JPH1066576A - Double-stranded dna having protruding terminal and shuffling method using the same - Google Patents

Double-stranded dna having protruding terminal and shuffling method using the same

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JPH1066576A
JPH1066576A JP8208422A JP20842296A JPH1066576A JP H1066576 A JPH1066576 A JP H1066576A JP 8208422 A JP8208422 A JP 8208422A JP 20842296 A JP20842296 A JP 20842296A JP H1066576 A JPH1066576 A JP H1066576A
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dna
gene
double
stranded
oligonucleotide
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JP8208422A
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Yoshiaki Miyoda
喜昭 御代田
Shiro Fukuyama
志朗 福山
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Novo Nordisk AS
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a new DNA having mutations, consisting of a double-stranded DNA having the same sequence as that of a part of a gene and a single-stranded DNA which locates in a discontinuous position with the same or does not locate on the gene and being shuffled by forming a protruding terminal. SOLUTION: This new DNA consists of a double-stranded DNA having the same sequence as that of a part of a gene and a single-stranded DNA having a base arrangement locating at a discontinuous position to the corresponding part of the above- mentioned double-stranded DNA or a base sequence which does not locate on the gene and the single-stranded DNA is connected to one terminal of the double-stranded DNA to form a protruding terminal. By using the new DNA, a DNA containing a different base sequence from a space of a natural base sequence or a mixture of the same is simply obtained, thus, gene products such as excellent proteins, enzymes, etc., can be obtained. This DNA is obtained by preparing the double-stranded DNA by using a part of the DNA as a template and a primer in a DNA polymerase reaction, removing ribonucleotide by enzyme, etc., and further removing nucleotide at 5' terminal side.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、所望の配列からな
る突出末端を有する2本鎖DNAおよびその製造方法、
突出末端を有するDNAブロックを利用したDNAのシ
ャフリング方法、当該方法によりシャフリングされたD
NAおよび当該方法の応用により得られるDNAプー
ル、並びに当該プールによる遺伝子産物に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a double-stranded DNA having a protruding end comprising a desired sequence and a method for producing the same,
Method for shuffling DNA using DNA block having protruding ends, D shuffled by the method
NA and a DNA pool obtained by application of the method, and a gene product from the pool.

【0002】[0002]

【従来技術】天然に存在するタンパク質を人間にとって
より有用に改良するタンパク質工学の1つのアプローチ
として、部位特異的変異によるタンパク質の改良があ
り、いくつかの成果が得られている(特開平5-91876 号
公報)。しかし、これには標的タンパク質の立体構造が
判明していることが必要であり、立体構造の解析に多く
の労力が必要である。また、立体構造が判明していても
構造と機能の関係にはまだ不明なことが多く、狙った機
能を確実に付与することは依然として困難である。
2. Description of the Related Art As one approach to protein engineering for improving naturally occurring proteins more usefully for humans, there is an improvement of proteins by site-directed mutagenesis, and some results have been obtained (Japanese Patent Laid-Open Publication No. Hei. No. 91876). However, this requires that the three-dimensional structure of the target protein be known, and much effort is required to analyze the three-dimensional structure. In addition, even if the three-dimensional structure is known, the relationship between the structure and the function is often still unknown, and it is still difficult to reliably provide the desired function.

【0003】これらの困難を回避するために、ランダム
変異とスクリーニングからなる方法や、生物の進化を利
用した進化分子工学が脚光を浴びており、非常に有用で
あることが示されている(Proc. Natl. Acad. Sci. US
A, 83, 576 (1986))。しかしながら、現在行なわれて
いる方法は、多くて数個のアミノ酸置換である。WO 95/
22625 には、複数の遺伝子をランダムに分割し、相同的
組み換えによって遺伝子を再構築し、新規な遺伝子を作
成する方法が記載されている。しかし、この方法はキメ
ラ遺伝子作成の一方法であり、作成される遺伝子は当初
の遺伝子と類似しており、塩基配列の大枠は維持されて
いる。
In order to avoid these difficulties, methods comprising random mutation and screening, and evolutionary molecular engineering utilizing the evolution of living things have been spotlighted and have been shown to be very useful (Proc. Natl. Acad. Sci. US
A, 83 , 576 (1986)). However, the current practice is at most a few amino acid substitutions. WO 95 /
22625 describes a method of randomly dividing a plurality of genes, reconstructing the genes by homologous recombination, and creating a new gene. However, this method is a method for producing a chimeric gene, and the gene to be produced is similar to the original gene, and the outline of the nucleotide sequence is maintained.

【0004】このような既存の方法では生物が進化の過
程で獲得できなかった機能の付与を望むことは困難であ
る。自然界に存在するタンパク質等の遺伝子産物と機能
が大きく異なる遺伝子産物を取得するためには、天然に
存在する塩基配列空間とは大きく異なった核酸のプール
を作り、その中から目的の機能を有する遺伝子産物を取
得することが有効と考えられる。
[0004] It is difficult for organisms to desire to impart functions that could not be obtained in the course of evolution by such existing methods. In order to obtain gene products whose functions differ greatly from those of gene products such as proteins that exist in nature, a pool of nucleic acids that differ greatly from the naturally occurring nucleotide sequence space is created, and genes with the desired function are selected from those pools. It is considered effective to obtain the product.

【0005】そのための一つの方法として、全ての塩基
の組合せからなる核酸プールを作ることが考えられる。
しかし、100アミノ酸からなる比較的小さなタンパク
質をコードする塩基配列(300塩基(bp))の総数
でさえ、4の300乗(およそ10の180乗)通りと
いう巨大な数となり、そのすべてを含む核酸プールを調
製することは実際上、不可能である。
As one method for this purpose, it is conceivable to prepare a nucleic acid pool composed of all combinations of bases.
However, even the total number of base sequences (300 bases (bp)) encoding a relatively small protein consisting of 100 amino acids is a huge number of 4 to the 300th power (approximately 10 to the 180th power). It is virtually impossible to prepare a pool.

【0006】ある種のタンパク質についてモジュールと
呼ばれるサブ構造に着目し、各モジュールに対応する塩
基配列ブロックの順番を入れ換えて、モジュールの順番
を変えた変異体を作り出す試みもなされている(Viva O
rigino vol. 23, No.1 (1995) 86-87)。しかし、この試
みでは、それぞれの変異体について個別に遺伝子配列の
並べ換えが行われており、順番が入れ替わった全ての分
子種を含む核酸プールを作成すること、およびそのプー
ルから所望の性質の産物を発現する遺伝子を取得するこ
とは未だなされていなかった。
Attempts have been made to create a mutant in which the order of modules is changed by paying attention to a substructure called a module for a certain kind of protein and changing the order of base sequence blocks corresponding to each module (Viva O.
rigino vol. 23 , No. 1 (1995) 86-87). However, in this attempt, the gene sequences are individually rearranged for each mutant, and a nucleic acid pool containing all the rearranged molecular species is created, and a product of a desired property is obtained from the pool. It has not been possible to obtain a gene to be expressed.

【0007】制限酵素を利用し、同じ突出末端若しくは
平滑末端を持つDNAブロックを数種類混合し、それら
をランダムな順番に連結させることによりできた様々な
分子によって構成される核酸プールを作成し、そこから
所望の性質を持つ分子を選別することは可能である。し
かし、かかる方法ではDNA中に制限酵素認識部位が必
要となる上、仮に制限酵素認識部位が存在しても、当該
部位が希望の位置にある確率は極めて低い。またそのブ
ロックの両端は同じ切り口である必要があり、自己連結
する確率が高い。部位特異的変異により制限酵素認識部
位を形成することも考えられるが、フレームに合わせて
連結できるかどうかは偶然に支配される部分が大きい。
すなわち、遺伝暗号の読み枠がずれずに、タンパク質が
合成されるかどうかは偶然に支配され、極めて非効率的
な方法である。
[0007] Using restriction enzymes, several types of DNA blocks having the same protruding end or blunt end are mixed, and a nucleic acid pool composed of various molecules formed by linking them in random order is prepared. It is possible to select a molecule having a desired property from the above. However, such a method requires a restriction enzyme recognition site in DNA, and even if a restriction enzyme recognition site is present, the probability that the site is at a desired position is extremely low. In addition, both ends of the block must have the same cut, and the probability of self-connection is high. Although it may be possible to form a restriction enzyme recognition site by site-directed mutation, whether or not ligation can be performed in frame is largely controlled by chance.
That is, whether or not a protein is synthesized without shifting the reading frame of the genetic code is determined by chance, which is an extremely inefficient method.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、天然
に存在する塩基配列空間とは大きく異なった空間に存在
する塩基配列を効率的に得る方法、およびこのようにし
て得られた天然には存在しない核酸配列を遺伝子として
発現させることによって得られる遺伝子産物を提供する
ことにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a method for efficiently obtaining a base sequence existing in a space greatly different from a naturally occurring base sequence space, and a method for obtaining a naturally obtained base sequence. Is to provide a gene product obtained by expressing a non-existing nucleic acid sequence as a gene.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】遺伝子の配列空間はA、
G、C、Tの塩基を用いて理論的に作り得る全配列から
なる。例えば、n個のアミノ酸からなるタンパク質をコ
ードする塩基配列は、4つの塩基の中から任意の1つを
3n回選択して順次並べることにより構成され、4の3
n乗通り存在する。100アミノ酸のタンパク質であれ
ば、前述の通り、およそ10の180乗通りの対応する
塩基配列が存在する。実際にはタンパク質を構成するア
ミノ酸の数に制限は存在しないので、配列空間は無限の
広がりを持つことになる。生物は進化の過程では、この
配列空間のごく一部を試験したにすぎず、それ以外の大
きな配列空間に極めて優れた機能を持つタンパク質をコ
ードする配列がある可能性が大きい。現在多くの研究機
関で行われているタンパク質工学的取り組みも天然に存
在するタンパク質より機能において勝るタンパク質を創
造することを目的としており、その主たるアプローチ
は、上述の通りアミノ酸置換である。しかしながら、ア
ミノ酸置換は進化において生物が行なった主要な手法、
つまり、生物の模倣であり、生物が試験した配列のごく
近傍を探索するにすぎない。また、そうして得られた配
列は過去において淘汰された配列である可能性もある。
The sequence space of a gene is A,
It consists of all sequences that can be theoretically made using G, C and T bases. For example, a base sequence encoding a protein consisting of n amino acids is constituted by selecting an arbitrary one of four bases 3n times and sequentially arranging the selected bases.
There are n powers. For a protein of 100 amino acids, there are approximately 10 180 corresponding base sequences as described above. In practice, there is no limit on the number of amino acids that make up a protein, so that the sequence space has an infinite extent. In the process of evolution, organisms have only tested a small part of this sequence space, and it is highly probable that there are sequences encoding proteins with excellent functions in other large sequence spaces. The protein engineering efforts currently being carried out by many research institutions are also aimed at creating proteins that are superior in function to naturally occurring proteins, and the main approach is amino acid substitution as described above. However, amino acid substitutions are the primary method used by organisms in evolution,
In other words, it is an imitation of an organism, only searching for the immediate vicinity of the sequence tested by the organism. Also, the sequence obtained in this way may be a sequence that has been selected in the past.

【0010】本発明者らは、生物の試験した配列空間の
近傍から大きく離れるには、生物が行ない得なかったこ
とを実践すれば可能であると考えた。そして、遺伝子を
数個のブロックに分け、それらの順番を変えることが、
生物内で起きるには致死的であることから、この目的に
適した方法であると結論した。そして、鋭意研究を重ね
た結果、任意のDNAに任意の突出末端を作る方法を発
明し、その方法を利用することによって、遺伝子を数個
のブロックに分け、それらの順番が入れ替わった配列空
間に位置する塩基配列を含む分子プールを作成すること
に成功し、本発明を完成するに至った。
[0010] The present inventors thought that it would be possible to practice the fact that organisms could not do much to get far away from the vicinity of the tested sequence space of the organism. And dividing the gene into several blocks and changing their order,
It was concluded that this method was suitable for this purpose because it was lethal in organisms. As a result of intensive research, they invented a method for creating an arbitrary protruding end on an arbitrary DNA, and by using this method, divided the gene into several blocks and placed them in a sequence space in which their order was changed. The inventors succeeded in creating a molecular pool containing the located nucleotide sequence, and completed the present invention.

【0011】すなわち本発明は以下のものを提供するも
のである。 1)(a) 遺伝子の一部と同一の配列を有する2本鎖DN
Aと(b) 前記遺伝子上で前記2本鎖DNA相当部分とは
非連続な位置に存する塩基配列または前記遺伝子上にな
い塩基配列を有する1本鎖DNAからなり、1本鎖DN
Aが2本鎖DNAのいずれかの端部に連結して突出末端
を形成していることを特徴とする突出末端を有するDN
A。 2)(a) 遺伝子の一部と同一の配列を有する2本鎖DN
A、(b) 前記遺伝子上で前記2本鎖DNA相当部分とは
非連続な位置に存する塩基配列または前記遺伝子上にな
い塩基配列を有する第1の1本鎖DNA、および(c) 前
記遺伝子上で前記2本鎖DNA相当部分と連続する位置
に存する塩基配列を有する第2の1本鎖DNAからな
り、第2の1本鎖DNAは前記2本鎖DNAの当該連続
する位置に相当する端部に、第1の1本鎖DNAは前記
端部とは反対側の相補鎖の端部に連結してそれぞれ突出
末端を形成していることを特徴とする突出末端を有する
DNA。
That is, the present invention provides the following. 1) (a) a double-stranded DN having the same sequence as a part of the gene
A and (b) the portion corresponding to the double-stranded DNA on the gene comprises a single-stranded DNA having a nucleotide sequence at a discontinuous position or a nucleotide sequence not present on the gene;
A having a protruding end, wherein A is connected to either end of the double-stranded DNA to form a protruding end.
A. 2) (a) a double-stranded DN having the same sequence as a part of the gene
A, (b) a first single-stranded DNA having a nucleotide sequence at a position discontinuous from the portion corresponding to the double-stranded DNA on the gene or a nucleotide sequence not present on the gene, and (c) the gene And a second single-stranded DNA having a base sequence located at a position contiguous with the portion corresponding to the double-stranded DNA above, wherein the second single-stranded DNA corresponds to the continuous position of the double-stranded DNA. A DNA having a protruding end, wherein the first single-stranded DNA is connected to an end of the complementary strand opposite to the end to form a protruding end.

【0012】3)1本鎖DNAが2塩基以上の長さを有
する前記1または2に記載の突出末端を有するDNA。 4)突出末端が3’端に位置する前記1乃至3のいずれ
かに記載の突出末端を有するDNA。 5)DNAの一部を鋳型とし、少なくとも1つのリボヌ
クレオチドを含むオリゴヌクレオチドをプライマーとし
てDNAポリメラーゼ反応を行なうことにより2本鎖D
NAを調製し、しかる後、酵素反応または化学反応によ
ってリボヌクレオチドを除去し、さらに該リボヌクレオ
チドの存在していた位置よりも5’端側に残存するヌク
レオチドを除去することを特徴とする、突出末端を有す
るDNAの製造方法。
3) The DNA having a protruding end according to 1 or 2, wherein the single-stranded DNA has a length of 2 bases or more. 4) The DNA having a protruding end according to any one of the above 1 to 3, wherein the protruding end is located at the 3 'end. 5) A double-stranded DNA is obtained by performing a DNA polymerase reaction using a part of DNA as a template and an oligonucleotide containing at least one ribonucleotide as a primer.
NA is prepared, and thereafter, ribonucleotides are removed by an enzymatic reaction or a chemical reaction, and nucleotides remaining at the 5 ′ end side of the position where the ribonucleotide was present are further removed. A method for producing a DNA having a terminal.

【0013】6)下記a)〜d)の工程: a)(i) 遺伝子DNAの一部と同一の塩基配列を有する
オリゴヌクレチドと(ii)遺伝子上で(i) の塩基配列とは
非連続な位置に存する塩基配列またはその遺伝子上にな
い塩基配列を有し、少なくとも1つのリボヌクレオチド
を含むオリゴヌクレオチドを(ii)のオリゴヌクレオチド
が(i) のオリゴヌクレオチドの5’端側に位置するよう
に連結する工程; b)前記a)(i) のオリゴヌクレオチド相当部分を含む
DNAを鋳型とし、工程a)で得られた連結オリゴヌク
レオチドをプライマーとしてDNAポリメラーゼ反応を
行ない2本鎖DNAを調製する工程; c)酵素反応もしくは化学反応によって前記2本鎖DN
A中のリボヌクレオチドを除去する工程;および d)前記リボヌクレオチドの存在していた位置よりも
5’端側に残存するヌクレオチドを除去する工程;を有
することを特徴とする、前記1に規定する突出末端を有
するDNAの製造方法。
6) The following steps a) to d): a) (i) an oligonucleotide having a base sequence identical to a part of the gene DNA and (ii) a base sequence of (i) which is discontinuous on the gene An oligonucleotide having a base sequence at a position or a base sequence not present on the gene and containing at least one ribonucleotide such that the oligonucleotide of (ii) is located at the 5 ′ end of the oligonucleotide of (i); B) a step of preparing a double-stranded DNA by performing a DNA polymerase reaction using the DNA containing the oligonucleotide-corresponding portion of a) (i) as a template and the linked oligonucleotide obtained in step a) as a primer; C) the double-stranded DN by an enzymatic reaction or a chemical reaction;
The step of removing the ribonucleotide in A; and the step of d) removing the nucleotide remaining at the 5 'end of the position where the ribonucleotide was present, as defined in 1 above. A method for producing a DNA having a protruding end.

【0014】7)下記a)〜d)の工程: a)(i) 遺伝子DNAの一部と同一の塩基配列を有する
オリゴヌクレチドと(ii)遺伝子上で(i) の塩基配列とは
非連続な位置に存する塩基配列またはその遺伝子上にな
い塩基配列を有し、少なくとも1つのリボヌクレオチド
を含むオリゴヌクレオチドを(ii)のオリゴヌクレオチド
が(i) のオリゴヌクレオチドの5’端側に位置するよう
に連結する工程; b)前記a)(i) のオリゴヌクレオチド相当部分を含む
DNAを鋳型とし、(i) 工程a)で得られた連結オリゴ
ヌクレオチドと、(ii)その遺伝子上にあってより前記オ
リゴヌクレオチド相当部分から3’端側に少なくとも3
塩基以上離れた位置に存するオリゴヌクレオチドの相補
鎖であって少なくとも1つのリボヌクレオチドを含むオ
リゴヌクレオチドをプライマーとしてDNAポリメラー
ゼ反応を行ない2本鎖DNAを調製する工程; c)酵素反応もしくは化学反応によって前記2本鎖DN
A中のリボヌクレオチドを除去する工程;および d)前記リボヌクレオチドの存在していた位置よりも
5’端側に残存するヌクレオチドをそれぞれ除去する工
程;を有することを特徴とする、前記2に規定する突出
末端を有するDNAの製造方法。
7) The following steps a) to d): a) (i) an oligonucleotide having the same nucleotide sequence as a part of the gene DNA, and (ii) the nucleotide sequence of (i) is discontinuous on the gene. An oligonucleotide having a base sequence at a position or a base sequence not present on the gene and containing at least one ribonucleotide such that the oligonucleotide of (ii) is located at the 5 ′ end of the oligonucleotide of (i); B) using the DNA containing the oligonucleotide-equivalent portion of a) (i) as a template, (i) connecting the oligonucleotide obtained in step a), and (ii) At least 3 'to the 3' end from the oligonucleotide equivalent
A step of preparing a double-stranded DNA by performing a DNA polymerase reaction using an oligonucleotide comprising at least one ribonucleotide, which is a complementary strand of an oligonucleotide located at a position separated by bases or more, as a primer; c) enzymatic reaction or chemical reaction Double-stranded DN
The step of removing ribonucleotides in A; and d) the step of removing nucleotides remaining at the 5 'end of the position where the ribonucleotides existed, respectively. For producing a DNA having protruding protruding ends.

【0015】8)DNAを突出末端を有する複数のDN
Aブロックに分割し、これらを分割前とは異なる配列で
連結することによるDNAのシャフリング方法。 9) DNAの各部に前記5乃至7のいずれかに規定す
る方法を適用することにより、DNAを、1のブロック
の突出末端はもとのDNA上で隣接位置にないブロック
の突出末端と相補的であるように、突出末端を有する複
数のブロックに分割した後、分割前とは異なる配列で連
結することによるDNAのシャフリング方法。 10)DNAを3個以上のブロックに分割する前記8ま
たは9に記載のシャフリング方法。 11)DNAリガーゼを使用してブロックを連結する前
記8乃至10のいずれかに記載のシャフリング方法。 12)前記8乃至11のいずれかに規定の方法でシャフ
リングしてなるDNA。
8) DNA having a plurality of DNs having protruding ends
A method of shuffling DNA by dividing into A blocks and connecting these with a sequence different from that before the division. 9) By applying the method defined in any of the above items 5 to 7 to each part of the DNA, the protruding end of one block is complementary to the protruding end of a block that is not adjacent to the original DNA. A method for shuffling DNA by dividing into a plurality of blocks having protruding ends and then ligating with a sequence different from that before the division. 10) The shuffling method according to 8 or 9, wherein the DNA is divided into three or more blocks. 11) The shuffling method according to any one of the above items 8 to 10, wherein the blocks are ligated using DNA ligase. 12) DNA obtained by shuffling according to any one of the above items 8 to 11.

【0016】13)酵素機能をコードする遺伝子または
その制御遺伝子をシャフリングしてなる前記12に記載
のDNA。 14)遺伝子が、プロテアーゼ、リパーゼ、セルラー
ゼ、アミラーゼ、カタラーゼ、キシラナーゼ、オキシダ
ーゼ、デヒドロゲナーゼ、オキシゲナーゼ、レダクター
ゼのうちのいずれかをコードする遺伝子である前記13
に記載のDNA。 15)遺伝子が原核生物由来である前記13または14
に記載のDNA。 16)遺伝子がバチルス属細菌由来である前記15に記
載のDNA。 17)遺伝子がプロテアーゼAPI21遺伝子である前
記16に記載のDNA。
(13) The DNA according to the above (12), which is obtained by shuffling a gene encoding an enzyme function or a control gene thereof. 14) The gene according to 13 above, wherein the gene encodes any one of protease, lipase, cellulase, amylase, catalase, xylanase, oxidase, dehydrogenase, oxygenase, and reductase.
DNA according to 1. 15) The above 13 or 14 wherein the gene is derived from a prokaryote
DNA according to 1. 16) The DNA according to 15 above, wherein the gene is derived from a bacterium belonging to the genus Bacillus. 17) The DNA according to 16 above, wherein the gene is a protease API21 gene.

【0017】18)前記8乃至11のいずれかに規定す
るシャフリング方法によって得られる相異なる構造を有
する複数種類のDNAを含有するDNAプール。 19) 10種類以上のDNAを含む前記18に記載の
DNAプール。 20) 鋳型DNAの各部に前記5乃至7のいずれかに
規定する方法を適用することにより、以下の条件を満た
す突出末端を有するDNAブロックの混合物を調製し、
これを任意の配列で連結することによるDNAプールの
製造方法。 条件1:各ブロックは、それぞれ鋳型DNAの一部と同
一の配列を有する2本鎖部分を有する。 条件2:ブロック混合物の成分であるブロックのうち、
少なくとも2つは前記2本鎖部分に加えて鋳型DNA上
で隣接位置にないブロックの突出末端と相補的である1
本鎖部分(突出末端)を有する。 条件3:ブロック混合物は、2本鎖部分が同一であり1
本鎖部分のみ異なる、条件2を満たすブロックを少なく
とも2種類含む。
18) A DNA pool containing a plurality of types of DNAs having different structures obtained by the shuffling method defined in any one of the above items 8 to 11. 19) The DNA pool according to 18 above, which contains 10 or more types of DNA. 20) A mixture of DNA blocks having protruding ends satisfying the following conditions is prepared by applying the method defined in any of the above items 5 to 7 to each part of the template DNA,
A method for producing a DNA pool by linking these with an arbitrary sequence. Condition 1: Each block has a double-stranded portion having the same sequence as a part of the template DNA. Condition 2: Of the blocks that are components of the block mixture,
At least two are complementary to the protruding ends of the blocks that are not adjacent on the template DNA in addition to the double-stranded portion.
It has a main chain portion (protruding end). Condition 3: In the block mixture, the two strands are the same and 1
Includes at least two types of blocks that satisfy condition 2 that differ only in the main chain portion.

【0018】21) 鋳型DNAが、酵素機能をコード
する遺伝子またはその制御遺伝子DNAである前記20
に記載のDNAプールの製造方法。 22) 鋳型DNAが、プロテアーゼ、リパーゼ、セル
ラーゼ、アミラーゼ、カタラーゼ、キシラナーゼ、オキ
シダーゼ、デヒドロゲナーゼ、オキシゲナーゼ、レダク
ターゼのうちのいずれかをコードする遺伝子DNAであ
る前記21に記載のDNAプールの製造方法。 23) 鋳型DNAが、原核生物由来である前記22に
記載のDNAプールの製造方法。 24) 鋳型DNAがバチルス属細菌由来である前記2
3に記載のDNAプールの製造方法。 25) 鋳型DNAがプロテアーゼAPI21遺伝子で
ある前記24に記載のDNAプールの製造方法。 26) DNAブロックをDNAリガーゼにより連結す
る前記20乃至25に記載のDNAプールの製造方法。 27) 前記18乃至26に規定するDNAプールに存
在するDNA分子の遺伝情報を発現することによって得
られる遺伝子産物。
21) the template DNA is a gene encoding an enzyme function or its control gene DNA;
3. The method for producing a DNA pool according to item 1. 22) The method for producing a DNA pool according to 21 above, wherein the template DNA is a gene DNA encoding any of protease, lipase, cellulase, amylase, catalase, xylanase, oxidase, dehydrogenase, oxygenase, and reductase. 23) The method for producing a DNA pool according to 22 above, wherein the template DNA is derived from a prokaryote. 24) The method according to the above 2, wherein the template DNA is derived from a bacterium belonging to the genus Bacillus.
4. The method for producing a DNA pool according to item 3. 25) The method for producing a DNA pool according to 24 above, wherein the template DNA is a protease API21 gene. 26) The method for producing a DNA pool according to any one of the above 20 to 25, wherein the DNA blocks are ligated by DNA ligase. 27) A gene product obtained by expressing genetic information of a DNA molecule present in the DNA pool defined in 18 to 26 above.

【0019】以下、本発明を詳細に説明する。 [突出末端を有するDNA]本発明は任意の突出末端を
有するDNA(以下、特に断らない限り「末端突出DN
A」という。)を提供する。ここで、突出末端とは、2
本鎖DNAの端部に突出した1本鎖部分をいう。このよ
うな突出末端はEcoRIのような制限酵素でDNAを
切断した場合にも生じるが、この場合、突出末端の塩基
配列は制限酵素により定まっており、その長さも通常は
数塩基程度である。また、天然のDNAを制限酵素によ
り切断する場合は、2本鎖部分の配列も制限酵素認識部
位に挟まれる領域に限定される。これに対し、本発明の
末端突出DNAは、任意の配列を有する2本鎖DNAの
末端に所望の長さおよび配列の突出末端を付加した構造
をとるものである。
Hereinafter, the present invention will be described in detail. [DNA having a protruding end] The present invention relates to a DNA having an arbitrary protruding end (hereinafter, unless otherwise specified, "protruding terminal DN").
A ". )I will provide a. Here, the protruding end is 2
A single-stranded portion protruding from the end of the single-stranded DNA. Such a protruding end also occurs when DNA is cut with a restriction enzyme such as EcoRI. In this case, the base sequence of the protruding end is determined by the restriction enzyme, and its length is usually about several bases. When natural DNA is cleaved with a restriction enzyme, the sequence of the double-stranded portion is also limited to the region between the restriction enzyme recognition sites. On the other hand, the protruding end DNA of the present invention has a structure in which a protruding end having a desired length and sequence is added to the end of a double-stranded DNA having an arbitrary sequence.

【0020】上述の通り、本発明の末端突出DNAにお
ける2本鎖部分の配列は特に限定されない。例えば、遺
伝子の一部と同一の配列とすることができる。その長さ
も特に限定されないが、通常は、30塩基対(bp)以
上、好ましくは45bp以上である。突出末端の配列も
限定されないが、各種の反応において自己連結すること
を防ぐためにはステム構造をとる配列ではないことが好
ましい。ここで、「ステム構造をとる配列」とは、例え
ば、AATTのような、その相補鎖(TTAA)と配列
が全く同じになる配列のことである。突出末端の長さは
通常は2塩基以上、好ましくは15塩基以上30塩基以
下である。突出末端が長すぎると二次構造を形成し、分
子間アニーリングが困難になり、短すぎると、融解温度
(Tm)が低下し、アニーリングが不安定になる。突出
末端は、2本鎖DNAの3’末端または5’末端のいず
れに連結したものでもよいが、3’末端への連結が好ま
しい。一方の端部のみ突出末端を有する構造でもよい
し、両端に突出末端を有する構造でもよい。
As described above, the sequence of the double-stranded portion in the terminally protruding DNA of the present invention is not particularly limited. For example, the sequence may be the same as a part of the gene. The length is not particularly limited, but is usually 30 bp or more, preferably 45 bp or more. The sequence of the protruding end is not limited, but is preferably not a sequence having a stem structure in order to prevent self-ligation in various reactions. Here, the “sequence having a stem structure” is a sequence such as AATT whose sequence is exactly the same as its complementary strand (TTAA). The length of the protruding end is usually 2 bases or more, preferably 15 bases or more and 30 bases or less. If the protruding end is too long, a secondary structure is formed and intermolecular annealing becomes difficult. If the length is too short, the melting temperature (Tm) decreases and annealing becomes unstable. The protruding end may be linked to either the 3 ′ end or the 5 ′ end of the double-stranded DNA, but is preferably linked to the 3 ′ end. The structure may have a protruding end only at one end, or may have a structure having protruding ends at both ends.

【0021】[末端突出DNAの製造方法]本発明の末
端突出DNAは、典型的には、以下に示す工程a)〜
d)により製造することができる。なお、ここでは、次
式(1):
[Method for Producing Protruding DNA] The protruding DNA of the present invention is typically prepared by the following steps a) to
d). Here, the following equation (1):

【化1】 (αおよびcは任意の配列。aとγはそれぞれαとcに
相補的な配列である。)で表わされる2本鎖DNA(鋳
型DNA)をもとに次式(2):
Embedded image (Α and c are arbitrary sequences. A and γ are sequences complementary to α and c, respectively.) Based on the double-stranded DNA (template DNA) represented by the following formula (2):

【化2】 (式中、βは突出末端の配列を示す。他の記号の意味は
上記と同じ。)で表わされる構造を有する末端突出DN
Aを製造する方法について説明するが、他の構造を有す
る末端突出DNAについても同様に製造できる。
Embedded image (In the formula, β indicates the sequence of the protruding end. The meaning of the other symbols is the same as described above.)
A method for producing A will be described, but terminal-protruding DNA having another structure can be produced in the same manner.

【0022】工程a (a-1) オリゴヌクレオチドの調製 初めに、突出末端DNAの2本鎖部分として選択する部
分を鋳型DNA上で定め、その端部αに相補的なオリゴ
ヌクレオチドaおよびもう一方の端部cと同一の配列を
有するオリゴヌクレオチドcを調製する。αおよびcは
15〜30個程度の塩基長を有する配列であればよい。
また、突出末端配列(β)の5’末端から1塩基(Xと
する。)を除いた配列に対し相補的なオリゴヌクレオチ
ドbを調製する。塩基配列βは上記DNA上の一部でも
よいし、上記DNA上にはない任意の配列でもよい。こ
れらのオリゴヌクレオチドa、bおよびcはどのような
方法により得られるものでもよい。予め配列がわかって
いれば、既知のDNA合成装置を用いて合成してもよ
い。
Step a (a-1) Preparation of Oligonucleotide First, a portion to be selected as the double-stranded portion of the protruding end DNA is determined on the template DNA, and the oligonucleotide a complementary to the end α and the other To prepare an oligonucleotide c having the same sequence as the end c. α and c may be sequences having a base length of about 15 to 30.
In addition, an oligonucleotide b complementary to the sequence obtained by removing one base (X) from the 5 'end of the protruding end sequence (β) is prepared. The base sequence β may be a part of the above DNA or an arbitrary sequence not present on the above DNA. These oligonucleotides a, b and c may be obtained by any method. If the sequence is known in advance, it may be synthesized using a known DNA synthesizer.

【0023】(a-2) リボヌクレオチド含有断片の調製 次にオリゴヌクレオチドaとbとをリボヌクレオチドを
介して連結する。これは通常の合成法によってもよい
が、次に示す方法も用いることができる。まず、オリゴ
ヌクレオチドaの5’末端にリン酸基を付加する(次式
(3)):
(A-2) Preparation of Ribonucleotide-Containing Fragment Next, oligonucleotides a and b are ligated via a ribonucleotide. This may be performed by a general synthesis method, but the following method can also be used. First, a phosphate group is added to the 5 ′ end of oligonucleotide a (the following formula:
(3)):

【化3】 の(式中、(P) はリン酸基を表わす。)。この反応は、
ポリヌクレオチドキナーゼを作用させて行なうことがで
きる。ATPはオリゴヌクレオチドaに対しモル比で2
〜10倍程度を用いる。反応温度は30〜40℃程度で
あり、反応時間は10分〜1時間程度である。pH7〜
9程度が最適である。リン酸基付加後のオリゴヌクレオ
チドをa′で表わす。
Embedded image (Wherein (P) represents a phosphate group). This reaction is
It can be carried out by the action of polynucleotide kinase. ATP has a molar ratio of 2 to oligonucleotide a.
Use about 10 to 10 times. The reaction temperature is about 30 to 40 ° C, and the reaction time is about 10 minutes to 1 hour. pH 7 ~
About 9 is optimal. The oligonucleotide after the addition of the phosphate group is represented by a '.

【0024】また、オリゴヌクレオチドbの3’末端に
はリボヌクレオチドを付加する(次式(4)):
Further, a ribonucleotide is added to the 3 ′ end of the oligonucleotide b (the following formula (4)):

【化4】 (式中、XTPはATP、GTP、CTP、UTPのい
ずれかを、(rX)はリボヌクレオチドを表わす。)。この
反応は、例えば、ターミナルデオキシヌクレオチジルト
ランスフェラーゼを作用させて行なうことができる。用
いるヌクレオシド三リン酸(XTP)には、工程(a-1)
における塩基Xに対応するリボヌクレオチドが選択され
る。ヌクレオシド三リン酸はオリゴヌクレオチドbに対
しモル比で2〜10倍程度を用いる。反応温度は30〜
40℃程度であり反応時間は30分〜2時間程度であ
る。付加後のオリゴヌクレオチドをb′で表わす。b′
は配列βと相補的な配列となる。
Embedded image (In the formula, XTP represents any of ATP, GTP, CTP, and UTP, and (rX) represents a ribonucleotide.) This reaction can be carried out, for example, by the action of terminal deoxynucleotidyl transferase. The nucleoside triphosphate (XTP) to be used includes the step (a-1)
The ribonucleotide corresponding to the base X in is selected. The nucleoside triphosphate is used in a molar ratio of about 2 to 10 times the oligonucleotide b. Reaction temperature is 30 ~
The reaction temperature is about 40 ° C. and the reaction time is about 30 minutes to 2 hours. The oligonucleotide after addition is represented by b '. b '
Is a sequence complementary to the sequence β.

【0025】このようにして得られたオリゴヌクレオチ
ドa′とb′を混合し、b′のリボヌクレオチド3’末
端(水酸基)にa′の5’末端(リン酸基)を結合する
(次式(5)):
The oligonucleotides a 'and b' thus obtained are mixed, and the 5 'end (phosphate group) of a' is bonded to the 3 'end (hydroxyl group) of ribonucleotide of b' (the following formula: (Five)):

【化5】 この反応は、例えば、ATPと2価金属イオンの存在下
にRNAリガーゼを作用させることにより行なうことが
できる(特開平5-292967号公報)。有用な2価の金属イ
オンはマグネシウムイオン、マンガンイオン等であり、
好ましくはマグネシウムイオンである。リガーゼとして
はRNAリガーゼを用いることができる。RNAリガー
ゼはRNAを3’末端の水酸基と5’末端のリン酸基と
で連結させる酵素であるが、3’端のみがリボヌクレオ
チドであるポリデオキシリボヌクレオチドと5’リン酸
基末端のポリデオキシリボヌクレオチドも効率的に連結
する。好ましくはT4RNAリガーゼを用いる。反応
は、通常、緩衝液中、pH7〜9、10〜40℃の温度
で30〜180分間かけて行なわれる。例えば、50m
M Tris−HCl(pH 8.0)、10mM MgC
2 、0.1 mM ATP、10mg/l BSA、1m
M ヘキサアンミンコバルトクロライド(HCC)、2
5%ポリエチレングリコール6000溶液中、25℃で
60分以上反応させる。
Embedded image This reaction can be performed, for example, by allowing RNA ligase to act in the presence of ATP and a divalent metal ion (Japanese Patent Laid-Open No. 5-292967). Useful divalent metal ions are magnesium ions, manganese ions, etc.
Preferably it is a magnesium ion. RNA ligase can be used as the ligase. RNA ligase is an enzyme that connects RNA with a 3′-terminal hydroxyl group and a 5′-terminal phosphate group. Polydeoxyribonucleotide having only 3′-terminal ribonucleotide and polydeoxyribonucleotide at 5′-phosphate terminal Also connect efficiently. Preferably, T4 RNA ligase is used. The reaction is usually carried out in a buffer at a pH of 7 to 9 and a temperature of 10 to 40 ° C. for 30 to 180 minutes. For example, 50m
M Tris-HCl (pH 8.0), 10 mM MgC
l 2 , 0.1 mM ATP, 10 mg / l BSA, 1 m
M hexaammine cobalt chloride (HCC), 2
The reaction is carried out at 25 ° C. for 60 minutes or more in a 5% polyethylene glycol 6000 solution.

【0026】工程b 工程 (a-1)の配列αを含むDNAを鋳型とし、工程 (a-
2)で得られた連結オリゴヌクレオチドb′−a′をプラ
イマーとしてDNAポリメラーゼ反応を行ない2本鎖D
NAを調製する。通常は、工程 (a-1)の配列αとγとを
それぞれの鎖上に含む2本鎖DNAを熱またはアルカリ
変性してそれぞれ1本鎖DNAとし、プライマーとして
b′−a′に加え工程 (a-1)のオリゴヌクレオチドcを
用いてPCRを行なう。プライマーのアニーリング条
件、ポリメラーゼの反応条件は一般のポリメラーゼ反応
における条件と同様である。DNAポリメラーゼとして
は、Taqポリメラーゼ、クレノー断片(Klenow Fragme
nt) 、DNAポリメラーゼI等、DNA伸長反応を触媒
する酵素ならば種類を問わない。反応の結果、下記式
(6):
Step b : Using the DNA containing the sequence α of step (a-1) as a template,
A DNA polymerase reaction is performed using the ligated oligonucleotide b'-a 'obtained in 2) as a primer to obtain a double-stranded D
Prepare NA. Normally, the double-stranded DNA containing the sequences α and γ in step (a-1) on each strand is denatured with heat or alkali to form single-stranded DNA, respectively, and added to b′-a ′ as a primer. PCR is performed using the oligonucleotide c of (a-1). Primer annealing conditions and polymerase reaction conditions are the same as those in general polymerase reactions. Taq polymerase, Klenow fragment (Klenow Fragme)
nt), DNA polymerase I or any other enzyme that catalyzes the DNA extension reaction. As a result of the reaction, the following formula
(6):

【化6】 で表わされる末端が平滑な2本鎖DNAが得られる。Embedded image Thus, a double-stranded DNA having a blunt end represented by

【0027】工程c 次いで、酵素反応もしくは化学反応によって前記2本鎖
DNA中のリボヌクレオチドを除去する。有用な酵素の
例としてはリボヌクレアーゼが挙げられる。反応は通
常、pH6〜8、30〜70℃で10〜60分間程度で
進行する。非酵素的な薬剤としては水酸化ナトリウム等
が有用である。反応の結果、次式 (7):
Step c Next, ribonucleotides in the double-stranded DNA are removed by an enzymatic reaction or a chemical reaction. Examples of useful enzymes include ribonuclease. The reaction usually proceeds at pH 6 to 8 and 30 to 70 ° C. for about 10 to 60 minutes. Sodium hydroxide and the like are useful as non-enzymatic drugs. As a result of the reaction, the following equation (7):

【化7】 で表わされる、前記塩基Xに対応する部分が欠失した一
部非連続な2本鎖DNAが得られる。
Embedded image And a partially discontinuous double-stranded DNA in which the portion corresponding to the base X has been deleted is obtained.

【0028】工程d しかる後、前記欠失部よりも5’端側に残存するヌクレ
オチドを除去する。ヌクレオチドの除去は、例えば工程
cでリボヌクレオチドの除去された2本鎖DNAを50
〜90℃程度に加熱することにより行なうことができ
る。この操作によって鎖から離れてできたポリヌクレオ
チドはスパンカラム等を用いて除くことができる。かく
して、式(2)で表わされる末端突出2本鎖DNAを得る
ことができる。以上の説明では、一方の3’末端のみを
突出末端としているが、上記方法に準じて他方の3’末
端を突出末端とすることも可能である。また、上記の方
法は、鋳型DNAにおいて配列αに連続する位置に存在
しない任意の配列βを導入して突出末端としたが、鋳型
DNAにおいて連続する位置に存在するオリゴヌクレオ
チドを突出末端とすることも可能である。例えば、上記
の例で、オリゴヌクレオチドcに代えて、その3’末端
のデオキシリボヌクレオチドがリボヌクレオチドに置換
されたオリゴヌクレオチドc′をプライマーに用いるこ
とにより、次式 (8):
After step d , nucleotides remaining at the 5 'end of the deletion are removed. For example, the double-stranded DNA from which ribonucleotides have been removed in step c is removed by 50%.
It can be carried out by heating to about 90 ° C. Polynucleotides separated from the chain by this operation can be removed using a span column or the like. Thus, a double-stranded DNA with protruding ends represented by the formula (2) can be obtained. In the above description, only one 3 ′ end is a protruding end, but the other 3 ′ end can be a protruding end according to the above method. In the above method, an arbitrary sequence β that is not present at a position contiguous to the sequence α in the template DNA is introduced as a protruding end, but an oligonucleotide present at a position contiguous to the template DNA is used as a protruding end. Is also possible. For example, in the above example, instead of the oligonucleotide c, the oligonucleotide c ′ in which the deoxyribonucleotide at the 3 ′ end is substituted with a ribonucleotide is used as a primer to obtain the following formula (8):

【化8】 で表わされる両端突出DNAを調製してもよい。Embedded image May be prepared.

【0029】[DNAのシャフリング方法]本発明は、
さらに、末端突出DNAを用いることを特徴とするDN
Aのシャフリング方法を提供する。ここで「シャフリン
グ」(shuffling) とは、DNAを分割しこれを任意に配
列し直す操作をいう。例えば、1個のDNAが次式
(9):
[Method of shuffling DNA]
Further, a DN characterized by using an overhanging DNA
A shuffling method is provided. Here, "shuffling" refers to an operation of dividing DNA and rearranging it arbitrarily. For example, one DNA is represented by the following formula:
(9):

【化9】A−a1 −a2 −……−an −B (9) (始端部Aおよび/または終端部Bはなくてもよい。)
のようにn個のブロックの連結部分を含む配列で表され
る場合に、シャフリングは次式:
Embedded image A-a 1 -a 2 - ...... -a n -B (9) ( may not be leading end A and / or terminal unit B.)
When represented by an array including a connected portion of n blocks as shown in the following expression, shuffling is represented by the following formula:

【化10】A−a1'−a2'−……−ax −B (10) (式中、a1',a2',……,ax は、a1 ,a2 ,…
…,an からなる群よりそれぞれ独立に選ばれるブロッ
クである。但し、a1',a2',……,ax のブロックの
総数はa1 ,a2 ,……,an のブロックの総数に一致
しなくてもよい。)で表されるDNAを与える操作であ
る。
[Of 10] A-a 1 '-a 2' - ...... -a x -B (10) ( in the formula, a 1 ', a 2' , ......, a x is, a 1, a 2, ...
, A n are independently selected from the group consisting of an. However, a 1 ', a 2' , ......, the total number of blocks of a x is a 1, a 2, ......, may not match the total number of blocks of a n. )).

【0030】本発明による末端突出DNAを利用したD
NAシャフリングの原理を図1に模式的に示す。図1で
は、DNAをその両端の部分pA とpB については変更
せず、中間部をp1 −p2 −p3 (最上段)からp3
1 −p2 (最下段)にシャフルしている。このような
シャフリングは、プロモータとターミネータの配列を変
えないまま、従来存在しなかった遺伝子配列を得る方法
として有用である。具体的には、初めに、鋳型DNAの
各部pA ,p1 ,p2 ,p3 ,pB に対して上記の突出
末端DNA方法を適用し、両端突出型(式 (8))構造を
有するDNAブロックa1 ,a2 ,a3 ,並びに片端突
出型(式 (2))構造を有するDNAブロックAおよびB
を調製する。突出末端aA およびa1fとa2fとa3fは、
ブロックpA ,p1 ,p2 およびp3 からそれぞれに対
応する相補鎖を除去して突出末端としたものである。
D using the terminally protruding DNA according to the present invention
FIG. 1 schematically shows the principle of NA shuffling. In FIG. 1, the DNA is not changed for both ends p A and p B , and the middle part is changed from p 1 -p 2 -p 3 (top row) to p 3 -p.
It shuffles to p 1 -p 2 (bottom row). Such shuffling is useful as a method for obtaining a gene sequence that has not existed before without changing the sequence of the promoter and the terminator. Specifically, first , the above-mentioned protruding end DNA method is applied to each part p A , p 1 , p 2 , p 3 , p B of the template DNA to form a double-sided protruding type (formula (8)) structure. DNA blocks a 1 , a 2 , a 3 , and DNA blocks A and B having a one-sided protrusion type (formula (2)) structure
Is prepared. The protruding ends a A and a 1f , a 2f and a 3f are
The complementary strands corresponding to the respective blocks p A , p 1 , p 2 and p 3 are removed to form protruding ends.

【0031】突出部分a1rとa2rとa3rおよびaB は所
望のシャフリング配列にしたがって設計される。図1の
例では、a1rはa3fの相補鎖として設計されており、シ
ャフリング後にブロックa1 はブロックa3 と連結す
る。連結は、ATP存在下、DNAリガーゼを用いて連
結する。DNAリガーゼの種類を問わないが、突出末端
の一本鎖部分が長いので、通常の16℃で反応させる必
要はなく、好熱性のDNAリガーゼを用いるのが有利で
ある。同様に、図1の例ではa2rとa3rおよびaB はそ
れぞれa1fとaA およびa2fの相補鎖として設計されて
いる。この結果、最終的にA−a3 −a1 −a2 −Bな
る配列の構造が得られるが、これは、見掛け上は、分割
前のDNAをブロックp1 ,p2 ,p3 ,pA ,pB
分割し、pA −p3 −p1 −p2 −pB の順番に並べ換
えたのと同じ結果になっている。
The protrusions a 1r , a 2r , a 3r and a B are designed according to the desired shuffling arrangement. In the example of FIG. 1, a 1r is designed as a complementary strand of a 3f , and after shuffling, block a 1 is linked to block a 3 . Ligation is performed using DNA ligase in the presence of ATP. Regardless of the type of DNA ligase, the single-stranded portion of the protruding end is long, so that it is not necessary to carry out the reaction at usual 16 ° C., and it is advantageous to use a thermophilic DNA ligase. Similarly, in the example of FIG. 1, a 2r , a 3r and a B are designed as complementary strands of a 1f , a A and a 2f , respectively. As a result, the structure of the sequence A-a 3 -a 1 -a 2 -B is finally obtained, which apparently divides the DNA before division into blocks p 1 , p 2 , p 3 , p 3 a, divided into p B, it has become p a -p 3 -p 1 -p 2 -p same results as those rearranged in the order of B.

【0032】他の任意の配列も上記と同様に実現するこ
とができる。ブロックAまたはBを両端突出型とし、他
のブロックを片端突出型とすれば、当該他のブロックを
端に位置させるシャフリングも可能である。さらに、シ
ャフリングに際し、もとの遺伝子に含まれない末端突出
DNAブロックを導入してもよい。例えば、2個以上の
遺伝子DNAに対してシャフリングを行なうことも可能
である。この場合は、必要に応じ、一方の遺伝子の末端
部、例えば上記例のブロックAについても両端突出DN
Aとする。
Other arbitrary arrangements can be realized in the same manner as described above. If the blocks A or B are of the both-end projecting type and the other blocks are of the one-end projecting type, shuffling for positioning the other block at the end is also possible. Further, at the time of shuffling, a terminal protruding DNA block not contained in the original gene may be introduced. For example, shuffling can be performed on two or more gene DNAs. In this case, if necessary, the terminal portion of one gene, for example, block A in the above example, may also have a double-ended DNA.
A.

【0033】シャフリングの単位となるブロックは、2
個以上のヌクレオチドからなるオリゴヌクレオチドまた
はポリヌクレオチド(以下、単に「オリゴヌクレオチ
ド」という。)である。通常は、30個以上のヌクレオ
チド単位を含有することが好ましく、45個以上のヌク
レオチド単位を含有することがより好ましい。ブロック
長の上限は1遺伝子の長さより短ければ特に限定されな
いが、ブロック長が長すぎると変異のない塩基配列部分
が多く含まれることになるため、通常は遺伝子の長さの
10〜35%以下が好ましい。
The block which is a unit of shuffling is 2
It is an oligonucleotide or a polynucleotide composed of at least two nucleotides (hereinafter simply referred to as “oligonucleotide”). Usually, it preferably contains 30 or more nucleotide units, more preferably 45 or more nucleotide units. The upper limit of the block length is not particularly limited as long as it is shorter than the length of one gene. However, if the block length is too long, a large portion of the base sequence with no mutation is contained, and therefore, usually 10 to 35% or less of the gene length Is preferred.

【0034】また、シャフリングされる遺伝子がタンパ
ク質をコードする遺伝子である場合、遺伝子ブロックで
あるオリゴヌクレオチドは、分割前後で読み枠が合うこ
とが望ましい。つまり、シャフルされる遺伝子ブロック
は、シャフリング後、相対的にどの位置に来てもそのブ
ロック部分が翻訳されて生ずるアミノ酸配列は同じであ
るように設計することが望ましい。このためには、遺伝
子DNAの読み枠にしたがいコドン単位で2本鎖部分お
よび突出末端を選択すればよい。もっとも、ブロックへ
の分割は遺伝子上の意味的なセグメントごとに行なう必
要はない。すなわち、エクソンごとあるいはコードする
タンパク質のドメインまたはモジュールに対応するセグ
メントごとに分割する必要はない。このような部位での
シャフリングは過去において自然界で試験された可能性
がある。従来、自然界で試験されていない塩基配列を得
るためには、エクソン内部、あるいはコードするタンパ
ク質のドメインまたはモジュール内に相当する部位での
分割が好ましい。
When the gene to be shuffled is a gene encoding a protein, it is preferable that the reading frame of the oligonucleotide as the gene block matches before and after the division. In other words, it is desirable that the gene block to be shuffled be designed so that the amino acid sequence generated by translation of the block portion is the same regardless of the relative position after shuffling. For this purpose, a double-stranded portion and a protruding end may be selected in codon units according to the reading frame of the gene DNA. However, it is not necessary to divide into blocks for each semantic segment on the gene. That is, it is not necessary to divide each exon or each segment corresponding to the domain or module of the protein to be encoded. Shuffling at such sites may have been tested in nature in the past. Conventionally, in order to obtain a nucleotide sequence which has not been tested in nature, it is preferable to divide the exon or a site corresponding to a domain or module of a protein to be encoded.

【0035】このような手法を採ることにより、全体と
しては天然のタンパク質とは構造が異なるが、部分的に
は自然界において有用であることが確認されているアミ
ノ酸配列を含むタンパク質を得ることができ、完全にラ
ンダムに合成するよりも有用なタンパク質を得る確率が
高くなる。
By employing such a technique, it is possible to obtain a protein having an amino acid sequence which has a structure different from that of a natural protein as a whole, but is partially confirmed to be useful in nature. The probability of obtaining a useful protein is higher than that of completely random synthesis.

【0036】シャフリングの対象とする遺伝子の種類は
特に限定されない。ポリヌクレオチド鎖から構成され、
タンパク質またはRNAを発現するのに必要なコード領
域であればよい。ヌクレオチド単位はデオキシリボヌク
レオチドまたはリボヌクレオチドのいずれの分子を含む
ものでもよい。有用な塩基配列を見出すという目的から
は、タンパク質、特に酵素をコードする遺伝子または酵
素機能の制御遺伝子が好ましい。このような酵素の例と
しては、プロテアーゼ、リパーゼ、セルラーゼ、アミラ
ーゼ、カタラーゼ、キシラナーゼ、オキシダーゼ、デヒ
ドロゲナーゼ、オキシゲナーゼ、レダクターゼ等が挙げ
られる。
The type of the gene to be shuffled is not particularly limited. Composed of polynucleotide chains,
Any coding region necessary for expressing a protein or RNA may be used. The nucleotide unit may include any molecule of deoxyribonucleotides or ribonucleotides. For the purpose of finding a useful base sequence, a protein, particularly a gene encoding an enzyme or a gene controlling an enzyme function is preferable. Examples of such enzymes include protease, lipase, cellulase, amylase, catalase, xylanase, oxidase, dehydrogenase, oxygenase, reductase and the like.

【0037】遺伝子は生命体からクローニングしたも
の、人工合成したもの、また、生命体からクローニング
し、それに人工的に変異を加えたもの等、それを適当な
宿主に導入すれば当該遺伝子の発現により遺伝子産物を
生産するものであれば種類を問わない。生命体由来とす
る場合には、酵素産生能力の明確な原核生物を用いるこ
とができる。このような原核生物の例としては、バチル
ス属細菌が挙げられ、かかる細菌に由来の遺伝子の例と
しては、バチルスNKS−21(受託番号:FERM
BP−93−1)に由来するプロテアーゼAPI 21遺伝子
(特開平 5ー91876号公報)(配列番号1)が挙げられ
る。
The gene may be cloned from a living organism, artificially synthesized, or cloned from a living organism and artificially mutated. Any type can be used as long as it produces a gene product. When it is derived from living organisms, prokaryotes having a clear enzyme-producing ability can be used. Examples of such prokaryotes include Bacillus bacteria, and examples of genes derived from such bacteria include Bacillus NKS-21 (Accession number: FERM).
BP-93-1) (JP-A-5-91876) (SEQ ID NO: 1).

【0038】[DNAプール]本発明はまた、前記のシ
ャフリング方法を応用して得られるDNAプールに関す
る。ここで、「DNAプール」とは、2種類以上のDN
Aを高密度で含む混合物を意味する。本発明のDNAプ
ールは、特定の数以上、例えば10種類以上の相異なる
構造を有するDNA分子を含有するものとすることがで
きる。生化学的な操作ないし反応に混合物のまま使用し
たときに複数の核酸成分について反応が進行し得る状態
にあることが望ましいが、溶液状態、乾燥状態等の状態
は問わない。DNAプールの製造は、前記シャフリング
において、各ブロックごとに突出末端を複数用意するこ
とにより行なうことができる。例えば、図1の例で、ブ
ロックa1 の突出末端a1rとして、a3fの相補鎖に加え
て、他の突出末端aA ,a2fの相補鎖をも用いることに
より、A−a1 −a2 −B、A−a1 −a2 −a1 のよ
うなDNAが得られる。a1 の他方の突出末端a1fの相
補鎖を加えれば、A−a1 −a1 −a1 等、同一ブロッ
クが連続するDNAも調製可能である。同様に、a2
よびa3 の突出末端についても、他のブロックのまたは
自己の他方の突出末端と相補的なオリゴヌクレオチドを
加えれば、これらを含む他の配列が可能となる。
[DNA Pool] The present invention also relates to a DNA pool obtained by applying the shuffling method described above. Here, “DNA pool” refers to two or more types of DNs.
It means a mixture containing A in high density. The DNA pool of the present invention may contain a specific number or more, for example, 10 or more types of DNA molecules having different structures. It is desirable that the reaction can proceed for a plurality of nucleic acid components when used as a mixture in a biochemical operation or reaction, but it does not matter in a state such as a solution state or a dry state. The DNA pool can be produced by preparing a plurality of protruding ends for each block in the shuffling. For example, in the example of FIG. 1, by using not only the complementary strand of a 3f but also the complementary strand of other protruding ends a A and a 2f as the protruding end a 1r of the block a 1 , A-a 1 − a 2 -B, DNA, such as a-a 1 -a 2 -a 1 is obtained. If you add the complement of the other protruding end a 1f of a 1, DNA of A-a 1 -a 1 -a 1 etc., the same block are continuous can also be prepared. Similarly, for the protruding ends of a 2 and a 3 , the addition of an oligonucleotide complementary to the other protruding end of the other block or the other protruding end of self enables other sequences including these.

【0039】一般的には、あるDNAをa1 ,a2 ,a
3 ,・・・,an のブロックに分割する。各ブロックに
は、上記の方法に従い、突出末端を設ける。突出末端
は、他のブロックのまたは自己の他方の突出末端と相補
的なオリゴヌクレオチドとして設計する。得られたDN
Aブロックの全てまたは一部を混合し、これらを連結す
ることにより、ランダムな順番にブロックが連結した核
酸プールを作成することが出来る。
Generally, a certain DNA is referred to as a 1 , a 2 , a
3, divided ..., to the block of a n. Each block is provided with a protruding end according to the method described above. Overhanging ends are designed as oligonucleotides that are complementary to other blocks or to their own other overhanging ends. Obtained DN
By mixing all or a part of the A blocks and linking them, a nucleic acid pool in which blocks are linked in a random order can be prepared.

【0040】[シャフルされたDNAまたはDNAプー
ル中の遺伝情報の発現]このようにしてシャフルされた
単一のまたは混合物である二本鎖DNAを平滑化する。
連結反応時に端部に片端突出型のDNAブロックを用い
て平滑化を省略してもよい。例えば、一定のプロモータ
ー配列を含むDNAブロックのプロモーターの向きを基
準にした時の5’側を突出末端にせず、平滑末端にし、
ターミネーター配列を含むDNAブロックのターミネー
ターの向きを基準にした時の3’側を突出末端にせず、
平滑末端にする。これにより、プロモーターとターミネ
ーターの間に目的遺伝子のブロックがシャフルした遺伝
子を得ることができるとともに平滑化の省略が可能であ
る。しかる後、DNAリガーゼを用い、任意のベクタ
ー、好ましくはpKK223−3の如き発現ベクターに
シャフルされたDNAを組み込む。なお、プロモーター
配列、ターミネーター配列は一種でも、複数種でもかま
わない。
[Expression of Genetic Information in Shuffled DNA or DNA Pool] The single-stranded or mixed double-stranded DNA thus shuffled is blunted.
During the ligation reaction, smoothing may be omitted by using a one-end protruding DNA block at the end. For example, the 5 ′ side of a DNA block containing a certain promoter sequence based on the orientation of the promoter is not made a protruding end, but is made a blunt end,
The 3 ′ side of the DNA block containing the terminator sequence based on the direction of the terminator is not set as a protruding end,
Make it blunt. This makes it possible to obtain a gene in which the target gene block is shuffled between the promoter and the terminator, and it is possible to omit the smoothing. Thereafter, the shuffled DNA is incorporated into an arbitrary vector, preferably an expression vector such as pKK223-3, using DNA ligase. In addition, the promoter sequence and the terminator sequence may be one kind or plural kinds.

【0041】あるいは、両端に位置するポリヌクレオチ
ドブロックに適当な制限酵素認識部位を作ることによ
り、その制限酵素を利用してベクターに連結することも
可能である。次に、上記の如く作成したベクターライブ
ラリーを適当な宿主に導入し、その遺伝情報を発現させ
ることによって、好ましい性質を持つ遺伝子産物、およ
びそれをコードする遺伝子を取得することが出来る。宿
主は慣用のものでよい。好ましい例としては、大腸菌E.
coli、バチルス属細菌、酵母、乳酸菌等が挙げられる。
Alternatively, by forming appropriate restriction enzyme recognition sites in the polynucleotide blocks located at both ends, the restriction enzyme can be used to ligate to a vector. Next, by introducing the vector library prepared as described above into an appropriate host and expressing the genetic information, a gene product having preferable properties and a gene encoding the same can be obtained. The host may be a conventional one. A preferred example is E. coli E.
coli , Bacillus bacteria, yeast, lactic acid bacteria and the like.

【0042】但し、試験管内転写系、翻訳系を使用する
ことも可能であり、その場合は、ベクターに連結しなく
ても遺伝情報の発現が可能である。なお、「遺伝情報」
とはDNAによって担われ、それ単独で、または他の配
列からなるDNAまたはRNAと連結することによっ
て、適当な生体内でタンパク質に翻訳される、あるいは
RNAに転写されるものを言う。本発明の方法により発
現が期待される遺伝情報は特に限定されないが、各種の
遺伝子産物、例えば、酵素、抗体、ホルモン、レセプタ
ータンパク質、リボザイム等あるいは、各種の制御機
能、例えば、オペレーター、プロモーター、アテニュエ
ーター等がその例として挙げられる。
However, it is also possible to use an in vitro transcription system and a translation system. In this case, it is possible to express genetic information without connecting to a vector. "Genetic information"
The term “is carried by DNA and refers to that which is translated into a protein or transcribed into RNA in an appropriate organism by itself or by linking to DNA or RNA consisting of another sequence. Although the genetic information expected to be expressed by the method of the present invention is not particularly limited, various gene products, such as enzymes, antibodies, hormones, receptor proteins, ribozymes, and various control functions, such as operators, promoters, antigens, etc. A nuator is an example.

【0043】[0043]

【実施例】以下、実施例により本発明をより具体的に説
明するが、これらは本発明を限定するものではない。実施例1:DNAプールの製造 配列番号1に示すプロテアーゼ API21(バチルスNKS
ー21(受託番号:FERM BP−93−1)からク
ローニングされた野生型アルカリプロテアーゼ(特開平
5-91876 号公報))に基づく核酸プールを以下の手順によ
り製造した。 (1) 工程a:プライマー用オリゴヌクレオチドブロック
の調製 (1-1) オリゴヌクレオチドブロックの合成 パーキンエルマー社のDNA自動合成機モデル392を
用い、14種のオリゴヌクレオチド:オリゴFW(配列
番号2)、オリゴRV(配列番号3)、オリゴ1r(配
列番号4)、オリゴ1b(配列番号5)、オリゴ1a
(配列番号6)、オリゴ2r(配列番号7)、オリゴ2
b(配列番号8)、オリゴ2a(配列番号9)、オリゴ
3r(配列番号10)、オリゴ3b(配列番号11)、
オリゴ3a(配列番号12)、オリゴ4r(配列番号1
3)、オリゴ4b(配列番号14)、オリゴ4a(配列
番号15)およびオリゴA(配列番号16)を合成し
た。これらはAPI21の塩基配列(特開平5-91876 号
公報)(相補鎖も含む)の一部からなる、若しくは一部
を含むオリゴヌクレオチドである。但し、オリゴ4aは
配列番号1のグルタミンの後の配列で遺伝子の終始コド
ン等を含む。また、これらのオリゴヌクレオチドは以後
の実験でTaqポリメラーゼを用い、増幅DNAの3’
末端にAがオーバーハングしたときに最適になるように
設計した。各オリゴヌクレオチドの合成は、DMトリチ
ルオンで行ない(すなわち、ジメトキシトリチル基で
5’水酸基を保護した。)、OPCカラムで精製した。
試薬はパーキンエルマー社から購入したものを用いた。
The present invention will be described in more detail with reference to the following examples, which do not limit the present invention. Example 1 Production of DNA Pool Protease API21 (Bacillus NKS) shown in SEQ ID NO : 1
-21 (Accession number: FERM BP-93-1)
A nucleic acid pool based on the above-mentioned method was produced by the following procedure. (1) Step a: Preparation of Oligonucleotide Block for Primer (1-1) Synthesis of Oligonucleotide Block Using PerkinElmer's DNA Synthesizer Model 392, 14 kinds of oligonucleotides: oligo FW (SEQ ID NO: 2), Oligo RV (SEQ ID NO: 3), oligo 1r (SEQ ID NO: 4), oligo 1b (SEQ ID NO: 5), oligo 1a
(SEQ ID NO: 6), oligo 2r (SEQ ID NO: 7), oligo 2
b (SEQ ID NO: 8), oligo 2a (SEQ ID NO: 9), oligo 3r (SEQ ID NO: 10), oligo 3b (SEQ ID NO: 11),
Oligo 3a (SEQ ID NO: 12), oligo 4r (SEQ ID NO: 1)
3), oligo 4b (SEQ ID NO: 14), oligo 4a (SEQ ID NO: 15) and oligo A (SEQ ID NO: 16) were synthesized. These are oligonucleotides consisting of or containing a part of the base sequence of API21 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-91876) (including a complementary strand). However, oligo 4a is a sequence after glutamine of SEQ ID NO: 1 and includes the termination codon of the gene and the like. These oligonucleotides were used in the subsequent experiments by using Taq polymerase and 3 ′ of the amplified DNA.
It was designed to be optimal when A overhangs at the end. The synthesis of each oligonucleotide was performed with DM trityl-on (ie, the 5 ′ hydroxyl group was protected with a dimethoxytrityl group) and purified with an OPC column.
The reagent used was purchased from PerkinElmer.

【0044】(1-2) リボヌクレオチドの付加 続いて、下記の組成: 50mM トリス−HCl緩衝液(pH 8.0) 10mM MgCl2 5mM DTT(ジチオスレイトール) 25% PEG6000 1mM HCC(ヘキサアンミンコバルトクロライド) 10μg/ml BSA(牛血清アルブミン) を有する標準溶液に、オリゴ1rを500pmol、A
TPを1nmol及びターミナルデオキシヌクレオチジ
ルトランスフェラーゼを10ユニット添加し、全量を1
0μlとした。この溶液を37℃で1時間放置した。同
様の操作をオリゴ2r、オリゴ3r、オリゴ4r、オリ
ゴ1b、オリゴ2b、オリゴ3b、オリゴ4bについて
も行なった。この操作で生成したポリヌクレオチド4種
をそれぞれオリゴ1r′、オリゴ2r′、オリゴ3
r′、オリゴ4r′、オリゴ1b′、オリゴ2b′、オ
リゴ3b′、オリゴ4b′と呼ぶ。
(1-2) Addition of ribonucleotide Subsequently, the following composition: 50 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) 10 mM MgCl 2 5 mM DTT (dithiothreitol) 25% PEG 6000 1 mM HCC (hexammine cobalt chloride) To a standard solution containing 10 μg / ml BSA (bovine serum albumin), 500 pmol of oligo 1r and A
1 nmol of TP and 10 units of terminal deoxynucleotidyl transferase were added, and the total amount was 1
0 μl was used. This solution was left at 37 ° C. for 1 hour. The same operation was performed for oligo 2r, oligo 3r, oligo 4r, oligo 1b, oligo 2b, oligo 3b, and oligo 4b. The four kinds of polynucleotides generated by this operation were respectively used for oligo 1r ', oligo 2r' and oligo 3
r ', oligo 4r', oligo 1b ', oligo 2b', oligo 3b ', oligo 4b'.

【0045】(1-3) リン酸化 オリゴ1aを500pmol、ATPを1nmol及
び、10ユニットのポリヌクレオチドキナーゼを前記と
同じ組成の標準溶液に溶解して全量を10μlにした。
この溶液を37℃で1時間放置した。同様の操作をオリ
ゴ2a、オリゴ3a、オリゴ4aについても行った。こ
の操作で生成したポリヌクレオチドをオリゴ1a′、オ
リゴ2a′、オリゴ3a′、オリゴ4a′と呼ぶ。
(1-3) Phosphorylation 500 pmol of oligo 1a, 1 nmol of ATP, and 10 units of polynucleotide kinase were dissolved in a standard solution having the same composition as above to make a total volume of 10 μl.
This solution was left at 37 ° C. for 1 hour. The same operation was performed for oligo 2a, oligo 3a and oligo 4a. The polynucleotides generated by this operation are called oligo 1a ', oligo 2a', oligo 3a 'and oligo 4a'.

【0046】(1-4) オリゴヌクレオチドブロックの連結 前記で得られた、オリゴ1a′を500pmolと、オ
リゴ1b′、オリゴ2b′、オリゴ3b′、オリゴ4
b′それぞれ100pmol、ATP1nmol及び、
T4RNAリガーゼ50ユニットを前記標準溶液に添加
し、全量を10μlとして25℃で4時間反応させた。
同様の反応をオリゴ2a′とオリゴ1b′、オリゴ2
b′、オリゴ3b′、オリゴ4b′、オリゴ3a′とオ
リゴ1b′、オリゴ2b′、オリゴ3b′、オリゴ4
b′、オリゴ4a′とオリゴ1b′、オリゴ2b′、オ
リゴ3b′、オリゴ4b′の組合せでも行う。これらの
反応によって生成したオリゴ1a′とオリゴ1b′、オ
リゴ2b′、オリゴ3b′、オリゴ4b′が連結した4
種のポリヌクレオチドの混合物をオリゴ1M、オリゴ2
a′とオリゴ1b′、オリゴ2b′、オリゴ3b′、オ
リゴ4b′が連結した4種のポリヌクレオチドの混合物
をオリゴ2M、オリゴ3a′とオリゴ1b′、オリゴ2
b′、オリゴ3b′、オリゴ4b′が連結した4種のポ
リヌクレオチドの混合物をオリゴ3M、オリゴ4a′と
オリゴ1b′、オリゴ2b′、オリゴ3b′、オリゴ4
b′が連結した4種のポリヌクレオチドの混合物をオリ
ゴ4Mと呼ぶ。
(1-4) Linking of oligonucleotide blocks 500 pmol of the oligo 1a 'obtained above was combined with oligo 1b', oligo 2b ', oligo 3b' and oligo 4
b ′ 100 pmol each, ATP 1 nmol and
50 units of T4 RNA ligase was added to the above standard solution, and the total volume was made 10 μl, followed by reaction at 25 ° C. for 4 hours.
A similar reaction is performed using oligo 2a ', oligo 1b' and oligo 2
b ', oligo 3b', oligo 4b ', oligo 3a' and oligo 1b ', oligo 2b', oligo 3b ', oligo 4
b ', oligo 4a' and oligo 1b ', oligo 2b', oligo 3b ', oligo 4b'. Oligo 1a ', oligo 1b', oligo 2b ', oligo 3b' and oligo 4b 'produced by these reactions are linked to each other.
Oligo 1M, Oligo 2
a ′ and oligo 1b ′, oligo 2b ′, oligo 3b ′ and oligo 4b ′ were ligated to form a mixture of four kinds of polynucleotides, oligo 2M, oligo 3a ′ and oligo 1b ′, oligo 2
b ', oligo 3b', and oligo 4b 'were ligated together to form a mixture of four kinds of polynucleotides, oligo 3M, oligo 4a' and oligo 1b ', oligo 2b', oligo 3b ', oligo 4
The mixture of the four polynucleotides to which b 'is linked is called oligo 4M.

【0047】(2) 工程b〜d:遺伝子ブロックの作成 バチルスNKS−21からクローニングされた野生型ア
ルカリプロテアーゼの遺伝子がpHSG396のCla
I切断部位に挿入されているプラスミドpSDT812
(特開平1-141596号公報)を鋳型、オリゴ1Mとオリゴ
2r′をプライマーとしてPCRを行なった。この反応
により増幅した遺伝子断片をリボヌクレアーゼ処理した
後、80℃で5分熱処理し、両鎖若しくは一方の鎖に存
在するリボヌクレオチドから5’側に位置するポリヌク
レオチドを取り除く。これによって末端が突出末端であ
る遺伝子ブロックを調製できる。この遺伝子ブロックを
ブロック1Mと呼ぶ。上記と同様の操作を、オリゴ2M
とオリゴ3r′、オリゴ3Mとオリゴ4r′、オリゴ4
MとオリゴRV、オリゴFWとオリゴ1r′の4種の組
合せでも行う。それぞれをブロック2M、ブロック3
M、ブロックB、ブロックFと呼ぶ。
(2) Steps b to d: Preparation of Gene Block Gene of wild-type alkaline protease cloned from Bacillus NKS-21 is Cla of pHSG396.
Plasmid pSDT812 inserted at the I cleavage site
PCR was performed using (JP-A-1-141596) as a template and oligo 1M and oligo 2r 'as primers. After the gene fragment amplified by this reaction is treated with ribonuclease, it is heat-treated at 80 ° C. for 5 minutes to remove the polynucleotide located on the 5 ′ side from the ribonucleotides present on both strands or one strand. Thereby, a gene block having a protruding end can be prepared. This gene block is called block 1M. The same operation as above was performed using oligo 2M
And oligo 3r ', oligo 3M and oligo 4r', oligo 4
It is also performed with four combinations of M and oligo RV, and oligo FW and oligo 1r '. Block 2M, Block 3 respectively
M, block B, and block F.

【0048】実施例2:シャフリング ブロック1M、ブロック2M、ブロック3M、ブロック
B、ブロックFを等量混合し、PfuDNAリガーゼで
連結反応を行った。反応後、アガロースゲル電気泳動を
行い、 1.5キロ塩基対近傍を回収した。
Example 2: Equal amounts of shuffling block 1M, block 2M, block 3M, block B and block F were mixed, and a ligation reaction was performed with Pfu DNA ligase. After the reaction, agarose gel electrophoresis was carried out, and the vicinity of 1.5 kilobase pairs was recovered.

【0049】実施例3:核酸プールの確認 回収した約 1.5キロ塩基対のDNAを制限酵素EcoR
I、BamHIで消化し、制限酵素EcoRI、Bam
HIで消化し、アルカリフォスファターゼ処理をしたヤ
クルト本社製のプラスミドpHY300PLKと混合
し、ライゲーションキット(宝酒造社製)を用いて連結
した。このDNAを用い、大腸菌JM105を形質転換
し、テトラサイクリン耐性の形質転換体を選択した。こ
れらの形質転換体から常法によりプラスミドDNAを抽
出、精製、分析を行ない、pHY300PLKのEco
RI、BamHI認識部位間に 1.5キロ塩基対のDNA
が挿入されているクローンを97取得した。上記の如く
して取得したDNAの塩基配列を解析し、ブロック1
M、ブロック2M、ブロック3M、ブロックF、ブロッ
クBがどの様な順番で連結しているのか、つまり、どの
ようにシャフルしているのか確認した。理論通り、ブロ
ックFが第一番目に位置し、ブロックBが第五番目に位
置し、その二つの間でブロック1M、ブロック2M、ブ
ロック3Mがシャフルしていた。表1に各シャフルの種
類とそれに対するクローン数を記した。
Example 3 Confirmation of Nucleic Acid Pool About 1.5 kilobase pairs of the recovered DNA was ligated to the restriction enzyme EcoR.
I, digested with BamHI, and restriction enzymes EcoRI, BamHI
The plasmid was mixed with a plasmid pHY300PLK manufactured by Yakult Honsha which had been digested with HI and treated with alkaline phosphatase, and ligated using a ligation kit (Takara Shuzo). Using this DNA, Escherichia coli JM105 was transformed, and a tetracycline-resistant transformant was selected. Plasmid DNA is extracted, purified, and analyzed from these transformants by a conventional method, and pHY300PLK Eco
1.5 kb DNA between RI and BamHI recognition sites
Thus, 97 clones in which was inserted were obtained. The base sequence of the DNA obtained as described above is analyzed, and block 1 is analyzed.
It was confirmed in what order M, block 2M, block 3M, block F, and block B were connected, that is, how they were shuffled. As theoretically, the block F was located first, the block B was located fifth, and the blocks 1M, 2M, and 3M were shuffled between the two. Table 1 shows the type of each shuffle and the number of clones corresponding thereto.

【0050】[0050]

【表1】 シャフルの種類 数 シャフルの種類 数 111 2 223 2 112 5 231 5 113 2 232 2 121 3 233 3 122 4 311 2 123 7 312 6 131 4 313 5 132 5 321 7 133 3 322 2 211 1 323 5 212 5 331 2 213 4 332 5 221 1 333 2 222 3 [Table 1] Number of types of shuffle Number of types of shuffle 111 2 223 2 112 5 231 5 113 2 232 2 121 3 233 3 122 4 311 2 123 7 312 6 131 4 313 5 132 5 321 7 133 3 322 2 211 1 323 5 212 5 331 2 213 4 332 5 221 1 333 2 222 3

【0051】このように、本発明の方法によって遺伝子
中の3つのブロックをシャフリングした場合、これらの
ブロックを重複を許して3個選択してなる全ての組合せ
のクローンを含む核酸プールを得られることが確認され
た。
As described above, when three blocks in a gene are shuffled by the method of the present invention, a nucleic acid pool containing clones of all combinations obtained by selecting three blocks while allowing these blocks to be duplicated can be obtained. It was confirmed that.

【0052】実施例4:核酸プールから得られる遺伝子
産物の選抜 実施例3で調製したDNAを混合し、これを用いて、枯
草菌(Bacillus subti lis )UOTO999 を形質転換した。
テトラサイクリン耐性で形質転換体を選択した。形質転
換体300ヶをスキムミルク含有プレートにレプリカし
たところ、12形質転換体のコロニーの周りにクリアゾ
ーンを確認できた。これによって、シャフリングされた
遺伝子によってコードされた酵素を活性によって選別出
来ることが分かる。これらクリアゾーンを形成する12
クローンの塩基配列を解析した結果、これらは野生型と
同じブロック順になっていることがわかった。
Example 4: Gene obtained from nucleic acid pool
Were prepared in selection Example 3 Product DNA were mixed, with this, the Bacillus subtilis (Bacillus subti lis) UOTO999 transformed.
Transformants were selected for tetracycline resistance. When 300 transformants were replicated on a skim milk-containing plate, clear zones could be confirmed around colonies of 12 transformants. This indicates that the enzyme encoded by the shuffled gene can be selected based on the activity. 12 to form these clear zones
As a result of analyzing the nucleotide sequence of the clone, it was found that these were in the same block order as the wild type.

【0053】実施例5:遺伝子産物の検出 実施例3で得られた形質転換体の中から選んだ10クロ
ーン(1クローンは、ハロー形成、9クローンは非形
成)及び宿主である枯草菌(Bacillus subtilis)UOTO9
99 からそれぞれ全RNAを調製した。また以後のハイ
ブリダイゼーションでプラスミドの影響を除くためにリ
ボヌクレアーゼフリーのデオキシリボヌクレアーゼ処理
をした。続いて、プローブにオリゴ1rを用い、常法に
従ってノザーンハイブリダイゼーションを行った。その
結果、形質転換体のRNAに対応するレーンには、すべ
てバンドが検出できたが、宿主のRNAに対応するレー
ンにはバンドが検出できなかった。
Example 5: Detection of gene product 10 clones selected from the transformants obtained in Example 3 (1 clone is halo-forming, 9 clones are non-forming) and the host Bacillus ( Bacillus) subtilis ) UOTO9
Total RNA was prepared from 99 respectively. In addition, in order to remove the influence of the plasmid in the subsequent hybridization, ribonuclease-free deoxyribonuclease treatment was performed. Subsequently, Northern hybridization was performed using oligo 1r as a probe according to a conventional method. As a result, all bands could be detected in the lane corresponding to the transformant RNA, but no band could be detected in the lane corresponding to the host RNA.

【0054】[0054]

【発明の効果】本発明によれば、任意の突出末端を有す
る2重鎖DNA分子を得ることができる。また、これを
用いることにより、天然の塩基配列空間とは大きく離れ
た多様な塩基配列を含むDNAあるいはその混合物であ
るDNAプールを簡単な手順で得ることができるため、
従来の方法では得られない、また、過去、生物により試
験されたことのない優れた遺伝子産物、例えば、タンパ
ク質や酵素を得ることが可能である。また、本発明の核
酸プール製造方法では、必要に応じ、中間部ではランダ
ムなシャフリングを実行しながら末端配置は所望の配列
に固定した核酸の混合物を得ることが可能であり、ま
た、各ブロックによりコードされるアミノ酸配列は変更
せずにそのシャフリングを行なうことが可能であるた
め、完全にランダムな核酸プール製造方法と比較して、
有用な遺伝子産物を生成する可能性が高い。
According to the present invention, a double-stranded DNA molecule having an arbitrary protruding end can be obtained. In addition, by using this, a DNA containing various base sequences greatly separated from the natural base sequence space or a DNA pool that is a mixture thereof can be obtained by a simple procedure.
It is possible to obtain excellent gene products, such as proteins and enzymes, which cannot be obtained by conventional methods and which have not been tested by organisms in the past. Further, in the method for producing a nucleic acid pool of the present invention, if necessary, a random mixture can be obtained in the middle portion while random shuffling is performed, and a mixture of nucleic acids having a desired sequence fixed to a desired sequence can be obtained. Because the amino acid sequence encoded by can be shuffled without change, compared to a completely random nucleic acid pool production method,
It is likely to produce useful gene products.

【0055】[0055]

【配列表】[Sequence list]

配列番号:1 配列の長さ:1122 配列の型:核酸 鎖の数:二本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:Genomic DNA 起源:バチルスNKS-21(受託番号:FERM BP−9
3−1) 配列の特徴 特徴を表わす記号:sig peptide 存在位置:1..93 特徴を決定した方法:S 特徴を表す記号:mat peptide 存在位置:104..1112 特徴を決定した方法:S 配列 ATG AAT CTT CAA AAA ATA GCC TCA GCG TTG AAG GTT AAG CAA TCG GCA 48 Met Asn Leu Gln Lys Ile Ala Ser Ala Leu Lys Val Lys Gln Ser Ala -100 -95 -90 TTG GTC AGC AGT TTA ACT ATT TTG TTT CTA ATC ATG CTA GTA GGT ACG 96 Leu Val Ser Ser Leu Thr Ile Leu Phe Leu Ile Met Leu Val Gly Thr -85 -80 -75 ACT AGT GCA AAT GGT GCG AAG CAA GAG TAC TTA ATT GGT TTC AAC TCA 144 Thr Ser Ala Asn Gly Ala Lys Gln Glu Tyr Leu Ile Gly Phe Asn Ser -70 -65 -60 -55 GAC AAG GCA AAA GGA CTT ATC CAA AAT GCA GGT GGA GAA ATT CAT CAT 192 Asp Lys Ala Lys Gly Leu Ile Gln Asn Ala Gly Gly Glu Ile His His -50 -45 -40 GAA TAT ACA GAG TTT CCA GTT ATC TAT GCA GAG CTT CCA GAA GCA GCG 240 Glu Tyr Thr Glu Phe Pro Val Ile Tyr Ala Glu Leu Pro Glu Ala Ala -35 -30 -25 GTA AGT GGA TTG AAA AAT AAT CCT CAT ATT GAT TTT ATT GAG GAA AAC 288 Val Ser Gly Leu Lys Asn Asn Pro His Ile Asp Phe Ile Glu Glu Asn -20 -15 -10 GAA GAA GTT GAA ATT GCA CAG ACT GTT CCT TGG GGA ATC CCT TAT ATT 336 Glu Glu Val Glu Ile Ala Gln Thr Val Pro Trp Gly Ile Pro Tyr Ile -5 1 5 10 TAC TCG GAT GTT GTT CAT CGT CAA GGT TAC TTT GGG AAC GGA GTA AAA 384 Tyr Ser Asp Val Val His Arg Gln Gly Tyr Phe Gly Asn Gly Val Lys 15 20 25 GTA GCA GTA CTT GAT ACA GGA GTG GCT CCT CAT CCT GAT TTA CAT ATT 432 Val Ala Val Leu Asp Thr Gly Val Ala Pro His Pro Asp Leu His Ile 30 35 40 AGA GGA GGA GTA AGC TTT ATC TCT ACA GAA AAC ACT TAT GTG GAT TAT 480 Arg Gly Gly Val Ser Phe Ile Ser Thr Glu Asn Thr Tyr Val Asp Tyr 45 50 55 AAT GGT CAC GGT ACT CAC GTA GCT GGT ACT GTA GCT GCC CTA AAC AAT 528 Asn Gly His Gly Thr His Val Ala Gly Thr Val Ala Ala Leu Asn Asn 60 65 70 TCA TAT GGC GTA TTG GGA GTG GCT CCT GGA GCT GAA CTA TAT GCT GTT 576 Ser Tyr Gly Val Leu Gly Val Ala Pro Gly Ala Glu Leu Tyr Ala Val 75 80 85 90 AAA GTT CTT GAT CGT AAC GGA AGC GGT TCG CAT GCA TCC ATT GCT CAA 624 Lys Val Leu Asp Arg Asn Gly Ser Gly Ser His Ala Ser Ile Ala Gln 95 100 105 GGA ATT GAA TGG GCG ATG AAT AAT GGG ATG GAT ATT GCC AAC ATG AGT 672 Gly Ile Glu Trp Ala Met Asn Asn Gly Met Asp Ile Ala Asn Met Ser 110 115 120 TTA GGA AGT CCT TCT GGG TCT ACA ACC CTG CAA TTA GCA GCA GAC CGC 720 Leu Gly Ser Pro Ser Gly Ser Thr Thr Leu Gln Leu Ala Ala Asp Arg 125 130 135 GCT AGG AAT GCA GGT GTC TTA TTA ATT GGG GCG GCT GGA AAC TCA GGA 768 Ala Arg Asn Ala Gly Val Leu Leu Ile Gly Ala Ala Gly Asn Ser Gly 140 145 150 CAA CAA GGC GGC TCG AAT AAC ATG GGC TAC CCA GCG CGC TAT GCA TCT 816 Gln Gln Gly Gly Ser Asn Asn Met Gly Tyr Pro Ala Arg Tyr Ala Ser 155 160 165 170 GTC ATG GCT GTT GGA GCG GTG GAC CAA AAT GGA AAT AGA GCG AAC TTT 864 Val Met Ala Val Gly Ala Val Asp Gln Asn Gly Asn Arg Ala Asn Phe 175 180 185 TCA AGC TAT GGA TCA GAA CTT GAG ATT ATG GCG CCT GGT GTC AAT ATT 912 Ser Ser Tyr Gly Ser Glu Leu Glu Ile Met Ala Pro Gly Val Asn Ile 190 195 200 AAC AGT ACG TAT TTA AAT AAC GGA TAT CGC AGT TTA AAT GGT ACG TCA 960 Asn Ser Thr Tyr Leu Asn Asn Gly Tyr Arg Ser Leu Asn Gly Thr Ser 205 210 215 ATG GCA TCT CCA CAT GTT GCT GGG GTA GCT GCA TTA GTT AAA CAA AAA 1008 Met Ala Ser Pro His Val Ala Gly Val Ala Ala Leu Val Lys Gln Lys 220 225 230 CAC CCT CAC TTA ACG GCG GCA CAA ATT CGT AAT CGT ATG AAT CAA ACA 1056 His Pro His Leu Thr Ala Ala Gln Ile Arg Asn Arg Met Asn Gln Thr 235 240 245 250 GCA ATT CCG CTT GGT AAC AGC ACG TAT TAT GGA AAT GGC TTA GTG GAT 1104 Ala Ile Pro Leu Gly Asn Ser Thr Tyr Tyr Gly Asn Gly Leu Val Asp 255 260 265 GCT GAG TAT GCG GCT CAA 1122 Ala Glu Tyr Ala Ala Gln 270 272
SEQ ID NO: 1 Sequence length: 1122 Sequence type: nucleic acid Number of strands: double-stranded Topology: linear Sequence type: Genomic DNA Origin: Bacillus NKS-21 (Accession number: FERM BP-9)
3-1) Characteristic of sequence Symbol representing the characteristic: sig peptide Location: 1..93 Method for determining the characteristic: S Symbol representing the characteristic: mat peptide Location: 104..1112 Method determining the characteristic: S sequence ATG AAT CTT CAA AAA ATA GCC TCA GCG TTG AAG GTT AAG CAA TCG GCA 48 Met Asn Leu Gln Lys Ile Ala Ser Ala Leu Lys Val Lys Gln Ser Ala -100 -95 -90 TTG GTC AGC AGT TTA ACT ATT TTG TTT CTA ATC ATG CTA GTA GGT ACG 96 Leu Val Ser Ser Leu Thr Ile Leu Phe Leu Ile Met Leu Val Gly Thr -85 -80 -75 ACT AGT GCA AAT GGT GCG AAG CAA GAG TAC TTA ATT GGT TTC AAC TCA 144 Thr Ser Ala Asn Gly Ala Lys Gln Glu Tyr Leu Ile Gly Phe Asn Ser -70 -65 -60 -55 GAC AAG GCA AAA GGA CTT ATC CAA AAT GCA GGT GGA GAA ATT CAT CAT 192 Asp Lys Ala Lys Gly Leu Ile Gln Asn Ala Gly Gly Glu Glu Ile His His -50 -45 -40 GAA TAT ACA GAG TTT CCA GTT ATC TAT GCA GAG CTT CCA GAA GCA GCG 240 Glu Tyr Thr Glu Phe Pro Val Ile Tyr Ala Glu Leu Pro Glu Ala Ala -35 -30 -25 GTA AGT GGA TTG AAA AAT AAT CCT CAT ATT GAT TTT ATT GAG GAA AAC 288 Val Ser Gly Leu Lys Asn Asn Pro His Ile Asp Phe Ile Glu Glu Asn -20 -15 -10 GAA GAA GTT GAA ATT GCA CAG ACT GTT CCT TGG GGA ATC CCT TAT ATT 336 Glu Glu Val Glu Ile Ala Gln Thr Val Pro Trp Gly Ile Pro Tyr Ile -5 1 5 10 TAC TCG GAT GTT GTT CAT CGT CAA GGT TAC TTT GGG AAC GGA GTA AAA 384 Tyr Ser Asp Val Val His Arg Gln Gly Tyr Phe Gly Asn Gly Val Lys 15 20 25 GTA GCA GTA CTT GAT ACA GGA GTG GCT CCT CAT CCT GAT TTA CAT ATT 432 Val Ala Val Leu Asp Thr Gly Val Ala Pro His Pro Asp Leu His Ile 30 35 40 AGA GGA GGA GTA AGC TTT ATC TCT ACA GAA AAC ACT TAT GTG GAT TAT 480 Arg Gly Gly Val Ser Phe Ile Ser Thr Glu Asn Thr Tyr Val Asp Tyr 45 50 55 AAT GGT CAC GGT ACT CAC GTA GCT GGT ACT GTA GCT GCC CTA AAC AAT 528 Asn Gly His Gly Thr His Val Ala Gly Thr Val Ala Ala Leu Asn Asn 60 65 70 TCA TAT GGC GTA TTG GGA GTG GCT CCT GGA GCT GAA CTA TAT GCT GTT 576 Ser Tyr Gly Val Leu Gly Val Ala Pro Gly Ala Glu Leu Tyr Ala Val 75 80 85 90 AAA GTT CTT GAT CGT AAC GGA AGC GGT TCG CAT GCA TCC ATT GC T CAA 624 Lys Val Leu Asp Arg Asn Gly Ser Gly Ser His Ala Ser Ile Ala Gln 95 100 105 GGA ATT GAA TGG GCG ATG AAT AAT GGG ATG GAT ATT GCC AAC ATG AGT 672 Gly Ile Glu Trp Ala Met Asn Asn Gly Met Asp Ile Ala Asn Met Ser 110 115 120 TTA GGA AGT CCT TCT GGG TCT ACA ACC CTG CAA TTA GCA GCA GAC CGC 720 Leu Gly Ser Pro Ser Gly Ser Thr Thr Leu Gln Leu Ala Ala Asp Arg 125 130 135 GCT AGG AAT GCA GGT GTC TTA TTA ATT GGG GCG GCT GGA AAC TCA GGA 768 Ala Arg Asn Ala Gly Val Leu Leu Ile Gly Ala Ala Gly Asn Ser Gly 140 145 150 CAA CAA GGC GGC TCG AAT AAC ATG GGC TAC CCA GCG CGC TAT GCA TCT 816 Gln Gln Gly Gly Ser Asn Asn Met Gly Tyr Pro Ala Arg Tyr Ala Ser 155 160 165 170 GTC ATG GCT GTT GGA GCG GTG GAC CAA AAT GGA AAT AGA GCG AAC TTT 864 Val Met Ala Val Gly Ala Val Asp Gln Asn Gly Asn Arg Ala Asn Phe 175 180 185 TCA AGC TAT GGA TCA GAA CTT GAG ATT ATG GCG CCT GGT GTC AAT ATT 912 Ser Ser Tyr Gly Ser Glu Leu Glu Ile Met Ala Pro Gly Val Asn Ile 190 195 200 AAC AGT ACG TAT TTA AAT AAC GGA TAT CGC AGT TTA AAT GGT ACG TCA 960 Asn Ser Thr Tyr Leu Asn Asn Gly Tyr Arg Ser Leu Asn Gly Thr Ser 205 210 215 ATG GCA TCT CCA CAT GTT GCT GGG GTA GCT GCA TTA GTT AAA CAA AAA 1008 Met Ala Ser Pro His Val Ala Gly Val Ala Ala Leu Val Lys Gln Lys 220 225 230 CAC CCT CAC TTA ACG GCG GCA CAA ATT CGT AAT CGT ATG AAT CAA ACA 1056 His Pro His Leu Thr Ala Ala Gla Gln Ile Arg Asn Arg Met Asn Gln Thr 235 240 245 250 GCA ATT CCG CTT GGT AAC AGC ACG TAT TAT GGA AAT GGC TTA GTG GAT 1104 Ala Ile Pro Leu Gly Asn Ser Thr Tyr Tyr Gly Asn Gly Leu Val Asp 255 260 265 GCT GAG TAT GCG GCT CAA 1122 Ala Glu Tyr Ala Ala Gln 270 272

【0056】配列番号:2 配列の長さ:20 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 GATTTTAGAA TTCGCAGCGGSEQ ID NO: 2 Sequence length: 20 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Type of linear sequence: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence GATTTTAGAA TTCGCAGCGG

【0057】配列番号:3 配列の長さ:25 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 CCGGATTCCT TAAAGCCCTG AATAASEQ ID NO: 3 Sequence length: 25 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence CCGGATTCCT TAAAGCCCTG AATAA

【0058】配列番号:4 配列の長さ:17 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 ACAGTCTGTG CAATTTCSEQ ID NO: 4 Sequence length: 17 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence ACAGTCTGTG CAATTTC

【0059】配列番号:5 配列の長さ:17 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 GAAATTGCAC AGACTGTSEQ ID NO: 5 Sequence length: 17 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence GAAATTGCAC AGACTGT

【0060】配列番号:6 配列の長さ:20 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 CCTTGGGGAA TCCCTTATATSEQ ID NO: 6 Sequence length: 20 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence CCTTGGGGAA TCCCTTATAT

【0061】配列番号:7 配列の長さ:17 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 CCCAATACGC CATATGASEQ ID NO: 7 Sequence length: 17 Sequence type: Number of nucleic acid chains: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence CCCAATACGC CATATGA

【0062】配列番号:8 配列の長さ:17 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 TCATATGGCG TATTGGGSEQ ID NO: 8 Sequence length: 17 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence TCATATGGCG TATTGGG

【0063】配列番号:9 配列の長さ:20 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 GTGGCTCCTG GAGCTGAACTSEQ ID NO: 9 Sequence length: 20 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence GTGGCTCCTG GAGCTGAACT

【0064】配列番号:10 配列の長さ:16 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 TCTGATCCAT AGCTTGSEQ ID NO: 10 Sequence length: 16 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence TCTGATCCAT AGCTTG

【0065】配列番号:11 配列の長さ:16 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 CAAGCTATGG ATCAGASEQ ID NO: 11 Sequence length: 16 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence CAAGCTATGG ATCAGA

【0066】配列番号:12 配列の長さ:20 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 CTTGAGATTA TGGCGCCTGGSEQ ID NO: 12 Sequence length: 20 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence CTTGAGATTA TGGCGCCTGG

【0067】配列番号:13 配列の長さ:17 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 TGAGCCGCAT ACTCAGCSEQ ID NO: 13 Sequence length: 17 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence TGAGCCGCAT ACTCAGC

【0068】配列番号:14 配列の長さ:17 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 GCTGAGTATG CGGCTCASEQ ID NO: 14 Sequence length: 17 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence GCTGAGTATG CGGCTCA

【0069】配列番号:15 配列の長さ:20 配列の型:核酸 鎖の数:1本鎖 トポロジー:直鎖状 配列の種類:他の核酸 合成DNA 配列 TAATCCCTAA GGATGTACTGSEQ ID NO: 15 Sequence length: 20 Sequence type: Number of nucleic acid strands: Single strand Topology: Linear Sequence type: Other nucleic acid Synthetic DNA sequence TAATCCCTAA GGATGTACTG

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明のDNAシャフリング方法の一態様を
示す模式図。
FIG. 1 is a schematic diagram showing one embodiment of the DNA shuffling method of the present invention.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12P 21/02 C12P 21/02 C (C12N 15/09 ZNA C12R 1:07) (C12N 1/21 C12R 1:125) (C12P 21/02 C12R 1:125) Continued on the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Agency reference number FI Technical display location C12P 21/02 C12P 21/02 C (C12N 15/09 ZNA C12R 1:07) (C12N 1/21 C12R 1: 125) (C12P 21/02 C12R 1: 125)

Claims (27)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 (a) 遺伝子の一部と同一の配列を有する
2本鎖DNAと(b)前記遺伝子上で前記2本鎖DNA相
当部分とは非連続な位置に存する塩基配列または前記遺
伝子上にない塩基配列を有する1本鎖DNAからなり、
1本鎖DNAが2本鎖DNAのいずれかの端部に連結し
て突出末端を形成していることを特徴とする突出末端を
有するDNA。
(1) a double-stranded DNA having the same sequence as a part of a gene; and (b) a base sequence or said gene located at a discontinuous position on said gene corresponding to said double-stranded DNA. Consisting of a single-stranded DNA having a base sequence not above,
A DNA having a protruding end, wherein the single-stranded DNA is linked to either end of the double-stranded DNA to form a protruding end.
【請求項2】 (a) 遺伝子の一部と同一の配列を有する
2本鎖DNA、(b)前記遺伝子上で前記2本鎖DNA相
当部分とは非連続な位置に存する塩基配列または前記遺
伝子上にない塩基配列を有する第1の1本鎖DNA、お
よび(c) 前記遺伝子上で前記2本鎖DNA相当部分と連
続する位置に存する塩基配列を有する第2の1本鎖DN
Aからなり、第2の1本鎖DNAは前記2本鎖DNAの
当該連続する位置に相当する端部に、第1の1本鎖DN
Aは前記端部とは反対側の相補鎖の端部に連結してそれ
ぞれ突出末端を形成していることを特徴とする突出末端
を有するDNA。
2. (a) a double-stranded DNA having the same sequence as a part of a gene; (b) a base sequence existing at a discontinuous position on the gene from a portion corresponding to the double-stranded DNA or the gene A first single-stranded DNA having a base sequence not present above, and (c) a second single-stranded DN having a base sequence at a position on the gene that is continuous with the portion corresponding to the double-stranded DNA.
A, the second single-stranded DNA has a first single-stranded DN at the end corresponding to the continuous position of the double-stranded DNA.
A is a DNA having a protruding end, wherein the DNA is connected to the end of the complementary strand opposite to the end to form a protruding end.
【請求項3】 1本鎖DNAが2塩基以上の長さを有す
る請求項1または2に記載の突出末端を有するDNA。
3. The DNA having a protruding end according to claim 1, wherein the single-stranded DNA has a length of 2 bases or more.
【請求項4】 突出末端が3’端側に位置する請求項1
乃至3のいずれかに記載の突出末端を有するDNA。
4. The protruding end is located on the 3 ′ end side.
A DNA having a protruding end according to any one of claims 1 to 3.
【請求項5】 DNAの一部を鋳型とし、少なくとも1
つのリボヌクレオチドを含むオリゴヌクレオチドをプラ
イマーとしてDNAポリメラーゼ反応を行なうことによ
り2本鎖DNAを調製し、しかる後、酵素反応または化
学反応によってリボヌクレオチドを除去し、さらに該リ
ボヌクレオチドの存在していた位置よりも5’端側に残
存するヌクレオチドを除去することを特徴とする、突出
末端を有するDNAの製造方法。
5. A method using a part of DNA as a template,
A double-stranded DNA is prepared by performing a DNA polymerase reaction using an oligonucleotide containing two ribonucleotides as primers, and then removing the ribonucleotides by an enzymatic reaction or a chemical reaction. A method for producing DNA having a protruding end, comprising removing nucleotides remaining at the 5 ′ end of the DNA.
【請求項6】 下記a)〜d)の工程: a)(i) 遺伝子DNAの一部と同一の塩基配列を有する
オリゴヌクレチドと(ii)遺伝子上で(i) の塩基配列とは
非連続な位置に存する塩基配列またはその遺伝子上にな
い塩基配列を有し、少なくとも1つのリボヌクレオチド
を含むオリゴヌクレオチドを(ii)のオリゴヌクレオチド
が(i) のオリゴヌクレオチドの5’端側に位置するよう
に連結する工程; b)前記a)(i) のオリゴヌクレオチド相当部分を含む
DNAを鋳型とし、工程a)で得られた連結オリゴヌク
レオチドをプライマーとしてDNAポリメラーゼ反応を
行ない2本鎖DNAを調製する工程; c)酵素反応もしくは化学反応によって前記2本鎖DN
A中のリボヌクレオチドを除去する工程;および d)前記リボヌクレオチドの存在していた位置よりも
5’端側に残存するヌクレオチドを除去する工程;を有
することを特徴とする、請求項1に規定する突出末端を
有するDNAの製造方法。
6. The following steps a) to d): a) (i) an oligonucleotide having a base sequence identical to a part of the gene DNA and (ii) a base sequence of (i) non-contiguous on the gene; An oligonucleotide having a base sequence at a position or a base sequence not present on the gene and containing at least one ribonucleotide such that the oligonucleotide of (ii) is located at the 5 ′ end of the oligonucleotide of (i); B) a step of preparing a double-stranded DNA by performing a DNA polymerase reaction using the DNA containing the oligonucleotide-corresponding portion of a) (i) as a template and the linked oligonucleotide obtained in step a) as a primer; C) the double-stranded DN by an enzymatic reaction or a chemical reaction;
2. The method according to claim 1, further comprising: removing a ribonucleotide in A; and d) removing a nucleotide remaining at the 5 'end of the position where the ribonucleotide was present. For producing a DNA having protruding protruding ends.
【請求項7】 下記a)〜d)の工程: a)(i) 遺伝子DNAの一部と同一の塩基配列を有する
オリゴヌクレチドと(ii)遺伝子上で(i) の塩基配列とは
非連続な位置に存する塩基配列またはその遺伝子上にな
い塩基配列を有し、少なくとも1つのリボヌクレオチド
を含むオリゴヌクレオチドを(ii)のオリゴヌクレオチド
が(i) のオリゴヌクレオチドの5’端側に位置するよう
に連結する工程; b)前記a)(i) のオリゴヌクレオチド相当部分を含む
DNAを鋳型とし、(i) 工程a)で得られた連結オリゴ
ヌクレオチドと、(ii)その遺伝子上にあってより前記オ
リゴヌクレオチド相当部分から3’端側に少なくとも3
塩基以上離れた位置に存するオリゴヌクレオチドの相補
鎖であって少なくとも1つのリボヌクレオチドを含むオ
リゴヌクレオチドをプライマーとしてDNAポリメラー
ゼ反応を行ない2本鎖DNAを調製する工程; c)酵素反応もしくは化学反応によって前記2本鎖DN
A中のリボヌクレオチドを除去する工程;および d)前記リボヌクレオチドの存在していた位置よりも
5’端側に残存するヌクレオチドをそれぞれ除去する工
程;を有することを特徴とする、請求項2に規定する突
出末端を有するDNAの製造方法。
7. The following steps a) to d): a) (i) an oligonucleotide having a base sequence identical to a part of the gene DNA and (ii) a base sequence of (i) which is discontinuous on the gene An oligonucleotide having a base sequence at a position or a base sequence not present on the gene and containing at least one ribonucleotide such that the oligonucleotide of (ii) is located at the 5 ′ end of the oligonucleotide of (i); B) using the DNA containing the oligonucleotide-equivalent portion of a) (i) as a template, (i) connecting the oligonucleotide obtained in step a), and (ii) At least 3 'to the 3' end from the oligonucleotide equivalent
A step of preparing a double-stranded DNA by performing a DNA polymerase reaction using an oligonucleotide comprising at least one ribonucleotide, which is a complementary strand of an oligonucleotide located at a position separated by bases or more, as a primer; c) enzymatic reaction or chemical reaction Double-stranded DN
3. The method according to claim 2, further comprising the steps of: removing a ribonucleotide in A; and d) removing each of the nucleotides remaining at the 5 ′ end from the position where the ribonucleotide was present. A method for producing a DNA having a defined protruding end.
【請求項8】 DNAを突出末端を有する複数のDNA
ブロックに分割し、これらを分割前とは異なる配列で連
結することによるDNAのシャフリング方法。
8. A plurality of DNAs having protruding DNA ends
A method for shuffling DNA by dividing into blocks and linking them with a different sequence from before the division.
【請求項9】 DNAの各部に請求項5乃至7のいずれ
かに規定する方法を適用することにより、DNAを、1
のブロックの突出末端はもとのDNA上で隣接位置にな
いブロックの突出末端と相補的であるように、突出末端
を有する複数のブロックに分割した後、分割前とは異な
る配列で連結することによるDNAのシャフリング方
法。
9. The method according to claim 5, wherein each part of the DNA is applied to the DNA by
After dividing the block into a plurality of blocks with protruding ends so that the protruding ends of the block are complementary to the protruding ends of the blocks that are not adjacent to the original DNA, ligate them with a different sequence from before the division. DNA shuffling method according to the above.
【請求項10】 DNAを3個以上のブロックに分割す
る請求項8または9に記載のシャフリング方法。
10. The shuffling method according to claim 8, wherein the DNA is divided into three or more blocks.
【請求項11】 DNAリガーゼを使用してブロックを
連結する請求項8乃至10のいずれかに記載のシャフリ
ング方法。
11. The shuffling method according to claim 8, wherein the blocks are linked using DNA ligase.
【請求項12】 請求項8乃至11のいずれかに規定の
方法でシャフリングしてなるDNA。
12. A DNA obtained by shuffling by the method defined in any one of claims 8 to 11.
【請求項13】 酵素機能をコードする遺伝子またはそ
の制御遺伝子をシャフリングしてなる請求項12に記載
のDNA。
13. The DNA according to claim 12, which is obtained by shuffling a gene encoding an enzyme function or a control gene thereof.
【請求項14】 遺伝子が、プロテアーゼ、リパーゼ、
セルラーゼ、アミラーゼ、カタラーゼ、キシラナーゼ、
オキシダーゼ、デヒドロゲナーゼ、オキシゲナーゼ、レ
ダクターゼのうちのいずれかをコードする遺伝子である
請求項13に記載のDNA。
14. The gene may be a protease, lipase,
Cellulase, amylase, catalase, xylanase,
14. The DNA according to claim 13, which is a gene encoding any of oxidase, dehydrogenase, oxygenase, and reductase.
【請求項15】 遺伝子が原核生物由来である請求項1
3または14に記載のDNA。
15. The gene according to claim 1, wherein the gene is derived from a prokaryote.
15. The DNA according to 3 or 14.
【請求項16】 遺伝子がバチルス属細菌由来である請
求項15に記載のDNA。
16. The DNA according to claim 15, wherein the gene is derived from a Bacillus bacterium.
【請求項17】 遺伝子がプロテアーゼAPI21遺伝
子である請求項16に記載のDNA。
17. The DNA according to claim 16, wherein the gene is a protease API21 gene.
【請求項18】 請求項8乃至11のいずれかに規定す
るシャフリング方法によって得られる相異なる構造を有
する複数種類のDNAを含有するDNAプール。
18. A DNA pool containing a plurality of types of DNA having different structures obtained by the shuffling method defined in any one of claims 8 to 11.
【請求項19】 10種類以上のDNAを含む請求項1
8に記載のDNAプール。
19. The method according to claim 1, which comprises 10 or more types of DNA.
9. The DNA pool according to 8.
【請求項20】 鋳型DNAの各部に請求項5乃至7の
いずれかに規定する方法を適用することにより、以下の
条件を満たす突出末端を有するDNAブロックの混合物
を調製し、これを任意の配列で連結することによるDN
Aプールの製造方法。 条件1:各ブロックは、それぞれ鋳型DNAの一部と同
一の配列を有する2本鎖部分を有する。 条件2:ブロック混合物の成分であるブロックのうち、
少なくとも2つは前記2本鎖部分に加えて鋳型DNA上
で隣接位置にないブロックの突出末端と相補的である1
本鎖部分(突出末端)を有する。 条件3:ブロック混合物は、2本鎖部分が同一であり1
本鎖部分のみ異なる、条件2を満たすブロックを少なく
とも2種類含む。
20. A mixture of DNA blocks having protruding ends satisfying the following conditions is prepared by applying the method defined in any one of claims 5 to 7 to each part of the template DNA, By connecting with
A pool manufacturing method. Condition 1: Each block has a double-stranded portion having the same sequence as a part of the template DNA. Condition 2: Of the blocks that are components of the block mixture,
At least two are complementary to the protruding ends of the blocks that are not adjacent on the template DNA in addition to the double-stranded portion.
It has a main chain portion (protruding end). Condition 3: In the block mixture, the two strands are the same and 1
Includes at least two types of blocks that satisfy condition 2 that differ only in the main chain portion.
【請求項21】 鋳型DNAが、酵素機能をコードする
遺伝子またはその制御遺伝子DNAである請求項20に
記載のDNAプールの製造方法。
21. The method for producing a DNA pool according to claim 20, wherein the template DNA is a gene encoding an enzyme function or its control gene DNA.
【請求項22】 鋳型DNAが、プロテアーゼ、リパー
ゼ、セルラーゼ、アミラーゼ、カタラーゼ、キシラナー
ゼ、オキシダーゼ、デヒドロゲナーゼ、オキシゲナー
ゼ、レダクターゼのうちのいずれかをコードする遺伝子
DNAである請求項21に記載のDNAプールの製造方
法。
22. The production of the DNA pool according to claim 21, wherein the template DNA is a gene DNA encoding any of protease, lipase, cellulase, amylase, catalase, xylanase, oxidase, dehydrogenase, oxygenase, and reductase. Method.
【請求項23】 鋳型DNAが、原核生物由来である請
求項22に記載のDNAプールの製造方法。
23. The method for producing a DNA pool according to claim 22, wherein the template DNA is derived from a prokaryote.
【請求項24】 鋳型DNAがバチルス属細菌由来であ
る請求項23に記載のDNAプールの製造方法。
24. The method for producing a DNA pool according to claim 23, wherein the template DNA is derived from a bacterium belonging to the genus Bacillus.
【請求項25】 鋳型DNAがプロテアーゼAPI21
遺伝子である請求項24に記載のDNAプールの製造方
法。
25. The template DNA is protease API21.
The method for producing a DNA pool according to claim 24, which is a gene.
【請求項26】 DNAブロックをDNAリガーゼによ
り連結する請求項20乃至25に記載のDNAプールの
製造方法。
26. The method for producing a DNA pool according to claim 20, wherein the DNA blocks are ligated by DNA ligase.
【請求項27】 請求項18乃至26に規定するDNA
プールに存在するDNA分子の遺伝情報を発現すること
によって得られる遺伝子産物。
27. The DNA according to claim 18
A gene product obtained by expressing the genetic information of a DNA molecule present in a pool.
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