JPH07501201A - Ammonia production by recombinant nitrogen-fixing bacteria - Google Patents

Ammonia production by recombinant nitrogen-fixing bacteria

Info

Publication number
JPH07501201A
JPH07501201A JP4505552A JP50555292A JPH07501201A JP H07501201 A JPH07501201 A JP H07501201A JP 4505552 A JP4505552 A JP 4505552A JP 50555292 A JP50555292 A JP 50555292A JP H07501201 A JPH07501201 A JP H07501201A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gene
bacteria
mutant
bacterium
nifl
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP4505552A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
バリ,アニル・クマル
ブランコ,ゴンザロ
ケネデイ,クリスチーナ・ケイ
Original Assignee
ブリテイツシユ・テクノロジー・グループ・リミテツド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ブリテイツシユ・テクノロジー・グループ・リミテツド filed Critical ブリテイツシユ・テクノロジー・グループ・リミテツド
Publication of JPH07501201A publication Critical patent/JPH07501201A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/0004Oxidoreductases (1.)
    • C12N9/0095Oxidoreductases (1.) acting on iron-sulfur proteins as donor (1.18)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C05FERTILISERS; MANUFACTURE THEREOF
    • C05FORGANIC FERTILISERS NOT COVERED BY SUBCLASSES C05B, C05C, e.g. FERTILISERS FROM WASTE OR REFUSE
    • C05F11/00Other organic fertilisers
    • C05F11/08Organic fertilisers containing added bacterial cultures, mycelia or the like
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • C12N1/205Bacterial isolates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/01Preparation of mutants without inserting foreign genetic material therein; Screening processes therefor
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/74Vectors or expression systems specially adapted for prokaryotic hosts other than E. coli, e.g. Lactobacillus, Micromonospora
    • C12N15/743Vectors or expression systems specially adapted for prokaryotic hosts other than E. coli, e.g. Lactobacillus, Micromonospora for Agrobacterium; Rhizobium; Bradyrhizobium
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12YENZYMES
    • C12Y118/00Oxidoreductases acting on iron-sulfur proteins as donors (1.18)
    • C12Y118/06Oxidoreductases acting on iron-sulfur proteins as donors (1.18) with dinitrogen as acceptor (1.18.6)
    • C12Y118/06001Nitrogenase (1.18.6.1)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12RINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/065Azotobacter

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。 (57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 4、 1991年8月30日付けでthe National Co11ect ion of Industrial and Marine Bacteri a Ltd、、 Aberdeen、 5cotland、 UKに受託番号4 0438で寄託されている株、または同じアンモニア過剰産生機能を有するその 突然変異体もしくは変種である請求項3に記載の細菌。[Detailed description of the invention] 4. As of August 30, 1991, the National Co., Ltd. ion of Industrial and Marine Bacteri a Ltd,, Aberdeen, 5cotland, UK accession number 4 0438, or its strain with the same ammonia overproduction function. 4. The bacterium according to claim 3, which is a mutant or variant.

5、請求項1から4のいずれが一項に記載の突然変異細菌様遺伝子が四またはり 様遺伝子のみによって調節されている親窒素固定菌の糾遺伝子を単離するステッ プと、前記隻(リエ遺伝子を突然変異させるステップと、前記nif^またはり 様遺伝子の機能性は保存しながら、親窒素固定菌の四遺伝子を前記突然変異させ たn1fLまたは回几様遺伝子で置き換えるステップとからなる方法。5. Any one of claims 1 to 4, wherein the mutant bacterium-like gene according to one of claims 1 to 4 is Steps to isolate the negative genes of the parent nitrogen-fixing bacteria that are regulated only by similar genes. a step of mutating the nif^ or The four genes of the parent nitrogen-fixing bacterium were mutated while preserving the functionality of the similar genes. and replacing it with a n1fL or recirculation-like gene.

6、ある細菌(レシピエンド)由来の凹遺伝子を別の(ドナー)細菌由来の突然 変異ni flユ遺伝子で置き換える請求項5に記載の方法。6. Transferring the concave gene from one bacterium (recipe end) to another bacterium (donor) 6. The method according to claim 5, wherein the mutant niflyu gene is substituted.

7、前記ドナー及びレシピエンド細菌が同じ属またはファミリーのものである請 求項6に記載の方法。7. Ensure that the donor and recipient end bacteria are of the same genus or family. The method described in claim 6.

8、前記ドナー及びレシピエンド細菌が同じ種のものである請求項7に記載の方 法。8. The method according to claim 7, wherein the donor and recipient bacteria are of the same species. Law.

9、前記ドナー及びレシピエンド細菌が^zotobacterである請求項7 に記載の方法。9. Claim 7, wherein the donor and recipient bacteria are Zotobacter. The method described in.

10、前記ドナー及びレシピエンド細菌が^zotobacter vinel andiiである請求項8に記載の方法。10. The donor and recipient bacteria are Zotobacter vinyl 9. The method according to claim 8, wherein the andii.

11、前記ドナー及びレシピエンド細菌が、1991年8月30日付けでthe  National Co11ection of Industrial a nd Marine Bacteria Ltd、、 Aberdeen、 5 cotland、 UKに受託番号40438で寄託されている株、または同じ 増殖及びアンモニア産生機能を有するその突然変異体もしくは変種である請求項 8に記載の方法。11. The donor and recipient bacteria are the National Co11ection of Industrial a nd Marine Bacteria Ltd, Aberdeen, 5 cotland, the strain deposited in the UK under accession number 40438, or the same strain. A claim that the invention is a mutant or variant thereof that has growth and ammonia production functions. 8. The method described in 8.

12、植物に固定窒素源を与える方法であって、請求項1から4のいずれか一項 に記載の、または請求項5から11のいずれか一項に記載の方法によって製造さ れた突然変異窒素固定菌を、植物組織との窒素固定共生に導くことからなる方法 。12. A method of providing a fixed nitrogen source to plants, comprising any one of claims 1 to 4. or according to any one of claims 5 to 11. A method consisting of introducing mutant nitrogen-fixing bacteria into nitrogen-fixing symbiosis with plant tissues. .

13、前記突然変異細菌を、栽植の前または後の土壌に導入する請求項12に記 載の方法。13. The method according to claim 12, wherein the mutant bacterium is introduced into the soil before or after planting. How to put it on.

14 前記突然変異細菌を、栽植の前または後の該植物に導入する請求項12に 記載の方法。14. According to claim 12, the mutant bacterium is introduced into the plant before or after planting. Method described.

15、前記突然変異細菌を、栽植の前または後の種子に導入する請求項12に記 載の方法。15. The method according to claim 12, wherein the mutant bacterium is introduced into seeds before or after planting. How to put it on.

16、前記細菌をエーロゾルまたは液体として導入する請求項12に記載の方法 。16. The method of claim 12, wherein the bacteria are introduced as an aerosol or liquid. .

17、前記細菌が、マメ科植物によって生成されるレクチンに結合する能力を有 する請求項12に記載の方法。17. The bacteria have the ability to bind to lectins produced by legumes. 13. The method according to claim 12.

Ieguminosarumから得る請求項18に記載の方法。The method according to claim 18, obtained from Ieguminosarum.

20、請求項12から19のいずれが一項に記載の方法によって固定窒素源が与 えられた植物。20. A fixed nitrogen source is provided by the method according to any one of claims 12 to 19. The plants that were harvested.

21、レシピエンド細菌中に遺伝子置換えによって挿入するための突然変異部遺 伝子。21. Mutation site for insertion into the recipe end bacterium by gene replacement Denji.

22.1991年8月30日付けでthe National Co11ect ion of丁ndustrial and Marine Bacteria  Ltd、、^berdeen、5cotland、 UKに受託番号4043 8で寄託されているA、 vinelandii株、または同じ増殖及びアンモ ニア産生機能を有するその突然変異体もしくは変種に由来することを特徴とする 請求項21に記載の遺伝子。22. As of August 30, 1991, the National Co., Ltd. ion of industrial and Marine Bacteria Ltd,, ^berdeen, 5cotland, UK accession number 4043 A, vinelandii strain deposited in 8, or the same growth and ammonia strain characterized by being derived from a mutant or variant thereof that has a near-producing function The gene according to claim 21.

明細書 組換え窒素固定菌によるアンモニア生産発明の分野 本発明は、窒素固定菌によるアンモニア生産の分野にある。Specification Ammonia production by recombinant nitrogen-fixing bacteria Field of invention The present invention is in the field of ammonia production by nitrogen-fixing bacteria.

従来技術 多数の微生物が、無機形態の主要な生元素(即ち、炭素、窒素、硫黄、水素、及 び酸素)を同化できる。窒素源としてNZを使用し得る能力は原核生物に限定さ れており、しかもそのなかでも比較的希有である。N2固定の作用を担う酵素系 はニトロゲナーゼと称されている。ニトロゲナーゼ系の成分の生合成は15〜2 0種類の匣遺伝子によって決定される。Conventional technology Numerous microorganisms contain the major bioelements in inorganic form (i.e., carbon, nitrogen, sulfur, hydrogen, and can assimilate oxygen and oxygen). The ability to use NZ as a nitrogen source is limited to prokaryotes. Among them, it is relatively rare. Enzyme system responsible for N2 fixation is called nitrogenase. Biosynthesis of nitrogenase system components is 15-2 Determined by 0 types of box genes.

自由生活性窒素固定菌は、自己の必要に足る量の大気中の窒素を固定する。その 証拠に、窒素固定菌の培地(実験培養の場合)または環境(土壌中)中には有意 な量のアンモニアはめったに認められない。匣遺伝子転写及び/またはニトロゲ ナーゼ活性を制御する調節機構によって、細菌細胞の増殖及び生存の要求を満た すのに必要である以上の窒素を固定することにより細胞エネルギーが浪費される ことかないよう保証される。特に過剰量の環境アンモニアまたは酸素は、自由生 活性diazotrophs (窒素固定菌)における匣遺伝子の発現を妨げる 。アンモニアはニトロゲナーゼを無用のものとし、酸素は酵素を失活させる。か かる細菌は同化用のアンモニアをアンモニウムカチオン(NH4+)の形態で産 生ずるが、以降、簡潔化のため“アンモニウム“なる用語を使用する。Free-living nitrogen-fixing bacteria fix enough atmospheric nitrogen to meet their own needs. the There is evidence that nitrogen-fixing bacteria have a significant Large amounts of ammonia are rarely observed. Box gene transcription and/or nitrogen Regulatory mechanisms that control enzyme activity meet the growth and survival needs of bacterial cells. Cellular energy is wasted by fixing more nitrogen than is needed to Guaranteed not to happen. Particularly in excess of environmental ammonia or oxygen, free Prevents the expression of the box gene in active diazotrophs (nitrogen-fixing bacteria) . Ammonia renders nitrogenase useless, and oxygen deactivates the enzyme. mosquito Bacteria produce assimilated ammonia in the form of ammonium cations (NH4+). However, the term "ammonium" will be used hereafter for brevity.

アンモニウム分泌を誘導しようという試みは、これまでのところ、アンモニウム 同化に関与する酵素の生理的抑制または遺伝子操作を中心に行われている。藍菌 門(cyaれ0bacteria)を、グルタミンシンセターゼ(GS)の阻害 物質であるし一メチオニンーDL−スルホキシミン(MSX)を用いて処理する と、0.3〜7mMのNH,+が増殖培地中にの突然変異体は、最高1 、6  mMまでのNH4”を分泌した(Polr et」す、1986. J、 Ba cteriol、、 165.412〜419.及びTh−3504)。真正細 菌のなかでは、Klebsiella pneumoniaeのGln−または GlrVasm−1突然変異体(Anderson et 、す5,1977、 J、Gen、Microbiol、、103. 107〜122及びShanm ugam et al、、1975. Proc、Natl、^cad、 Sc i、USA、72. 136〜139)、GSの産生が変性されたRhadob acter capsulatus及び^zospirillum brasi lenseの突然変異体(Wall et al、。Attempts to induce ammonium secretion have so far been limited to ammonium The focus is on physiological suppression or genetic manipulation of enzymes involved in anabolism. Blue-green bacteria Inhibition of glutamine synthetase (GS) The substance is treated with monomethionine-DL-sulfoximine (MSX). and mutants with 0.3-7mM NH,+ in the growth medium, up to 1,6 secreted up to mM NH4'' (Polr et al., 1986. J, Ba cteriol,, 165.412-419. and Th-3504). True detail Among bacteria, Gln- or Klebsiella pneumoniae GlrVasm-1 mutant (Anderson et. 5, 1977, J, Gen, Microbiol,, 103. 107-122 and Shanm Ugam et al., 1975. Proc, Natl, ^cad, Sc i, USA, 72. 136-139), Rhadob with modified GS production acter capsulatus and zospirillum brasi mutants of Lense (Wall et al.

てアンモニウム分泌が生じたと報告されている。有意なアンモニウム分泌は認め られたが、これらの化学的処理または突然変異された微生物は、増殖に大量のア ミノ酸グルタミンの補充を必要とする。It has been reported that ammonium secretion occurred. Significant ammonium secretion was observed. However, these chemically treated or mutated microorganisms require a large amount of access to growth. Requires supplementation of amino acid glutamine.

アンモニウムによるヂ遺伝子の抑制に関与する調節経路及び機構は、自由生活性 diazotrophs Klebsiella pneuIIloniae及 び^zotobacter vineLandiiにおいて広範囲に特性化され ている。両微生物(及び他のグラム陰性窒素固定菌)における主たる重要点は、 ニトロゲナーゼの構築及び活性に必要な他の柑遺伝子の転写を活性化すべ(積極 的に作妨害することによりニトロゲナーゼ合成を抑制するが、こいる)、これら 2つの遺伝子は同時に発現される。NIFLタンパク質は、アンモニウムが存在 するとたとえそれが比較的低いレベル(〉約5μM)であっても、NIF^に結 合してそれを失活させる。より高いアンモニウムレベル(>約20丁+?Cタン パク質が必要であるが、アンモニウムと一緒に増殖させた細胞内ではこのタンパ ク質は脱リン酸化されており、従って不活性である。即ちに、 pneus+o niaeにおけるアンモニウムによるニトロゲナーゼ合成の抑制は、 NIFL にょるNIF^の失活化と脱リン酸化NTRCによる凹発現の妨害との2つのレ ベルで起こる。The regulatory pathways and mechanisms involved in repression of digenes by ammonium are Diazotrophs Klebsiella pneuIIloniae and and Zotobacter vineLandii. ing. The main points of interest in both microorganisms (and other Gram-negative nitrogen-fixing bacteria) are The transcription of other citrate genes required for the assembly and activity of nitrogenase should be activated (actively However, these The two genes are expressed simultaneously. NIFL protein contains ammonium Then, even if it is at a relatively low level (>about 5 μM), it will lead to NIF^. together to inactivate it. Higher ammonium levels (>about 20+?Ctan) This protein is required in cells grown with ammonium. The protein is dephosphorylated and therefore inactive. That is, pneus+o Inhibition of nitrogenase synthesis by ammonium in A. niae There are two mechanisms: inactivation of NIF^ and interference with expression by dephosphorylated NTRC. Happens at the bell.

^、 vinelandiiにおける窒素固定は、生化学的及び遺伝的に区別さ れる3種のニトロゲナーゼ酵素の存在によって決定され、これらの酵素はそれぞ れ異なる金属供給条件下で合成される。多数の他の窒素固定菌から精製される酵 素に類似のモリブデンニトロゲナーゼは、その構築及び活性にとは異なり、NT RCは窒素固定に必要ではなく、このことは、を予想させる部分読み枠(0RF )を表わしている( 1le1nettet al、、 19861Mo1.  Microbiol、、 2.315〜321)。^, Nitrogen fixation in P. vinelandii is biochemically and genetically distinct. determined by the presence of three nitrogenase enzymes, each of which has a are synthesized under different metal supply conditions. ferments purified from numerous other nitrogen-fixing bacteria. Molybdenum nitrogenase, which is similar to NT, differs in its construction and activity. RC is not required for nitrogen fixation, which suggests that the partial reading frame (0RF ) represents (1le1nettet al,, 19861Mo1. Microbiol, 2.315-321).

種々の目的で上記窒素固定菌においてアンモニウム産生…yであり、このことは 、ニトロゲナーゼ合成が行われず、微生物は窒素を全く固定できないことを意味 する。Ammonium is produced by the nitrogen-fixing bacteria mentioned above for various purposes, and this means that , meaning that nitrogenase synthesis does not take place and the microorganisms are unable to fix nitrogen at all. do.

問題は、ニトロゲナーゼ産生の調節を解除することにより窒素固定菌からアンモ ニアを生産しようという試みは不成功であり、アンモニウム同化酵素を遺伝子操 作することによりアンモニアを生産しようという試みは成功してはいるものの、 微生物自体は正常に増殖し得ないことである。The problem is that nitrogen-fixing bacteria can be removed from ammonia by deregulating nitrogenase production. Attempts to produce ammonium assimilate enzymes were unsuccessful, and genetically engineered ammonium assimilation enzymes Although attempts to produce ammonia by cultivating ammonia have been successful, The microorganism itself cannot reproduce normally.

な量のアンモニウムを産生及び分泌する突然変異細菌株がもたらされることが判 明した。更に驚くべきことに、かかる突然変異体は親株と同様に増殖する。It was found that mutant bacterial strains were produced that produced and secreted ammonium in significant amounts. I made it clear. Even more surprisingly, such mutants grow similarly to the parent strain.

またはn1fA様遺伝子が更に、ニトロゲナーゼの構築及び活窒素固定菌の突然 変異体が提供される。Alternatively, the n1fA-like gene may further contribute to the construction of nitrogenase and the mutation of active nitrogen-fixing bacteria. Variants are provided.

好ましい細菌は、根圏に存在するか、または植物の根に付着したり植物の根もし くは幹(所謂、全身内生(systetsic endophytes) )中 に生息することにより通常は植物と強力に共生しているもの、或いは植物と共生 していようとなかろうとAzotobacter属由来の全ての細菌である。特 に好ましい細菌は、Azotobacter属、とりわけ^zotobacte r vinelandii由来のものである。最も好ましい株は、ブダペスト条 約の規定に従い、1991年8月30日付けで23 St、Machen Dr ive、^berdeen、 AB21RY、 5cotland、 Unit ed Kingdomにあるthe National Co11ection  of Industrial and Martne Bacteria L td、 、 (NCIMB)に寄託され、受託番号40438を与えられている 特許寄託の主体、または所望の増殖及びアンモニア産生機能を有するその突然変 異体もしくは変種である。Preferred bacteria are those present in the rhizosphere or attached to or on the roots of plants. Inside the trunk (so-called systemtsic endophytes) Those that usually live in strong symbiosis with plants by living in All bacteria from the genus Azotobacter, whether or not. Special Preferred bacteria include Azotobacter genus, especially Zotobacterium It is derived from R. vinelandii. The most preferred strain is Budapest As of August 30, 1991, 23 St., Machen Dr. ive, ^berdeen, AB21RY, 5cotland, Unit The National Co11ection in ed Kingdom of Industrial and Martine Bacteria L td, (NCIMB) and has been given accession number 40438. The subject of the patent deposit or a mutant thereof having the desired growth and ammonia production functions It is a variant or variant.

本発明の第2の態様によれば、例えば標準的な異種ハイ子産物の機能を失活させ るが、(もしそれが下流にあるならば)下流にあるnif^遺伝子の発現を妨害 しないことが必要である。培地中で高レベルのアンモニウムの存在下に、突然変 異が種々の方法で行い得ることは当業者には明らかである。突然変異は、欠失と 挿入を組合せることで別の突然変異体”)、またはタンパク質を非機能性にする 核酸配列をタンパク質を機能性にするものと交換することによし、該遺伝子をコ ードするDNA中の単一塩基の交換で十分ともなり得る。突然変異を実施する方 法は当業者には明らは通常、1つのプロモーターの制御下にある1つのオペロ機 能性は突然変異体において保存される必要がある。即ち、nif^遺伝子は親機 生物中と同様に保持される必要があるが、変更されているとすれば、その変更は 非妨害性である必要がある。例えば終結シグナルを導入する点変異をn1fLに 挿入するかまたは極性変異を導入することにより、突然変異によってnif^産 生が妨害されないことが重要である。即ち突然変異は、mRN^生成を妨害しな いものである必要がある。According to a second aspect of the invention, e.g. but (if it is downstream) interferes with the expression of the downstream nif^ gene. It is necessary not to do so. In the presence of high levels of ammonium in the culture medium, It will be clear to those skilled in the art that variations can be made in a variety of ways. Mutations are deletions and by combining insertions into other mutants”) or rendering the protein non-functional. By replacing the nucleic acid sequence with one that makes the protein functional, the gene can be A single base exchange in the coded DNA may be sufficient. Those who carry out mutation It is clear to those skilled in the art that the method typically involves one operator under the control of one promoter. competency needs to be conserved in the mutant. In other words, the nif^ gene is the parent It needs to be preserved in the same way as in living organisms, but if it has been modified, the changes must be Must be non-disturbing. For example, a point mutation introducing a termination signal into n1fL nif^ production by mutation, either by insertion or by introducing polar mutations. It is important that life is not interrupted. That is, mutations do not interfere with mRN^ production. It needs to be something good.

れるようなものであることが知られている。例えば強力なプロモーターを生成す る結果となる突然変異によるnif^のける突然変異は、天然遺伝子プロモータ ーをより強力なプロモーターで置き換える結果となるべきではない。n1fLA オペロンのプロモーターは野生型細菌に認められる天然プロモーターより強力で あるべきではなく、天然プロモーターであるのが好ましい。It is known that it is similar to For example, to generate a strong promoter Mutations that result in nif should not result in the replacement of promoters with stronger promoters. n1fLA The operon's promoter is stronger than the natural promoter found in wild-type bacteria. The natural promoter is preferred.

寄託株Azotobacter vinelandiiにおいて本発明を実施す 一ターを保有している。The present invention is carried out in the deposited strain Azotobacter vinelandii. I own one tar.

本発明の第4の態様によれば、上述の細菌によるアンモニウム産生レベルを制御 する方法が提供される。高pHはニトロゲナーゼを失活させるが故に、アンモニ ウム分泌に付随して起こる培地のpHの増加によって、分泌されるアンモニウム の量が制限されることは公知である。細胞をアルギン酸カルシウム粒子またはビ ーズ上に固定しておいて^、 vinelandiiまたは前述の他の窒素固定 微生物のn1fL突然変異体を使用してアンモニウムを生産する際、培地の緩衝 能を高めるかまたはアンモニウムが分泌されたときそれを除去するかによってp Hを制御し、必要に応じて、アンモニウム産生レベルを上げたり下げたりし得る 。According to a fourth aspect of the invention, the level of ammonium production by the above-mentioned bacteria is controlled. A method is provided. High pH inactivates nitrogenase, so ammonia ammonium secreted by the increase in pH of the medium that accompanies ammonium secretion. It is known that the amount of cells with calcium alginate particles or vinelandii or other nitrogen fixers as mentioned above. Buffering of the medium when producing ammonium using the n1fL mutant of the microorganism p by either increasing ammonium capacity or removing it when it is secreted. H and can raise or lower ammonium production levels as needed. .

本発明は、通常は根圏に豊富であったり、または植物根においてレクチンのごと き糖タンパク質に結合したり植物の根及び幹(全身内生)中に実際に生息してい ることにより特定の植物との共生が認められている窒素固定菌に特に有効である 。The present invention is directed to the use of lectins that are normally abundant in the rhizosphere or in plant roots. It binds to glycoproteins and actually lives in the roots and trunks of plants (systemic endophytes). It is particularly effective against nitrogen-fixing bacteria that are known to coexist with certain plants by .

本発明の第5の態様によれば、上述のごとき突然変異窒素固定菌を、(植物の部 分、種子、植物全体などを含む)植物組織との窒素固定共生に導くことにより、 植物に固定窒素源を与える方法が提供される。植物との窒素固定共生は、幾つか の方法で顕在化し得る。一旦植物との窒素固定共生に入ると、細菌は根圏に存在 するか、または上述のごとく植物と共生し得る。突然変異窒素固定菌は植物組織 に種々の方法で導入し得る。それらは、栽植の前もしくは後の植物自体に、栽植 の前もしくは後の土壌に、または種子に施用し得る。細菌は、エーロゾルとして または液体もしくは固体形態で施用するのが便利である。According to the fifth aspect of the present invention, the mutant nitrogen-fixing bacteria as described above (in plant parts) by leading to a nitrogen-fixing symbiosis with plant tissues (including seeds, whole plants, etc.). A method of providing a fixed nitrogen source to plants is provided. There are several nitrogen-fixing symbiotic relationships with plants. It can be manifested in the following ways. Once bacteria enters a nitrogen-fixing symbiosis with plants, they reside in the rhizosphere. or coexist with plants as described above. Mutant nitrogen-fixing bacteria in plant tissue can be introduced in a variety of ways. They can be applied to the plant itself before or after planting. It can be applied to the soil before or after or to the seeds. Bacteria as an aerosol Alternatively, it is convenient to apply in liquid or solid form.

突然変異細菌は、植物との窒素固定共生に通常認められる野生型細菌とは完全に 異なるファミリー、属または種のものであってもよい。The mutant bacteria are completely different from the wild-type bacteria normally found in nitrogen-fixing symbiotic relationships with plants. They may be of different families, genera or species.

n1fL遺伝子における突然変異は、上述の方法によって野生型細菌自体を突然 変異させることにより導入することもできるし、遺伝子置換えによって導入する こともできる。Mutations in the n1fL gene can be made by mutating wild-type bacteria themselves by the method described above. It can be introduced by mutating or by gene replacement. You can also do that.

細菌は、通常植物との共生が認められる野生型細菌の突然変異体でもよい。遺伝 子置換えには、ある微生物由来の遺伝子を、この場合には別の微生物由来の突然 変異n1fL遺伝子で置き換えることが含まれる。2つの微生物は同じファミリ ーまたは属のものであるのが好ましく、同じ種または株のものであればより好ま しい。The bacterium may be a mutant of a wild-type bacterium that is normally found to coexist with plants. genetics Child replacement involves replacing a gene from one microorganism with a sudden replacement, in this case from another microorganism. This includes replacing the mutated n1fL gene. Two microorganisms are in the same family - or genus, and more preferably from the same species or strain. Yes.

本発明は更に、固定窒素源を、通常は共生する窒素固定菌のない植物に導入する 方法をも提供する。かかる植物にアンモニウム源を提供する突然変異細菌は、植 物根に存在る^zotobacter vinelandiiは、B15hop  et al、、1977、 Sciの構築を記載している。レクチン結合能力 を与えるのに型決定する遺伝子を担う植物の根または他の組織に結合することが できる。A、vinelandii n1fL突然変異体の植物の根または他の 組織への結合によって、固定窒素は細菌から植物へ直接供給され得る。The present invention furthermore introduces a fixed nitrogen source into plants that normally lack symbiotic nitrogen-fixing bacteria. A method is also provided. Mutant bacteria that provide an ammonium source to such plants are Zotobacter vinelandii that exists in the roots of plants is B15hop et al., 1977, describe the construction of Sci. Lectin binding ability can bind to plant roots or other tissues that carry genes that are typed to give can. A. vinelandii n1fL mutant plant roots or other By binding to tissues, fixed nitrogen can be supplied directly from bacteria to plants.

図1は、^zotobacter vinelandii n1fL^オペロン の制限マツプ及びプラスミド構築を示す。Figure 1 shows the ^zotobacter vinelandii n1fL^ operon. The restriction map and plasmid construction of.

以下、実施例によって本発明の実施態様を説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described by way of examples.

ス培地において30℃で有酸素下に増殖させた。125m1フラスコに入れた2 5n+1の培養液を回転振盪機(180rp■)上でインキュベートした。コン ピテンス培地(competence■5diun、CM)は、Fe及びMo塩 を添加せずに調製したBurkのスクロース培地であまた。E、 coltを増 殖させるにはLB培地を使用した。プラスミドまたはゲノム形質転換体において 耐性遺伝子を選択するための抗生物質を、以前に報告されな部分配列を有するタ ンパク質をコードする遺伝子の3゛末端約300bpをプラスミドpDBL5( l中にクローニングし、Bennett et al、、1988. Mo1.  Microbiol、、2. 315〜321によって配列決定した。上流遺 伝子全体を単離及びクローニングするため、^、 vinelandiiゲノム DN^のλライブラリー由来のプラークを、3”P−dCTPで標識したDNA プローブとのハイブリダイズに対してスクリーニングした。このプローブは、1 参照) (Bennett et at、、 1988. Mo1. Micr obiol、、 2゜315〜321)。1つのハイブリダイズプラークの子孫 力為ら調製された挿入DNAにおいて、約12.5kbのEcoRIフラグメン トが同定され、それをpBR325中にサブクローニングしてpAB21を得た 。この12.5kbのフラグメントの大きさは、n1fAプローブにハイブリダ イズしたと以前に報告されたゲノムフ含んでいた(Santero et al 、、 1988 Mo1. Microbiol、 2゜303〜814)。p AB21の挿入体の制限マ・ノブから、12.5kb該(上記参照)によって報 告されたものに対応する制限部位用領域、更にこの作業のために誘導したサブク ローンを図1に示す。The cells were grown under aerobic conditions at 30° C. in culture medium. 2 in a 125m1 flask 5n+1 cultures were incubated on a rotary shaker (180 rpm). con Pittens medium (competence 5 diun, CM) contains Fe and Mo salts. Also in Burk's sucrose medium prepared without the addition of. E, increase colt LB medium was used for growth. In plasmids or genomic transformants Antibiotics with previously unreported subsequences to select for resistance genes Approximately 300 bp of the 3' end of the protein-encoding gene was inserted into the plasmid pDBL5 ( Bennett et al., 1988. Mo1. Microbiol, 2. 315-321. upper reaches To isolate and clone the entire gene, the vinelandii genome Plaques derived from the λ library of DN^ were labeled with 3”P-dCTP DNA. Screened for hybridization with the probe. This probe has 1 Reference) (Bennett et at, 1988. Mo1. Micr obiol, 2゜315-321). Descendants of one hybridized plaque In the insert DNA prepared by Rikita et al., an approximately 12.5 kb EcoRI fragment was found. was identified and subcloned into pBR325 to obtain pAB21. . The size of this 12.5 kb fragment is such that it does not hybridize to the n1fA probe. It contained a genome previously reported to have been isolated (Santero et al. ,, 1988 Mo1. Microbiol, 2゜303-814). p From the limiter knob on the AB21 insert, it is reported by 12.5kb (see above). fields for restriction sites corresponding to those reported, as well as any subclients derived for this task. The loan is shown in Figure 1.

λライブラリーをプロッティング及びスクリーニングする方法及びDNAフラグ メントをクローニングする方法は、Saa+brook et at、、 19 89. Mo1ecular Cloning、 Co1d SpringHa rbor Laboratory Press、 Co1d Spring H arborに記載されている標準方法、及び制限酵素の供給者によって与えられ る使用手順によるものであった。Methods for plotting and screening lambda libraries and DNA flags The method for cloning the 89. Mo1ecular Cloning, Co1d SpringHa rbor Laboratory Press, Co1d Spring H standard methods as described in arbor, and as provided by the restriction enzyme supplier. This was due to the usage procedure.

実施例3 : A、vinelandifの形質転換既に記載されている方法( Page et al、、 1978. Can、 J。Example 3: Transformation of A. vinelandif as previously described ( Page et al., 1978. Can, J.

MicrobioL、 、 241590〜1594)を単純化した方法によっ てコンピテント細胞を作製した。形質転換前に液体コンピテンス培地(CM)中 で細胞を増殖させる代わりに、CM寒天上で2回目の増殖を行ったあと直ぐに、 細胞を1■lの液体CM+16mMのMg5O,中に濃度約10’細胞・a+L 弓で再懸濁させた。約50μmの再懸濁細胞を0M寒天プレート上に滴下し、0 .1〜1μgのプラスミドDNAを細胞と混合した。30℃で2日間インキュベ ートした後、約5 X 10’の細胞を、適当な抗生物質を含む選択的培地に移 した。DNAと混合しなかった細胞は対照として平板培養した。形質転換体は1 04〜10S(μgDNA)−1で生じた。MicrobioL, 241590-1594). Competent cells were generated. in liquid competence medium (CM) before transformation. Instead of growing the cells on CM agar, immediately after the second growth on CM agar, Cells were placed in 1 L of liquid CM + 16 mM Mg5O at a concentration of approximately 10' cells/a + L. Resuspend with a bow. Approximately 50 μm of resuspended cells were dropped onto a 0M agar plate and .. 1-1 μg of plasmid DNA was mixed with the cells. Incubate for 2 days at 30℃ After incubation, transfer approximately 5 x 10' cells to selective medium containing appropriate antibiotics. did. Cells not mixed with DNA were plated as controls. The transformant is 1 04-10S (μg DNA) −1.

h)を含むKIXXカセ’yトを、プラスミドpUC4−KIXX (Phar mゼ及びデオキシヌクレオチドを使用してプラント末端化した(図1)。KIX Xカセットが反対向に挿入されている、得られたプラスミドpAB29及びpA B30を実施例4に記載のごとく、2種の^、 vinelandii株、即ち 野生型UW136及び凹−匣融合株MVIOI中に形質転換した。Km’形質転 換体を、カルベニシリン(CBr1)61icillin)耐性(Cb’)に対 してスクリーニングした。CB”誘導体は、野生型四/凹様遺伝子がKIXX含 有DNAによって置き換えられるという二重交差組換え事象から生じたと推定さ れる。υ1136のKm’ CB’形質転換体は、た。pAB29誘導株MV3 76はNif″″であった。5alIで消化したMY376、MV378及びM V380由来(7)DNA(7)サザンプロットは、突然変異領域由来の32P 標識プローブ(pAB31由来の0.3kb 5atI−3phIフラグメント :図1参照)にハイブリダイズした。The KIXX cassette containing h) was transformed into plasmid pUC4-KIXX (Phar Plant termination was performed using mase and deoxynucleotides (Figure 1). KIX The resulting plasmids pAB29 and pA have the X cassette inserted in opposite directions. B30 as described in Example 4, two types of vinelandii strains, viz. Transformed into wild type UW136 and the concave-box fusion strain MVIOI. Km’transformation conversion to carbenicillin (CBr1)61icillin) resistance (Cb'). and screened. CB” derivatives contain KIXX-containing wild-type 4/concave-like genes. It is presumed to have arisen from a double-crossover recombination event in which the DNA is replaced by It will be done. The Km'CB' transformant of υ1136 was. pAB29 derivative strain MV3 76 was Nif''''. MY376, MV378 and M digested with 5alI V380-derived (7) DNA (7) Southern blot shows 32P derived from the mutation region. Labeled probe (0.3kb 5atI-3phI fragment derived from pAB31 (see Figure 1).

サザンハイブリダイゼーション実験から、3種全ての突然変異体において、3. 5kbの野生型5alIフラグメントは不在であって、6.2kbのハイブリダ イズフラグメントで置き換えられていることが判った。Southern hybridization experiments showed that in all three mutants, 3. The 5 kb wild-type 5alI fragment is absent and the 6.2 kb hybrid It turns out that it has been replaced by is fragment.

KIXXを^、 vinelandiiの四遺伝子中にいずれの方向で挿入して もNff’表現型がもたらされるが、A、vinelandii ni毬中にT n5またはΩ(転写ターミネータ−)カセットを挿入するとN1f−表現型とな った。従ってn1fLA遺伝子は恐ら< 、K、pneumoniae中のどと く^、 vinelandii中でも同時に転写される。転写を妨害すべく上流 に挿入されたKIXX aphカートリッジはA、 vinelandiiにお いて下流にある遺伝子の発現を阻害し得るが、n1fL (KIXX)突然変異 体MV376及びMV378においてはn1fA遺伝子は明らかに発現される。Insert KIXX into the four genes of vinelandii in either direction. also results in the Nff' phenotype, but T during A, vinelandii ni Insertion of n5 or Ω (transcription terminator) cassette results in N1f-phenotype. It was. Therefore, the n1fLA gene is probably found in the throat during K. pneumoniae. It is also transcribed at the same time in Vinelandii. upstream to interfere with transcription. The KIXX aph cartridge inserted into A, vinelandii The n1fL (KIXX) mutation can inhibit the expression of downstream genes. The n1fA gene is clearly expressed in MV376 and MV378.

これは、カセット内の予想外のプロモーター活性、またはn1fL領域内のKt XX挿入によって生成されたプロモータ一様配列から生じたのであろう。This may be due to unexpected promoter activity within the cassette or Kt within the n1fL region. It may have arisen from the promoter uniform sequence generated by the XX insertion.

φの発現が1Dと同じ向きであるよう)[IXXを挿入すると(MV380)  、反対向きに挿入したとき(MV378)よりもβ−ガラクトシダーゼ構築レベ ルが幾分高くなった。しかしまりに多くの^TPがニトロゲナーゼ合成及び活性 またはNU。When inserting IXX (MV380) , the level of β-galactosidase assembly was lower than when inserted in the opposite direction (MV378). The price has increased somewhat. However, too many TPs interfere with nitrogenase synthesis and activity. Or NU.

4毒性に転向するが故に、nif+^、 vinelandiiバックグラウン ドにおいて恐らく致死的である。4 Because it turns to toxicity, nif+^, vinelandii background Possibly fatal in most cases.

実施例5:酵素アッセイ ニトロゲナーゼ及びβ−ガラクトシダーゼ活性を以前に記載されたように測定し た(Sambrook et al、、 1989.Mo1ecular Cl oning”、Co1d Spring Harbor Laboratory  Press。Example 5: Enzyme assay Nitrogenase and β-galactosidase activities were measured as previously described. (Sambrook et al, 1989. Molecular Cl oning”, Co1d Spring Harbor Laboratory Press.

Co1d Spring )larbor、及びllalmsley et a l、、 1991.^ppl。Col1d Spring) labor, and llalmsley et a l,, 1991. ^ppl.

Environ、輩1crobio1.. 57. 522〜524) 。Environ, 1crobio1. .. 57. 522-524).

このアッセイの結果を下記の表1に示す。The results of this assay are shown in Table 1 below.

表1 UW136 野生型 48° O MV376 n1fL1:KIXX 48 46MVIOI n1fL1:1a cZ 15841b432MV378 n1fH1:1acZ 11967 3 772−N N非含有培地。Table 1 UW136 wild type 48° O MV376 n1fL1:KIXX 48 46MVIOI n1fL1:1a cZ 15841b432MV378 n1fH1:1acZ 11967 3 772-N N-free medium.

a U11L36及びMV376におけるニトロゲナーゼ活性:アセチレン還元 として測定したもの(タンパク111 mg当たりで1分間に生成されたエチレ ン(n■ol))。a Nitrogenase activity in U11L36 and MV376: acetylene reduction (Ethylene produced per minute per 111 mg of protein) (n■ol)).

b MVIOI、 MV378. MV3801ニオ+t6 B−カラクトシダ ーゼ活性(Miller単位(26)で測定)。b MVIOI, MV378. MV3801Nio + t6 B-Caracto fern activity (measured in Miller units (26)).

6値は、2〜3回の独立した測定値の平均である。平均からの偏差は10%以下 であった。6 values are the average of 2-3 independent measurements. Deviation from the average is less than 10% Met.

表1のデータから、MV376はNif+であって、N非含有培地及び15mM  (野生型株01136においてニトロゲナーゼ活性を抑制した濃度)のアンモ ニウムを含む培地の両方で野生型アセチレン還元活性を示した。同様に、MV3 78及びMV380は共にアンモニウムの不在下または存在下でβ−ガラクトシ ダーゼ活性を発現したが、畦「株MVIOIにおいては15aMアンモニウムに よって活性が抑制された。From the data in Table 1, MV376 is Nif+ and N-free medium and 15mM Ammonia (concentration that suppressed nitrogenase activity in wild type strain 01136) It showed wild-type acetylene-reducing activity in both media containing Ni. Similarly, MV3 Both 78 and MV380 react with β-galactosylate in the absence or presence of ammonium. However, in the strain MVIOI, 15aM ammonium Therefore, activity was suppressed.

^、 vinelandiiにおいてアンモニウムによって抑制される他の活性 は硝酸レダクターゼ及び亜硝酸レダクターゼの活性であり(Luque et  al、、 1987. Arch、 Microbiol、、 148゜231 〜235) 、これらの発現にはntrC及びrpoNの両遺伝子の産物が必要 である(Luque et al、、前出、 5antero et al、。^, Other activities suppressed by ammonium in vinelandii is the activity of nitrate reductase and nitrite reductase (Luque et al. al., 1987. Arch, Microbiol, 148°231 -235), their expression requires the products of both ntrC and rpoN genes. (Luque et al, supra, 5antero et al.

異は、正常な硝酸レダクターゼ調節には影響しなかった。The difference did not affect normal nitrate reductase regulation.

この活性は、野生型[IW136及び突然変異IJV376のNO,−増殖培養 液中には存在したが、N)J4”(+N0x−)増殖培養液中には存在しなかっ た(データは示さず)。This activity was observed in NO,-proliferative cultures of wild-type [IW136 and mutant IJV376]. N)J4” (+N0x-) was present in the growth culture solution. (data not shown).

上記結果は、A、 vfnelandHにおいてn汀^の上流の遺伝子はアンモ ニウムによるnif遺伝子発現抑制を媒介するが、アンモニウム制御下にある少 なくとも1つの他の遺伝子の発現は媒介しないことを示している。この表現型は 、n1fLが四のすぐ上流に位置するX、 pneumoniaeの匹突然変異 体と幾分類似であるが、K、pneutaoniae n1fL突然変異体より も^、vinelandii n1fL突然変異体において、ニトロゲナーゼ合 成はアンモニウム抑制からはるかに免れている。^。The above results show that in A, vfnelandH, the gene upstream of n ^ is ammonia. mediates the suppression of nif gene expression by ammonium, but the small amount under ammonium control It is shown that the expression of at least one other gene is not mediated. This phenotype is , n1fL is located immediately upstream of 4, X, pneumoniae mutation somewhat similar to K. pneutaoniae n1fL mutant Also, in the S. vinelandii n1fL mutant, nitrogenase synthesis was growth is far more immune to ammonium suppression. ^.

vinelandjiの全上流遺伝子配列(約1.4kb)の翻訳は、NTRB よりもに、pneumoniae n1fLに高い相同性を有するタンパク質を 示す(同一部分24%vs、 31%)。The translation of the entire upstream gene sequence (approximately 1.4 kb) of vinelandji is NTRB rather than the protein with high homology to Pneumoniae n1fL. (same part 24% vs. 31%).

実施例6;アンモニウム定員 窒素上で増殖させた^、vinelandii野生型株UW136と突然変異株 MV376との培養液上清を、アンモニウムの存在について試験した。Example 6; Ammonium capacity vinelandii wild-type strain UW136 and mutant strains grown on nitrogen. Culture supernatants with MV376 were tested for the presence of ammonium.

種々の時点で培養液試料を採取し、遠心した。上清または濾液0.5ml中のア ンモニウムの存在を、インドフェノール法(Bergersen、 1980.  ”Methods for evaluating biol。Culture fluid samples were taken at various time points and centrifuged. A in 0.5 ml of supernatant or filtrate. The presence of ammonium was determined using the indophenol method (Bergersen, 1980. "Methods for evaluating biol.

gical nitrogen fixation”、 John 1file y & 5ons Ltd、、 London)によって試験した。これは、順 番に、a)0.5mlフェノール−ナトリウムニトロプルシド溶液(フェノール 50g−/−’+ナトリウムニトロプルシド0.25g−1−’); b) 0 .5+alの次亜塩素酸ナトリウム溶液(0,1m) ;及びc)2m+1の蒸 留水を加えることからなった。混合液を室温で30分間インキュベートした。6 25nmにおける吸収を測定し、アンモニウム濃度を、同じ試薬液を使用して測 定した種々の濃度のアンモニウム溶液を用いて得られた標準曲線から推定した。"gical nitrogen fixation", John 1file Y & 5ons Ltd., London). This is the order a) 0.5ml phenol-sodium nitroprusside solution (phenol 50g-/-' + sodium nitroprusside 0.25g-1-'); b) 0 .. 5+al of sodium hypochlorite solution (0.1 m); and c) 2 m+1 of evaporated It consisted of adding distilled water. The mixture was incubated for 30 minutes at room temperature. 6 The absorption at 25 nm was measured and the ammonium concentration was determined using the same reagent solution. It was estimated from a standard curve obtained using ammonium solutions with various concentrations determined.

結果を図2に示す。ここで、・はUW136を示し、口はMV376を示す。The results are shown in Figure 2. Here, * indicates UW136, and mouth indicates MV376.

01136とは対照的に、MV376は指数増殖期の最後にかけてかなり急激に アンモニウムを分泌した。1IV376定常期培養液において測定された最終量 は5〜10+aMであった。供給したスクロースの半分は休止期にも残っていた ことから、分泌は炭素源の使用可能性によって制限されてはいなかった。In contrast to 01136, MV376 grows quite rapidly toward the end of the exponential growth phase. secreted ammonium. Final amount measured in 1IV376 stationary phase culture was 5-10+aM. Half of the supplied sucrose remained during the resting period. Therefore, secretion was not limited by carbon source availability.

実施例7:^vinelandiiのn1fL欠失突然変異体の構築凹領域を担 うプラスミドpAB27をBglIIで消化し、遺伝子カートリッジ工を担うp J017由来の3.8kb BamHIフラグメント(Hynes et al 、、 Gene、 198978.111〜120)に連結した。saq遺伝子 は、所定のグラム陰性菌に移入されるとスクロース感受性を与える。即ち、±遺 伝子を担う微生物はスクロース含有培地において増殖できない。得られたプラス ミドpLA5 :Sac−Kmは座カートリッジを担っており、この場合、±カ ートリッジは585塩基対のBglIIフラグメントに置き換わっていて、該遺 伝子の5′末端及び翻訳開始コドンの上流の20塩基対は欠失している。pLA 5:5ac4諷マイシン耐性コロニーを選択した。これらは、スクロース含有培 地上では増殖できないが、炭素源としてのグルコース上では正常に増殖し得るこ とが判明した。1つのコロニーを数回精製すると、安定なスクロース感受性、カ ナマイシン耐性表現型を有した。この突然変異体は1lV399であっら、N1 f−表現型を有した。Example 7: Construction of n1fL deletion mutant of ^vinelandii Carrying the concave region plasmid pAB27 was digested with BglII, and pAB27, which is responsible for gene cartridge engineering, was digested with BglII. 3.8 kb BamHI fragment derived from J017 (Hynes et al. , Gene, 198978.111-120). saq gene confers sucrose sensitivity upon transfer to certain Gram-negative bacteria. In other words, ± The microorganisms that carry the gene cannot grow in sucrose-containing media. obtained plus Mid pLA5: Sac-Km is responsible for the seat cartridge, in this case ± The cartridge has been replaced with a 585 base pair BglII fragment, The 5' end of the gene and 20 base pairs upstream of the translation initiation codon are deleted. pLA 5:5ac4 tatemycin resistant colonies were selected. These are sucrose-containing media. Although it cannot grow on land, it can grow normally on glucose as a carbon source. It turned out that. Purification of a single colony several times results in stable sucrose-sensitive, bacterial It had a namycin resistance phenotype. This mutant is 1lV399, N1 had an f-phenotype.

凹:座突然変異を、±DNAが介在していない1旦欠失突然変異と置き換えるた め、pAB27をBglIIで消化し、それ自体に連結した。プラスミドpLA 4を単離すると、n1fL遺伝子内に585塩基対のBglII欠失を含むこと が判った。MV399をpLA4を用いて形質転換し、スクロース含有アンモニ ウム非含有培地において増殖したコロニーを選択した。これらのNif+コロニ ーはカナマイシン感受性でもあり、このことは、sac−Krmカートリッジが 置き換えられたことを示す。Concave: To replace a locus mutation with a deletion mutation that is not mediated by ±DNA. For this purpose, pAB27 was digested with BglII and ligated to itself. Plasmid pLA 4 contains a 585 base pair BglII deletion within the n1fL gene. It turns out. MV399 was transformed using pLA4, and sucrose-containing ammonia Colonies that grew in um-free medium were selected. These Nif+ colonies is also sensitive to kanamycin, which indicates that the sac-Krm cartridge Indicates that it has been replaced.

1つのこのようなコロニーを精製し、アンモニウム分泌について試験した。この 株11V44Qは、増殖培地中に10aMまでのアンモニウムを分泌したことが 判り、アンモニウムカ曵更に分泌されなくなったときの培養液のpHct、約8 .5各こまでたらす。One such colony was purified and tested for ammonium secretion. this Strain 11V44Q secreted up to 10 aM ammonium into the growth medium. Understand, the pHct of the culture solution when no more ammonium is secreted is approximately 8. .. 5 Draw each frame.

時間(時間) 補正書の写しく翻fl提出書(特許法第184条の8)特許庁長官麻 生 渡  殿 平成6年3月8日硼11、特許出願の表示 PCT/GB 9210036 82、発明の名称 組換え窒素固定菌によるアンモニア生産3、特許出願人 住 所 イギリス国、ロンドン・ニス−イー@I・6・φビー・ニー、ニスウイ ントン・コーズウエ付01 名 称 ブリティッシュ・テクノロジー−グループ・リミテッド 4、代 理  人 東京都新宿区新宿1丁目1番14号 山田ビル6、添附書類の目録 (1)補正書の翻訳文 1通 12、植物に固定窒素源を与える方法であって、請求項1から4のいずれか一項 に記載の、または請求項5から11のいずれか一項に記載の方法によって製造さ れた突然変異窒素固定菌を、植物組織との窒素固定共生に導くことからなる方法 。time (hours) Submission of copy of amendment (Article 184-8 of the Patent Law) Watari Aso, Commissioner of the Patent Office March 8, 1994, 11, Patent Application Indication PCT/GB 9210036 82. Title of the invention Ammonia production by recombinant nitrogen-fixing bacteria 3. Patent applicant Address: United Kingdom, London, Nisui@I.6.φB. Nisui, Nisui With tonton causeway 01 Name: British Technology Group Limited 4. Management: Person: Yamada Building 6, 1-1-14 Shinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo, list of attached documents (1) One translation of the written amendment 12. A method of providing a fixed nitrogen source to plants, comprising any one of claims 1 to 4. or according to any one of claims 5 to 11. A method consisting of introducing mutant nitrogen-fixing bacteria into nitrogen-fixing symbiosis with plant tissues. .

13、前記突然変異細菌を、栽植の前または後の土壌に導入する請求項12に記 載の方法。13. The method according to claim 12, wherein the mutant bacterium is introduced into the soil before or after planting. How to put it on.

14、前記突然変異細菌を、栽植の前または後の該植物に導入する請求項12に 記載の方法。14. According to claim 12, the mutant bacterium is introduced into the plant before or after planting. Method described.

15、前記突然変異細菌を、栽植の前または後の種子に導入する請求項12に記 載の方法。15. The method according to claim 12, wherein the mutant bacterium is introduced into seeds before or after planting. How to put it on.

16、前記細菌をエーロゾルまたは液体として導入する請求項12に記載の方法 。16. The method of claim 12, wherein the bacteria are introduced as an aerosol or liquid. .

17、前記細菌が、マメ科植物によって生成されるレクチンに結合する能力を有 する請求項12に記載の方法。17. The bacteria have the ability to bind to lectins produced by legumes. 13. The method according to claim 12.

19、前記遺伝子を、Rh1zobiuo+ trifolium及びRhiz obiumleguminosarumから得る請求項18に記載の方法。19. The gene was transformed into Rh1zobiuo+trifolium and Rhiz 19. The method according to claim 18, obtained from Obium leguminosarum.

20、請求項12から19のいずれか一項に記載の方法によって固定窒素源が与 えられた植物。20. A fixed nitrogen source is provided by the method according to any one of claims 12 to 19. The plants that were harvested.

21、レシピエンド細菌中に遺伝子置換えによって挿入するための突然変異n1 fL遺伝子であって、1991年8月30日付けでthe National  Co11ection of Industrial and MarineB acteria Ltd、、^berdeen、 5cotland、 UKに 受託番号40438で寄託されている^、 yin61andii株、または同 じ増殖及びアンモニア産生機能を有するその突然変異体もしくは変種に由来する ことを特徴とする遺伝子。21, mutation n1 for insertion by gene replacement into the recipe endobacteria fL gene, and as of August 30, 1991, the National Co11ection of Industrial and MarineB acteria Ltd,, ^berdeen, 5cotland, UK The yin61andii strain deposited with accession number 40438, or the same derived from its mutants or variants with the same growth and ammonia production functions. A gene characterized by

11.7.1N番 PCT/G89210036811.1A、l11.陶 ρ CT/G892100368フロントページの続き (51) Int、 C1,6識別記号 庁内整理番号C12R1:065) (72)発明者 ケネディ、クリスチーナ・ケイアメリカ合衆国、アリシナ・8 5718、タスコン、イースト・ディアー・キャニョン・ロード・1141 I11.7.1N No. PCT/G89210036811.1A, l11. Pottery ρ Continuation of CT/G892100368 front page (51) Int, C1,6 identification symbol, internal office reference number C12R1:065) (72) Inventor Kennedy, Christina Kay United States, Alisina 8 1141 East Deer Canyon Road, Tuscon, 5718 I

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.ニトロゲナーゼ活性がnifAまたはnifA様遺伝子によって制御されて おり、更にnifAまたはnifA様遺伝子がnifLまたはnifL様遺伝子 のみによって調節されている突然変異窒素固定菌であって、機能性nifAまた はnifA様遺伝子ではなく前記nifLまたはnif1様遺伝子内に突然変異 を有するという変性を特徴とする細菌。1. Nitrogenase activity is controlled by nifA or nifA-like genes Furthermore, nifA or nifA-like gene is nifL or nifL-like gene. A mutant nitrogen-fixing bacterium that is regulated only by functional nifA or is a mutation in the nifL or nif1-like gene rather than the nifA-like gene. Bacteria characterized by the degeneration of having 2.Azotobacter属のものである請求項1に記載の細菌。2. The bacterium according to claim 1, which belongs to the genus Azotobacter. 3.Azotobacter vinelandii種のものである請求項2に 記載の細菌。3. Claim 2, which is of Azotobacter vinelandii species. Bacteria described. 4.1991年8月30日付けでthe National Collecti on of Industrial and Marine Bacteria  Ltd., Aberdeen, Scotland, UKに受託番号40 438で寄託されている株、または同じアンモニア過剰産生機能を有するその突 然変異体もしくは変種である請求項3に記載の細菌。4. As of August 30, 1991, the National Collection on of Industrial and Marine Bacteria Ltd. , Aberdeen, Scotland, UK accession number 40 438, or its variant with the same ammonia overproduction function. 4. The bacterium according to claim 3, which is a natural mutant or variant. 5.請求項1から4のいずれか一項に記載の突然変異細菌の製造方法であって、 ニトロゲナーゼ活性がnifAまたはnifA様遺伝子によって制御されており 、更にnjfAまたはnifA様遺伝子がnifLまたはnifL様遺伝子のみ によって調節されている親窒素固定菌のnifL遺伝子を単離するステップと、 前記nifL遺伝子を突然変異させるステップと、前記nifAまたはnifA 様遺伝子の機能性は保存しながら、親窒素固定菌のnifL遺伝子を前記突然変 異させたnifLまたはnifL様遺伝子で置き換えるステップとからなる方法 。5. A method for producing the mutant bacterium according to any one of claims 1 to 4, comprising: Nitrogenase activity is controlled by nifA or nifA-like genes. , furthermore, njfA or nifA-like genes are only nifL or nifL-like genes. isolating the nifL gene of the parent nitrogen-fixing bacterium, which is regulated by mutating the nifL gene; and mutating the nifA or nifA gene. While preserving the functionality of the similar gene, the nifL gene of the parent nitrogen-fixing bacterium was mutated as described above. and replacing with a different nifL or nifL-like gene. . 6.ある細菌(レシピエント)由来のnifL遺伝子を別の(ドナー)細菌由来 の突然変異nifL遺伝子で置き換える請求項5に記載の方法。6. The nifL gene from one bacterium (recipient) is transferred from another bacterium (donor) 6. The method according to claim 5, wherein the mutant nifL gene is replaced with a mutant nifL gene. 7.前記ドナー及びレシピエント細菌が同じ属またはファミリーのものである請 求項6に記載の方法。7. The donor and recipient bacteria are of the same genus or family. The method described in claim 6. 8.前記ドナー及びレシピエント細菌が同じ種のものである請求項7に記載の方 法。8. 8. The method according to claim 7, wherein the donor and recipient bacteria are of the same species. Law. 9.前記ドナー及びレシピエント細菌がAzotobacterである請求項7 に記載の方法。9. 7. The donor and recipient bacteria are Azotobacter. The method described in. 10.前記ドナー及びレシピエント細菌がAzotobacter vinel andiiである請求項8に記載の方法。10. The donor and recipient bacteria are Azotobacter vinyl 9. The method according to claim 8, wherein the andii. 11.前記ドナー及びレシピエント細菌が、1991年8月30日付けでthe  National Collection of Industrial a nd Marine Bacteria Ltd., Aberdeen, S cotland, UKに受託番号40438で寄託されている株、または同じ 増殖及びアンモニア産生機能を有するその突然変異体もしくは変種である請求項 8に記載の方法。11. The said donor and recipient bacteria are as of August 30, 1991 National Collection of Industrial a nd Marine Bacteria Ltd. , Aberdeen, S cotland, UK under accession number 40438, or the same strain. A claim that the invention is a mutant or variant thereof that has growth and ammonia production functions. 8. The method described in 8. 12.植物に固定窒素源を与える方法であって、請求項1から4のいずれか一項 に記載の、または請求項5から11のいずれか一項に記載の方法によって製造さ れた突然変異窒素固定菌を、植物組織との窒素固定共生に導くことからなる方法 。12. 5. A method of providing a fixed nitrogen source to plants, the method according to any one of claims 1 to 4. or according to any one of claims 5 to 11. A method consisting of introducing mutant nitrogen-fixing bacteria into nitrogen-fixing symbiosis with plant tissues. . 13.前記突然変異細菌を、栽植の前または後の土壌に導入する請求項12に記 載の方法。13. 13. The mutant bacterium according to claim 12, wherein the mutant bacterium is introduced into soil before or after planting. How to put it on. 14.前記突然変異細菌を、栽植の前または後の該植物に導入する請求項12に 記載の方法。14. 13. The mutant bacterium is introduced into the plant before or after planting. Method described. 15.前記突然変異細菌を、栽植の前または後の種子に導入する請求項12に記 載の方法。15. 13. The mutant bacterium is introduced into seeds before or after planting. How to put it on. 16.前記細菌をエーロゾルまたは液体として導入する請求項12に記載の方法 。16. 13. The method of claim 12, wherein the bacteria are introduced as an aerosol or a liquid. . 17.前記細菌が、マメ科植物によって生成されるレクチンに結合する能力を有 する請求項12に記載の方法。17. The bacteria have the ability to bind to lectins produced by legumes. 13. The method according to claim 12. 18.レクチンに結合する能力を与える遺伝子をAzotobacteria  vinelandii中に導入する請求項12に記載の方法。18. The gene that confers the ability to bind to lectins was found in Azotobacteria. 13. The method according to claim 12, wherein the method is introduced into A. vinelandii. 19.前記遺伝子を、Rhizobium trifolium及びRhizo biumleguminosarumから得る請求項18に記載の方法。19. The gene was isolated from Rhizobium trifolium and Rhizobium trifolium. 19. The method according to claim 18, obtained from Biumleguminosarum. 20.請求項12から19のいずれか一項に記載の方法によって固定窒素源が与 えられた植物。20. A fixed nitrogen source is provided by the method according to any one of claims 12 to 19. The plants that were harvested. 21.レシピエント細菌中に遺伝子置換えによって挿入するための突然変異ni fL遺伝子。21. mutation ni for insertion into the recipient bacterium by genetic replacement. fL gene. 22.1991年8月30日付けでthe National Collect ion ofIndustrial and Marine Bacteria  Ltd., Aberdeen, Scotland,UKに受託番号404 38で寄託されているA.vinelandii株、または同じ増殖及びアンモ ニア産生機能を有するその突然変異体もしくは変種に由来することを特徴とする 請求項21に記載の遺伝子。22. As of August 30, 1991, the National Collect ion of Industrial and Marine Bacteria Ltd. , Aberdeen, Scotland, UK with accession number 404 A.38 deposited in vinelandii strain, or the same growth and characterized by being derived from a mutant or variant thereof that has a near-producing function The gene according to claim 21.
JP4505552A 1991-09-09 1992-03-02 Ammonia production by recombinant nitrogen-fixing bacteria Pending JPH07501201A (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9119255A GB2259302A (en) 1991-09-09 1991-09-09 Mutant nitrogen fixing bacterium
GB9119255.9 1991-09-09
PCT/GB1992/000368 WO1993005154A1 (en) 1991-09-09 1992-03-02 Ammonia production by a recombinant nitrogen fixing bacteria

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH07501201A true JPH07501201A (en) 1995-02-09

Family

ID=10701141

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP4505552A Pending JPH07501201A (en) 1991-09-09 1992-03-02 Ammonia production by recombinant nitrogen-fixing bacteria

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JPH07501201A (en)
GB (1) GB2259302A (en)
NZ (1) NZ241826A (en)
WO (1) WO1993005154A1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018528760A (en) * 2015-07-13 2018-10-04 ピボット バイオ, インコーポレイテッド Methods and compositions for improving plant traits
US11565979B2 (en) 2017-01-12 2023-01-31 Pivot Bio, Inc. Methods and compositions for improving plant traits

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0121126D0 (en) 2001-08-31 2001-10-24 Univ Nottingham Systemic non-nodular endosymbiotic nitrogen fixation in plants
EP2721153B1 (en) 2011-06-16 2019-08-28 The Regents of The University of California Synthetic gene clusters
WO2013132518A1 (en) * 2012-03-03 2013-09-12 Department Of Biotechnology Ministry Of Science & Technology Recombinant nitrogen fixing microorganism and uses thereof
WO2014071182A1 (en) 2012-11-01 2014-05-08 Massachusetts Institute Of Technology Directed evolution of synthetic gene cluster
EP3359664A4 (en) 2015-10-05 2019-03-20 Massachusetts Institute Of Technology Nitrogen fixation using refactored nif clusters
RU2020116764A (en) 2017-10-25 2021-11-25 Пивот Байо, Инк. METHODS AND COMPOSITIONS FOR IMPROVING CONSTRUCTED NITROGEN-FIXING MICROORGANISMS
EP3814302A4 (en) 2018-06-27 2022-06-29 Pivot Bio, Inc. Agricultural compositions comprising remodeled nitrogen fixing microbes
EP3820279A4 (en) * 2018-07-11 2022-04-13 Pivot Bio, Inc. Temporally and spatially targeted dynamic nitrogen delivery by remodeled microbes
CA3128253A1 (en) * 2019-02-05 2020-08-13 Pivot Bio, Inc. Improved consistency of crop yield through biological nitrogen fixation
BR112022005144A2 (en) * 2019-09-18 2022-06-14 Univ Washington State Genetically modified nitrogen fixing bacteria and their uses.

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2494297A1 (en) * 1980-11-18 1982-05-21 Pasteur Institut Cells and microorganisms having nitrogen fixation genes - and a NIFLA operon, have under-gone a mutation to confer pheno-type NIF-C, and have nitrogenase activity in the presence of ammonium ions
EP0339830A3 (en) * 1988-04-14 1990-01-17 Biotechnica International, Inc. Improved biological nitrogen fixation

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018528760A (en) * 2015-07-13 2018-10-04 ピボット バイオ, インコーポレイテッド Methods and compositions for improving plant traits
US11565979B2 (en) 2017-01-12 2023-01-31 Pivot Bio, Inc. Methods and compositions for improving plant traits

Also Published As

Publication number Publication date
GB2259302A (en) 1993-03-10
WO1993005154A1 (en) 1993-03-18
NZ241826A (en) 1993-05-26
GB9119255D0 (en) 1991-10-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bali et al. Excretion of ammonium by a nifL mutant of Azotobacter vinelandii fixing nitrogen
Östling et al. Behaviour of IncP-1 plasmids and a miniMu transposon in a marine Vibrio sp.: isolation of starvation inducible lac operon fusions
CN104204211B (en) Restructuring nitrogen-fixing microorganism and application thereof
Hussain et al. Effect of IAA on in vitro growth and colonization of Nostoc in plant roots
JPH07501201A (en) Ammonia production by recombinant nitrogen-fixing bacteria
Colnaghi et al. Strategies for increased ammonium production in free-living or plant associated nitrogen fixing bacteria
Peralta et al. Engineering the nifH promoter region and abolishing poly-β-hydroxybutyrate accumulation in Rhizobium etli enhance nitrogen fixation in symbiosis with Phaseolus vulgaris
IE810305L (en) Modified microorganisms
Hommes et al. Mutagenesis of hydroxylamine oxidoreductase in Nitrosomonas europaea by transformation and recombination
JP4657366B2 (en) Ammonia-low-producing natto bacteria, a method for producing natto using the natto bacteria, and natto
Lie et al. A genetic study of Nif-associated genes in a hyperthermophilic methanogen
Thomas et al. Environmentally directed mutations in the dehalogenase system of Pseudomonas putida strain PP3
JP3399993B2 (en) Microorganisms for stabilizing plasmids
Murakami et al. Assessment of horizontal gene transfer-mediated destabilization of Synechococcus elongatus PCC 7942 biocontainment system
Madueño et al. Isolation and characterization of Anacystis nidulans R2 mutants affected in nitrate assimilation: establishment of two new mutant types
Yates et al. Oxygen, hydrogen and nitrogen fixation in Azotobacter
Kannenberg et al. Hopanoid lipids in Bradyrhizobium and other plant-associated bacteria and cloning of the Bradyrhizobium japonicum squalene-hopene cyclase gene
Hessner et al. Construction, characterization, and complementation of Rhodospirillum rubrum puf region mutants
Hom et al. Transposon Tn 5-Generated Bradyrhizobium japonicum Mutants Unable To Grow Chemoautotrophically with H2
Kriete et al. Influence of the herbicide phosphinothricin on growth and nodulation capacity of Rhizobium meliloti
LaFayette et al. A non-antibiotic marker for amplification of plant transformation vectors in E. coli
CHIURA et al. Phage-like particles production and gene transfer by marine bacteria
JPS59501732A (en) Methods and materials for microbiological oxidation of aromatic hydrocarbons
US4540667A (en) Fluorescent siderophore genes
Andersen et al. Genetic engineering in agriculture with emphasis on nitrogen fixation