embodiment, a transgenic plant designed to overexpress glutamine phenylpyruvate transaminase (GPT) is provided.
出願人は、酵素であるグルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼ(GPT)を植物における2−ヒドロキシ−5−オキソプロリン(2−オキソグルタラメート)シンテターゼの触媒として同定する。2−オキソグルタラメートは、光合成用途、炭素固定および窒素代謝に関連のある多数の遺伝子の機能を調節する強力なシグナル代謝産物である。 Applicants identify the enzyme glutamine phenylpyruvate transaminase (GPT) as a catalyst for 2-hydroxy-5-oxoproline (2-oxoglutamate) synthetase in plants. 2-Oxoglutaramate is a powerful signal metabolite that regulates the function of many genes involved in photosynthesis applications, carbon fixation and nitrogen metabolism.
シグナル代謝産物2−オキソグルタラメートの濃度を特異的に増加させることによって(すなわち、葉状組織において)、本発明の導入遺伝子植物は短期間でより高い総収量を生産することが可能であるため、幅広い農作物にわたって増強された生産性を有する農業を提供し得る。重要なことに、今日までに説明されている多くのトランスジェニック植物とは異なり、本発明は天然の植物酵素をコードする天然の植物遺伝子を利用する。本発明のトランスジェニック植物の増強された成長特性は、植物に追加のGPT能力を取り込むことによって本質的に達成される。このように、本発明のトランスジェニック植物は、有毒な物質、成長ホルモン、ウイルス性または細菌性の遺伝産物のいずれも発現せず、またそれゆえ、世界の一部の地域においてこれまで遅れていたトランスジェニック植物の採用についての多くの懸念がなくなる。 By specifically increasing the concentration of the signal metabolite 2-oxoglutaramate (ie, in leaf tissue), the transgene plants of the present invention can produce higher total yields in a short period of time. Can provide agriculture with enhanced productivity across a wide range of crops. Importantly, unlike many of the transgenic plants described to date, the present invention utilizes natural plant genes that encode natural plant enzymes. The enhanced growth characteristics of the transgenic plants of the present invention are essentially achieved by incorporating additional GPT capabilities into the plant. Thus, the transgenic plants of the present invention did not express any toxic substances, growth hormones, viral or bacterial genetic products and were therefore delayed in some parts of the world so far Many concerns about the adoption of transgenic plants disappear.
一実施形態において、本発明はGPT導入遺伝子を含むトランスジェニック植物を提供しており、ここで、当該GPT導入遺伝子は植物プロモーターに対して操作可能に結合される。特定の実施形態において、GPT導入遺伝子は、(a)配列番号2、配列番号4、配列番号10、配列番号14、配列番号16、配列番号19、配列番号25、配列番号26、配列番号27、配列番号28、配列番号29、配列番号30および配列番号31のアミノ酸配列、ならびに、(b)配列番号2、配列番号4、配列番号10、配列番号14、配列番号16、配列番号19、配列番号25、配列番号26、配列番号27、配列番号28、配列番号29、配列番号30および配列番号31のいずれか1つと少なくとも75%同一であり、かつ、GPT活性を有するアミノ酸配列からなる群から選択されるアミノ酸配列を有しているポリペプチドをコードする。 In one embodiment, the present invention provides a transgenic plant comprising a GPT transgene, wherein the GPT transgene is operably linked to a plant promoter. In certain embodiments, the GPT transgene comprises (a) SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 14, SEQ ID NO: 16, SEQ ID NO: 19, SEQ ID NO: 25, SEQ ID NO: 26, SEQ ID NO: 27, SEQ ID NO: 28, SEQ ID NO: 29, SEQ ID NO: 30 and SEQ ID NO: 31, and (b) SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 10, SEQ ID NO: 14, SEQ ID NO: 16, SEQ ID NO: 19, SEQ ID NO: 25, selected from the group consisting of amino acid sequences having at least 75% identity with any one of SEQ ID NO: 26, SEQ ID NO: 27, SEQ ID NO: 28, SEQ ID NO: 29, SEQ ID NO: 30 and SEQ ID NO: 31, and having GPT activity A polypeptide having the amino acid sequence of
いくつかの実施形態において、GPT導入遺伝子は植物のゲノムに取り込まれている。本発明のトランスジェニック植物は単子葉植物または双子葉植物であり得る。 In some embodiments, the GPT transgene is integrated into the genome of the plant. The transgenic plants of the present invention can be monocotyledonous or dicotyledonous.
また、本発明は、本発明のトランスジェニック植物の任意の世代の種子を提供しており、ここで、当該子孫はGPT導入遺伝子を含む。同様に、本発明は、本発明のトランスジェニック植物の任意の世代の種子を提供しており、ここで、上記種子はGPT導入遺伝子を含む。本発明のトランスジェニック植物は、類似の野生型植物または非形質転換植物と比較した場合に、1つ以上の増強された成長特性を示し得る。当該成長特性としては、増強された成長速度に制限されず、増大したバイオマス収量、増大した種子収量、増大した花または花芽の収量、増大した果実またはさやの収量、大型の葉、ならびに増大されたGPT活性のレベルおよび/または増大された2−オキソグルタラメートのレベルが挙げられる。いくつかの実施形態において、本発明のトランスジェニック植物は、向上された窒素利用効率を示す。 The present invention also provides seeds of any generation of the transgenic plant of the present invention, wherein the progeny include a GPT transgene. Similarly, the present invention provides seeds of any generation of the transgenic plant of the present invention, wherein said seed comprises a GPT transgene. The transgenic plants of the present invention may exhibit one or more enhanced growth characteristics when compared to similar wild type plants or non-transformed plants. The growth characteristics are not limited to enhanced growth rate, increased biomass yield, increased seed yield, increased flower or flower bud yield, increased fruit or pod yield, large leaves, and increased Examples include levels of GPT activity and / or increased levels of 2-oxoglutaramate. In some embodiments, the transgenic plants of the present invention exhibit improved nitrogen utilization efficiency.
また、本発明のトランスジェニック植物およびその種子を生産する方法を提供しており、類似の野生型植物または非形質転換植物と比較して増強された成長特性、向上された窒素利用効率、および塩または塩分を含む環境において発芽または成長に対して増大された耐性を有する植物の生産に関する方法を含む。 Also provided are methods for producing the transgenic plants of the present invention and seeds thereof, enhanced growth characteristics, improved nitrogen utilization efficiency, and salts compared to similar wild-type or non-transformed plants. Or a method relating to the production of plants having increased resistance to germination or growth in a salty environment.
〔図面の簡単な説明〕
図1.窒素吸収および2−オキソグルタラメート化学合成:概略的な代謝経路。
[Brief description of the drawings]
FIG. Nitrogen absorption and 2-oxoglutaramate chemical synthesis: a schematic metabolic pathway.
図2.野生型のタバコ植物に対して、GPTを過剰発現しているトランスジェニックタバコ植物の比較を示す写真である。左から右に向かって、野生型植物、アルファルファGS1導入遺伝子、シロイヌナズナ(Arabidopsis)GPT導入遺伝子。後述する実施例3参照。 FIG. It is a photograph which shows the comparison of the transgenic tobacco plant which overexpresses GPT with respect to a wild-type tobacco plant. From left to right, wild type plant, alfalfa GS1 transgene, Arabidopsis GPT transgene. See Example 3 below.
図3.野生型のトマト植物に対してGPTを過剰に発現するトランスジェニックミクロトームトマト植物の比較を示す写真である。(A)野生型植物、(B)シロイヌナズナGPT導入遺伝子。後述する実施例4を参照。 FIG. It is a photograph which shows the comparison of the transgenic microtome tomato plant which overexpresses GPT with respect to a wild-type tomato plant. (A) Wild type plant, (B) Arabidopsis GPT transgene. See Example 4 below.
図4.野生型のタバコ植物(上の葉)とGPTトランスジェニックのタバコ植物(下の葉)との葉の大きさの比較を示す写真である。 FIG. It is a photograph showing a comparison of leaf size between a wild-type tobacco plant (upper leaf) and a GPT transgenic tobacco plant (lower leaf).
〔発明の詳細な説明〕
(定義)
特に規定されない限り、本明細書において用いられるすべての技術用語、注釈、および他の科学専門用語は、本発明に関連する分野の当業者に通常理解される意味を有することが意図される。ある場合には、一般的に理解される意味を有する用語が本明細書において定義づけされており、関係を明らかにしたり、および/または整えたりする。また、本明細書においてそのような定義に含まれるものは、当該分野において一般的に理解されるものに対して実質的に差異を表すために必ずしも説明されるべきではない。本明細書において説明されるか、または参照される技術および方法は、従来の理論を用いて当業者に一般的に十分理解され、通常用いられる。当該技術および方法としては、例えば、Sambrookらにおいて広く用いられる分子クローニングの手法などがあり、分子クローニング:A Laboratory Manual 3rd. edition (2001) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, N.Y、分子生物学における従来のプロトコル(Ausbel et al., eds., John Wiley & Sons, Inc. 2001)、トランスジェニック植物:方法およびプロトコル(Leandro Pena, ed., Humana Press, 1st edition, 2004)、およびアグロバクテリウムプロトコル(Wan, ed., Humana Press, 2nd edition, 2006)が挙げられる。適切な場合、市販のキットおよび試薬の使用を含む方法は、他に記載されていない限り、工業的に規定されるプロトコルおよび/またはパラメータによって一般的に実施される。
Detailed Description of the Invention
(Definition)
Unless defined otherwise, all technical terms, annotations, and other scientific terms used herein are intended to have the meanings that are commonly understood by those of ordinary skill in the areas relevant to the present invention. In some cases, terms having a generally understood meaning are defined herein to clarify and / or arrange relationships. Also, what is included in such definitions herein should not necessarily be described in order to represent substantial differences from what is commonly understood in the art. The techniques and methods described or referenced herein are generally well understood and routinely used by those skilled in the art using conventional theory. Such techniques and methods include, for example, molecular cloning techniques widely used in Sambrook et al., Molecular cloning: A Laboratory Manual 3rd. Edition (2001) Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, Molecular Biology Conventional protocols (Ausbel et al., Eds., John Wiley & Sons, Inc. 2001), transgenic plants: methods and protocols (Leandro Pena, ed., Humana Press, 1 st edition, 2004), and Agrobacterium um protocol (Wan, ed., Humana Press , 2 nd edition, 2006) can be mentioned. Where appropriate, methods involving the use of commercially available kits and reagents are generally performed according to industrially defined protocols and / or parameters unless otherwise stated.
用語「核酸」は、一本鎖か、または二本鎖いずれかの形態におけるデオキシリボヌクレオチドまたはリボヌクレオチド、およびそれらのポリマー(「ポリヌクレオチド」)を指す。特に制限されない限り、用語「ポリヌクレオチド」は天然ヌクレオチドの公知の類似物を含んでいる核酸を包含する。当該類似物は、参照核酸と同様の結合特性を有しており、天然に存在するヌクレオチドと同様の方法で代謝される。また、他に指示されない限り、特定の核酸配列は保存的に改変されたそれらのバリアント(例えば、変質コドン置換体)および相補的な配列、ならびに明示的に示された配列を暗に含む。具体的には、変質コドン置換体は、1つ以上の選択された(またはすべての)コドンの第3位に生成している配列が、混合塩基および/またはデオキシイノシン残基と置換されることによって取得され得る(Batzer et al., 1991, Nucleic Acid Res. 19: 5081; Ohtsuka et al., 1985 J. Biol. Chem. 260: 2605-2608; and Cassol et al., 1992; Rossolini et al., 1994, Mol. Cell. Probes 8: 91-98)。用語核酸は、遺伝子、cDNAおよび遺伝子にコードされるmRANと同義的に用いられる。 The term “nucleic acid” refers to deoxyribonucleotides or ribonucleotides and polymers thereof (“polynucleotides”) in either single-stranded or double-stranded form. Unless otherwise limited, the term “polynucleotide” encompasses nucleic acids containing known analogues of natural nucleotides. Such analogs have similar binding properties as the reference nucleic acid and are metabolized in a manner similar to naturally occurring nucleotides. Also, unless otherwise indicated, certain nucleic acid sequences implicitly include conservatively modified variants (eg, altered codon substitutes) and complementary sequences, as well as explicitly indicated sequences. Specifically, an altered codon substitute is such that the sequence generated at position 3 of one or more selected (or all) codons is replaced with a mixed base and / or deoxyinosine residue. (Batzer et al., 1991, Nucleic Acid Res. 19: 5081; Ohtsuka et al., 1985 J. Biol. Chem. 260: 2605-2608; and Cassol et al., 1992; Rossolini et al. , 1994, Mol. Cell. Probes 8: 91-98). The term nucleic acid is used interchangeably with gene, cDNA, and mRAN encoded by a gene.
用語「プロモーター」は、操作可能に結合された核酸の転写を方向づける核酸制御配列または核酸配列を指す。本明細書において用いられるとき、「植物プロモーター」とは植物の中で機能するプロモーターである。プロモーターは、転写の開始領域(ポリメラーゼII型プロモーターの場合、TATA因子など)付近の核酸配列を必然的に含む。また、プロモーターは、任意により、末端部のエンハンサー因子またはレセプター因子を含む。当該エンハンサー因子またはレセプター因子は、転写の開始領域からほぼ数千塩基対に配置され得る。「恒常的」プロモーターは、ほとんどの環境条件下および発生条件下において活性なプロモーターである。「誘導」プロモーターは、環境または発生調節下において活性なプロモーターである。用語「操作可能に結合された」とは、核酸発現制御配列(例えば、プロモーターまたは転写因子結合部位のアレイ)と、第2の核酸配列との機能的な結合を指す。ここで、発現制御配列は、第2の配列に対応する核酸の転写を方向づける。 The term “promoter” refers to a nucleic acid regulatory sequence or sequence that directs the transcription of an operably linked nucleic acid. As used herein, a “plant promoter” is a promoter that functions in plants. A promoter necessarily includes a nucleic acid sequence near the initiation region of transcription (such as a TATA factor in the case of a polymerase type II promoter). The promoter also optionally includes a terminal enhancer factor or receptor factor. The enhancer factor or receptor factor can be located approximately several thousand base pairs from the start region of transcription. A “constitutive” promoter is a promoter that is active under most environmental and developmental conditions. An “inducible” promoter is a promoter that is active under environmental or developmental regulation. The term “operably linked” refers to a functional linkage between a nucleic acid expression control sequence (eg, an array of promoters or transcription factor binding sites) and a second nucleic acid sequence. Here, the expression control sequence directs transcription of the nucleic acid corresponding to the second sequence.
用語「ポリペプチド」、「ペプチド」および「タンパク質」は、本明細書において同義的に用いられており、アミノ酸残基のポリマーを指す。当該用語は、1つ以上のアミノ酸残基が対応する天然に存在するアミノ酸、ならびに天然に存在するアミノ酸ポリマーおよび非天然に存在するアミノ酸ポリマーの人為的な化学擬態であるアミノ酸ポリマーに適用される。 The terms “polypeptide”, “peptide” and “protein” are used interchangeably herein and refer to a polymer of amino acid residues. The term applies to naturally occurring amino acids to which one or more amino acid residues correspond, as well as amino acid polymers that are artificial chemical mimics of naturally occurring and non-naturally occurring amino acid polymers.
用語「アミノ酸」は、天然に存在するアミノ酸および合成的なアミノ酸、ならびに天然に存在するアミノ酸とある程度同様に機能するアミノ酸類似物およびアミノ酸模倣物を指す。天然に存在するアミノ酸は、遺伝コードによってコードされたアミノ酸、および後修飾されるアミノ酸である。そのようなアミノ酸としては、例えば、ヒドロキシプロリン、γ−カルボキシグルタミン酸、およびO−ホスホセリンが挙げられる。アミノ酸類似物とは、天然に存在するアミノ酸と同じ基本化学構造(すなわち、水素、カルボキシル基、アミノ基、およびR基と結合するα炭素)を有する化合物を指す。当該アミノ酸類似物としては、例えば、ホモセリン、ノルロイシン、メチオニンスルホキシド、メチオニンメチルスルホニウムが挙げられる。当該類似物は、改変されたR基(例えば、ノルロイシン)または改変されたペプチド骨格を有するが、天然に存在するアミノ酸のような同じ基本化学構造を維持する。アミノ酸模倣物は、アミノ酸の一般化学構造とは異なる構造を有するが、天然に存在するアミノ酸とある程度同じように機能する化学物質を指す。 The term “amino acid” refers to naturally occurring and synthetic amino acids, as well as amino acid analogs and amino acid mimetics that function in a manner similar to the naturally occurring amino acids. Naturally occurring amino acids are those encoded by the genetic code and those that are post-modified. Examples of such amino acids include hydroxyproline, γ-carboxyglutamic acid, and O-phosphoserine. Amino acid analogs refer to compounds having the same basic chemical structure as a naturally occurring amino acid (i.e., an alpha carbon bonded to a hydrogen, carboxyl group, amino group, and R group). Examples of the amino acid analog include homoserine, norleucine, methionine sulfoxide, and methionine methylsulfonium. Such analogs have modified R groups (eg, norleucine) or modified peptide backbones, but retain the same basic chemical structure as naturally occurring amino acids. Amino acid mimetics refers to chemical compounds that have a structure that is different from the general chemical structure of an amino acid, but that functions in a manner similar to a naturally occurring amino acid.
本明細書において、アミノ酸は、一般的に知られる3つの文字記号か、または国際純正応用化学連合−国際生化学連合(IUPAC−IUB)生化学命名委員によって推奨されている1つの記号によって表され得る。同様に、ヌクレオチドは一般的に認められている1つの文字コードによって表され得る。 As used herein, amino acids are represented by the three letter symbols commonly known, or by one symbol recommended by the International Pure Chemical Association-International Biochemical Association (IUPAC-IUB) Biochemical Nomenclature. obtain. Similarly, nucleotides can be represented by the generally accepted single letter code.
用語「植物」は、植物全体、植物組織(例えば、葉、幹、花、根、胚およびそれらの一部など)、苗、種子および植物細胞、ならびにそれらの子孫を含む。本発明の方法に用いられ得る植物の分類は、通常、形質転換技術に影響を受け易い高等植物の分類と同様である。当該高等植物としては、被子植物(単子葉植物および双子葉植物)および裸子植物が挙げられる。これらは、多様な倍数性段階(多数体、二倍体、半数体および半接合が挙げられる)の植物を含む。 The term “plant” includes whole plants, plant tissues (such as leaves, stems, flowers, roots, embryos and parts thereof), seedlings, seeds and plant cells, and their progeny. The classification of plants that can be used in the method of the present invention is usually similar to the classification of higher plants that are susceptible to transformation techniques. Such higher plants include angiosperms (monocotyledons and dicotyledons) and gymnosperms. These include plants at various ploidy stages, including multiploid, diploid, haploid and hemizygous.
用語「GPTポリヌクレオチド」および「GPT核酸」は本明細書において同義的に用いられており、2−オキソグルタラメートの合成を触媒することに関連するポリヌクレオチドをコードする遺伝子の全長か、もしくは一部の長さのポリヌクレオチド配列を指す。当該「GPTポリヌクレオチド」および「GPT核酸」としては、翻訳(コーディング)配列および非翻訳配列、ならびにそれらの相補体を共に包含するポリヌクレオチドが挙げられる。用語「GPTコード配列」は、転写されてGPTタンパク質をコードする遺伝子の一部を指す。用語「ターゲッティング配列」は、タンパク質を細胞の細胞内コンパートメント(例えば、植物細胞内の葉緑体)に方向づけるタンパク質のアミノ末端部を指す。さらに、GPTポリヌクレオチドは、規定条件下でGPTポリヌクレオチドと、またはGPTポリヌクレオチド由来のPCR産物とハイブリダイズさせる能力によって規定される。 The terms “GPT polynucleotide” and “GPT nucleic acid” are used interchangeably herein and refer to the full-length gene encoding a polynucleotide associated with catalyzing the synthesis of 2-oxoglutaramate, or Refers to a length of polynucleotide sequence. The “GPT polynucleotide” and “GPT nucleic acid” include polynucleotides that include both translated (coding) and untranslated sequences, and their complements. The term “GPT coding sequence” refers to the portion of the gene that is transcribed and encodes the GPT protein. The term “targeting sequence” refers to the amino terminus of a protein that directs the protein to the intracellular compartment of the cell (eg, the chloroplast in a plant cell). In addition, GPT polynucleotides are defined by their ability to hybridize to GPT polynucleotides or PCR products derived from GPT polynucleotides under defined conditions.
「GPT導入遺伝子」は、核酸分子をもち、トランスジェニック植物または植物胚、組織もしくは種子に対して外因性であるか、またはGPTポリヌクレオチドをもつトランスジェニック植物の原種植物またはその植物胚、組織もしくは種子に対して外因性であるGPTポリヌクレオチドを含む核酸分子である。 A “GPT transgene” has a nucleic acid molecule and is exogenous to a transgenic plant or plant embryo, tissue or seed, or a transgenic plant progenitor plant or plant embryo, tissue or plant having a GPT polynucleotide. A nucleic acid molecule comprising a GPT polynucleotide that is exogenous to the seed.
本発明のGPTポリヌクレオチドの例は本明細書に示されており、当該GPTポリヌクレオチドとしては、シロイヌナズナ、イネ、オオムギ、バンブー、ダイズ、ブドウ、およびゼブラフィッシュのGPTが挙げられる。 Examples of GPT polynucleotides of the present invention are provided herein and include GPT polynucleotides of Arabidopsis, rice, barley, bamboo, soybeans, grapes, and zebrafish.
部分長GPTポリヌクレオチドとしては、N末端またはC末端がトランケートしたGPTをコードするポリヌクレオチド配列、成熟GPT(ターゲッティング配列を含まない)をコードするポリヌクレオチド配列、およびGPTのドメインをコードする配列が挙げられる。N末端がトランケートしたGPTをコードするGPTポリヌクレオチドの例としては、シロイヌナズナの−30コンストラクト、−45コンストラクト、および−56コンストラクトが挙げられる。これらは、配列番号2の全長GPT構造のアミノ酸からそれぞれ最初の30、45、および56のアミノ酸が除去されているコード配列である。 Partial length GPT polynucleotides include polynucleotide sequences encoding NPT or C-terminal truncated GPT, polynucleotide sequences encoding mature GPT (not including targeting sequences), and sequences encoding GPT domains. It is done. Examples of GPT polynucleotides encoding GPT truncated at the N-terminus include Arabidopsis thaliana −30, −45, and −56 constructs. These are coding sequences in which the first 30, 45, and 56 amino acids have been removed from the amino acids of the full-length GPT structure of SEQ ID NO: 2, respectively.
形質転換された細胞およびトランスジェニック植物の生産において、本発明のGPTポリヌクレオチドを用いるとき、挿入されたポリヌクレオチド配列が同一である必要はないが、以下にさらに述べるように、由来する本発明のGPTポリヌクレオチドの遺伝子の配列と「実質的に同一」でありさえすればよいことを当業者は理解する。用語「GPTポリヌクレオチド」は、厳密に言うと、当該実質的に同一のバリアントを包含する。同様に、当業者は、コドン縮重のために数多くのポリヌクレオチド配列が同じポリペプチドをコードし、すべての当該ポリヌクレオチド配列が用語GPTポリヌクレオチドの中に含まれると意図されることを理解する。さらに、具体的にいうと、当該用語は、本明細書において開示されるGPTポリヌクレオチド配列と実質的に同一であり、野生型GPTポリペプチドの突然変異によるか、またはGPTポリペプチドの機能(例えば、GPTポリペプチドにおけるアミノ酸の保存的な置換に起因する)を保持するポリペプチドをコードする配列(後述のように決定される)を含む。よって、用語「GPTポリヌクレオチド」もまた、当該実質的に同一のバリアントを含む。 When using the GPT polynucleotides of the present invention in the production of transformed cells and transgenic plants, the inserted polynucleotide sequences need not be identical, but as described further below, Those skilled in the art will appreciate that they need only be “substantially identical” to the gene sequence of a GPT polynucleotide. The term “GPT polynucleotide”, strictly speaking, encompasses such substantially identical variants. Similarly, one skilled in the art will understand that due to codon degeneracy, many polynucleotide sequences will encode the same polypeptide and all such polynucleotide sequences are intended to be included within the term GPT polynucleotide. . More specifically, the term is substantially identical to a GPT polynucleotide sequence disclosed herein and is due to a mutation in the wild-type GPT polypeptide or the function of the GPT polypeptide (eg, , Resulting from a conservative substitution of amino acids in the GPT polypeptide) (which is determined as described below). Thus, the term “GPT polynucleotide” also includes such substantially identical variants.
用語「保存的に改変されたバリアント」とは、アミノ酸配列および核酸配列の両者に適用できる。特定の核酸配列に関して、保存的に改変されたバリアントは同一の、または実質的に同一のアミノ酸配列をコードする核酸を指すか、または実質的に同一の配列に対してアミノ酸配列をコードしない核酸を指す。遺伝コードの縮退が原因で、数多くの機能的に同一の核酸が任意の所定のタンパク質をコードする。例えば、コドンGCA、GCC、GCGおよびGCUは、すべてアミノ酸アラニンをコードする。 The term “conservatively modified variant” applies to both amino acid and nucleic acid sequences. With respect to a particular nucleic acid sequence, a conservatively modified variant refers to a nucleic acid that encodes the same or substantially the same amino acid sequence, or a nucleic acid that does not encode an amino acid sequence relative to a substantially identical sequence. Point to. Due to the degeneracy of the genetic code, a large number of functionally identical nucleic acids encode any given protein. For example, the codons GCA, GCC, GCG and GCU all encode the amino acid alanine.
このように、コドンによってアラニンが指定されるすべての位置において、当該コドンは、コードされるタンパク質が変更されることなく対応する任意のコドンへ変換され得る。当該核酸バリアントは「サイレントバリアント」であり、保存的に修飾されるバリアントの一種である。また、本明細書においてポリペプチドをコードするすべての核酸配列は、当該核酸の起こり得るサイレントバリアントすべてを表現する。当業者は、核酸中の各コドン(通常、メチオニンに関するコドンのみであるAUG、および通常トリプトファンに関するコドンのみであるTGGを除く)は、機能的に同一の分子を産生するように修飾され得ることを理解する。したがって、ポリペプチドをコードする核酸配列のサイレントのバリエーションはそれぞれ記載される各配列に関与している。 Thus, at every position where an alanine is specified by a codon, the codon can be converted to any corresponding codon without altering the encoded protein. The nucleic acid variant is a “silent variant” and is a type of variant that is conservatively modified. Also, as used herein, all nucleic acid sequences that encode a polypeptide represent all possible silent variants of the nucleic acid. One skilled in the art will recognize that each codon in a nucleic acid (except AUG, which is usually only the codon for methionine, and TGG, which is usually only the codon for tryptophan), can be modified to produce a functionally identical molecule. to understand. Thus, silent variations of nucleic acid sequences encoding polypeptides are each associated with each described sequence.
アミノ酸配列に関して、当業者は、核酸、ペプチド、ポリペプチドまたはタンパク質の配列に対する個々の置換、欠失または付加は、「保存的に修飾されたバリアント」であることを理解する。当該置換、欠失または付加では、コードされた配列のうち1つのアミノ酸または数パーセントのアミノ酸を変更、付加または削除しており、「保存的に修飾されたバリアント」において、変更は化学的に類似しているアミノ酸とのアミノ酸の置換をもたらす。機能的に類似しているアミノ酸を示す同類置換表は、本技術分野において公知である。当該保存的に修飾されたバリアントは本発明の多形性バリアント、種間ホモログおよび対立遺伝子に加えられ、取り除かれない。 With respect to amino acid sequences, one skilled in the art understands that individual substitutions, deletions or additions to the sequence of a nucleic acid, peptide, polypeptide or protein are “conservatively modified variants”. Such substitutions, deletions or additions alter, add or delete one amino acid or a few percent of the encoded sequence, and in “conservatively modified variants” the changes are chemically similar Result in the substitution of an amino acid with the amino acid being Conservative substitution tables showing amino acids that are functionally similar are known in the art. Such conservatively modified variants are added to polymorphic variants, interspecies homologs and alleles of the present invention and are not removed.
以下の8つの群は互いに同類置換であるアミノ酸をそれぞれ含む:1)アラニン(A)、グリシン(G);2)アスパラギン酸(D)、グルタミン酸(E);3)アスパラギン(N)、グルタミン(Q);4)アルギニン(R)、リシン(K);5)イソロイシン(I)、ロイシン(L)、メチオニン(M)、バリン(V);6)フェニルアラニン(F)、チロシン(Y)、トリプトファン(W);7)セリン(S)、スレオニン(T);および8)システイン(C)、メチオニン(M)(例えば、Creighton, Proteins (1984)を参照)。 The following eight groups each contain amino acids that are conservative substitutions: 1) alanine (A), glycine (G); 2) aspartic acid (D), glutamic acid (E); 3) asparagine (N), glutamine ( Q); 4) Arginine (R), Lysine (K); 5) Isoleucine (I), Leucine (L), Methionine (M), Valine (V); 6) Phenylalanine (F), Tyrosine (Y), Tryptophan (W); 7) serine (S), threonine (T); and 8) cysteine (C), methionine (M) (see, eg, Creighton, Proteins (1984)).
高分子構造(例えば、ポリペプチド構造)は、組織体の様々な段階の観点から説明され得る。この組織体の一般的な議論に関しては、例えば、 Alberts et al., Molecular Biology of the Cell (3rd ed., 1994) およびCantor and Schimmel, Biophysical Chemistry Part I: The Conformation of Biological Macromolecules (1980)を参照すればよい。「一次構造」は、特定のペプチドのアミノ酸配列を指す。「二次構造」は局所的に配置されたポリペプチド内の3次元構造を指す。これらの構造は、通常ドメインとして知られる。ドメインはポリペプチドの小型の単位を形成するポリペプチドの一部であり、典型的に、25からおよそ500のアミノ酸長である。標準的なドメインは、さらに小さなユニットの組織体からなる(例えば、β−シートおよびα−ヘリックスの一帯)。「三次構造」は、ポリペプチドモノマーの完全な三次元構造を指す。「四次構造」は、独立した三次単位の非共有の関係によって形成される三次元構造を指す。 Macromolecular structures (eg, polypeptide structures) can be described in terms of various stages of the tissue. For a general discussion of this organization, see, for example, Alberts et al., Molecular Biology of the Cell (3 rd ed., 1994) and Cantor and Schimmel, Biophysical Chemistry Part I: The Conformation of Biological Macromolecules (1980). You can refer to it. “Primary structure” refers to the amino acid sequence of a particular peptide. “Secondary structure” refers to a three-dimensional structure within a locally arranged polypeptide. These structures are commonly known as domains. A domain is a portion of a polypeptide that forms a small unit of the polypeptide, typically 25 to about 500 amino acids in length. A standard domain consists of smaller units of organization (eg, a zone of β-sheets and α-helices). “Tertiary structure” refers to the complete three-dimensional structure of a polypeptide monomer. “Quaternary structure” refers to a three-dimensional structure formed by a non-covalent relationship of independent tertiary units.
用語「単離された」は、野生型か、もしくは天然の状態において見られるような物質と通常同時に生じる成分から、実質的または本質的に遊離した物質を指す。しかしながら、当該用語「単離された」は、電気泳動ゲルか、または別の分離培地に存在する成分を指すことを意図するものではない。単離された成分は、この分離培地から離れて、別の用途に使用する状態にあるか、またはすでに新たな用途/環境において使用されている状態にある。「単離された」抗体は、特定されて自然環境の成分から分離されるか、および/または回収された抗体である。 The term “isolated” refers to material that is substantially or essentially free from components that normally occur simultaneously with the material, either in the wild-type or as found in nature. However, the term “isolated” is not intended to refer to components present in the electrophoresis gel or in another separation medium. The isolated components are either away from this separation medium and are ready for use in another application or are already in use in a new application / environment. An “isolated” antibody is an antibody that has been identified and separated and / or recovered from a component of its natural environment.
自然環境の汚染成分は、診断上の抗体の利用、または薬学的な抗体の利用に干渉し得る物質であり、酵素、ホルモン、および他のタンパク性の溶質もしくは非タンパク性の溶質を含み得る。好ましい実施形態において、抗体は、(1)ローリー法で測定したとき、95%(抗体重量)以上であり、最も好ましくは99%(重量)以上に精製されるか、(2)回転キャップ配列決定装置によって少なくとも15残基のN末端のアミノ酸配列または内部のアミノ酸配列を得るのに十分な量に精製されるか、または(3)クマシーブルー、または好ましくは銀染色により還元条件または非還元条件においてSDS−PAGEによって均質に精製される。自然環境の抗体の少なくとも1つの成分が存在しないため、単離された抗体としては、組換え細胞内のインシチュにある抗体を含む。しかし、通常、単離された抗体は少なくとも1回の精製工程によって調製される。 Contaminants in the natural environment are substances that can interfere with the use of diagnostic antibodies, or the use of pharmaceutical antibodies, and can include enzymes, hormones, and other proteinaceous or non-proteinaceous solutes. In a preferred embodiment, the antibody is (1) purified to 95% (antibody weight) or higher, most preferably 99% (weight) or higher as measured by the Raleigh method, or (2) rotational cap sequencing. Purified to an amount sufficient to obtain an N-terminal or internal amino acid sequence of at least 15 residues by the device, or (3) in reducing or non-reducing conditions by Coomassie Blue, or preferably silver staining Purified to homogeneity by SDS-PAGE. Isolated antibody includes the antibody in situ within recombinant cells since at least one component of the antibody in the natural environment will not be present. Ordinarily, however, isolated antibody will be prepared by at least one purification step.
核酸の一部に対して用いられるとき、用語「異種」とは、当該核酸が2つ以上のサブ配列(天然において、互いに同じ関係に見られない)を含むことを示す。例えば、新たな機能的な核酸を作るために配置された関連のない遺伝子からの2つ以上の配列(例えば、1つの原料からのタンパク質をコードする核酸、および別の原料からのペプチド配列をコードする核酸)を有している核酸が、典型的に組換えにより作られる。同様に、異種タンパク質とは、当該タンパク質が、天然において互いに同じ関係に見られない2つ以上のサブ配列を含むことを示す(例えば、融合タンパク質)。 The term “heterologous” when used with respect to a portion of a nucleic acid indicates that the nucleic acid contains two or more subsequences that are not found in the same relationship to each other in nature. For example, encoding two or more sequences from unrelated genes arranged to create a new functional nucleic acid (eg, encoding a nucleic acid encoding a protein from one source and a peptide sequence from another source) The nucleic acid having a nucleic acid is typically produced recombinantly. Similarly, a heterologous protein indicates that the protein comprises two or more subsequences that are not found in the same relationship to each other in nature (eg, a fusion protein).
2つ以上の核酸配列またはポリペプチド配列に関して、用語「同一の」または割合の「同一性」とは、比較領域全体を比較して整列させたときか、または配列比較アルゴリズムもしくは手動の配列検査および目視によって測定されるような領域を指定したとき、最大限の一致を考慮して同一か、または同じ(すなわち、特定の領域全体で約70%の同一性、好ましくは約75%、約80%、約85%、約90%もしくは約95%の同一性である)アミノ酸残基またはヌクレオチドを特定の割合で含む2つ以上の配列またはサブ配列を指す。また、この定義は、試験配列が基準配列と実質的に同一であるとき、実質的に配列相補性またはサブ配列相補性を有している試験配列の相補体を指す。また、この定義は、試験配列が基準配列と実質的に同一であるとき、実質的に配列相補性またはサブ配列相補性を有している試験配列の相補体を指す。 With respect to two or more nucleic acid or polypeptide sequences, the term “identical” or percentage of “identity” refers to when the entire comparison region is compared and aligned, or to a sequence comparison algorithm or manual sequence test and When specifying regions as measured by eye, they are the same or the same for maximum matching (ie, about 70% identity across a particular region, preferably about 75%, about 80% , About 85%, about 90%, or about 95% identity) refers to two or more sequences or subsequences that contain a certain percentage of amino acid residues or nucleotides. This definition also refers to the complement of a test sequence that has substantial sequence complementarity or subsequence complementarity when the test sequence is substantially identical to a reference sequence. This definition also refers to the complement of a test sequence that has substantial sequence complementarity or subsequence complementarity when the test sequence is substantially identical to a reference sequence.
配列同一性の割合がポリペプチドに関して用いられるとき、同一でない残基部分はしばしばアミノ酸の同類置換によって異なるということが理解される。ここで、アミノ酸残基は同様の化学的特性(例えば、電荷または疎水性)を有する別のアミノ酸残基と置き換えられるため、ポリペプチドの機能特性は変化しない。配列が同類置換ではない場合、保存的な天然の置換に関して修正するために、配列同一性の割合が上流に向かって修正され得る。 When percentage sequence identity is used in reference to a polypeptide, it is understood that portions of residues that are not identical often differ by conservative substitutions of amino acids. Here, since the amino acid residue is replaced with another amino acid residue having similar chemical properties (eg, charge or hydrophobicity), the functional properties of the polypeptide do not change. If the sequence is not a conservative substitution, the percent sequence identity can be modified upstream to correct for conservative natural substitutions.
配列比較に関して、典型的に1つの配列は基準配列として働き、試験配列は当該基準配列と比較される。配列比較アルゴリズムを用いるとき、試験配列および基準配列はコンピュータに入力され、サブ配列座標が指定され、必要ならば、配列アルゴリズムプログラムのパラメータが指定される。初期設定プログラムのパラメータが用いられるか、または代替的なパラメータが指定される。そして、配列比較アルゴリズムは、当該プログラムのパラメータに基づき、基準配列に対する試験配列の配列同一性の割合を算出する。 For sequence comparison, typically one sequence acts as a reference sequence, and a test sequence is compared to that reference sequence. When using a sequence comparison algorithm, test and reference sequences are entered into a computer, subsequence coordinates are designated, if necessary, and sequence algorithm program parameters are designated. Default program parameters are used, or alternative parameters are specified. The sequence comparison algorithm then calculates the ratio of sequence identity of the test sequence to the reference sequence based on the program parameters.
本明細書において用いられるとき、「比較領域(comparison window)」は、2つの配列を最適に配列させた後、同数の連続した位置の基準配列と比較され得る配列のうち、20から600、通常は約50から約200、より通常は約100から約150からなる群から選択される複数の連続した位置の任意の1つのセグメントに関する。比較のための配列の配置方法は、当分野において周知である。比較のための配列の最適な配置は、例えば、Smith & Waterman, 1981, Adv. Appl. Math. 2:482の局所相同アルゴリズムによって、Needleman & Wunsch, 1970, J. Mol. Biol. 48:443の相同配置アルゴリズムによって、Pearson & Lipman, 1988, Proc. Nat’l. Acad. Sci. USA 85:2444の類似方法に関する研究によって、これらアルゴリズム(the Wisconsin Genetics Software Package, Genetics Computer Group, 575 Science Dr., Madison, WIのGAP、BESTFIT、FASTA、およびTFASTA)のコンピュータ制御の実施によって、または手動の位置合わせによって、および目視(例えば、Current Protocols in Molecular Biology (Ausubel et al., eds. 1995 supplement)を参照)によって、実行され得る。 As used herein, a “comparison window” is 20 to 600 of sequences that can be compared to a reference sequence at the same number of consecutive positions after optimal alignment of the two sequences. Relates to any one segment at a plurality of consecutive positions selected from the group consisting of about 50 to about 200, more usually about 100 to about 150. Methods for arranging sequences for comparison are well known in the art. The optimal arrangement of the sequences for comparison is described, for example, in the Needleman & Wunsch, 1970, J. Mol. Biol. 48: 443 by the local homology algorithm of Smith & Waterman, 1981, Adv. Appl. Math. 2: 482. By homologous placement algorithms, Pearson & Lipman, 1988, Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 85: 2444, research on similar methods, these algorithms (the Wisconsin Genetics Software Package, Genetics Computer Group, 575 Science Dr., By performing computer control of Madison, WI's GAP, BESTFIT, FASTA, and TFASTA) or by manual alignment and visually (eg, Current Protocols in Molecular Biology (Ausubel et al., Eds. 1995 supplement) ).
配列同一性および配列類似性の割合の測定に適したアルゴリズムの好ましい例としては、BLASTおよびBLAST2.0アルゴリズム(それぞれ、Altschul et al., 1977, Nuc. Acids Res. 25:3389-3402および Altschul et al., 1990, J. Mol. Biol. 215:403-410に記載されている)が挙げられる。BLASTおよびBLAST2.0は、典型的に本明細書に記載される初期パラメータとともに使用され、本発明の核酸およびタンパク質の配列同一性の割合を決定する。BLAST分析を実行するためのソフトウェアは、全米バイオテクノロジー情報センターによって公に利用可能である。このアルゴリズムは、まず、クエリシーケンスにおいて長さWの短いワードを特定することによって、ハイスコアの配列ペア(high scoring sequence pairs:HSPs)を特定することを含む。ここで、当該クエリシーケンスは、データベースシーケンスにおいて同じ長さのワードとともに配列されたとき、ある正の数の基準スコアTと一致するか、または満足する。Tは、基準点に近いワードとみなされる(上述のAltschul ら)。これら冒頭付近のワードのヒットは、当該ワードを含んでいる長いHSPsを見つけるための検索を開始するための根源として働く。当該ワードのヒットは、累積の配列スコアが増加し得る限り、各配列に沿って両方向に拡張される。ヌクレオチド配列に関して、累積のスコアはパラメータM(一致する残基の対に関するリワードスコア;常に>0)、およびパラメータN(一致しない残基に関するペナルティスコア;常に<0)によって算出される。アミノ酸配列に関して、採点マトリクスが用いられて、累積のスコアを算出する。それぞれの方向におけるワードのヒットの拡張は、累積の配列スコアが数量Xによって達成される最大値から低減したときか、累積スコアが1つ以上の負に採点された残基の配列の累積のためにゼロもしくはそれ以下になったときか、またはいずれかの配列の末端が標的に到達したときに停止される。BLASTアルゴリズムのパラメータW,TおよびXは、配列の検出感度および配列の速度を決定する。BLASTNプログラム(ヌクレオチド配列のための)では、ワード長(W)11を初期設定値、10を期待値(E)、M=5、N=−4、および両ストランドの比較として用いる。アミノ酸配列に関して、BLASTPプログラムでは、ワード長3を初期設定値、10を期待値(E)、および50をBLOSUM62スコアマトリクス(Henikoff & Henikoff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89:10915 (1989)) 配置(B)、10を期待値(E)、M=5、N=−4、および両ストランドの比較として用いる。 Preferred examples of algorithms suitable for measuring percent sequence identity and sequence similarity include the BLAST and BLAST 2.0 algorithms (Altschul et al., 1977, Nuc. Acids Res. 25: 3389-3402 and Altschul et al., Respectively). al., 1990, J. Mol. Biol. 215: 403-410). BLAST and BLAST 2.0 are typically used with the initial parameters described herein to determine the percent sequence identity of the nucleic acids and proteins of the invention. Software for performing BLAST analyzes is publicly available by the National Center for Biotechnology Information. The algorithm first involves identifying high scoring sequence pairs (HSPs) by identifying short words of length W in the query sequence. Here, the query sequence matches or satisfies a certain positive number of reference scores T when arranged with words of the same length in the database sequence. T is considered the word close to the reference point (Altschul et al. Above). These hits near the beginning of the word serve as the root for initiating searches to find long HSPs containing that word. The word hits are extended in both directions along each sequence as long as the cumulative sequence score can be increased. For nucleotide sequences, the cumulative score is calculated by parameter M (reward score for matching residue pairs; always> 0) and parameter N (penalty score for mismatching residues; always <0). For amino acid sequences, a scoring matrix is used to calculate a cumulative score. The expansion of word hits in each direction is due to the accumulation of the sequence of residues whose cumulative score is one or more negatively scored when the cumulative sequence score is reduced from the maximum achieved by the quantity X Is stopped when it reaches zero or less, or when the end of either sequence reaches the target. The BLAST algorithm parameters W, T and X determine the detection sensitivity of the sequence and the speed of the sequence. In the BLASTN program (for nucleotide sequences), word length (W) 11 is used as the default value, 10 is the expected value (E), M = 5, N = -4, and comparison of both strands. Regarding the amino acid sequence, the BLASTP program uses a word length of 3 as a default value, 10 as an expected value (E), and 50 as a BLOSUM62 score matrix (Henikoff & Henikoff, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 89: 10915 (1989). ) Arrangement (B), 10 is used as expected value (E), M = 5, N = -4, and comparison of both strands.
また、BLASTアルゴリズムは、2つの配列間の類似性に関して統計に基づく分析を実行する(例えば、Karlin & Altschul, 1993, Proc. Nat’l. Acad. Sci. USA 90:5873-5787を参照)。BLASTアルゴリズムによって提供される類似性の測定の1つには、最小合計確率(P(N))がある。この最小合計確率は、2つのヌクレオチド配列間か、または2つのアミノ酸配列間の一致が偶然生じ得ることによる確率の表れを示す。例えば、核酸は、参照核酸との試験核酸の比較において最小合計確率が約0.2以下、より好ましくは約0.01以下、最も好ましくは約0.001以下である場合に、基準配列と類似しているとみなされる。 The BLAST algorithm also performs statistical analysis on the similarity between two sequences (see, eg, Karlin & Altschul, 1993, Proc. Nat'l. Acad. Sci. USA 90: 5873-5787). One similarity measure provided by the BLAST algorithm is the minimum total probability (P (N)). This minimum total probability indicates an indication of the probability that a match between two nucleotide sequences or between two amino acid sequences may occur by chance. For example, a nucleic acid is similar to a reference sequence when the minimum total probability is about 0.2 or less, more preferably about 0.01 or less, and most preferably about 0.001 or less in comparison of a test nucleic acid to a reference nucleic acid. Is considered to be.
「ストリンジェントなハイブリダイゼーション条件」という用語は、典型的に、核酸の複合混合物においてその標的サブ配列へハイブリダイズするが、別の配列にハイブリダイズしないプローブにおける条件を指す。ストリンジェントな条件は配列依存性であり、様々な環境において異なる。長い配列は特に高い温度にてハイブリダイズする。核酸のハイブリダイゼーションへの広範な指針は、Tijssen(生化学および分子生物学における技術――核酸によるハイブリダイゼーション、「ハイブリダイゼーションの原理および核酸アッセイの概論」(1993))において見出される。一般的に、高いストリンジェント条件では、特定の配列に関して、規定されたイオン強度のpHにおいて融解点(Tm)以下の約5〜10℃になるよう選択される。Tmは、50%のプローブが平衡状態でのターゲットシーケンスに対するターゲットハイブリダイズに相補的な温度である(ターゲットシーケンスが過度に存在し、Tmにおいて50%のプローブが平衡状態にあるとき)。ストリンジェントな条件は、塩濃度が約1.0Mナトリウムイオン以下、典型的には、pH7.0から8.3において約0.01から1.0Mナトリウムイオン濃度(または他の塩)であり、短いプローブ(例えば、10から50ヌクレオチド)に関しては温度が少なくとも約30℃であり、長いプローブ(例えば、50ヌクレオチド以上)に関しては少なくとも約60℃であることが条件である。また、ストリンジェントな条件は、不安定化試薬(ホルムアミドなど)の付加によって達成され得る。選択的な、または特定のハイブリダイゼーションに関して、ポジティブシグナルは少なくとも2倍のバックグラウンドであり、好ましくは10倍のバックグラウンドのハイブリダイゼーションである。 The term “stringent hybridization conditions” typically refers to conditions in a probe that hybridize to its target subsequence in a complex mixture of nucleic acids but not to another sequence. Stringent conditions are sequence-dependent and will be different in different circumstances. Long sequences hybridize at particularly high temperatures. Extensive guidance for nucleic acid hybridization can be found in Tijssen (Technology in Biochemistry and Molecular Biology-Hybridization with Nucleic Acids, "Introduction to Hybridization Principles and Nucleic Acid Assays" (1993)). In general, at high stringency conditions, a particular sequence is selected to be about 5-10 ° C. below the melting point (Tm) at a defined ionic strength pH. Tm is the temperature complementary to target hybridization to a target sequence with 50% of the probes in equilibrium (when the target sequence is present excessively and 50% of the probes are in equilibrium at Tm). Stringent conditions are salt concentrations of about 1.0 M sodium ion or less, typically about 0.01 to 1.0 M sodium ion concentration (or other salts) at pH 7.0 to 8.3, The condition is that the temperature is at least about 30 ° C. for short probes (eg, 10 to 50 nucleotides) and at least about 60 ° C. for long probes (eg, 50 nucleotides or more). Stringent conditions may also be achieved with the addition of destabilizing reagents (such as formamide). For selective or specific hybridization, a positive signal is at least 2-fold background, preferably 10-fold background hybridization.
ストリンジェントな条件において互いにハイブリダイズしない核酸は、それらがコードするポリペプチドが実質的に同一であるのであれば、実質的に同一のままである。これは、例えば、核酸のコピーが遺伝コードによって許容されるコドンの最大量の縮退によって作られるときに、生じる。そのような場合において、核酸は適度にストリンジェントなハイブリダイゼーション条件において典型的にハイブリダイズする。 Nucleic acids that do not hybridize to each other under stringent conditions remain substantially the same if the polypeptides they encode are substantially identical. This occurs, for example, when a copy of a nucleic acid is made by a degeneracy of the maximum amount of codons allowed by the genetic code. In such cases, the nucleic acid typically hybridizes under moderately stringent hybridization conditions.
GPTポリペプチドを含んでいるゲノムDNAまたはcDNAは、本明細書に開示されるGPTポリヌクレオチド配列によって、ストリンジェントな条件下での標準的なサザンブロットにおいて同定され得る。この目的に関して、当該ハイブリダイゼーションに最適なストリンジェントな条件としては、40%ホルムアミド、1M NaCl、1%SDSの緩衝液において、37℃でのハイブリダイゼーション、および少なくとも約50℃、通常、約55℃から約60℃の温度で20分間0.2 X SSC中での少なくとも1回の洗浄を含む。 Genomic DNA or cDNA containing a GPT polypeptide can be identified in standard Southern blots under stringent conditions by the GPT polynucleotide sequences disclosed herein. For this purpose, the most stringent conditions for the hybridization include hybridization at 37 ° C. in a buffer of 40% formamide, 1M NaCl, 1% SDS, and at least about 50 ° C., usually about 55 ° C. And at least one wash in 0.2 X SSC for 20 minutes at a temperature of about 60 ° C.
2つのポリヌクレオチドが実質的に同一であるというさらなる目安としては、基準配列(一対のオリゴヌクレオチドプライマーによって増幅される)がストリンジェントなハイブリダイゼーション条件においてプローブとして使用されるとき、cDNAもしくはゲノムライブラリーから試験配列を単離することが可能であるか、または、例えばノウザンもしくはサザンブロットで試験配列を同定することが可能であるかである。 A further indication that two polynucleotides are substantially identical is that a cDNA or genomic library when a reference sequence (amplified by a pair of oligonucleotide primers) is used as a probe in stringent hybridization conditions. Is it possible to isolate the test sequence from or to be able to identify the test sequence, for example with a Northern or Southern blot.
(トランスジェニック植物)
本発明は、成長特性および他の農学的な性質が十分に向上している新規なトランスジェニック植物を提供する。十分に向上した農学的な性質は、促進された生育、増大した成熟植物の生体重および全現存量、より早期かつより豊富な量の開花、ならびに果実および種子におけるより多くの収量を含むがこれらに限定されない。本発明のトランスジェニック植物は、1つ以上の発現可能な遺伝的コンストラクトを植物に対して導入することにより生成される。この遺伝的コンストラクトは、グルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼ(glutamine phenylpyruvate transaminase:GPT)をコードする1つ以上のポリヌクレオチドの発現を促進することができる。本発明は、例えば、異種のシロイヌナズナのGPT遺伝子を保有し、かつ発現するトランスジェニックタバコ植物の生成によって実証されている(後述する実施例2)。また、同じ代謝経路、すなわちシグナル代謝産物2−ヒドロキシ−5−オキソプロリン(2-hydroxy-5-oxoproline)の生合成、において機能するGPTホモログは、全ての植物種に含まれていることが期待される。このように、本発明の実施において、GPTホモログまたはその機能的な変異体をコードする全ての植物遺伝子が、本発明のトランスジェニック植物の生成に有用であり得る。
(Transgenic plant)
The present invention provides novel transgenic plants with sufficiently improved growth characteristics and other agronomic properties. Fully improved agronomic properties include accelerated growth, increased live weight and total biomass of mature plants, earlier and more abundant flowering, and higher yields in fruits and seeds. It is not limited to. The transgenic plants of the present invention are generated by introducing one or more expressible genetic constructs into the plant. This genetic construct can facilitate the expression of one or more polynucleotides encoding glutamine phenylpyruvate transaminase (GPT). The present invention has been demonstrated, for example, by the generation of transgenic tobacco plants carrying and expressing heterologous Arabidopsis GPT genes (Example 2 described below). In addition, GPT homologs that function in the same metabolic pathway, ie, biosynthesis of the signal metabolite 2-hydroxy-5-oxoproline, are expected to be included in all plant species. Is done. Thus, in the practice of the present invention, any plant gene encoding a GPT homolog or functional variant thereof may be useful for the generation of the transgenic plants of the present invention.
本発明における安定な形質転換の実施形態では、発現可能な遺伝的コンストラクトの1つ以上のコピーが宿主植物ゲノム中に組み込まれるようになる。これによって、植物内におけるGPT酵素能力を増加させる。これは、2−オキソグルタラメート(2-oxoglutaramate)の合成、言い換えればシグナル代謝遺伝子発現、の増加を仲介するのに役立つ。その結果、植物の生育が増大し、かつ植物の成長特性および他の農学的な性質が向上する。2−オキソグルタラメートは、代謝産物であり、遺伝子発現、代謝および植物生育における極めて強力なエフェクターである(米国特許第6,555,500号)。そして、この代謝産物は、炭素および窒素の代謝システムの調整において極めて重要な役割を果たし得る(Lancien et al., 2000, Enzyme Redundancy and the Importance of 2-Oxoglutaratein Higher Plants Ammonium Assimilation, Plant Physiol. 123: 817-824)。図1に示す2−オキソグルタラメート経路の概略図も参照されたい。 In the stable transformation embodiment of the present invention, one or more copies of the expressible genetic construct will be integrated into the host plant genome. This increases the GPT enzyme capacity in the plant. This serves to mediate an increase in the synthesis of 2-oxoglutaramate, in other words, signal metabolic gene expression. As a result, plant growth is increased and plant growth characteristics and other agronomic properties are improved. 2-Oxoglutaramate is a metabolite and a very powerful effector in gene expression, metabolism and plant growth (US Pat. No. 6,555,500). This metabolite can then play a pivotal role in regulating the carbon and nitrogen metabolic system (Lancien et al., 2000, Enzyme Redundancy and the Importance of 2-Oxoglutaratein Higher Plants Ammonium Assimilation, Plant Physiol. 123: 817-824). See also the schematic diagram of the 2-oxoglutarate pathway shown in FIG.
本発明の一局面において、出願人らは、シロイヌナズナのグルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼ(GPT)酵素をコードする核酸分子を同定した(後述する実施例1を参照)。そして、発現された組換え酵素が活性を有し、シグナル代謝産物、2−オキソグルタラメートの合成を促進させ得ることを最初に示した(後述する実施例2)。さらに、出願人らは、このシロイヌナズナのグルタミントランスアミナーゼ遺伝子を、形質転換された異種植物において過剰発現させた結果、CO2固定の割合を向上させ、かつ生育特性を増加させることを最初に示した(後述する実施例3)。 In one aspect of the invention, Applicants have identified a nucleic acid molecule encoding an Arabidopsis glutamine phenylpyruvate transaminase (GPT) enzyme (see Example 1 below). It was first shown that the expressed recombinant enzyme has activity and can promote the synthesis of the signal metabolite, 2-oxoglutaramate (Example 2 described later). In addition, Applicants have first shown that this Arabidopsis glutamine transaminase gene is overexpressed in transformed heterologous plants, resulting in improved CO 2 fixation and increased growth characteristics ( Example 3 described later).
また、本明細書に記載するように(後述する実施例3を参照)、トランスジェニックタバコ植物において、シロイヌナズナのGPTコード配列の全長を含む導入遺伝子を過剰発現させると、CO2固定を速め、かつ全タンパク質、グルタミンおよび2−オキソグルタラメートの量を増加させる結果となる。また、これらのトランスジェニック植物は、野生型の植物よりも速く生育する(図2)。同様に、トマト植物に関する試験では(後述する実施例4を参照)、シロイヌナズナのGPT導入遺伝子が形質転換されたトマト植物は、野生型のコントロール植物と比較して、生育速度、開花、および種子収量の顕著な向上を示した(図3および後述する実施例4)。 Also, as described herein (see Example 3 below), in a transgenic tobacco plant, overexpression of a transgene containing the full length of the GPT coding sequence of Arabidopsis accelerates CO 2 fixation, and This results in increasing the amount of total protein, glutamine and 2-oxoglutaramate. In addition, these transgenic plants grow faster than wild-type plants (FIG. 2). Similarly, in tests on tomato plants (see Example 4 below), tomato plants transformed with the Arabidopsis GPT transgene are compared to wild type control plants for growth rate, flowering and seed yield. (Fig. 3 and Example 4 described later).
上述したトランスジェニックタバコ植物に加えて、トマト、コショウ、マメ類、ササゲ、アルファルファ、カンタループ、カボチャ、シロイヌナズナおよびカミレナ(Camilena)の2種において、GPTを含み、かつ向上された生育特性を示す他の種々のトランスジェニック植物種が生成された(共同所有され、同時係属された出願であり、その内容の全てが本願に引用して援用される、2009年8月31日に提出された米国特許出願明細書第12/551,271号を参照)。上述のトランスジェニック植物は、種々の形質転換方法を用いて生成された。種々の形質転換方法は、アグロバクテリウム媒介されたカルス、花の浸漬、種子の播種、さやの播種、および花の直接の接種、これらの組合せ、ならびに種々のGPT導入遺伝子を用いた、1種類の導入遺伝子を持つ植物における有性の異種交配を介する方法を含む。 In addition to the above-described transgenic tobacco plants, GPT-containing two types of tomato, pepper, legumes, cowpea, alfalfa, cantaloupe, pumpkin, Arabidopsis and Camilena, and exhibit improved growth characteristics A variety of transgenic plant species have been generated (US patent filed August 31, 2009, co-owned and co-pending application, the entire contents of which are incorporated herein by reference. See application specification 12 / 551,271). The transgenic plants described above were generated using various transformation methods. Various transformation methods include Agrobacterium-mediated callus, flower soaking, seed sowing, pod sowing, and direct seeding of flowers, combinations thereof, and one type using various GPT transgenes. Methods involving sexual crossbreeding in plants with multiple transgenes.
本発明はまた、生育および他の農学的性質が向上されたトランスジェニック植物を生成する方法を提供する。一実施形態において、生育および他の農学的性質が向上されたトランスジェニック植物を生成する方法は、GPT導入遺伝子をコードする核酸分子を含む発現カセットを植物細胞に導入することにより形質転換された植物細胞を生産する工程と、コードされたGPTを発現するトランスジェニック植物を取得する工程とを含む。GPT導入遺伝子は、この導入遺伝子の発現を促進することが可能な適切なプロモーターの制御下にある。他の実施形態において、生育および他の農学的性質が向上されたトランスジェニック植物を生成する方法は、GPT導入遺伝子をコードする核酸分子を含む1個以上の核酸コンストラクトまたは発現カセットを植物細胞に導入することにより形質転換された植物細胞を生産する工程と、生物学的に活性なGPTタンパク質を産生するためにGPT導入遺伝子を発現するトランスジェニック植物を取得する工程とを含む。GPT導入遺伝子は、この導入遺伝子の発現を促進することが可能な1個以上の適切なプロモーター(および、任意に、他の制御エレメント)の制御下にある。 The present invention also provides a method for producing transgenic plants with improved growth and other agronomic properties. In one embodiment, a method of generating a transgenic plant with improved growth and other agronomical properties is obtained by introducing a plant transformed with an expression cassette comprising a nucleic acid molecule encoding a GPT transgene. Producing a cell and obtaining a transgenic plant expressing the encoded GPT. The GPT transgene is under the control of a suitable promoter capable of promoting the expression of this transgene. In other embodiments, a method of generating a transgenic plant with improved growth and other agronomic properties introduces one or more nucleic acid constructs or expression cassettes comprising nucleic acid molecules encoding a GPT transgene into plant cells. Producing a transformed plant cell, and obtaining a transgenic plant that expresses a GPT transgene to produce a biologically active GPT protein. The GPT transgene is under the control of one or more suitable promoters (and optionally other control elements) that are capable of promoting the expression of the transgene.
多数のGPTポリヌクレオチドが、本発明に係るトランスジェニック植物を生成するために使用され得る。GPTタンパク質は、種々の植物種の間で高く保存されており、密接に関連している非植物のGPT(例えばゼブラフィッシュのGPT)もまた使用され得ることは、本明細書に記載の実験データから明らかである。GPTに関して、異なる種由来の多数のGPTポリヌクレオチドが活性を有しかつGPT導入遺伝子として有用であることが示されている。 A number of GPT polynucleotides can be used to generate the transgenic plants according to the present invention. The experimental data described herein indicate that GPT proteins are highly conserved among various plant species, and closely related non-plant GPTs (eg, zebrafish GPT) can also be used. It is clear from With respect to GPT, numerous GPT polynucleotides from different species have been shown to be active and useful as GPT transgenes.
特定の実施形態において、GPT導入遺伝子は、シロイヌナズナ由来のGPT(例えば配列番号2、配列番号16および配列番号25に示すGPT)をコードするGPTポリヌクレオチドである。このGPT導入遺伝子は、配列番号1に示す塩基配列;配列番号1と少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の同一性を有する塩基配列であって、GPT活性を有するポリペプチドをコードする塩基配列;配列番号2に示すポリペプチド、またはこれと少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の配列同一性を有するとともにGPT活性を有するポリペプチド、をコードする塩基配列;ならびにアミノ末端の30〜56アミノ酸残基がトランケートされた、配列番号2に示すポリペプチド、またはこれと少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の配列同一性を有するとともにGPT活性を有するポリペプチド、をコードする塩基配列によってコードされ得る。 In certain embodiments, the GPT transgene is a GPT polynucleotide that encodes a GPT from Arabidopsis thaliana (eg, the GPT shown in SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 16, and SEQ ID NO: 25). This GPT transgene is a base sequence shown in SEQ ID NO: 1; a base sequence having at least 75% identity and more preferably at least 80% identity to SEQ ID NO: 1, and a base sequence encoding a polypeptide having GPT activity A base sequence encoding the polypeptide set forth in SEQ ID NO: 2, or a polypeptide having at least 75% and more preferably at least 80% sequence identity and GPT activity; and amino terminal 30-56 amino acids Encoded by a base sequence that encodes the polypeptide shown in SEQ ID NO: 2, or a polypeptide having at least 75% and more preferably at least 80% sequence identity and having GPT activity, wherein the residues are truncated. obtain.
他の特定の実施形態において、GPT導入遺伝子は、ブドウ由来のGPT(例えば配列番号4および配列番号26に示すブドウGPTs)をコードするGPTポリヌクレオチドである。このGPT導入遺伝子は、配列番号3に示す塩基配列;配列番号3と少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の同一性を有する塩基配列であって、GPT活性を有するポリペプチドをコードする塩基配列;配列番号4もしくは配列番号26に示すポリペプチド、またはこれらと少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の配列同一性を有するとともにGPT活性を有するポリペプチド、をコードする塩基配列によってコードされ得る。 In another specific embodiment, the GPT transgene is a GPT polynucleotide encoding a grape-derived GPT (eg, grape GPTs shown in SEQ ID NO: 4 and SEQ ID NO: 26). This GPT transgene is a base sequence shown in SEQ ID NO: 3; a base sequence having at least 75% and more preferably at least 80% identity with SEQ ID NO: 3, and a base sequence encoding a polypeptide having GPT activity It may be encoded by a base sequence encoding the polypeptide set forth in SEQ ID NO: 4 or SEQ ID NO: 26, or a polypeptide having at least 75% and more preferably at least 80% sequence identity and GPT activity therewith.
さらに他の特定の実施形態において、GPT導入遺伝子は、イネ由来のGPT(例えば配列番号6および配列番号27に示すイネGPTs)をコードするGPTポリヌクレオチドである。このGPT導入遺伝子は、配列番号5に示す塩基配列;配列番号5と少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の同一性を有する塩基配列であって、GPT活性を有するポリペプチドをコードする塩基配列;配列番号6もしくは配列番号27に示すポリペプチド、またはこれらと少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の配列同一性を有するとともにGPT活性を有するポリペプチド、をコードする塩基配列によってコードされ得る。 In yet another specific embodiment, the GPT transgene is a GPT polynucleotide encoding a rice-derived GPT (eg, rice GPTs shown in SEQ ID NO: 6 and SEQ ID NO: 27). This GPT transgene is a base sequence shown in SEQ ID NO: 5; a base sequence having at least 75% and more preferably at least 80% identity with SEQ ID NO: 5, and a base sequence encoding a polypeptide having GPT activity It may be encoded by a base sequence encoding a polypeptide set forth in SEQ ID NO: 6 or SEQ ID NO: 27, or a polypeptide having at least 75% and more preferably at least 80% sequence identity and GPT activity therewith.
さらに他の特定の実施形態において、GPT導入遺伝子は、ダイズ由来のGPT(例えば配列番号8、配列番号28または配列番号28のN末端にイソロイシンがさらに付加された配列に示すダイズGPTs)をコードするGPTポリヌクレオチドである。このGPT導入遺伝子は、配列番号7に示す塩基配列;配列番号7と少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の同一性を有する塩基配列であって、GPT活性を有するポリペプチドをコードする塩基配列;配列番号8もしくは配列番号28もしくは配列番号28のN末端にイソロイシンがさらに付加された配列に示すポリペプチド、またはこれらと少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の配列同一性を有するとともにGPT活性を有するポリペプチド、をコードする塩基配列によってコードされ得る。 In yet another specific embodiment, the GPT transgene encodes soybean-derived GPT (eg, soybean GPTs shown in SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 28, or a sequence in which isoleucine is further added to the N-terminus of SEQ ID NO: 28). GPT polynucleotide. This GPT transgene is a base sequence shown in SEQ ID NO: 7; a base sequence having at least 75% and more preferably at least 80% identity with SEQ ID NO: 7, and a base sequence encoding a polypeptide having GPT activity A polypeptide shown in the sequence of SEQ ID NO: 8 or SEQ ID NO: 28 or SEQ ID NO: 28 with further addition of isoleucine at the N-terminus, or at least 75% and more preferably at least 80% sequence identity and GPT activity It can be encoded by a base sequence encoding a polypeptide having
さらに他の特定の実施形態において、GPT導入遺伝子は、オオムギ由来のGPT(例えば配列番号10および配列番号29に示すオオムギGPTs)をコードするGPTポリヌクレオチドである。このGPT導入遺伝子は、配列番号9に示す塩基配列;配列番号9と少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の同一性を有する塩基配列であって、GPT活性を有するポリペプチドをコードする塩基配列;配列番号10もしくは配列番号29に示すポリペプチド、またはこれらと少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の配列同一性を有するとともにGPT活性を有するポリペプチド、をコードする塩基配列によってコードされ得る。 In yet another specific embodiment, the GPT transgene is a GPT polynucleotide encoding a barley-derived GPT (eg, barley GPTs shown in SEQ ID NO: 10 and SEQ ID NO: 29). This GPT transgene is a base sequence shown in SEQ ID NO: 9; a base sequence having at least 75% and more preferably at least 80% identity with SEQ ID NO: 9, and a base sequence encoding a polypeptide having GPT activity It may be encoded by a base sequence encoding a polypeptide set forth in SEQ ID NO: 10 or SEQ ID NO: 29, or a polypeptide having at least 75% and more preferably at least 80% sequence identity and GPT activity with them.
さらに他の特定の実施形態において、GPT導入遺伝子は、ゼブラフィッシュ由来のGPT(例えば配列番号12および配列番号30に示すゼブラフィッシュGPTs)をコードするGPTポリヌクレオチドである。このGPT導入遺伝子は、配列番号11に示す塩基配列;配列番号11と少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の同一性を有する塩基配列であって、GPT活性を有するポリペプチドをコードする塩基配列;配列番号12もしくは配列番号30に示すポリペプチド、またはこれらと少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の配列同一性を有するとともにGPT活性を有するポリペプチド、をコードする塩基配列によってコードされ得る。 In yet another specific embodiment, the GPT transgene is a GPT polynucleotide encoding a zebrafish-derived GPT (eg, zebrafish GPTs shown in SEQ ID NO: 12 and SEQ ID NO: 30). This GPT transgene is a base sequence shown in SEQ ID NO: 11; a base sequence having at least 75% and more preferably at least 80% identity with SEQ ID NO: 11, and a base sequence encoding a polypeptide having GPT activity It may be encoded by a base sequence encoding a polypeptide set forth in SEQ ID NO: 12 or SEQ ID NO: 30, or a polypeptide having at least 75% and more preferably at least 80% sequence identity and GPT activity therewith.
さらに他の特定の実施形態において、GPT導入遺伝子は、バンブー由来のGPT(例えば配列番号31に示すバンブーGPT)をコードするGPTポリヌクレオチドである。このGPT導入遺伝子は、配列番号31に示すポリペプチド、またはこれと少なくとも75%およびより好ましくは少なくとも80%の配列同一性を有するとともにGPT活性を有するポリペプチド、をコードする塩基配列によってコードされ得る。 In yet another specific embodiment, the GPT transgene is a GPT polynucleotide encoding a GPT derived from bamboo (eg, the bamboo GPT shown in SEQ ID NO: 31). This GPT transgene may be encoded by a base sequence encoding the polypeptide shown in SEQ ID NO: 31, or a polypeptide having at least 75% and more preferably at least 80% sequence identity and having GPT activity. .
当業者によって理解され得るように、本発明の実施におけるGPT導入遺伝子としての使用に適した他のGPTポリヌクレオチドは、種々の方法により取得され得、組換え発現システム(すなわち、大腸菌(E. coli)(実施例20〜23を参照)、植物体における一過性の発現システム(実施例19を参照)、または遺伝子導入植物における(実施例1〜18を参照))において、GPTの発現を導く能力についてGPT活性を用いて試験する方法である。 As can be appreciated by those skilled in the art, other GPT polynucleotides suitable for use as GPT transgenes in the practice of the present invention can be obtained by a variety of methods and include recombinant expression systems (ie, E. coli). ) (See Examples 20-23), transient expression systems in plants (see Example 19), or in transgenic plants (see Examples 1-18)) leading to GPT expression A method of testing for ability using GPT activity.
(導入遺伝子コンストラクト/発現ベクター)
本発明に係るトランスジェニック植物を生成するために、所望の導入遺伝子に関する遺伝子コード配列は、形質転換された植物細胞内で導入遺伝子配列の発現を導くことができる核酸コンストラクト(本明細書中において、(導入遺伝子)発現ベクター/発現ベクター、発現カセット、発現コンストラクトまたは遺伝的コンストラクトとしても交換可能に引用される)中に組み込まれなければならない。所定の導入遺伝子を保有する核酸コンストラクトは、多数の公知の方法を用いて、植物細胞または種々の細胞内に導入され得る。公知の方法は、限定されないが、エレクトロポレーション、DNAボンバードメントまたは遺伝子銃、マイクロインジェクション、ならびに種々のDNAベースのベクター(例えばアグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)およびアグロバクテリウム・リゾゲネス(Agrobacterium rhizogenes)のベクター)の使用を介する方法を含む。形質転換植物細胞中にいったん導入されると、核酸コンストラクトは、一過的に、あるいは安定的に、組み込まれた導入遺伝子(すなわちGPT)の発現を導くであろう。安定的に発現させることが好ましく、安定的な発現は、核酸コンストラクトをクロモソームに組み込ませることができる植物の形質転換ベクターを利用することにより達成される。一度植物細胞への形質転換が成功すれば、これを栽培することによりトランスジェニック植物を再生し得る。
(Transgene construct / expression vector)
In order to generate a transgenic plant according to the present invention, the gene coding sequence for the desired transgene is a nucleic acid construct (herein referred to herein) that can direct the expression of the transgene sequence in transformed plant cells. (Transgene) must be incorporated into an expression vector / expression vector, expression cassette, expression construct or genetic construct, interchangeably cited). Nucleic acid constructs carrying a given transgene can be introduced into plant cells or various cells using a number of known methods. Known methods include, but are not limited to, electroporation, DNA bombardment or gene gun, microinjection, and various DNA-based vectors such as Agrobacterium tumefaciens and Agrobacterium rhizogenes ) Vector)). Once introduced into the transformed plant cell, the nucleic acid construct will lead to the expression of the integrated transgene (ie, GPT) either transiently or stably. Stable expression is preferred, and stable expression is achieved by utilizing a plant transformation vector that allows the nucleic acid construct to be incorporated into the chromosome. Once the transformation into plant cells is successful, transgenic plants can be regenerated by cultivating them.
形質転換植物における挿入遺伝子の本質的な発現または発現誘導の促進に適した、多数の発現ベクターが知られている。さらに、種々の一過性の発現ベクターおよびシステムが知られている。大体において、遺伝子の形質転換における特定の方法に使用するために、適切な発現ベクターが選択される(以下を参照)。概して、トランスジェニック植物を生成するための典型的な植物発現ベクターは、プロモーターの発現制御コントロール下にある所定の導入遺伝子、形質転換体の選択を助けるための選択マーカー、および転写終結配列を含み得る。 Numerous expression vectors are known that are suitable for promoting the intrinsic expression or induction of inserted genes in transformed plants. In addition, various transient expression vectors and systems are known. In general, an appropriate expression vector is selected for use in a particular method in gene transformation (see below). In general, a typical plant expression vector for generating a transgenic plant can include a given transgene under expression control control of a promoter, a selectable marker to assist in the selection of transformants, and a transcription termination sequence. .
より具体的には、本発明に係るトランスジェニック植物の生成に使用するための核酸コンストラクトの基本要素は、以下である:形質転換植物細胞において(1つもしくは複数の)導入遺伝子の機能的な発現を促進することができる適切なプロモーター、このプロモーターに実施可能に連結された(1つもしくは複数の)導入遺伝子(すなわちGPTコード配列)、好ましくは、この導入遺伝子に実施可能に連結された適切な転写終結配列(すなわちノパリン合成酵素遺伝子のターミネーター)、およびときにこの導入遺伝子の発現を制御するために有用な他の要素、ならびに所望のトランスジェニック産物を選択するために適した1つ以上の選択マーカー遺伝子(すなわち抗生物質耐性遺伝子)。 More specifically, the basic elements of a nucleic acid construct for use in generating a transgenic plant according to the present invention are as follows: Functional expression of the transgene (s) in transformed plant cells A suitable promoter (s) operably linked to the promoter (or GPT coding sequence), preferably a suitable promoter operably linked to the transgene A transcription termination sequence (ie, a terminator of the nopaline synthase gene), and sometimes other elements useful for controlling the expression of this transgene, as well as one or more selections suitable for selecting the desired transgenic product Marker gene (ie antibiotic resistance gene).
アグロバクテリウム・ツメファシエンスは、トランスジェニック植物を生成するために使用する初期の形質転換システムであるため、アグロバクテリウム形質転換用に設計された多数のベクターが存在する。安定な形質転換のため、アグロバクテリウムのシステムは、大腸菌およびアグロバクテリウムの両方で操作可能なプラスミドである「バイナリー」ベクターを利用する。このベクターは、典型的に、形質転換された植物を回収するための1つ以上の選択マーカーを含有する(Hellens et al., 2000, Technical focus: A guideto Agrobacterium binary Ti vectors. Trends Plant Sci 5:446-451)。アグロバクテ
リウム形質転換システムに使用するバイナリーベクターは、典型的に、T−DNAのボーダー領域、マルチクローニングサイト、大腸菌およびアグロバクテリウム・ツメファシエンスのための複製機能、ならびに選択マーカーおよびレポーター遺伝子を含む。
Since Agrobacterium tumefaciens is an early transformation system used to generate transgenic plants, there are numerous vectors designed for Agrobacterium transformation. For stable transformation, Agrobacterium systems utilize “binary” vectors, which are plasmids that can be manipulated in both E. coli and Agrobacterium. This vector typically contains one or more selectable markers to recover transformed plants (Hellens et al., 2000, Technical focus: A guide to Agrobacterium binary Ti vectors. Trends Plant Sci 5: 446-451). Binary vectors used in Agrobacterium transformation systems typically include T-DNA border regions, multiple cloning sites, replication functions for E. coli and Agrobacterium tumefaciens, and selectable markers and reporter genes.
いわゆる「スーパー−バイナリー」ベクターは、高い形質転換効率を提供し、一般的にTi由来の別の病原性遺伝子を含む(Komari et al., 2006, Methods Mol. Biol. 343: 15-41)。スーパーバイナリーベクターは、一般的に、低い形質転換効率を示す植物(例えば穀類)に用いられる。別の病原性遺伝子は、限定されないが、virB,virE,およびvirGを含む(Vain et al., 2004, The effect of additional virulence genes on transformation efficiency, transgene integration and expression in rice plants using the pGreen/pSoup dual binary vector system. Transgenic Res. 13: 593-603; Srivatanakul et al., 2000, Additional virulence genes influence transgene expression: transgene copy number, integration pattern and expression. J. Plant Physiol. 157, 685-690; Park et al., 2000, Shorter T-DNA or additional virulence genesimprove Agrobacterium-mediated transformation. Theor. Appl. Genet. 101, 1015-1020; Jin et al., 1987, Genes responsible for the supervirulence phenotype of Agrobacterium tumefaciens A281. J. Bacteriol. 169: 4417-4425)。 So-called “super-binary” vectors provide high transformation efficiency and generally contain another virulence gene from Ti (Komari et al., 2006, Methods Mol. Biol. 343: 15-41). Super binary vectors are generally used for plants that exhibit low transformation efficiency (eg, cereals). Other virulence genes include, but are not limited to virB, virE, and virG (Vain et al., 2004, The effect of additional virulence genes on transformation efficiency, transgene integration and expression in rice plants using the pGreen / pSoup dual Transgenic Res. 13: 593-603; Srivatanakul et al., 2000, Additional virulence genes influence transgene expression: transgene copy number, integration pattern and expression.J. Plant Physiol. 157, 685-690; Park et al ., 2000, Shorter T-DNA or additional virulence genesimprove Agrobacterium-mediated transformation. Theor. Appl. Genet. 101, 1015-1020; Jin et al., 1987, Genes responsible for the supervirulence phenotype of Agrobacterium tumefaciens A281. 169: 4417-4425).
本明細書において実証された実施形態(後述する実施例を参照)では、挿入される導入遺伝子をCaMV 35Sプロモーターの制御下に配置する発現ベクターが使用される。CaMV 35Sプロモーターを利用する多数の発現ベクターが知られており、および/または市販されている。しかしながら、当該導入遺伝子の発現を方向づけるために適した多くのプロモーターが知られており、そのようなプロモーターを後述においてさらに説明するように本発明の実施に用いてもよい。 In the embodiments demonstrated herein (see the examples below), an expression vector is used in which the inserted transgene is placed under the control of the CaMV 35S promoter. A number of expression vectors utilizing the CaMV 35S promoter are known and / or commercially available. However, many promoters suitable for directing the expression of the transgene are known, and such promoters may be used in the practice of the invention as further described below.
(植物プロモーター)
植物内で機能する多数のプロモーターが公知である。GPT導入遺伝子コンストラクトを構築する際、選択されるプロモーターは、恒常的な非特異的プロモーターであってもよく、例えばカリフラワーモザイクウイルス35Sリボソーマルプロモーター(CaMV 35Sプロモーター)であってもよい。このプロモーターは、植物内における導入遺伝子の発現のために広く使用されている。他の強力な恒常的プロモーターの具体例は、限定されないが、イネのアクチン1プロモーター、CaMV 19Sプロモーター、Tiプラスミドのノパリン合成酵素プロモーター、アルコールデヒドロゲナーゼプロモーターおよびスクロース合成酵素プロモーターを含む。
(Plant promoter)
A number of promoters that function in plants are known. When constructing a GPT transgene construct, the promoter selected may be a constitutive non-specific promoter, such as the cauliflower mosaic virus 35S ribosomal promoter (CaMV 35S promoter). This promoter is widely used for transgene expression in plants. Examples of other strong constitutive promoters include, but are not limited to, rice actin 1 promoter, CaMV 19S promoter, Ti plasmid nopaline synthase promoter, alcohol dehydrogenase promoter and sucrose synthase promoter.
あるいは、ある実施形態において、導入遺伝子コンストラクトにより形質転換させたい植物細胞、導入遺伝子の所望の発現量、導入遺伝子を発現させたい組織または細胞内コンパートメント、目標とする発生段階などに基づいてプロモーターを選択することが望ましい。 Alternatively, in certain embodiments, a promoter is selected based on the plant cell that is to be transformed by the transgene construct, the desired expression level of the transgene, the tissue or intracellular compartment in which the transgene is to be expressed, the target developmental stage, etc. It is desirable to do.
例えば、光合成組織およびコンパートメントにおいて発現させたいときには、リブロース2リン酸カルボキシラーゼ(ribulose bisphosphate carboxylase:RuBisCo)遺伝子のプロモーターが使用され得る。種子で発現させたいときには、種々の貯蔵タンパク質遺伝子のプロモーターが使用され得る。果実内で発現させるためには、果実特異的なプロモーター(例えばトマトの2A11)が使用され得る。他の組織特異的プロモーターの具体例は、レクチンをコードするプロモーター(Vodkin et al., 1983, Cell 34:1023-31; Lindstrom et al., 1990, Developmental Genetics 11:160-167)、トウモロコシのアルコールデヒドロゲナーゼ1(Vogel et al, 1989, J. Cell. Biochem. (Suppl. 0) 13:Part D; Dennis et al., 1984, Nucl. Acids Res., 12(9): 3983-4000)、トウモロコシの集光性複合体(Simpson, 1986, Science, 233: 34-38; Bansal et al., 1992, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89: 3654-3658)、トウモロコシの熱ショックタンパク質(Odell et al., 1985, Nature, 313: 810-812; Rochester et al., 1986, EMBO J., 5: 451-458)、エンドウマメのスモールサブユニットRuBPカルボキシラーゼ(Poulsen et al., 1986, Mol. Gen. Genet., 205(2): 193-200; Cashmore et al., 1983, Gen. Eng. Plants, Plenum Press, New York, pp 29-38)、Tiプラスミドのマンノピン合成酵素およびTiプラスミドのノパリン合成酵素(Langridge et al., 1989, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 86: 3219-3223)、ペチュニアのカルコンイソメラーゼ(Van Tunen et al., 1988, EMBO J. 7(5): 1257-1263)、マメのグリシンリッチタンパク質1(Keller et al., 1989, EMBO J. 8(5): 1309-1314)、トランケートされたCaMV 35s(Odell et al., 1985, supra)、ポテトのパタチン(Wenzler et al., 1989, Plant Mol. Biol. 12: 41-50)、根細胞(Conkling et al., 1990, Plant Physiol. 93: 1203-1211)、トウモロコシのゼイン(Reina et al., 1990, Nucl. Acids Res. 18(21): 6426; Kriz et al., 1987, Mol. Gen. Genet. 207(1): 90-98; Wandelt and Feix, 1989, Nuc. Acids Res. 17(6): 2354; Langridge and Feix, 1983, Cell 34: 1015-1022; Reina et al., 1990, Nucl. Acids Res. 18(21): 6426)、グロブリン−1(Belanger and Kriz, 1991, Genetics 129: 863-872)、α−チューブリン(Carpenter et al., 1992, Plant Cell 4(5): 557-571; Uribe et al., 1998, Plant Mol. Biol. 37(6): 1069-1078)、cab(Sullivan, et al., 1989, Mol. Gen. Genet. 215(3): 431-440)、PEPCase(Hudspeth and Grula, 1989, Plant Mol. Biol. 12: 579-589)、R遺伝子複合体(Chandler et al., 1989, The Plant Cell 1: 1175-1183)、カルコン合成酵素(Franken et al., 1991, EMBO J. 10(9): 2605-2612)およびグルタミン合成酵素プロモーター(U.S. Pat. No. 5,391,725; Edwards et al., 1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 3459-3463; Brears et al., 1991, Plant J. 1(2): 235-244)を含む。 For example, when it is desired to express in photosynthetic tissues and compartments, the promoter of ribulose bisphosphate carboxylase (RuBisCo) gene can be used. When it is desired to express in seed, promoters of various storage protein genes can be used. For expression in fruits, a fruit-specific promoter (eg tomato 2A11) can be used. Specific examples of other tissue-specific promoters include lectin-encoding promoters (Vodkin et al., 1983, Cell 34: 1023-31; Lindstrom et al., 1990, Developmental Genetics 11: 160-167), corn alcohol Dehydrogenase 1 (Vogel et al, 1989, J. Cell. Biochem. (Suppl. 0) 13: Part D; Dennis et al., 1984, Nucl. Acids Res., 12 (9): 3983-4000), Light-harvesting complex (Simpson, 1986, Science, 233: 34-38; Bansal et al., 1992, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 89: 3654-3658), maize heat shock protein (Odell et al. al., 1985, Nature, 313: 810-812; Rochester et al., 1986, EMBO J., 5: 451-458), pea small subunit RuBP carboxylase (Poulsen et al., 1986, Mol. Gen. Genet., 205 (2): 193-200; Cashmore et al., 1983, Gen. Eng. Plants, Plenum Press, New York, pp 29-38), Ti plasmid mannopine synthase and Ti plasmid Phosphorus synthase (Langridge et al., 1989, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 86: 3219-3223), petunia chalcone isomerase (Van Tunen et al., 1988, EMBO J. 7 (5): 1257 -1263), bean glycine rich protein 1 (Keller et al., 1989, EMBO J. 8 (5): 1309-1314), truncated CaMV 35s (Odell et al., 1985, supra), potato patatin (Wenzler et al., 1989, Plant Mol. Biol. 12: 41-50), root cells (Conkling et al., 1990, Plant Physiol. 93: 1203-1211), corn zein (Reina et al., 1990) , Nucl. Acids Res. 18 (21): 6426; Kriz et al., 1987, Mol. Gen. Genet. 207 (1): 90-98; Wandelt and Feix, 1989, Nuc. Acids Res. 17 (6) : 2354; Langridge and Feix, 1983, Cell 34: 1015-1022; Reina et al., 1990, Nucl. Acids Res. 18 (21): 6426), globulin-1 (Belanger and Kriz, 1991, Genetics 129: 863) -872), α-tubulin (Carpenter et al., 1992, Plant Cell 4 (5): 557-571; Uribe et al., 1998, Plant Mol. Biol. 37 (6): 1069-1078), cab (Sullivan, et al., 1989, Mol. Gen. Genet. 215 (3): 431-440), PEPCase (Hudspeth and Grula, 1989, Plant Mol Biol. 12: 579-589), R gene complex (Chandler et al., 1989, The Plant Cell 1: 1175-1183), chalcone synthase (Franken et al., 1991, EMBO J. 10 (9) : 2605-2612) and glutamine synthase promoter (US Pat. No. 5,391,725; Edwards et al., 1990, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 87: 3459-3463; Brears et al., 1991, Plant J. 1 (2): 235-244).
恒常的プロモーターに加えて、トランスジェニック植物が再生し、成熟し、開花するなどに従って導入遺伝子の発現を制御したい場合には、種々の誘導性プロモーター配列が使用され得る。このような誘導性プロモーターの具体例は、熱ショック遺伝子、防御応答遺伝子(すなわち、フェニルアラニンアンモニアリアーゼ;例えばBevan et al., 1989, EMBO J. 8(7): 899-906を参照)、創傷応答遺伝子(すなわち、細胞壁タンパク質の遺伝子)、化学的誘導性遺伝子(すなわち、硝酸還元酵素、キチナーゼ)および暗誘導性遺伝子(すなわち、アスパラギン合成酵素;例えば、米国特許第5,256,558号を参照)のプロモーターを含む。また、主要なクロロフィルa/b結合タンパク質(cab)をコードする遺伝子ファミリー、およびリブロース−1,5−2リン酸カルボキシラーゼ(rbcS)のスモールサブユニットをコードする遺伝子ファミリーを含む多くの植物の核内遺伝子は、光によって活性化される(例えば、Tobin and Silverthorne, 1985, Annu. Rev. Plant Physiol. 36: 569-593; Dean et al., 1989, Annu. Rev. Plant Physiol. 40: 415-439.を参照)。 In addition to the constitutive promoter, various inducible promoter sequences can be used if it is desired to control the expression of the transgene as the transgenic plant regenerates, matures, blooms, etc. Examples of such inducible promoters are heat shock genes, defense response genes (ie phenylalanine ammonia lyase; see eg Bevan et al., 1989, EMBO J. 8 (7): 899-906), wound response Genes (ie, cell wall protein genes), chemically inducible genes (ie, nitrate reductase, chitinase) and dark inducible genes (ie, asparagine synthase; see, eg, US Pat. No. 5,256,558) Including promoters. Also, in the nucleus of many plants, including the gene family that encodes the major chlorophyll a / b binding protein (cab) and the gene family that encodes the small subunit of ribulose-1,5-2 phosphate carboxylase (rbcS) Genes are activated by light (eg Tobin and Silverthorne, 1985, Annu. Rev. Plant Physiol. 36: 569-593; Dean et al., 1989, Annu. Rev. Plant Physiol. 40: 415-439 See.)
他の誘導性プロモーターは、ABA誘導性プロモーターおよび膨圧誘導性プロモーター、オーキシン結合タンパク質遺伝子プロモーター(Schwob et al., 1993, Plant J. 4(3): 423-432)、UDPグルコース フラボノイド グリコシルトランスフェラーゼ遺伝子プロモーター(Ralston et al., 1988, Genetics 119(1): 185-197);MPIプロテイナーゼインヒビタープロモーター(Cordero et al., 1994, Plant J. 6(2): 141-150)、グリセルアルデヒド−3−リン酸デヒドロゲナーゼ遺伝子プロモーター(Kohler et al., 1995, Plant Mol. Biol. 29(6): 1293-1298; Quigley et al., 1989, J. Mol. Evol. 29(5): 412-421; Martinez et al.,1989, J. Mol. Biol. 208(4): 551-565)、およびエンドウマメ由来の光誘導性プラスチド グルタミン合成酵素遺伝子(米国特許第5,391,725号;Edwards et al., 1990, supra)を含む。 Other inducible promoters include ABA inducible promoter and turgor inducible promoter, auxin binding protein gene promoter (Schwob et al., 1993, Plant J. 4 (3): 423-432), UDP glucose flavonoid glycosyltransferase gene Promoter (Ralston et al., 1988, Genetics 119 (1): 185-197); MPI proteinase inhibitor promoter (Cordero et al., 1994, Plant J. 6 (2): 141-150), glyceraldehyde-3 -Phosphate dehydrogenase gene promoter (Kohler et al., 1995, Plant Mol. Biol. 29 (6): 1293-1298; Quigley et al., 1989, J. Mol. Evol. 29 (5): 412-421; Martinez et al., 1989, J. Mol. Biol. 208 (4): 551-565), and the light-induced plastid glutamine synthase gene from peas (US Pat. No. 5,391,725; Edwards et al. ., 1990, supra).
トランスジェニック植物技術において使用される植物プロモーターのレビューについては、Potenza et al., 2004, In Vitro Cell. Devel. Biol - Plant, 40(1): 1-22を参照されたい。植物の合成プロモーター工学のレビューについては、例えば、Venter, M., 2007, Trends Plant Sci., 12(3): 118-124を参照されたい。 For a review of plant promoters used in transgenic plant technology, see Potenza et al., 2004, In Vitro Cell. Devel. Biol-Plant, 40 (1): 1-22. For a review of plant synthetic promoter engineering, see, for example, Venter, M., 2007, Trends Plant Sci., 12 (3): 118-124.
(グルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼ(GPT)導入遺伝子)
本発明は、シグナル代謝産物である2−ヒドロキシ−5−オキソプロリンの合成に直接的に機能する、グルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼ(GPT)酵素を含む植物を最初に開示する。これまで、機能が明らかになった植物のトランスアミナーゼは全く記載されていない。出願人は、いくつかの植物種および動物種由来のGPTポリヌクレオチドコード配列を同定し、試験した。そして、この遺伝子を宿主植物に組み込み、生育がより速く、葉のタンパク質量が向上され、そしてCO2固定速度がより速い、生育特性が顕著に向上されている異種性のトランスジェニック植物とすることに成功した。
(Glutamine phenylpyruvate transaminase (GPT) transgene)
The present invention first discloses a plant comprising a glutamine phenylpyruvate transaminase (GPT) enzyme that functions directly in the synthesis of the signal metabolite 2-hydroxy-5-oxoproline. So far, no transaminases of plants whose functions have been clarified have been described. Applicants have identified and tested GPT polynucleotide coding sequences from several plant and animal species. Then, this gene is incorporated into the host plant to produce a heterogeneous transgenic plant with faster growth, improved leaf protein content, faster CO 2 fixation rate, and significantly improved growth characteristics. succeeded in.
シグナル代謝産物2−ヒドロキシ−5−オキソプロリンの生合成を包含する同様の代謝経路で機能するGPTは、全ての植物種に含まれていることが期待される。したがって、本発明の実施において、GPTホモログまたはその機能的な変異体をコードするあらゆる植物の遺伝子は、本発明に係るトランスジェニック植物を生成するために有用であり得る。さらに、種々の植物GPTタンパク質構造と、ゼブラフィッシュ(Danio rerio(Zebrafish))由来の推定上の(および生物学的に活性な)GPTホモログとの間の構造的な
同一性、を考慮すれば(実施例22を参照)、他の非植物GPTホモログは、本発明に係るトランスジェニック植物の生成に使用するためのGPT導入遺伝子の調製に使用され得る。配列番号25に示すシロイヌナズナの成熟タンパク質配列と(BLASTアラインメントにより)個々に比較された際、以下の成熟GPTタンパク質配列について、以下の配列同一性および相同性(BLAST「陽性」、類似アミノ酸を含む)が得られた。
GPTs that function in similar metabolic pathways including the biosynthesis of the signal metabolite 2-hydroxy-5-oxoproline are expected to be included in all plant species. Thus, in the practice of the present invention, any plant gene encoding a GPT homolog or a functional variant thereof may be useful for generating a transgenic plant according to the present invention. Furthermore, considering the structural identity between various plant GPT protein structures and putative (and biologically active) GPT homologues from zebrafish (Danio rerio (Zebrafish)) ( See Example 22), other non-plant GPT homologues can be used for the preparation of GPT transgenes for use in the production of transgenic plants according to the invention. When compared individually (by BLAST alignment) to the Arabidopsis mature protein sequence shown in SEQ ID NO: 25, the following sequence identity and homology (including BLAST “positive”, similar amino acids) for the following mature GPT protein sequences: was gotten.
GPTタンパク質構造では多くの植物種を超えて特徴が保存されていることを強調するように、この保存は、上述した植物種内だけでなく、ゼブラフィッシュおよびクラミドモナス由来の推定上の非ヒトGPTsにまで及んで見られる。ゼブラフィッシュの場合、同一性の範囲は非常に高い(配列番号25で示すシロイヌナズナの成熟GPTとアミノ酸配列で83%の同一性、かつ類似アミノ酸残基を計算に加えれば92%の相同性)。ゼブラフィッシュの成熟GPTは、大腸菌においてこれを発現させ、かつ生物学的活性(2−オキソグルタラメート合成)を証明することにより確認された。 As emphasized that the GPT protein structure preserves features across many plant species, this conservation is not only within the plant species mentioned above, but also to putative non-human GPTs from zebrafish and Chlamydomonas. Can be seen. In the case of zebrafish, the range of identity is very high (83% identity in amino acid sequence with mature Arabidopsis GPT shown in SEQ ID NO: 25, and 92% homology if similar amino acid residues are added to the calculation). Zebrafish mature GPT was confirmed by expressing it in E. coli and demonstrating biological activity (2-oxoglutaramate synthesis).
推定上のGPTホモログが、本発明における生育が向上されたトランスジェニック植物を生成するために適しているかどうかを調べるためには、そのコード配列を大腸菌あるいは他の適した宿主内で発現させ、そして合成される2−オキソグルタラメートシグナル代謝産物の量が増加するかどうかを調べればよい(実施例19〜23を参照)。このような増加が示される場合には、次にそのコード配列を、同種の植物宿主および異種の植物宿主の両方に導入させた後に生育特性を評価してもよい。この目的のために、2−オキソグルタラメートを特異的に検出することができるあらゆるアッセイを使用することができる。あらゆるアッセイは、限定されないが、後述する実施例2に記載のNMRおよびHPLCアッセイを含む。また、成熟GPT活性を直接測定するためのアッセイを用いてもよい。 In order to determine whether a putative GPT homolog is suitable for generating transgenic plants with improved growth in the present invention, its coding sequence is expressed in E. coli or other suitable host, and It may be examined whether the amount of 2-oxoglutaramate signal metabolite synthesized increases (see Examples 19 to 23). If such an increase is shown, then the growth characteristics may be assessed after the coding sequence has been introduced into both homologous and heterologous plant hosts. For this purpose, any assay that can specifically detect 2-oxoglutaramate can be used. All assays include, but are not limited to, the NMR and HPLC assays described in Example 2 below. An assay for directly measuring mature GPT activity may also be used.
本発明に係るトランスジェニック植物を生成するために、2−オキソグルタラメート合成活性を有するあらゆる植物GPTが、植物細胞を形質転換するために使用され得る。植物種間における構造的な相同性のレベルは高いと考えられ、種々の植物GPTタンパク質と、ゼブラフィッシュの推定上のGPTホモログとの間の密接な相同性によって証明されるように、この高いレベルは、植物を超えて及ぶと考えられる。したがって、種々の植物GPT遺伝子が、種々の異種の植物種において生育が向上されたトランスジェニック植物を生成するために使用され得る。さらに、同種植物においてGPT導入遺伝子を発現させた場合には、異種細胞においては起こりえないであろう何らかの方法で、同種細胞内の制御が、導入遺伝子の発現を減じ得る可能性もある。しかし、たいていは生育特性が所望に向上される結果になることが期待されるであろう(すなわち、イネのグルタミントランスアミナーゼを、トランスジェニックイネ植物内で過剰発現させる)。 Any plant GPT having 2-oxoglutaramate synthesis activity can be used to transform plant cells to produce transgenic plants according to the present invention. The level of structural homology between plant species is thought to be high, as evidenced by the close homology between the various plant GPT proteins and the zebrafish putative GPT homolog. Is considered to extend beyond plants. Accordingly, various plant GPT genes can be used to generate transgenic plants with enhanced growth in various heterologous plant species. Furthermore, if a GPT transgene is expressed in a homologous plant, control within the homologous cell may reduce the expression of the transgene in some way that would not occur in a heterologous cell. However, most would be expected to result in the desired improvement in growth characteristics (ie, over-expressing rice glutamine transaminase in transgenic rice plants).
(転写終結)
好ましい実施形態において、転写終結を導き、mRNA転写産物のポリアデニル化を正常にさせるために、3’転写終結配列が導入遺伝子の下流に組み込まれる。好適な転写終結因子は、植物において機能することが知られている転写終結因子であり、限定されないが、アグロバクテリウム・ツメファシエンスのノパリン合成酵素(nopaline synthase:NOS)およびオクトピン合成酵素(octopine synthase:OCS)遺伝子、オクトピン
合成酵素遺伝子由来のT7転写産物、ジャガイモまたはトマト由来のプロテアーゼインヒビターIまたはII遺伝子の3’末端、CaMV 35Sターミネーター、tmlターミネーターおよびエンドウマメのrbcS E9ターミネーターを含む。さらに、天然の遺伝子における転写終結因子が使用され得る。ある実施形態では、実施例として後述するが、ノパリン合成酵素の転写終結因子が使用される。
(End of transcription)
In a preferred embodiment, a 3 ′ transcription termination sequence is incorporated downstream of the transgene to direct transcription termination and normalize polyadenylation of the mRNA transcript. Suitable transcription terminators are those known to function in plants, including but not limited to Agrobacterium tumefaciens nopaline synthase (NOS) and octopine synthase: OCS) gene, T7 transcript from octopine synthase gene, 3 ′ end of protease inhibitor I or II gene from potato or tomato, CaMV 35S terminator, tml terminator and pea rbcS E9 terminator. In addition, transcription termination factors in natural genes can be used. In one embodiment, a transcription terminator of nopaline synthase is used, which is described below as an example.
(選択マーカー)
選択マーカーは、形質転換体を選抜する手段を可能にするために、導入遺伝子の発現ベクターに通常含まれる。種々のタイプのマーカーが使用可能であるが、種々のネガティブセレクションマーカーが通常利用される。ネガティブセレクションマーカーは、形質転換されていない細胞を阻害し、または殺す選択剤に対する耐性を付与するマーカーを含み、例えば、抗生物質(例えばカナマイシン、ゲンタマイシン、アナマイシン(anamycin)、ハイグロマイシンおよびハイグロマイシンB)に対する耐性、または除草剤(例えばスルホニル尿素、グルホシネート(gulfosinate)、ホスフィノトリシンおよびグリフォセート)に対する耐性を付与する遺伝子を含む。スクリーニング可能なマーカーは、例えば、β−グルクロニダーゼをコードする遺伝子(Jefferson, 1987, Plant Mol. Biol. Rep 5: 387-405)、ルシフェラーゼをコードする遺伝子(Ow et al., 1986, Science 234: 856-859)およびアントシアニン色素の生産もしくは制御に関わるタンパク質をコードする種々の遺伝子(例えば米国特許第6,573,432号を参照)を含む。大腸菌のグルクロニダーゼ遺伝子(gus,gusAまたはuidA)は、植物の遺伝子導入において広く使用されてきた選択マーカーである。この大きな理由は、グルクロニダーゼ酵素の安定性、高い感受性および検出の容易性(例えば、蛍光定量的方法、分光光度的方法、種々の組織化学的方法)にある。さらに、最も高等な植物種には、検出可能なグルクロニダーゼが基本的に存在しない。
(Selection marker)
A selectable marker is usually included in the transgene expression vector to allow a means of selecting transformants. Various types of markers can be used, but various negative selection markers are usually utilized. Negative selection markers include markers that confer resistance to selective agents that inhibit or kill untransformed cells, such as antibiotics (eg, kanamycin, gentamicin, anamycin, hygromycin and hygromycin B). ), Or genes that confer resistance to herbicides (eg, sulfonylureas, gulfosinate, phosphinotricin and glyphosate). Screenable markers include, for example, a gene encoding β-glucuronidase (Jefferson, 1987, Plant Mol. Biol. Rep 5: 387-405), a gene encoding luciferase (Ow et al., 1986, Science 234: 856). -859) and various genes encoding proteins involved in the production or control of anthocyanin pigments (see, eg, US Pat. No. 6,573,432). The E. coli glucuronidase gene (gus, gusA or uidA) is a selectable marker that has been widely used in plant gene transfer. The main reason for this is the stability, high sensitivity and ease of detection of the glucuronidase enzyme (eg, fluorometric methods, spectrophotometric methods, various histochemical methods). Furthermore, there is essentially no detectable glucuronidase in the highest plant species.
(形質転換の手法およびシステム)
本発明における導入遺伝子の発現ベクターコンストラクトを、植物または植物細胞に導入するための種々の方法は、当業者によく知られており、あらゆる形質転換可能な植物または植物細胞が標的として利用され得る。
(Transformation methods and systems)
Various methods for introducing the transgene expression vector construct of the present invention into plants or plant cells are well known to those skilled in the art, and any transformable plant or plant cell can be used as a target.
アグロバクテリウムによって媒介される形質転換は、おそらく植物の遺伝子導入に利用される最も一般的な方法である。そして、アグロバクテリウムに媒介される、多数の植物における形質転換プロトコルは、広く文献に記載されている(例えば、Agrobacterium Protocols, Wan, ed., Humana Press, 2nd edition, 2006を参照)。アグロバクテリウム・ツメファシエンスは、腫瘤を誘導するDNA(「T−DNA」、「トランスファーDNA」)の小断片の植物細胞への挿入を介して、非常に多数の双子葉植物種において腫瘤(クラウンゴール疾患)を引き起こすグラム陰性土壌細菌である。T−DNAは、植物ゲノム中の半ランダムな位置に組み込まれ、そして最終的にそこに安定的に組み込まれ得る。T−DNAボーダーとよばれる直接繰り返しDNA配列が、T−DNAの左端および右端を規定している。T−DNAは、「バイナリーベクター」システムを作り出すために、Tiプラスミドの残りの部分から物理的に分離されることができる。 Agrobacterium-mediated transformation is perhaps the most common method utilized for plant gene transfer. And Agrobacterium-mediated transformation protocols in many plants have been extensively described in the literature (see, for example, Agrobacterium Protocols, Wan, ed., Humana Press, 2nd edition, 2006). Agrobacterium tumefaciens is found in a large number of dicotyledonous species through the insertion of a small fragment of DNA that induces the mass (“T-DNA”, “transfer DNA”) into plant cells. Gram-negative soil bacteria that cause disease). T-DNA is integrated at semi-random locations in the plant genome and can eventually be stably integrated there. Directly repetitive DNA sequences called T-DNA borders define the left and right ends of T-DNA. T-DNA can be physically separated from the rest of the Ti plasmid to create a “binary vector” system.
アグロバクテリウム形質転換は、双子葉植物、単子葉植物、およびこれらの細胞を安定的に形質転換するために使用され得る(Rogers et al., 1986, Methods Enzymol., 118: 627-641; Hernalsteen et al., 1984, EMBO J., 3: 3039-3041; Hoykass-Van Slogteren et al., 1984, Nature, 311: 763-764; Grimsley et al., 1987, Nature 325: 167-1679; Boulton et al., 1989, Plant Mol. Biol. 12: 31-40; Gould et al., 1991, Plant Physiol. 95: 426-434)。アグロバクテリアにDNAを導入する種々の方法が知られており、エレクトロポレーション、凍結融解法、および三親接合(triparental mating)を含む。外部DNAをアグロバクテリウム内に配置する最も効率的な方法は、エレクトロポレーションを介する方法である(Wise et al., 2006, Three Methods for the Introduction of Foreign DNA into Agrobacterium, Methods in Molecular Biology, vol. 343: Agrobacterium Protocols, 2/e, volume 1; Ed., Wang, Humana Press Inc., Totowa, NJ, pp. 43-53)。さらに、T−DNAの大部分は組み込まれないことを考慮すれば、アグロバクテリウムにより媒介される形質転換を使用することにより、組み込まれていない導入遺伝子コンストラクト分子の転写能力を介した導入遺伝子の一過的な発現を得ることができる(Helens et al., 2005, Plant Methods 1:13)。 Agrobacterium transformation can be used to stably transform dicotyledonous, monocotyledonous plants, and their cells (Rogers et al., 1986, Methods Enzymol., 118: 627-641; Hernalsteen et al., 1984, EMBO J., 3: 3039-3041; Hoykass-Van Slogteren et al., 1984, Nature, 311: 763-764; Grimsley et al., 1987, Nature 325: 167-1679; Boulton et al., 1989, Plant Mol. Biol. 12: 31-40; Gould et al., 1991, Plant Physiol. 95: 426-434). Various methods of introducing DNA into Agrobacterium are known, including electroporation, freeze-thaw methods, and triparental mating. The most efficient way to place external DNA in Agrobacterium is via electroporation (Wise et al., 2006, Three Methods for the Introduction of Foreign DNA into Agrobacterium, Methods in Molecular Biology, vol. 343: Agrobacterium Protocols, 2 / e, volume 1; Ed., Wang, Humana Press Inc., Totowa, NJ, pp. 43-53). Furthermore, given that most of the T-DNA is not integrated, the use of Agrobacterium-mediated transformation allows the transgene to be mediated through the transcriptional ability of the non-integrated transgene construct molecule. Transient expression can be obtained (Helens et al., 2005, Plant Methods 1:13).
多数のアグロバクテリウム形質転換ベクターおよび方法が記載されてきた(Karimi et al., 2002, Trends Plant Sci. 7(5): 193-5)。そして、これらの多くのベクターは商業的に手に入れることができる(例えばインビトロジェン,カールズバッド,CA)。さらに、より多くの「オープンソース」のアグロバクテリウム形質転換ベクターが使用可能である(例えばpCambiaベクター;Cambia,Canberra,Australia)。また、本明細書中に上述した「導入遺伝子コンストラクト」の項を参照されたい。さらに実施例に記載した特定の実施形態において、生育が向上したタバコおよびトマトのトランスジェニック植物を生成するために、Horschらのリーフディスク形質転換システム(Horsch et al.,1995, Science 227:1229-1231)において、pMON316由来のベクターが使用された。 A number of Agrobacterium transformation vectors and methods have been described (Karimi et al., 2002, Trends Plant Sci. 7 (5): 193-5). Many of these vectors are then commercially available (eg, Invitrogen, Carlsbad, CA). In addition, more “open source” Agrobacterium transformation vectors are available (eg, pCambia vectors; Cambia, Canberra, Australia). See also the section “Transgene Constructs” described hereinabove. In particular embodiments described in the Examples, the Horsch et al. Leaf disc transformation system (Horsch et al., 1995, Science 227: 1229-) is used to produce transgenic tobacco and tomato plants with improved growth. 1231), a vector derived from pMON316 was used.
本発明に係るトランスジェニック植物の生成に使用され得る、他に一般に使用される形質転換法は、限定されないが、微粒子銃(microprojectile bombardmentもしくはbiolistic)形質転換法、カルシウムによるネイキッドDNAのプロトプラスト形質転換、ポリエチレングリコール(PEG)またはエレクトロポレーション(Paszkowski et al., 1984, EMBO J. 3: 2727-2722; Potrykus et al., 1985, Mol. Gen. Genet. 199: 169-177; Fromm et al., 1985, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 82: 5824-5828; Shimamoto et al., 1989, Nature, 338: 274-276)を含む。 Other commonly used transformation methods that can be used to generate transgenic plants according to the present invention include, but are not limited to, microprojectile bombardment or biolistic transformation methods, protoplast transformation of naked DNA with calcium, Polyethylene glycol (PEG) or electroporation (Paszkowski et al., 1984, EMBO J. 3: 2727-2722; Potrykus et al., 1985, Mol. Gen. Genet. 199: 169-177; Fromm et al., 1985, Proc. Nat. Acad. Sci. USA 82: 5824-5828; Shimamoto et al., 1989, Nature, 338: 274-276).
微粒子銃形質転換は、DNAによってコートされた数百万個の金属粒子を、微粒子銃装置(もしくは「遺伝子銃」)を用いて標的の細胞または組織に注入する。様々な種類の微粒子銃が商業的に入手可能である。いったん細胞中に入れば、DNAが粒子から溶出され、一部が安定的に細胞の1つ以上のクロモソーム中に組み込まれ得る(レビューのために、Kikkert et al., 2005, Stable Transformation of Plant Cells by Particle Bombardment/Biolistics, in: Methods in Molecular Biology, vol. 286: Transgenic Plants: Methods and Protocols, Ed. L. Pena, Humana Press Inc., Totowa, NJを参照)。 Microparticle gun transformation involves injecting millions of metal particles coated with DNA into target cells or tissues using a microparticle gun apparatus (or “gene gun”). Various types of particle guns are commercially available. Once in the cell, the DNA is eluted from the particle and a portion can be stably incorporated into one or more chromosomes of the cell (for review, Kikkert et al., 2005, Stable Transformation of Plant Cells by Particle Bombardment / Biolistics, in: Methods in Molecular Biology, vol. 286: Transgenic Plants: Methods and Protocols, Ed. L. Pena, Humana Press Inc., Totowa, NJ).
エレクトロポレーションは、短い、高強度の電場を利用して、細胞膜の脂質二重層を可逆的に透過可能にする技術である(例えば、Fisk and Dandekar, 2005, Introduction and Expression of Transgenes in Plant Protoplasts, in: Methods in Molecular Biology, vol. 286: Transgenic Plants: Methods and Protocols, Ed. L. Pena, Humana PressInc., Totowa, NJ, pp. 79-90; Fromm et al.,1987, Electroporation of DNA and RNA into plant protoplasts, in Methods in Enzymology, Vol. 153, Wu and Grossman, eds., Academic Press, London, UK, pp. 351-366; Joersbo and Brunstedt, 1991, Electroporation: mechanism and transient expression, stable transformation and biological effects in plant protoplasts. Physiol. Plant. 81, 256-264; Bates, 1994, Genetic transformation of plants by protoplast electroporation. Mol. Biotech. 2: 135-145; Dillen et al., 1998, Electroporation-mediated DNA transfer to plant protoplasts and intact plant tissues for transient gene expression assays, in Cell Biology, Vol. 4, ed., Celis, Academic Press, London, UK, pp. 92-99を参照)。この技術は、細胞膜に水溶性の細孔を作り出すことにより行なう。細孔は、DNA分子(および他の高分子)が細胞に入るのに充分な大きさのサイズである。そして、導入遺伝子発現コンストラクト(T−DNA等)は、植物ゲノムDNA中に安定的に組み込まれることができ、形質転換細胞の生成が導かれ、その後に形質転換細胞はトランスジェニック植物に再生され得る。 Electroporation is a technique that reversibly permeates the lipid bilayer of cell membranes using a short, high-intensity electric field (eg, Fisk and Dandekar, 2005, Introduction and Expression of Transgenes in Plant Protoplasts, in: Methods in Molecular Biology, vol. 286: Transgenic Plants: Methods and Protocols, Ed. L. Pena, Humana Press Inc., Totowa, NJ, pp. 79-90; Fromm et al., 1987, Electroporation of DNA and RNA into plant protoplasts, in Methods in Enzymology, Vol. 153, Wu and Grossman, eds., Academic Press, London, UK, pp. 351-366; Joersbo and Brunstedt, 1991, Electroporation: mechanism and transient expression, stable transformation and biological Effects in plant protoplasts. Physiol. Plant. 81, 256-264; Bates, 1994, Genetic transformation of plants by protoplast electroporation. Mol. Biotech. 2: 135-145; Dillen et al., 1998, Electroporation-mediated DNA transfer to plant protoplasts and intact plant tissues for transient gene expression ass ays, in Cell Biology, Vol. 4, ed., Celis, Academic Press, London, UK, pp. 92-99). This technique is performed by creating water-soluble pores in the cell membrane. The pores are large enough to allow DNA molecules (and other macromolecules) to enter the cell. A transgene expression construct (such as T-DNA) can then be stably integrated into plant genomic DNA, leading to the generation of transformed cells, which can then be regenerated into transgenic plants. .
より新しい形質転換法は、いわゆる「フローラルディップ(floral dip)」法を含む。フローラルディップ法は、他の一般に使用される全ての形質転換方法のように植物組織培養が要求されず、単純性が期待される(Bent et al., 2006, Arabidopsis thaliana Floral Dip Transformation Method, Methods Mol Biol, vol. 343: Agrobacterium Protocols, 2/e, volume 1; Ed., Wang, Humana Press Inc., Totowa, NJ, pp. 87-103; Clough and Bent, 1998, Floral dip: a simplified method for Agrobacterium-mediated transformation of Arabidopsis thaliana, Plant J. 16: 735-743)。しかしながら、シロイヌナズナを除いて、これらの方法は、広範囲の種類の植物種にわたって広く使用されていない。簡単にいえば、フローラルディップによる形質転換は、アグロバクテリウム・ツメファシエンスの適切な菌株を用いて、開花している植物を浸漬し、もしくは開花している植物に噴霧することにより成し遂げられる。その後、3つのT0植物から回収した種子を発芽させ、トランスジェニックT1個体を同定して選択した。実施例16は、花の浸漬によりシロイヌナズナを接種し、トランスジェニックシロイヌナズナ植物を生成したことを示す。 Newer transformation methods include the so-called “floral dip” method. The floral dip method, like all other commonly used transformation methods, does not require plant tissue culture and is expected to be simple (Bent et al., 2006, Arabidopsis thaliana Floral Dip Transformation Method, Methods Mol Biol, vol. 343: Agrobacterium Protocols, 2 / e, volume 1; Ed., Wang, Humana Press Inc., Totowa, NJ, pp. 87-103; Clough and Bent, 1998, Floral dip: a simplified method for Agrobacterium -mediated transformation of Arabidopsis thaliana, Plant J. 16: 735-743). However, except for Arabidopsis, these methods are not widely used across a wide variety of plant species. Briefly, transformation by floral dip is accomplished by dipping a flowering plant or spraying the flowering plant with a suitable strain of Agrobacterium tumefaciens. Thereafter, seeds collected from the three T 0 plants were germinated, and transgenic T 1 individuals were identified and selected. Example 16 shows that Arabidopsis plants were inoculated by dipping flowers to produce transgenic Arabidopsis plants.
他の形質転換法は、アグロバクテリウムベクター等を用いて、生育中の植物の種子または苗を形質転換させる方法を含む。例えば、このようなベクターは、ベクター(すなわちアグロバクテリア)の懸濁液または混合物を、生育中の種子のさやにおける空洞中に直接的に注入することによって、生育中の種子を形質転換するために使用し得る(Wang and Waterhouse, 1997, Plant Mol. Biol. Reporter 15: 209-215)。苗は、Yasseem, 2009, Plant Mol. Biol. Reporter 27: 20-28に記載のように形質転換され得る。発芽した種子は、Chee et al., 1989, Plant Pysiol. 91: 1212-1218に記載のように形質転換され得る。ベクターが果実または生育中の果実内に注入される果実内部法もまた使用し得る。他の形質転換法は、花器官をベクター接種のための標的とする方法、例えば花接種法などをも含む。 Other transformation methods include a method of transforming seeds or seedlings of a growing plant using an Agrobacterium vector or the like. For example, such vectors can be used to transform growing seeds by directly injecting a suspension or mixture of the vector (ie, Agrobacterium) into a cavity in the growing seed pod. Can be used (Wang and Waterhouse, 1997, Plant Mol. Biol. Reporter 15: 209-215). Seedlings can be transformed as described in Yasseem, 2009, Plant Mol. Biol. Reporter 27: 20-28. Germinated seed may be transformed as described in Chee et al., 1989, Plant Pysiol. 91: 1212-1218. A fruit internal method in which the vector is injected into the fruit or growing fruit may also be used. Other transformation methods also include methods that target floral organs for vector inoculation, such as flower inoculation methods.
上述した植物形質転換法は、導入遺伝子を多くの種類の植物細胞および組織に導入するために使用され得る。植物細胞および組織は、限定されないが、植物全体、葉緑体を含む組織および器官の移植片、葉緑体を含む組織および器官の移植片、開花組織および細胞、プロトプラスト、分裂組織細胞、カルス、小胞子などの未成熟の胚および配偶子細胞、花粉、精子および卵細胞、上述した組織の培養細胞、再生された繁殖性のトランスジェニック植物が生成され得る他のあらゆる細胞を含む。カルスは、組織源から生じる。組織源は、限定されないが、未成熟の胚、苗の頂端分裂組織、小胞子などを含む。カルスとして増殖可能な細胞もまた、遺伝的形質転換を受ける細胞である。 The plant transformation methods described above can be used to introduce transgenes into many types of plant cells and tissues. Plant cells and tissues include, but are not limited to, whole plants, transplants of tissues and organs including chloroplasts, transplants of tissues and organs including chloroplasts, flowering tissues and cells, protoplasts, meristem cells, callus, This includes immature embryos and gametes, such as microspores, pollen, sperm and egg cells, cultured cells of the tissues described above, and any other cells from which regenerated, reproductive transgenic plants can be generated. Callus arises from tissue sources. Tissue sources include, but are not limited to, immature embryos, seedling apical meristems, microspores, and the like. Cells that can grow as callus are also cells that undergo genetic transformation.
形質転換された植物細胞、組織および器官から個々の植物を再生する方法は、多くの植物種について知られており、かつ記載されている。 Methods for regenerating individual plants from transformed plant cells, tissues and organs are known and described for many plant species.
例として、形質転換された小植物(形質転換細胞または組織由来)を、形質転換法に使用する選択剤(つまり、カナマイシンなどの抗生物質)が添加された植え付け可能な生育培地において培養する。この形質転換された小植物を、根を下ろした後に土壌に移し、十分に成長させる。開花した後、成熟植物に好ましくは自家受粉させる。そして、その結果生じた種子を回収し、次の世代を生育させるために使用する。実施例3〜6は、トランスジェニックタバコ植物およびトランスジェニックトマト植物の再生について記載する。 By way of example, transformed plantlets (derived from transformed cells or tissues) are cultured in an implantable growth medium supplemented with a selective agent (ie, an antibiotic such as kanamycin) used in the transformation method. This transformed plantlet is transferred to soil after rooting and allowed to grow fully. After flowering, mature plants are preferably self-pollinated. The resulting seed is then collected and used to grow the next generation. Examples 3-6 describe the regeneration of transgenic tobacco plants and transgenic tomato plants.
T0トランスジェニック植物は、第1の形質転換体もしくは第2の形質転換体の自家受粉によって、または他の植物(形質転換植物もしくは非形質転換植物)の第1もしくは第2の形質転換体の雌雄交雑によって、次の世代(例えば、T1、T2など)を生成するために使用され得る。 The T 0 transgenic plant can be produced by self-pollination of the first or second transformant or of the first or second transformant of another plant (transformed or non-transformed plant). It can be used to generate the next generation (eg, T 1 , T 2, etc.) by sexing.
(生育が向上されたトランスジェニック植物の選抜)
トランスジェニック植物は、標準的な方法を用いて選抜され、スクリーニングされ、そして同定され得る。本発明の好ましいトランスジェニック植物は、向上された生育および/または他の所望の農学的性質を示す1つ以上の表現型の特徴を提示し得る。トランスジェニック植物は、通常、形質転換体を選抜するために、選択圧下で再生され、その後にトランスジェニック植物生成が行なわれる。さらに、使用される選択圧は、所望の導入遺伝子発現コンストラクトまたはカセットの存在を確認するために、T0世代を超えて使用され得る。
(Selection of transgenic plants with improved growth)
Transgenic plants can be selected, screened and identified using standard methods. Preferred transgenic plants of the present invention may exhibit one or more phenotypic characteristics that exhibit improved growth and / or other desired agronomic properties. Transgenic plants are usually regenerated under selective pressure to select for transformants, followed by transgenic plant production. Further, the selection pressure used in order to confirm the presence of desired transgene expression construct or cassette may be used in excess of T 0 generation.
T0形質転換された植物細胞、カルス、組織または植物は、形質転換に用いる導入遺伝子発現コンストラクトに含まれるマーカー遺伝子の遺伝的組成物、および/またはマーカー遺伝子によりコードされる表現型の特徴を選抜し、またはスクリーニングすることにより、同定され、かつ単離され得る。例えば、遺伝的コンストラクトによって耐性を付与することができる抗生物質または除草剤の成長抑圧的な量を含む生育培地において、形質転換されている可能性のある植物、組織または細胞を生育させることによって、選抜が行なわれ得る。さらに、形質転換された植物細胞、組織および植物は、導入遺伝子発現コンストラクト内に存在し得るマーカー遺伝子(すなわち、β−グルクロニダーゼ)の活性をスクリーニングすることによっても同定され得る。 A T 0 transformed plant cell, callus, tissue or plant selects for the genetic composition of the marker gene contained in the transgene expression construct used for transformation and / or the phenotypic characteristics encoded by the marker gene Or can be identified and isolated by screening. For example, by growing a potentially transformed plant, tissue or cell in a growth medium containing a growth-suppressing amount of an antibiotic or herbicide that can be tolerated by a genetic construct Selection can be made. In addition, transformed plant cells, tissues and plants can also be identified by screening for the activity of a marker gene (ie, β-glucuronidase) that may be present in the transgene expression construct.
周知のとおり、所望の導入遺伝子発現コンストラクトを含む植物を同定するために、種々の物理的方法および生化学的方法が使用され得る。これらの方法の具体例は、例えば、導入遺伝子、導入遺伝子発現コンストラクトまたはその要素を同定するためのサザンブロット解析または種々の核酸増幅法(いわゆるPCR)、RNA転写産物を検出しかつ決定するためのノザンブロッティング、S1 RNase保護法、逆転写酵素PCR(RT−PCR)増幅法、導入遺伝子によってコードされかつ発現されるタンパク質を同定するためのタンパク質ゲル電気泳動、ウェスタンブロッティング、免疫沈降、および酵素免疫測定などが用いられ得る。 As is well known, various physical and biochemical methods can be used to identify plants containing the desired transgene expression construct. Specific examples of these methods include, for example, Southern blot analysis or various nucleic acid amplification methods (so-called PCR) to identify transgenes, transgene expression constructs or elements thereof, for detecting and determining RNA transcripts. Northern blotting, S1 RNase protection, reverse transcriptase PCR (RT-PCR) amplification, protein gel electrophoresis to identify proteins encoded and expressed by transgenes, Western blotting, immunoprecipitation, and enzyme immunoassays Etc. can be used.
他の手段では、形質転換体を同定するために、標的植物における導入遺伝子の発現により改変されることが知られている遺伝子、タンパク質および/または代謝化合物の発現量が使用され得る。本発明に係る一実施形態において、シグナル代謝産物2−オキソグルタラメートの量の増加は、所望の形質転換体をスクリーニングするために使用され得る。 In other means, the expression levels of genes, proteins and / or metabolic compounds known to be modified by transgene expression in the target plant can be used to identify transformants. In one embodiment according to the invention, an increase in the amount of signal metabolite 2-oxoglutaramate can be used to screen for desired transformants.
最後に、本発明の形質転換植物は、向上された生育および/または他の所望の農学的性質を用いてスクリーニングされ得る。実際、特にその後の自家受粉、異種交配および戻し交配による植物を同定する際には、最も速い生育速度、最も高い種子の収量などを有する形質転換ラインを同定するために、ある一定の表現型のスクリーニングが通常望ましい。この目的のために、種々のパラメータが使用できる。パラメータは、限定されないが、生育速度、全生体重、乾燥重量、種子および果実の収量(数、重量)、種子および/または種子のさやのサイズ、種子のさやの収量(例えば数、重量)、葉のサイズ、植物のサイズ、開花の向上、開花の時期、全体のタンパク質量(種子、果実、植物組織内)、特定のタンパク質量(すなわちGS)、窒素量、遊離アミノ酸、および特定の代謝化合物量(すなわち2−オキソグルタラメート)を含む。一般的に、これらの表現型の測定値は、親と同一もしくは類似の植物ライン、形質転換されていない植物と同一もしくは類似の植物、または野生型植物と同一もしくは類似の植物(すなわち、標準の植物もしくは親植物)から得られた測定値と比較される。好ましくは、そして少なくとも最初に、標的トランスジェニック植物における選択された表現型の特徴の測定は、標準の植物もしくは親植物における同じ特徴の測定と並行に行なわれる。通常、特定の表現型の特徴について、トランスジェニック植物における表現型の好ましさおよび/または優位性を確立するために、複数の植物が使用される。 Finally, the transformed plants of the present invention can be screened using improved growth and / or other desired agronomic properties. In fact, especially when identifying plants by subsequent self-pollination, cross-breeding and backcrossing, to identify transformation lines with the fastest growth rate, highest seed yield, etc. Screening is usually desirable. Various parameters can be used for this purpose. Parameters include, but are not limited to, growth rate, total body weight, dry weight, seed and fruit yield (number, weight), seed and / or seed pod size, seed pod yield (eg, number, weight), Leaf size, plant size, flowering improvement, timing of flowering, overall protein content (seed, fruit, in plant tissue), specific protein content (ie GS), nitrogen content, free amino acids, and specific metabolic compounds Amount (ie 2-oxoglutarate). In general, these phenotypic measurements are taken from the same or similar plant line as the parent, the same or similar plant as the non-transformed plant, or the same or similar plant as the wild type plant (ie, standard Compared to measurements obtained from plants or parent plants). Preferably, and at least initially, the measurement of the selected phenotypic characteristic in the target transgenic plant is performed in parallel with the measurement of the same characteristic in the standard plant or the parent plant. Typically, multiple plants are used to establish phenotypic preferences and / or dominance in transgenic plants for specific phenotypic characteristics.
好ましくは、最初の形質転換体は、導入遺伝子の遺伝子型が先祖の形質を維持する(すなわち、植物が、導入遺伝子について同型となる)まで、選択された後にT1およびこれに続く世代を自家受粉により生成するために使用される。実際には、これは、各世代について自家受粉させ、各世代において所望の形質についてスクリーニングし、そしてそれら個々を自家受粉させること(たいてい繰り返し(すなわち、3または4世代))により成し遂げられる。 Preferably, the first transformant will autologize T 1 and subsequent generations after selection until the transgene genotype maintains the ancestral trait (ie, the plant is homozygous for the transgene). Used to produce by pollination. In practice, this is accomplished by self-pollination for each generation, screening for the desired traits in each generation, and self-pollination of each of them (usually repeated (ie, 3 or 4 generations)).
安定なトランスジェニックラインは、いくつもの所望の形質を有する変種を作り出すために交雑され、かつ戻し交配されてもよい。変種は、積み重ねられた導入遺伝子を有する変種、導入遺伝子のマルチコピーを有する変種などを含む。種々の一般的な育種方法は当業者に公知である(例えば、Breeding Method for Cultivar Development, Wilcox J. ed., American Society of Agronomy, Madison Wis. (1987)を参照)。さらに、安定なトランスジェニック植物は、これらの植物に導入遺伝子もしくは親の導入遺伝子のさらなるコピーをさらに形質転換することによって、遺伝的にさらに改変されてもよい。また、所定の導入遺伝子もしくは複数の導入遺伝子のマルチコピーを導入する形質転換を1回行なうことによって、トランスジェニック植物を作り出すことが検討される。 Stable transgenic lines may be crossed and backcrossed to produce variants with any number of desired traits. Variants include variants with stacked transgenes, variants with multiple copies of the transgene, and the like. Various general breeding methods are known to those skilled in the art (see, for example, Breeding Method for Cultivar Development, Wilcox J. ed., American Society of Agronomy, Madison Wis. (1987)). In addition, stable transgenic plants may be further genetically modified by further transforming these plants with additional copies of the transgene or parental transgene. It is also contemplated to create a transgenic plant by performing a single transformation that introduces a given transgene or multiple copies of a plurality of transgenes.
〔実施例〕
本発明の様々な態様を、いくつかの実施例によりさらに記載および説明するが、いずれも本発明の範囲を限定するものではない。
〔Example〕
Various aspects of the invention are further described and illustrated by means of several examples, which are not intended to limit the scope of the invention.
<実施例1:シロイヌナズナのグルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼ(GPT)遺伝子の単離>
シグナル代謝産物である2−オキソグルタラメートの合成に直接的に関与する植物酵素を見出す試みとして、出願人らは、推定される植物酵素が、2−オキソグルタラメートの合成に関与していると特徴づけられているヒトのタンパク質と、ある程度の構造上の関連性を有しているであろうとの仮説を立てた。ヒトのパンパク質であるグルタミントランスアミナーゼK(E.C.2.6.1.64)(文献では、システイン共役β―リアーゼ、キヌレニンアミノトランスフェラーゼ、グルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼ、等ともいわれている)は、ハロゲン化した生体異物のシステイン共役の処理に関与していることがわかっている(Perry et al., 1995, FEBS Letters 360:277-280)。ヒトのシステイン共役β―リアーゼは、窒素同化に関与する活性を有するよりも、むしろヒトおよび動物において解毒活性を有する(上述のCooper and Meister, 1977)。とはいえ、2−オキソグルタラメートの合成におけるこのタンパク質の潜在的な関与は重要であった。
<Example 1: Isolation of Arabidopsis glutamine phenylpyruvate transaminase (GPT) gene>
In an attempt to find a plant enzyme that is directly involved in the synthesis of the signal metabolite 2-oxoglutaramate, Applicants have found that the putative plant enzyme is involved in the synthesis of 2-oxoglutaramate. It was hypothesized that it might have some degree of structural association with the human protein that is characterized as Glutamine transaminase K (EC 2.6.1.64) which is a human protein (also referred to in the literature as cysteine-conjugated β-lyase, kynurenine aminotransferase, glutamine phenylpyruvate transaminase, etc.) It has been shown to be involved in the processing of cysteine conjugation of halogenated xenobiotics (Perry et al., 1995, FEBS Letters 360: 277-280). Human cysteine-conjugated β-lyase has detoxifying activity in humans and animals rather than having an activity involved in nitrogen assimilation (Cooper and Meister, 1977, supra). Nevertheless, the potential involvement of this protein in the synthesis of 2-oxoglutaramate was important.
ヒトのシステイン共役β―リアーゼのタンパク質配列を用いて、TIGRシロイヌナズナ植物のタンパク質配列のデータベースを検索して、関連する可能性がある1つの配列、すなわち、シロイヌナズナの遺伝子のAt1q77670に位置する部分的な配列によりコードされるポリペプチドを同定した。このポリペプチドは、アライメントした領域で約36%の配列相同性を共有する。 Using the protein sequence of human cysteine-coupled β-lyase, a database of protein sequences of TIGR Arabidopsis plants is searched to find one possible related sequence, a partial located at At1q77670 of the Arabidopsis gene. The polypeptide encoded by the sequence was identified. This polypeptide shares approximately 36% sequence homology in the aligned region.
全長の遺伝子コーディング領域は、下記のプライマーによりシロイヌナズナのcDNAライブラリーから増幅した。 The full-length gene coding region was amplified from an Arabidopsis thaliana cDNA library using the following primers.
5’- CCCATCGATGTACC TGGACATAAATGGTGTGATG-3’ [配列番号32]
5’- GATGGTACCTCAGACTTTTCTCTTAAGCTTCTGCTTC-3’ [配列番号33]
これらのプライマーは、後述のトランスジェニック植物を作成するための発現ベクターでのサブクローニングを促進するため、ClaI(ATCGAT)およびKpnI(GGTACC)の制限酵素部位を含むように設計した。TaKaRa ExTaq DNAポリメラーゼ酵素を用いて、次の条件により高性能のPCRを行なった:まず94℃で4分間変性し、94℃で30秒間の変性、55℃で30秒間のアニーリング、および72℃で90秒の伸長反応を30サイクル行ない、最後に72℃で7分間伸長反応させる。増幅産物はClaIおよびKpnI制限酵素で切断し、アガロースゲル電気泳動法で単離して、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV:cauliflower mosaic virus)35Sの構成的プロモーターおよびノパリンシンターゼ(NOS:nopaline synthase)3’ターミネーターを含むベクターpMon316(Rogers, et. al. 1987 Methods in Enzymology 153:253-277)にライゲーションした。ライゲーション産物をDH5α細胞に形質転換し、挿入されたことを確認するために形質転換体の配列を決定した。
5'- CCCATCGATGTACC TGGACATAAATGGTGTGATG-3 '[SEQ ID NO: 32]
5'-GATGGTACCTCAGACTTTTCTCTTAAGCTTCTGCTTC-3 '[SEQ ID NO: 33]
These primers were designed to include ClaI (ATCGAT) and KpnI (GGTACC) restriction enzyme sites in order to facilitate subcloning with expression vectors to create the transgenic plants described below. High performance PCR was performed using TaKaRa ExTaq DNA polymerase enzyme under the following conditions: first denatured at 94 ° C. for 4 minutes, denatured at 94 ° C. for 30 seconds, annealed at 55 ° C. for 30 seconds, and at 72 ° C. A 90 second extension reaction is performed for 30 cycles, and finally an extension reaction is performed at 72 ° C. for 7 minutes. The amplified product was cleaved with ClaI and KpnI restriction enzymes, isolated by agarose gel electrophoresis, and then cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S constitutive promoter and nopaline synthase (NOS) 3 ′ terminator. Was ligated to the vector pMon316 (Rogers, et. Al. 1987 Methods in Enzymology 153: 253-277) containing The ligation product was transformed into DH5α cells and the transformant sequence was determined to confirm insertion.
1.3kbのcDNAを単離して配列を決定したところ、推定される葉緑体のシグナル配列を含む、長さ440アミノ酸の全長タンパク質をコードすることを見出した。 A 1.3 kb cDNA was isolated and sequenced and found to encode a full length protein of 440 amino acids in length, including the putative chloroplast signal sequence.
<実施例2:生物学的に活性なシロイヌナズナのグルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼの産生>
上述の実施例1に記載したように、単離したcDNAによりコードされたタンパク質が、2−オキソグルタラメートの合成を触媒することが可能か否かを調べるため、当該cDNAを大腸菌で発現させて、2−オキソグルタラメートの合成能を標準的な方法で検定した。
Example 2: Production of biologically active Arabidopsis glutamine phenylpyruvate transaminase
As described in Example 1 above, to determine whether the protein encoded by the isolated cDNA can catalyze the synthesis of 2-oxoglutaramate, the cDNA is expressed in E. coli. Thus, the ability to synthesize 2-oxoglutaramate was assayed by standard methods.
(2−オキソグルタラメートのNMRアッセイ)
簡潔にいえば、精製したタンパク質の産物を、150mM Tris−HCl(pH8.5)、1mM β−メルカプトエタノール、200mM グルタミン、100mM グリオキシル酸および200μM ピリドキサル5’−リン酸を含む反応液に加えた。試験するタンパク質を加えていない反応液をコントロールとして用いた。試験反応液およびコントロール反応液を37℃で20時間インキュベートし、遠心分離によって浄化して沈殿物を取り除いた。化学的に合成した標準の2−オキソグルタラメートを参照として、13CNMRを用いて、2−オキソグルタラメートの存在と量を分析するために上清を試験した。反応産物は2−オキソグルタラメートおよびグリシンであり、一方、基質(グルタミンおよびグリオキシル酸)は存在比が減少した。サイクリック2−オキソグルタラメートは、オープンチェーンのグルタミン前駆体から容易に区別できる、まったく異なるシグナルを生じさせた。
(NMR assay of 2-oxoglutaramate)
Briefly, the purified protein product was added to a reaction containing 150 mM Tris-HCl (pH 8.5), 1 mM β-mercaptoethanol, 200 mM glutamine, 100 mM glyoxylic acid and 200 μM pyridoxal 5′-phosphate. A reaction solution to which the protein to be tested was not added was used as a control. The test reaction solution and the control reaction solution were incubated at 37 ° C. for 20 hours and purified by centrifugation to remove precipitates. The supernatant was tested to analyze the presence and amount of 2-oxoglutaramate using 13 C NMR, with reference to chemically synthesized standard 2-oxoglutaramate. The reaction products were 2-oxoglutaramate and glycine, while the substrate (glutamine and glyoxylic acid) decreased in abundance. Cyclic 2-oxoglutaramate produced an entirely different signal that was easily distinguishable from the open chain glutamine precursor.
(2−オキソグルタラメートのHPLCアッセイ)
GPT活性に関する代替的なアッセイは、Calderon et al., 1985, J Bacteriol 161(2): 807-809の変性に続いて、HPLCを用いて2−オキソグルタラメート産物を測定した。簡潔にいえば、25mM Tris−HCl(pH8.5)、1mM EDTA、20μM FAD、10mM システインおよび〜1.5%(v/v)メルカプトエタノールを含む、変性抽出バッファーを用いた。検査物質からの組織サンプル(すなわち、植物組織)を約1/3の比率(w/v)で抽出バッファーに加え、37℃で30分間インキュベートし、200μMの20%TCAによって停止させた。約5分後、アッセイ溶液を遠心分離し、その上清を用いてHPLC(0.01N H2SO4の移動相、約0.2ml/minの流速、40℃、でのION−300 7.8mm ID X 30cm L columnを用いる)によって2−オキソグルタラメートを定量した。注入量は約20μlであり、保持時間はおよそ38分から39分である。検出は210nmのUV光で行なう。
(HPLC assay of 2-oxoglutaramate)
An alternative assay for GPT activity measured 2-oxoglutaramate product using HPLC following denaturation of Calderon et al., 1985, J Bacteriol 161 (2): 807-809. Briefly, a denaturing extraction buffer containing 25 mM Tris-HCl (pH 8.5), 1 mM EDTA, 20 μM FAD, 10 mM cysteine and ˜1.5% (v / v) mercaptoethanol was used. Tissue samples from the test substances (ie plant tissues) were added to the extraction buffer at a ratio of about 1/3 (w / v), incubated for 30 minutes at 37 ° C. and stopped with 200 μM 20% TCA. After about 5 minutes, the assay solution is centrifuged and the supernatant is used to HPLC (ION-300 at a mobile phase of 0.01 NH 2 SO 4 , flow rate of about 0.2 ml / min, 40 ° C.) 2-oxoglutaramate was quantified by using 8 mm ID X 30 cm L column). The injection volume is about 20 μl and the retention time is approximately 38 to 39 minutes. Detection is performed with 210 nm UV light.
(NMRアッセイの結果)
本実験は、試験タンパク質が2−オキソグルタラメートの合成を触媒することができるということを証明した。ゆえに、これらのデータは、単離したcDNAが、植物において2−オキソグルタラメートの合成に直接的に関与するグルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼをコードするということを示す。よって、試験タンパク質はシロイヌナズナのグルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼ、すなわちGPTといえる。
(Result of NMR assay)
This experiment demonstrated that the test protein can catalyze the synthesis of 2-oxoglutaramate. Thus, these data indicate that the isolated cDNA encodes a glutamine phenylpyruvate transaminase that is directly involved in the synthesis of 2-oxoglutaramate in plants. Therefore, the test protein can be said to be Arabidopsis glutamine phenylpyruvate transaminase, that is, GPT.
シロイヌナズナGPTのコード配列のヌクレオチド配列を配列番号1に示す。GPTパンパク質の翻訳されたアミノ酸配列を、配列番号2に示す。 The nucleotide sequence of the coding sequence of Arabidopsis GPT is shown in SEQ ID NO: 1. The translated amino acid sequence of GPT protein is shown in SEQ ID NO: 2.
<実施例3:シロイヌナズナのGPTを過剰発現するトランスジェニックタバコ植物の作成>
(植物の発現ベクターpMON−PJUの生成)
簡潔に、植物の発現ベクターpMon316−PJUを以下のように作製した。単離したシロイヌナズナのGPTをコードするcDNA(実験例1)をpMon316ベクターのClaI−KpnIポリリンカー部位に入れて、クローニングした。これにより、GPT遺伝子は、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)35Sプロモーターおよびノパリンシンターゼ(NOS)転写ターミネーターの制御下におかれる。選択マーカーを提供するためにカナマイシン耐性遺伝子を加えた。
<Example 3: Production of transgenic tobacco plants overexpressing Arabidopsis GPT>
(Generation of plant expression vector pMON-PJU)
Briefly, a plant expression vector pMon316-PJU was prepared as follows. The isolated cDNA encoding GPT of Arabidopsis thaliana (Experimental Example 1) was inserted into the ClaI-KpnI polylinker site of the pMon316 vector and cloned. This places the GPT gene under the control of the cauliflower mosaic virus (CaMV) 35S promoter and the nopaline synthase (NOS) transcription terminator. A kanamycin resistance gene was added to provide a selectable marker.
(アグロバクテリウムを介した植物の形質転換)
pMON−PJUおよびコントロールベクターpMon316(挿入したDNAなし)は標準的なエレクトロポレーション法(McCormac et al., 1998, Molecular Biotechnology 9:155-159)を用いてアグロバクテリウム・ツメファシエンス株のpTiTT37ASEに形質転換し、続いて抗生物質スペクチノマイシン(100μg/ml)およびカナマイシン(50μg/ml)を含んだLBプレートに塗り広げた。アグロバクテリウムの抗生物質耐性コロニーをPCRによって試験し、プラスミドを含むことを確認した。
(Plant transformation via Agrobacterium)
pMON-PJU and control vector pMon316 (without inserted DNA) were transformed into pTiTT37ASE of the Agrobacterium tumefaciens strain using standard electroporation methods (McCormac et al., 1998, Molecular Biotechnology 9: 155-159). Conversion was followed by spreading on LB plates containing the antibiotics spectinomycin (100 μg / ml) and kanamycin (50 μg / ml). Antibiotic resistant colonies of Agrobacterium were tested by PCR and confirmed to contain the plasmid.
ニコチアナ・タバカムcvクサンチ(Nicotiana tabacum cv Xanthi)植物を、Horschらのリーフディスク形質転換法(Horsch et al.,1995, Science 227:1229-1231)を用いて、アグロバクテリウムを形質転換したpMON−PJUにより形質転換させた。つまり、無菌のリーフディスクに接種し、2日間培養して、100μg/mlのカナマイシンおよび500μg/mlのクラファラン(clafaran)を含んでいる選択MS培地に移植した。選択培地中で根を形成する能力により形質転換体を確認した。 Nicotiana tabacum cv Xanthi plants were transformed into Agrobacterium using Horsch et al., 1995, Science 227: 1229-1231 using the leaf disc transformation method of Horsch et al. Transformation was performed with PJU. Briefly, a sterile leaf disc was inoculated, cultured for 2 days, and transferred to selective MS medium containing 100 μg / ml kanamycin and 500 μg / ml clafaran. Transformants were confirmed by their ability to form roots in selective media.
(GPTトランスジェニックタバコ植物の生成)
無菌の葉の切片を、Murashige&Skoog(M&S)培地上でカルスに発達させ、そこから形質転換小植物体が出現した。そして、これらの小植物体を発根可能な選択培地(選択試薬としてカナマイシンを含むM&S培地)に移植した。その後、正常で、発根した、形質転換したタバコの小植物体を土壌に移植し、成熟期まで生育させて、花が咲いた植物を自家受精させて、得られた種子を収穫した。成長期の間、植物の成長表現型を調べ、多くの若いトランスジェニック植物でCO2固定速度を測定した。
(Generation of GPT transgenic tobacco plants)
Sterile leaf sections were developed into callus on Murashige & Skog (M & S) medium from which transformed plantlets emerged. Then, these plantlets were transplanted to a selective medium capable of rooting (M & S medium containing kanamycin as a selective reagent). Thereafter, normal, rooted, transformed tobacco plantlets were transplanted to soil, grown to maturity, and flowered plants were self-fertilized and the resulting seeds were harvested. During growth, the growth phenotype of the plants was examined and the CO 2 fixation rate was measured in many young transgenic plants.
(T1およびT2世代のGPTトランスジェニック植物の生成)
トランスジェニックタバコ植物のT0世代から収穫した種子を、カナマイシン(100mg/L)を含むM&S培地で発芽させて、導入遺伝子の質を高めた。種子のうち少なくとも1/4がこの培地で発芽せず(カナマイシンは、通常の遺伝子分離の結果もたらされ得る、耐性のない種子の発芽を阻害すると期待される)、残りの種子のうち半分以上がカナマイシンに対して感受性(ごく弱い)を示したため取り去られた。
(Generation of T 1 and T 2 generation GPT transgenic plants)
The seeds harvested from the T 0 generation of transgenic tobacco plants, germinated in the M & S medium containing kanamycin (100mg / L), enhanced the quality of the transgene. At least 1/4 of the seeds do not germinate in this medium (kanamycin is expected to inhibit germination of non-tolerant seeds that can result from normal gene segregation) and more than half of the remaining seeds Was removed because it was sensitive (very weak) to kanamycin.
生き残った植物(T1世代)を成長させ、これらの植物をT2世代の種子を生産するために自家受精させた。T1世代からの種子は、形質転換体の系統のためにカナマイシン(10mg/L)が追加されたMS培地で発芽させた。14日後、種子を砂地に移し、25mMの硝酸カリウムが追加された4分の1の濃度のホーグランド栄養液を与えた。これを900マイクロモル/m2/秒の光の強さで16時間の明期および8時間の暗期という光周期にして、24℃で成長させた。それらを砂地培養に移植した14日後に収穫した。 Grown surviving plants (T 1 generation), these plants were self fertilized to produce T 2 generation seeds. Seeds from T 1 generation are the kanamycin (10 mg / L) were germinated added MS medium for strains of transformants. After 14 days, the seeds were transferred to sand and given a quarter concentration of Hogland nutrient solution supplemented with 25 mM potassium nitrate. This was grown at 24 ° C. with a light period of 16 hours light period and 8 hours dark period with a light intensity of 900 μmol / m 2 / sec. They were harvested 14 days after transplanting into a sand culture.
(GPTトランスジェニック植物のキャラクタリゼーション)
収穫されたトランスジェニック植物(GPT形質転換体およびベクターコントロール形質転換体の両方)を根および葉のグルタミンシンセターゼ活性、乾燥させていない植物の総量、根および葉の総タンパク質ならびにCO2固定速度(Knight et al., 1988, PlantPhysiol. 88: 333)を分析した。形質転換していない野生型A.ツメファシエンス植物
もベースラインコントロールを設けるため、同じパラメータで分析した。
(Characterization of GPT transgenic plants)
Harvested transgenic plants (both GPT transformants and vector control transformants) were treated with root and leaf glutamine synthetase activity, total amount of undried plants, root and leaf total protein and CO 2 fixation rate ( Knight et al., 1988, PlantPhysiol. 88: 333). Untransformed wild type A. Tumefaciens plants were also analyzed with the same parameters to provide a baseline control.
生育特性の結果は、下記の表1に示す。さらに、野生型のコントロール植物と比較したGPTトランスジェニック植物の写真を図2に示す(GS1トランスジェニックタバコ植物と一緒に示す)。評価した全パラメータにわたって、GPTトランスジェニックタバコ植物は促進された生育特性を示す。特に、GPTトランスジェニック植物は、野生型のコントロール植物と比較して、CO2固定速度において50%増を示し、葉の組織におけるグルタミンシンセターゼ活性は2倍を示した。さらに、葉と根とのGS比は、トランスアミナーゼのトランスジェニック植物では野生型のコントロールと比較してほぼ3倍に増加した。生体重および全タンパク質量も、トランスジェニック植物では野生型のコントロールと比較して、それぞれ約50%および80%(葉)増加した。これらのデータは、シロイヌナズナGPT導入遺伝子が過剰発現したタバコ植物が、有意に促進された成長とCO2固定速度を獲得することを実証する。 The results of growth characteristics are shown in Table 1 below. Furthermore, a photograph of a GPT transgenic plant compared to a wild type control plant is shown in FIG. 2 (shown with the GS1 transgenic tobacco plant). Over all the parameters evaluated, GPT transgenic tobacco plants show accelerated growth characteristics. In particular, GPT transgenic plants showed a 50% increase in CO 2 fixation rate and glutamine synthetase activity in leaf tissue was doubled compared to wild type control plants. Furthermore, the GS ratio between leaves and roots increased almost 3-fold in transgenic plants of transaminase compared to wild-type controls. Raw body weight and total protein were also increased by about 50% and 80% (leaves) in transgenic plants compared to wild type controls, respectively. These data demonstrate that tobacco plants that overexpress the Arabidopsis GPT transgene acquire significantly enhanced growth and CO 2 fixation rates.
データ=3個体の平均値である。 Data = average value of 3 individuals.
野生型−コントロール植物;再生または形質転換されていない。 Wild-type control plant; not regenerated or transformed.
PN1系統は導入遺伝子を有していないコンストラクトで形質転換した後、再生により生成した。 The PN1 line was generated by regeneration after transformation with a construct having no transgene.
再生および形質転換の処理に対するコントロール。PN9系統はシロイヌナズナGPT遺伝子を有するコンストラクトで形質転換した後、再生により生成した。 Control over regeneration and transformation processes. The PN9 line was generated by regeneration after transformation with a construct having the Arabidopsis GPT gene.
<実施例4:シロイヌナズナGPT遺伝子を持つトランスジェニックトマト植物の生成>
シロイヌナズナGPT遺伝子を持つトランスジェニックトマト(Lycopersicon esculentum)(マイクロトムトマト)植物を、実施例3で記載したベクターおよび方法を用いて作成した。T0トランスジェニックトマト植物を作成し、成熟期まで生育させた。トランスジェニックトマト植物の初期生育特性のデータを表2に示す。トランスジェニック植物は野生型のコントロール植物と比較して、成長速度、開花および種子の収穫量の有意な促進を示した。さらに、トランスジェニック植物は複数の主茎を発達させた、一方、野生型の植物は単数の主茎を発達させた。野生型の植物と比較したGPTトランスジェニックトマト植物の写真を図3に示す。
<Example 4: Production of transgenic tomato plant having Arabidopsis GPT gene>
A transgenic tomato (Lycopersicon esculentum) (microtom tomato) plant carrying the Arabidopsis GPT gene was generated using the vectors and methods described in Example 3. T 0 transgenic tomato plants were created and grown to maturity. Data on the initial growth characteristics of the transgenic tomato plants are shown in Table 2. Transgenic plants showed significant enhancement of growth rate, flowering and seed yield compared to wild type control plants. In addition, transgenic plants developed multiple main stems, while wild type plants developed a single main stem. A photograph of a GPT transgenic tomato plant compared to a wild type plant is shown in FIG.
<実施例5:植物体におけるオオムギGPT導入遺伝子の活性>
本実施例では、オオムギのGPTの推定コード配列を、植物体への一過性発現アッセイによって導入遺伝子コンストラクトから単離し、発現させた。生物学的に活性な組換えオオムギGPTが生成され、HPLCで確認したところ、2−オキソグルタラメートの増加した合成を触媒した。
<Example 5: Activity of barley GPT transgene in plant>
In this example, the predicted coding sequence of barley GPT was isolated and expressed from the transgene construct by a transient expression assay in plants. Biologically active recombinant barley GPT was generated and confirmed by HPLC to catalyze increased synthesis of 2-oxoglutaramate.
オオムギ(Hordeum vulgare)GPTのコード配列を決定し、合成した。この実施例で用いるオオムギGPTのコード配列のDNA配列を配列番号9に示し、コードされたGPTタンパク質のアミノ酸配列を配列番号10に示す。 The coding sequence of barley (Hordeum vulgare) GPT was determined and synthesized. The DNA sequence of the barley GPT coding sequence used in this example is shown in SEQ ID NO: 9, and the amino acid sequence of the encoded GPT protein is shown in SEQ ID NO: 10.
オオムギGPTのコード配列を1305.1カンビアベクターに挿入し、標準的なエレクトロポレーション法(McCormac et al., 1998, Molecular Biotechnology 9:155-159)を用いて、アグロバクテリウム・ツメファシエンス株のLBA404に形質転換し、ハイグロマイシン(50μg/ml)を含んだLBプレートに塗り広げた。アグロバクテリウムの抗生物質耐性コロニーを解析のために選択した。 The barley GPT coding sequence was inserted into a 1305.1 Cambia vector and LBA404 of the Agrobacterium tumefaciens strain using standard electroporation methods (McCormac et al., 1998, Molecular Biotechnology 9: 155-159). And spread on LB plates containing hygromycin (50 μg / ml). Antibiotic resistant colonies of Agrobacterium were selected for analysis.
タバコ葉の一過性発現アッセイは、形質転換したアグロバクテリウム(1.5−2.0
OD650)の懸濁液を、急速に成長するタバコ葉へ注入することから成る。皮内注射は有意な量の葉の表面がアグロバクテリウムにさらされることを確実にするため、葉の表面にわたる格子内で行った。植物を3−5日間生育させて、組織を他の全ての組織抽出で説明したように抽出し、GPT活性を測定した。
Tobacco leaf transient expression assay was performed using transformed Agrobacterium (1.5-2.0
OD 650 ) suspension is poured into rapidly growing tobacco leaves. Intradermal injection was performed in a lattice across the leaf surface to ensure that a significant amount of the leaf surface was exposed to Agrobacterium. Plants were grown for 3-5 days and tissues were extracted as described for all other tissue extractions and GPT activity was measured.
接種した葉の組織のGPT活性(1217nmol/gFWt/h)は、コントロール植物の葉の組織で測定した活性(407nmol/gFWt/h)の3倍であり、ダイズ(Hordeum)GPTコンストラクトはトランスジェニック植物において生物学的に活性なGPTの発現に導かれることを示した。 The GPT activity (1217 nmol / g FWt / h) of the inoculated leaf tissue is 3 times the activity measured in the leaf tissue of the control plant (407 nmol / g FWt / h), and the soybean (Hordeum) GPT construct is a transgenic plant. Have been shown to lead to the expression of biologically active GPT.
<実施例6:組換えイネGPT遺伝子コード配列の単離および発現ならびに生物学的活性の解析>
本実施例では、イネのGPTの推定コード配列を単離し、大腸菌で発現させた。生物学的に活性な組換えイネGPTが作成され、HPLCで確認したところ、2−オキソグルタラメートの増加した合成を触媒した。
<Example 6: Isolation and expression of recombinant rice GPT gene coding sequence and analysis of biological activity>
In this example, a putative coding sequence for rice GPT was isolated and expressed in E. coli. Biologically active recombinant rice GPT was generated and confirmed by HPLC to catalyze increased synthesis of 2-oxoglutaramate.
〔材料と方法〕
(イネGPTコード配列と大腸菌における発現)
イネ(Oryza sativa)のGPTコード配列を決定し、合成して、PET28ベクターに導入し、大腸菌で発現させた。つまり、大腸菌細胞を発現ベクターにより形質転換し、LB培養液で一晩培養した形質転換体を希釈し、OD0.4まで成長させて、イソプロピル−β−D−チオガラクトシド(0.4μM)で誘導して発現させ、3時間培養して集菌した。そして、合計25×106個の細胞の生物学的活性に関して、以下のNMRアッセイによって分析した。形質転換していない野生型の大腸菌細胞をコントロールとして分析した。追加のコントロールには、空のベクターで形質転換した大腸菌細胞を用いた。
[Materials and methods]
(Rice GPT coding sequence and expression in E. coli)
The rice (Oryza sativa) GPT coding sequence was determined, synthesized, introduced into the PET28 vector, and expressed in E. coli. That is, Escherichia coli cells were transformed with an expression vector, a transformant cultured overnight in an LB medium was diluted, grown to OD0.4, and induced with isopropyl-β-D-thiogalactoside (0.4 μM). And then collected by culturing for 3 hours. The biological activity of a total of 25 × 10 6 cells was then analyzed by the following NMR assay. Untransformed wild type E. coli cells were analyzed as controls. For additional controls, E. coli cells transformed with an empty vector were used.
本実施例で用いるイネGPTのコード配列のDNA配列を配列番号5に示し、コードされたGPTタンパク質のアミノ酸配列を配列番号6に示す。 The DNA sequence of the rice GPT coding sequence used in this example is shown in SEQ ID NO: 5, and the amino acid sequence of the encoded GPT protein is shown in SEQ ID NO: 6.
(2−オキソグルタラメートのHPLCアッセイ)
Calderon et al., 1985, J Bacteriol 161(2): 807-809の変性に続いて、HPLCを用いてGPTを過剰発現している大腸菌細胞における2−オキソグルタラメートの産生量を測定した。つまり、25mM Tris−HCl(pH8.5)、1mM EDTA、20μM ピリドキサルリン酸、10mM システインおよび〜1.5%(v/v)メルカプトエタノールを含む変性抽出バッファーを用いた。サンプル(大腸菌細胞25×106個の溶菌液)を抽出バッファーに約1/3比率(w/v)で加え、37℃で30分間インキュベートし、200μMの20%TCAで停止した。約5分後、アッセイ溶液を遠心分離し、上清を用いて、0.01N H2SO4の移動相、流速約0.2ml/分、40℃においてION−300 7.8mm ID X 30cm L columnを用いたHPLCにより、2−オキソグルタラメートを定量した。注入量は約20μlであり、保持時間はおよそ38分から39分である。検出は210nmのUV光で行なった。
(HPLC assay of 2-oxoglutaramate)
Calderon et al., 1985, J Bacteriol 161 (2): Following denaturation of 807-809, the amount of 2-oxoglutaramate produced in E. coli cells overexpressing GPT was measured using HPLC. That is, a denatured extraction buffer containing 25 mM Tris-HCl (pH 8.5), 1 mM EDTA, 20 μM pyridoxal phosphate, 10 mM cysteine and ˜1.5% (v / v) mercaptoethanol was used. Samples (25 × 10 6 lysates of E. coli cells) were added to the extraction buffer at about 1/3 ratio (w / v), incubated at 37 ° C. for 30 minutes, and stopped with 200 μM 20% TCA. After about 5 minutes, the assay solution is centrifuged and the supernatant is used to move the mobile phase of 0.01N H 2 SO 4 , flow rate of about 0.2 ml / min, ION-300 7.8 mm ID X 30 cm L at 40 ° C. 2-Oxoglutaramate was quantified by HPLC using column. The injection volume is about 20 μl and the retention time is approximately 38 to 39 minutes. Detection was performed with 210 nm UV light.
標準の2−オキソグルタラメートとのNMRアッセイの比較は、シロイヌナズナの全長配列が、2−オキソグルタラメート合成活性を持つGPTを発現することを立証するために用いた。つまり、アッセイの産物(発現GPTに対する応答において合成された分子)および標準の2−オキソグルタラメートが同じ保持時間で溶出することを確認することによって、上記のHPLCアッセイを有効なものとするために、化学的合成により標準の2−オキソグルタラメート(NMRで確認した構造)を作製した。加えて、アッセイ産物および標準の化合物を共に混合すると単一のピークとして溶出した。さらに、HPLCアッセイの有効化は、基質であるグルタミンの消失のモニタリングおよびグルタミンの消費と2−オキソグルタラメートの生成との間に1:1のモル比があることを示すことも含んでいた。分析の工程には常に2つのコントロールを含んでおり、1つは酵素の添加がなく、1つはグルタミンの添加がない。第一に、2−オキソグルタラメートの生成物は酵素の存在に依存することを示し、第二に2−オキソグルタラメートの生成は基質であるグルタミンに依存することを示す。 Comparison of NMR assay with standard 2-oxoglutaramate was used to demonstrate that the full-length Arabidopsis thaliana sequence expresses GPT with 2-oxoglutaramate synthesis activity. That is, to validate the above HPLC assay by confirming that the product of the assay (molecule synthesized in response to expressed GPT) and standard 2-oxoglutaramate elute with the same retention time. In addition, standard 2-oxoglutaramate (structure confirmed by NMR) was prepared by chemical synthesis. In addition, the assay product and standard compound were mixed together and eluted as a single peak. In addition, validation of the HPLC assay included monitoring the disappearance of the substrate glutamine and showing that there was a 1: 1 molar ratio between glutamine consumption and 2-oxoglutaramate production. . The analytical process always includes two controls, one with no enzyme added and one with no glutamine added. First, it shows that the product of 2-oxoglutaramate is dependent on the presence of the enzyme, and secondly, the production of 2-oxoglutaramate is dependent on the substrate glutamine.
(結果)
配列番号5のイネGPTコード配列の発現は、2−オキソグルタラメート合成触媒の生物学的活性を持つ組換えGPTタンパク質の過剰発現という結果になった。特に、1.72nmolの2−オキソグルタラメートの活性が組換えイネGPTを過剰発現している大腸菌細胞においてみられ、コントロールの大腸菌細胞における、わずか0.02nmolの2−オキソグルタラメートの活性に比べて、86倍の活性レベルの増加がみられた。
(result)
Expression of the rice GPT coding sequence of SEQ ID NO: 5 resulted in overexpression of a recombinant GPT protein with the biological activity of a 2-oxoglutaramate synthesis catalyst. In particular, 1.72 nmol of 2-oxoglutaramate activity was found in E. coli cells overexpressing recombinant rice GPT, and only 0.02 nmol of 2-oxoglutaramate activity in control E. coli cells. Compared to the above, an 86-fold increase in activity level was observed.
<実施例7:組換えダイズGPT遺伝子コード配列の単離および発現ならびに生物学的活性の解析>
本実施例では、ダイズのGPTの推定コード配列を単離し、大腸菌で発現させた。生物学的に活性な組換えダイズGPTが生成され、HPLCで確認したところ、2−オキソグルタラメートの増加した合成を触媒した。
<Example 7: Isolation and expression of recombinant soybean GPT gene coding sequence and analysis of biological activity>
In this example, a putative coding sequence for soybean GPT was isolated and expressed in E. coli. Biologically active recombinant soybean GPT was produced and confirmed by HPLC to catalyze increased synthesis of 2-oxoglutaramate.
(材料と方法)
(ダイズGPTコード配列と大腸菌における発現)
ダイズ(Glycine max)のGPTコード配列を決定し、合成して、PET28ベクターに導入し、大腸菌で発現させた。つまり、大腸菌細胞を発現ベクターにより形質転換し、LB培養液で一晩培養した形質転換体を希釈し、OD0.4まで培養して、イソプロピル−β−D−チオガラクシド(0.4μM)で誘導して発現させ、3時間培養して、集菌した。合計25×106個の細胞により、下記のHPLCアッセイを用いて生物学的活性を分析した。形質転換していない野生型の大腸菌をコントロールとして分析した。追加のコントロールには、空のベクターを形質転換した大腸菌細胞を用いた。
(Materials and methods)
(Soybean GPT coding sequence and expression in E. coli)
The GPT coding sequence of soybean (Glycine max) was determined, synthesized, introduced into the PET28 vector, and expressed in E. coli. That is, E. coli cells were transformed with an expression vector, a transformant cultured overnight in an LB medium was diluted, cultured to OD0.4, and induced with isopropyl-β-D-thiogalacside (0.4 μM). The cells were cultured for 3 hours and collected. Biological activity was analyzed using the following HPLC assay with a total of 25 × 10 6 cells. Untransformed wild type E. coli was analyzed as a control. For additional controls, E. coli cells transformed with an empty vector were used.
本実施例で用いるダイズGPTのコード配列のDNA配列を配列番号7に示し、コードされたGPTタンパク質のアミノ酸配列を配列番号8に示す。 The DNA sequence of the soybean GPT coding sequence used in this example is shown in SEQ ID NO: 7, and the amino acid sequence of the encoded GPT protein is shown in SEQ ID NO: 8.
(2−オキソグルタラメートのHPLCアッセイ)
上記の実施例20に記載したように、GPTを過剰発現している大腸菌細胞における2−オキソグルタラメートの生成を判定するためにHPLCを用いた。
(HPLC assay of 2-oxoglutaramate)
As described in Example 20 above, HPLC was used to determine the production of 2-oxoglutaramate in E. coli cells overexpressing GPT.
(結果)
配列番号7のダイズGPTコード配列の発現は2−オキソグルタラメート合成触媒の生物学的に活性な組換えGPTタンパク質の過剰発現という結果になった。特に、31.9nmolの2−オキソグルタラメートの活性が組換えダイズGPTを過剰発現している大腸菌細胞においてみられ、コントロールの大腸菌細胞における、わずか0.02nmolの2−オキソグルタラメートの活性に比べて、1600倍近くの活性レベルの増加がみられた。
(result)
Expression of the soybean GPT coding sequence of SEQ ID NO: 7 resulted in overexpression of the biologically active recombinant GPT protein of the 2-oxoglutaramate synthesis catalyst. In particular, 31.9 nmol of 2-oxoglutaramate activity was found in E. coli cells overexpressing recombinant soybean GPT, and only 0.02 nmol of 2-oxoglutaramate activity in control E. coli cells. Compared to the above, an increase in activity level nearly 1600 times was observed.
<実施例8:組換えゼブラフィッシュGPT遺伝子コード配列の単離および発現ならびに生物学的活性の解析>
本実施例では、ゼブラフィッシュのGPTの推定コード配列を単離し、大腸菌で発現させた。生物学的活性のある組換えゼブラフィッシュGPTが作成され、HPLCで確認したところ、2−オキソグルタラメートの増加した合成を触媒した。
<Example 8: Isolation and expression of recombinant zebrafish GPT gene coding sequence and analysis of biological activity>
In this example, the predicted coding sequence of zebrafish GPT was isolated and expressed in E. coli. Biologically active recombinant zebrafish GPT was generated and confirmed by HPLC to catalyze the increased synthesis of 2-oxoglutaramate.
(材料と方法)
(ゼブラフィッシュGPTコード配列および大腸菌における発現)
ゼブラフィッシュ(Danio rerio)のGPTコード配列を決定し、合成して、PET28ベクターに導入し、大腸菌で発現させた。つまり、大腸菌細胞を発現ベクターにより形質転換し、LB培養液で一晩培養した形質転換体を希釈し、OD0.4まで培養して、イソプロピル−β−D−チオガラクシド(0.4μM)で誘導して発現させ、3時間培養して、集菌した。合計25×106個の細胞により、下記のHPLCアッセイを用いて生物学的活性を分析した。形質転換していない野生型の大腸菌をコントロールとして分析した。追加のコントロールには、空のベクターで形質転換した大腸菌細胞を用いた。
(Materials and methods)
(Zebrafish GPT coding sequence and expression in E. coli)
The zebrafish (Danio rerio) GPT coding sequence was determined, synthesized, introduced into the PET28 vector and expressed in E. coli. That is, E. coli cells were transformed with an expression vector, a transformant cultured overnight in an LB medium was diluted, cultured to OD0.4, and induced with isopropyl-β-D-thiogalacside (0.4 μM). The cells were cultured for 3 hours and collected. Biological activity was analyzed using the following HPLC assay with a total of 25 × 10 6 cells. Untransformed wild type E. coli was analyzed as a control. For additional controls, E. coli cells transformed with an empty vector were used.
この実施例で用いるゼブラフィッシュGPTのコード配列のDNA配列を配列番号11に示し、コードされたGPTタンパク質のアミノ酸配列を配列番号12に示す。 The DNA sequence of the coding sequence of zebrafish GPT used in this example is shown in SEQ ID NO: 11, and the amino acid sequence of the encoded GPT protein is shown in SEQ ID NO: 12.
(2−オキソグルタラメートのHPLCアッセイ)
上記の実施例6に記載したように、GPTを過剰発現している大腸菌細胞における2−オキソグルタラメートの生成を判定するためにHPLCを用いた。
(HPLC assay of 2-oxoglutaramate)
As described in Example 6 above, HPLC was used to determine the production of 2-oxoglutaramate in E. coli cells overexpressing GPT.
(結果)
配列番号16のゼブラフィッシュGPTコード配列の発現は2−オキソグルタラメート合成触媒の生物学的活性を持つ組換えGPTタンパク質の過剰発現という結果になった。特に、28.6nmolの2−オキソグルタラメートの活性が組換えゼブラフィッシュGPTを過剰発現している大腸菌細胞においてみられ、コントロールの大腸菌細胞における、わずか0.02nmolの2−オキソグルタラメートの活性に比べて、1400倍以上の活性レベルの増加がみられた。
(result)
Expression of the zebrafish GPT coding sequence of SEQ ID NO: 16 resulted in overexpression of a recombinant GPT protein with the biological activity of 2-oxoglutaramate synthesis catalyst. In particular, 28.6 nmol of 2-oxoglutaramate activity was observed in E. coli cells overexpressing recombinant zebrafish GPT, and only 0.02 nmol of 2-oxoglutaramate in control E. coli cells. Compared to the activity, the activity level increased by 1400 times or more.
<実施例9:トランケートされた組換えシロイヌナズナGPT遺伝子コード配列の単離および発現ならびに生物学的活性の解析>
この実施例では、シロイヌナズナのGPTの推定コード配列の異なる2つの断片を構築し、推定される葉緑体のシグナルペプチドが欠失しているまたはトランケートされたGPTタンパク質の活性を評価するために、大腸菌で発現させた。最初の30個のアミノ末端のアミノ酸残基または最初の45個のアミノ末端のアミノ酸残基を欠失するようにトランケートされた、配列番号2のシロイヌナズナGPTの全長アミノ酸配列に対応する組換え断片GPTタンパク質は、無事に発現し、HPLCで確認したところ、2−オキソグルタラメートの増加した合成を触媒する生物学的活性を示した。
Example 9: Isolation and expression of truncated recombinant Arabidopsis GPT gene coding sequence and analysis of biological activity
In this example, to construct two different fragments of the predicted coding sequence of Arabidopsis GPT and to evaluate the activity of a truncated or truncated GPT protein lacking the putative chloroplast signal peptide, It was expressed in E. coli. Recombinant fragment GPT corresponding to the full-length amino acid sequence of Arabidopsis GPT of SEQ ID NO: 2, truncated to delete the first 30 amino-terminal amino acid residues or the first 45 amino-terminal amino acid residues The protein was successfully expressed and, as confirmed by HPLC, showed biological activity catalyzing increased synthesis of 2-oxoglutaramate.
(材料と方法)
(トランケートされたシロイヌナズナGPTコード配列と大腸菌における発現)
配列番号1のシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)のGPTコード配列の断片のDNAコード配列を構築し、合成して、PET28ベクターに導入し、大腸菌で発現させた。本実施例で用いたトランケートされたシロイヌナズナGPTコード配列のDNA配列を配列番号15(−45AAコンストラクト)に示し、対応するトランケートされたGPTタンパク質のアミノ酸配列を配列番号16に示す。つまり、大腸菌細胞を発現ベクターにより形質転換し、LB培養液で一晩培養した形質転換体を希釈し、OD0.4まで培養して、イソプロピル−β−D−チオガラクシド(0.4μM)で誘導して発現させ、3時間培養して、集菌した。合計25×106個の細胞により、実施例20に記載したように、HPLCアッセイを用いて生物学的活性を分析した。形質転換していない野生型の大腸菌をコントロールとして分析した。追加のコントロールには、空のベクターで形質転換した大腸菌細胞を用いた。
(Materials and methods)
(Truncated Arabidopsis GPT coding sequence and expression in E. coli)
A DNA coding sequence of the Arabidopsis thaliana GPT coding sequence fragment of SEQ ID NO: 1 was constructed, synthesized, introduced into a PET28 vector and expressed in E. coli. The DNA sequence of the truncated Arabidopsis GPT coding sequence used in this example is shown in SEQ ID NO: 15 (-45AA construct), and the amino acid sequence of the corresponding truncated GPT protein is shown in SEQ ID NO: 16. That is, E. coli cells were transformed with an expression vector, a transformant cultured overnight in an LB medium was diluted, cultured to OD0.4, and induced with isopropyl-β-D-thiogalacside (0.4 μM). The cells were cultured for 3 hours and collected. A total of 25 × 10 6 cells were analyzed for biological activity using an HPLC assay as described in Example 20. Untransformed wild type E. coli was analyzed as a control. For additional controls, E. coli cells transformed with an empty vector were used.
配列番号15のトランケートされた−45のシロイヌナズナGPTコード配列の発現は、生物学的活性(2−オキソグルタラメートの合成を触媒する生物学的活性)を持つ、組換えGPTタンパク質の過剰発現という結果になった。特に、16.1nmolの2−オキソグルタラメートの活性がトランケートされた−45のGPTを過剰発現している大腸菌細胞においてみられ、コントロールの大腸菌細胞における、わずか0.02nmolの2−オキソグルタラメートの活性に比べて、800倍以上の活性レベルの増加がみられた。比較として、同じE.coliで発現するシロイヌナズナ遺伝子の全長コード配列では、2.8nmolの2−オキソグルタラメートの活性が生じ、トランケートされた組換えGPTタンパク質のおよそ1/5の活性がみられた。 Expression of the truncated -45 Arabidopsis GPT coding sequence of SEQ ID NO: 15 refers to overexpression of a recombinant GPT protein with biological activity (biological activity catalyzing the synthesis of 2-oxoglutaramate). The result was. In particular, the activity of 16.1 nmol of 2-oxoglutaramate was found in E. coli cells overexpressing truncated -45 GPT, and only 0.02 nmol of 2-oxoglutaramate in control E. coli cells. Compared to the activity of the mate, the activity level increased by 800 times or more. For comparison, the same E.I. In the full-length coding sequence of the Arabidopsis gene expressed in E. coli, 2.8 nmol of 2-oxoglutaramate was generated, and approximately 1/5 of the activity of the truncated recombinant GPT protein was observed.
この明細書中で引用されている全ての出版物、特許および特許出願は、個々の出版物または特許出願が参照として組み込まれると明確におよび個々に表示されているように、参照として本明細書に組み込まれる。 All publications, patents, and patent applications cited in this specification are hereby incorporated by reference so that individual publications or patent applications are clearly and individually indicated to be incorporated by reference. Incorporated into.
この発明は本明細書で明らかにされた具体例によって範囲を限定されるものではなく、具体例は発明の個々の態様の一例とする意図であり、機能的に同等のものはいずれも発明の範囲内である。本明細書に記載されたもの加えて、発明のモデルおよび方法の様々な変更が前記の説明および手引きから、当業者にとって明白になるであろうし、同様に発明の範囲に含まれることを意図する。そのような変更または他の具体例は、発明の正当な範囲および趣旨から離れることなく実施され得る。 The scope of the present invention is not limited by the specific examples disclosed in this specification, and the specific examples are intended to be examples of individual aspects of the invention. Within range. Various modifications of the inventive model and method, in addition to those described herein, will be apparent to those skilled in the art from the foregoing description and guidance and are intended to be within the scope of the invention as well. . Such changes or other embodiments may be practiced without departing from the proper scope and spirit of the invention.
〔配列表〕 [Sequence Listing]
Claims (20)
上記GPT導入遺伝子は、
配列番号2、配列番号6、配列番号8または配列番号10と少なくとも90%の配列同一性を有し、かつGPT酵素活性を有するアミノ酸配列を有しているGPTポリペプチドをコードしており、
類似の同一種の野生型植物と比較してより多い2−オキソグルタラメートを産生する、トランスジェニック植物。 A glutamine phenylpyruvate transaminase (GPT) transgene operably linked to a plant heterologous promoter,
The GPT transgene is
Encoding a GPT polypeptide having an amino acid sequence having at least 90% sequence identity with SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8 or SEQ ID NO: 10 and having GPT enzyme activity;
A transgenic plant that produces more 2-oxoglutaramate compared to a similar wild-type plant of the same species.
上記GPT導入遺伝子を含んでいる、子孫。 Progeny of the transgenic plant according to claim 2,
A progeny containing the GPT transgene.
上記GPT導入遺伝子を含んでいる、種子。 The seed of the transgenic plant according to claim 2,
Seeds containing the GPT transgene.
(a)配列番号2、配列番号6、配列番号8または配列番号10と少なくとも90%の配列同一性を有し、かつグルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼ(GPT)酵素活性を有するアミノ酸配列を有しているGPTポリペプチドをコードするGPT導入遺伝子を用いて複数の植物を形質転換する工程と、
(b)上記複数の植物、またはその子孫においてGPT導入遺伝子を発現させる工程と、
(c)上記複数の植物から、類似の同一種の野生型植物と比較して増大されたバイオマス収量を有するトランスジェニック植物を選抜する工程と、
を包含しており、
上記トランスジェニック植物は類似の同一種の野生型植物と比較してより多い2−オキソグルタラメートを産生する、方法。 A method for improving the growth characteristics of a plant as compared to a similar wild type plant or non-transformed plant, comprising:
(A) having at least 90% sequence identity with SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8 or SEQ ID NO: 10 and having an amino acid sequence having glutamine phenylpyruvate transaminase (GPT) enzyme activity Transforming a plurality of plants with a GPT transgene encoding a GPT polypeptide;
(B) expressing a GPT transgene in the plurality of plants or their progeny;
(C) selecting a transgenic plant having an increased biomass yield compared to a similar wild-type plant of the same species from the plurality of plants;
And
The method wherein the transgenic plant produces more 2-oxoglutaramate compared to a similar wild type plant of the same species.
(a)配列番号2、配列番号6、配列番号8または配列番号10と少なくとも90%の配列同一性を有し、かつグルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼ(GPT)酵素活性を有するアミノ酸配列を有しているGPTポリペプチドをコードするGPT導入遺伝子を用いて複数の植物を形質転換する工程と、
(b)上記複数の植物、またはその子孫においてGPT導入遺伝子を発現させる工程と、
(c)上記複数の植物から、類似の同一種の野生型植物と比較して増大された窒素利用効率を有するトランスジェニック植物を選抜する工程と、
を包含しており、
上記GPT導入遺伝子は、植物異種プロモーターに対して操作可能に結合されており、
上記トランスジェニック植物は類似の同一種の野生型植物と比較してより多い2−オキソグルタラメートを産生する、方法。 A method for improving the nitrogen utilization efficiency of a plant as compared to a similar wild type plant or non-transformed plant,
(A) having at least 90% sequence identity with SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8 or SEQ ID NO: 10 and having an amino acid sequence having glutamine phenylpyruvate transaminase (GPT) enzyme activity Transforming a plurality of plants with a GPT transgene encoding a GPT polypeptide;
(B) expressing a GPT transgene in the plurality of plants or their progeny;
(C) selecting a transgenic plant having an increased nitrogen utilization efficiency from the plurality of plants compared to a similar wild-type plant of the same species;
And
The GPT transgene is operably linked to a plant heterologous promoter;
The method wherein the transgenic plant produces more 2-oxoglutaramate compared to a similar wild type plant of the same species.
(a)配列番号2、配列番号6、配列番号8または配列番号10と少なくとも90%の配列同一性を有し、かつグルタミンフェニルピルビン酸トランスアミナーゼ(GPT)酵素活性を有するアミノ酸配列を有しているGPTポリペプチドをコードするGPT導入遺伝子を用いて複数の植物を形質転換する工程と、
(b)上記複数の植物、またはその子孫においてGPT導入遺伝子を発現させる工程と、
(c)類似の同一種の野生型植物と比較して増強された成長特性を有するトランスジェニック植物を選抜する工程と、
(d)上記植物から種子を収穫し、塩分の高い環境において向上された発芽を示す種子を選抜する工程と、
を包含しており、
上記GPT導入遺伝子は、植物異種プロモーターに対して操作可能に結合されており、
上記トランスジェニック植物は類似の同一種の野生型植物と比較してより多い2−オキソグルタラメートを産生する、方法。 A method of improving germination or growth tolerance of plant seeds in a salt or salinity environment compared to seeds produced by similar wild type plants or non-transformed plants,
(A) having at least 90% sequence identity with SEQ ID NO: 2, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 8 or SEQ ID NO: 10 and having an amino acid sequence having glutamine phenylpyruvate transaminase (GPT) enzyme activity Transforming a plurality of plants with a GPT transgene encoding a GPT polypeptide;
(B) expressing a GPT transgene in the plurality of plants or their progeny;
(C) selecting a transgenic plant having enhanced growth characteristics compared to a similar wild-type plant of the same species;
(D) harvesting seeds from the plant and selecting seeds that show improved germination in a high salinity environment;
And
The GPT transgene is operably linked to a plant heterologous promoter;
The method wherein the transgenic plant produces more 2-oxoglutaramate compared to a similar wild type plant of the same species.
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