DD263080A5 - Nitrilasezusammensetzung - Google Patents
NitrilasezusammensetzungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft Nitrilasezusammensetzungen, Nukleinsaeuresequenzen, die diese Nitrilase codieren, Konstruktionen, die Gene enthalten, die diese Nitrilasen unter der Kontrolle der fuer die Transkription und Translation regulatorischen Gene kodieren und von einem gewuenschten Wirt, dem die Nitrilasegene fremd sind, erkannt werden. Die Erfindung betrifft auch Wirtszellen sowie Organismen und Organismusteile oder -produkte, die diese Konstruktionen enthalten. Die erfindungsgemaesse Nitrilasezusammensetzungen weisen etwa 34 kDal auf mit einer spezifischen Aktivitaet von mindestens etwa 0,1 mmol NH3/min/mg und Bromoxynil als Substrat. Die Nitrilasezusammensetzung besteht aus Bakterien, insbesondere Klebsiella. Der erfindungsgemaesse bakterielle Wirt umfasst ein Fremdgen, das die fuer 3,5-dihalogen-4-hydroxybenzonitrilspezifische Nitrilase exprimiert und bromoxynilempfindliche Zellen vor den cytotoxischen Wirkungen des Bromoxynils schuetzt. Die Erfindung betrifft weiterhin bromoxynilresistente Pflanzen.The invention relates to nitrilase compositions, nucleic acid sequences encoding said nitrilase, constructions containing genes which encode said nitrilases under the control of transcriptional and translational gene regulatory genes and are recognized by a desired host foreign to the nitrilase genes. The invention also relates to host cells as well as organisms and organism parts or products containing these constructions. The nitrilase compositions of the invention have about 34 kDal with a specific activity of at least about 0.1 mmol NH 3 / min / mg and bromoxynil as the substrate. The nitrilase composition consists of bacteria, especially Klebsiella. The bacterial host of the invention comprises a foreign gene which expresses the 3,5-dihalo-4-hydroxybenzonitrile-specific nitrilase and protects bromoxynil-sensitive cells from the cytotoxic effects of the bromoxynil. The invention further relates to bromoxynilresistente plants.
Description
Der Erfindung betrifft Nitrilasezusammensetzungen, Nukleinsäuresequenzen, die diese Nitrilasen codieren, Konstruktionen, die Gene enthalten, die diese Nitrilasen unter der Kontrolle derfür die Transkription und Translation regulatorischen Gene codieren und von einem gewünschten Wirt, dem die Nitrilasegene fremd sind, erkannt werden. Die Ermittlung betrifft auch Wirtzellen, die diese Konstruktionen enthalten, sowie Organismen und Organismusteile oder-produkte, die diese Konstruktionen enthalten.The invention relates to nitrilase compositions, nucleic acid sequences encoding these nitrilases, constructions containing genes which encode these nitrilases under the control of the transcriptional and translational regulatory genes and are recognized by a desired host to which the nitrilase genes are foreign. The determination also concerns host cells containing these constructions as well as organisms and organism parts or products containing these constructions.
Die Möglichkeit, Mikroorganismen und Zellen von höheren Organismen neue genetische Fähigkeiten zu verleihen, hat eine Vielzahl von neuen Anwendungszwecken eröffnet. Auf der einen Seite können verschiedene Mittel hergestellt werden, die wegen ihrer cytotoxischen Wirkung verwendet werden; so werden beispielsweise in der Landwirtschaft viele Verbindungen verwendet, die auf die Schädlings- und Unkrautbekämpfung gerichtet sind. In vielen Fällen haben diese Verbindungen eine relativ lange Verweilzeit.The ability to confer new genetic capabilities on microorganisms and cells of higher organisms has opened up a variety of new uses. On the one hand, various agents can be prepared which are used for their cytotoxic effect; For example, in agriculture, many compounds are used to control pests and weeds. In many cases, these compounds have a relatively long residence time.
In vielen Fällen ist es wünschenswert, zwischen der zu erhaltenden und der zu bekämpfenden Art zu unterscheiden. So ist es oft wünschenswert, Unkraut selektiv zu vernichten, wobei die Ertragspflanzen möglichst wenig geschädigt werden sollten. Meistens haben die Breitband-Herbicide eine deutlich nachteilige Wirkung auf die Ernte, so daß ihre Verwendung auf vorbeugende Behandlung oder vorsichtige Nachbehandlung begrenzt ist.In many cases it is desirable to distinguish between the type to be maintained and the type to be controlled. So it is often desirable to destroy weeds selectively, the yield plants should be damaged as little as possible. Most broadband herbicides have a marked adverse effect on the crop, so their use is limited to preventive treatment or careful post-treatment.
Es besteht daher ein großes Interesse, Lebendzellen so zu modifizieren, daß sie gegenüber Streßfaktoren, wie cytotoxischen Mitteln, resistent sind.There is therefore a great interest in modifying living cells to be resistant to stressors such as cytotoxic agents.
In der US-A-4535060 wird die Verwendung eines bakteriellen aroA-Gens beschrieben, das Glyphosat (N-Phosphonomethyl-(glycin)-empfindlichen Zellen Resistenz gegenüber dieser Verbindung verleiht. Hsu and Camper beschreiben in „Can. J. Microbiol.", 22, S. 537-543 (1976), die Isolierung von ioxynilabbauenden Produkten aus Bodenanreicherungskulturen. Hsu und Clemson beschreiben in „Dissert. Abstr. Intrn.", B 36,8, S. 3708 (1976), den mikrowellen Abbau einer Familie von 3,5-Di-halogen-4-hydroxybenzonitril-Herbiciden. Ingram und Pullin beschreiben in „Pestic. Sei.", 5, S.287-291 (1974), den Verbleib von Bromoxynil in drei Bodenarten. Gemäß Smith in „Abstrp. Meeting Weed Soc. Am." (1971), Seiten 16-17, wird Bromoxynil in schwerem Ton (Regina) abgebaut. Smith und Fletcher in „Hort. Res.", 4, S. 60-62 (1964), berichten von 3,5-Di-halogen-4-hydroxybenzonitrilen und Bodenmikroorganismen.US-A-4535060 describes the use of a bacterial aroA gene conferring resistance to this compound on glyphosate (N-phosphonomethyl- (glycine) -sensitive cells. Hsu and Camper, in "Can. J. Microbiol." 22, pages 537-543 (1976), the isolation of ioxynil degrading products from soil enrichment cultures Hsu and Clemson describe in "Dissert Abstr Intrn", B 36,8, p 3708 (1976), the microwave degradation of a family Ingram and Pullin, in "Pestic.," 5, p.287-291 (1974), describe the fate of bromoxynil in three types of soil. Abstrp. Meeting Weed Soc., Am. "(1971), pages 16-17, Bromoxynil is degraded in heavy clay (Regina). Smith and Fletcher in" Hort Res. ", 4, pp. 60-62 (1964), report 3,5-di-halo-4-hydroxybenzonitriles and soil microorganisms.
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung neuer Mittel, welche Kulturpflanzen vor der phytotoxen Wirkung von Herbiziden schützen.The aim of the invention is to provide novel agents which protect crops from the phytotoxic effect of herbicides.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Schutz gegenüber Herbiziden durch genetische Modifizierung in der Pflanzenzelle zu erreichen.The invention has for its object to achieve protection against herbicides by genetic modification in the plant cell.
Erfindungsgemäß werden nun Nitrilasen, Nukleinsäuresequenzen, die diese Nitrilasen codieren, Konstruktionen, die Gene enthalten, die diese Nitrilasen unter derfür die Transkription und Translation regulatorischen Kontrolle der regulatorischen Gene in einem gewünschten Wirt codieren und von einem gewünschten Wirt, dem die Nitrilasegene frend sind, erkannt werden, Wirtzellen, die diese Konstruktionen enthalten, und Organismen sowie Organismusteile und -produkte, die diese Konstruktionen enthalten, beschrieben. Die Bromoxynil- und/oder loxynil-spezifischen Nitrilasen können dazu verwendet werden, Bromoxynil und verwandte Herbicide enthaltende Stellen zu entgiften und Wirtzellen vor den cytotoxischen Wirkungen dieser Herbicide zu schützen. Die Konstruktionen dienen dazu, zwischen Wirtzellen, die diese Konstruktionen enthalten, und Wirtzellen, denen diese Konstruktionen fehlen, zu unterscheiden.In accordance with the present invention, nitrilases, nucleic acid sequences encoding these nitrilases, will now be understood to include constructs containing genes encoding these nitrilases under regulatory and regulatory control of regulatory genes in a desired host and from a desired host to which the nitrilase genes are indicative describes host cells containing these constructions and organisms and organism parts and products containing these constructions. The bromoxynil and / or loxynil-specific nitrilases can be used to detoxify bromoxynil and related herbicide-containing sites and protect host cells from the cytotoxic effects of these herbicides. The constructions serve to distinguish between host cells containing these constructions and host cells lacking these constructions.
Erfindungsgemäß werden neue DNA-Sequenzen, Konstruktionen, transformierte Zellen, Pflanzen und Peptide angegeben, die halogenierte Hydroxybenzonitrile und insbesondere 3,5-Dibrom- oder 3,5-Dijod-4-hydroxybenzonitril hydrolysieren.According to the invention, new DNA sequences, constructions, transformed cells, plants and peptides are indicated which hydrolyze halogenated hydroxybenzonitriles and in particular 3,5-dibromo- or 3,5-diiodo-4-hydroxybenzonitrile.
Die Erfindung betrifft auch die Gewinnung eines Enzyms, das die Nitrile hydrolysieren kann, wodurch die herbicide Wirkung der Nitrile zerstört und eine Zelle oder ein Wirt, die gegenüber dem Herbicid empfindlich sind, geschützt oder eine Gegend, die mit dem Herbicid verunreinigt ist, entgiftet werden kann.The invention also relates to the recovery of an enzyme which can hydrolyze the nitriles, thereby destroying the herbicidal action of the nitriles and protecting a cell or host susceptible to the herbicide or detoxifying an area contaminated with the herbicide can.
Das interessierende Strukturgen kann aus einem einzelligen Mikroorganismus und insbesondere einem Bakterium gewonnen werden, das das Benzonitril als Stickstoffquelle, bzw. als einzige Stickstoffquelle/verwenden kann. Der Ausdruck „Benzonitril" oder „Nitrilase" bedeutet im folgenden, daß das Benzonitril ein halogeniertes p-Hydroxybenzonitril und insbesondere 3,5-Dijod-. oder 3,5-Dibrom-4-hydroxybenzonitril (loxynil bzw. Bromoxynil) ist und eine Nitrilase verstanden wird, die diese halogenierten Benzonitrile als Stickstoffquelle, bzw. ausschließlich Stickstoffquelle verwenden kann.The structural gene of interest may be obtained from a unicellular microorganism and in particular a bacterium which can use the benzonitrile as the source of nitrogen or as the only source of nitrogen. The term "benzonitrile" or "nitrilase" means hereinafter that the benzonitrile is a halogenated p-hydroxybenzonitrile and especially 3,5-diiodo. or 3,5-dibromo-4-hydroxybenzonitrile (loxynil or bromoxynil) and a nitrilase is understood, which can use these halogenated benzonitriles as nitrogen source, or exclusively nitrogen source.
Das Enzym kann auf verschiedene Weisen gewonnen werden, zweckmäßigerweise aus Bakterien, die in einer Bromoxynil oder loxynil enthaltenden Umgebung natürlich vorkommen. Von besonderem Interesse sind Enterobakterien und insbesondere Klebsiella-Arten. Klebsieila pneumoniae und insbesondere Klebsieila ozaenae können verwendet werden. Besser als durch Isolierung aus dem Boden können diese Organismen in einem Boden oder einem anderen Medium bei steigenden Benzonitrilkonzentrationen und verminderten Mengen an anderen Stickstoffquellen gezüchtet werden, bis die überlebenden Organismen das Benzonitril als einzige Stickstoffquelle verwenden.The enzyme can be obtained in various ways, conveniently from bacteria naturally occurring in a bromoxynil or loxynil-containing environment. Enterobacteria and in particular Klebsiella species are of particular interest. Klebsieila pneumoniae and in particular Klebsieila ozaenae can be used. Rather than isolation from the soil, these organisms can be grown in soil or other medium with increasing concentrations of benzonitrile and reduced levels of other nitrogen sources until the surviving organisms use the benzonitrile as the sole source of nitrogen.
Unabhängig von dem die Nitrilase enthaltenden Bakterium muß selektiert werden, um sicherzustellen, daß die Nitrilase die Entgiftung des Benzonitrils durchführen kann. Außerdem sollte die Nitrialse für das Benzonitril spezifisch sein, eher als für Analoga, die kein Halogen und/oder andere Substituenten aufweisen. Die erfindungsgemäße Nitrilase ist für die oben angegebenen Benzonitrile spezifisch und gegenüber Analoga weniger oder nicht aktiv. Zweckmäßigerweise sollte bei Verwendung von Benzonitril in Vergleichbaren Konzentrationen als Stickstoffquelle die Proliferationsgeschwindigkeit nicht deutlich, d.h. unter etwa 10%, vermindert sein im Vergleich zur Proliferation eines Bakteriums in Gegenwart einer normalen Stickstoffquelle, wie beispielsweise Ammoniak. Dieses Ergebnis wird mit nichtspezifischen Benzonitrilen nicht beobachtet. Ist mindestens ein Wirtstamm identifiziert, so können zur Identifizierung der die Nitrilase codierenden Sequenz verschiedene Verfahren verwendet werden. Das Gen kann auf einem Chromosom oder Plasmid vorhanden sein. Das Genom kann fragmentiert werden, insbesondere mit einer Restriktionsendonuklease, d. h. mit einer oder mehreren Endonukleasen, die Fragmente von etwa 5 bis 50kb bilden. Diese Fragmente können auf entsprechenden Vektoren in einem geeigneten Bakterium, beispielsweise E. coli, kloniert werden. Die entstandenen Transformanten werden auf Nitrilaseaktivität untersucht, der Wirtorganismus bidlet dabei einen negativen Hintergrund.Regardless of the bacterium containing the nitrilase, it must be selected to ensure that the nitrilase can detoxify the benzonitrile. In addition, the nitrile should be specific for the benzonitrile, rather than for analogs that do not have halogen and / or other substituents. The nitrilase according to the invention is specific for the benzonitriles indicated above and less or inactive than analogs. Conveniently, when benzonitrile is used at comparable concentrations as a source of nitrogen, the proliferation rate should not be significant, i. less than about 10%, as compared to the proliferation of a bacterium in the presence of a normal nitrogen source, such as ammonia. This result is not observed with nonspecific benzonitriles. If at least one host strain is identified, different methods can be used to identify the nitrilase coding sequence. The gene may be present on a chromosome or plasmid. The genome can be fragmented, especially with a restriction endonuclease, i. H. with one or more endonucleases that form fragments of about 5 to 50kb. These fragments can be cloned on appropriate vectors in a suitable bacterium, for example E. coli. The resulting transformants are examined for nitrilase activity, the host organism bidlet a negative background.
Ist mindestens ein Klon mit Nitrilaseaktivität identifiziert, so können die extrachromosomalen Elemente, Plasmide oder Viren, die das gewünschte DNA-Fragment enthalten, in herkömmlicher Weise isoliert werden, beispielsweise durch Lyse des Wirts, Fällung der DNA und Abtrennung der Vektor-, Plasmid-oder Virus-DNA von der chromosomalen DNA. Die extrachromosomalen Elemente können durch Restruktionsendonuklease gespalten werden, die gewünschten Fragmente können durch verschiedene Verfahren zur Trennung und Identifizierung der verschiedenen großen Fragmente, beispielsweise durch Elektrophorese oder Dichtegradientzentrifugierung isoliert werden.If at least one clone with nitrilase activity is identified, the extrachromosomal elements, plasmids or viruses containing the desired DNA fragment can be isolated in a conventional manner, for example by lysing the host, precipitating the DNA and separating the vector, plasmid or Virus DNA from the chromosomal DNA. The extrachromosomal elements can be cleaved by restriction endonuclease, the desired fragments can be isolated by various methods for separation and identification of the various large fragments, for example, by electrophoresis or density gradient centrifugation.
Das Fragment kann je nach Größe im allgemeinen weiter manipuliert werden, um es näher an die Größe des Gens und seiner flankierenden Steuerregionen zu bringen. Zur Manipulierung des Fragments, das die Codiersequenz für das Enzym und ihre regulatorischen flankierenden Sequenzen enthält, können verschiedene Verfahren angewendet werden. Teilspaltung mit verschiedenen Restriktionsenzymen in verschiedenen Reaktionsgemischen, anschließendes Klonieren der Fragmente zur Bestimmung der Fragmente, die die Expressionsfähigkeit für die Nitrilase noch aufweisen, können verwendet werden. Andererseits kann das Enzym isoliert und teilsequenziert werden. Auf der Grundlage der Aminosäurensequenz können Proben hergestellt werden, die dann zur Identifizierung der das Gen enthaltenden Fragmente verwendet werden können. Durch Kombination dieses Verfahrens mit der Restruktionsenzymspaltung können Fragmente geklont und auf die Anwesenheit des gewünschten Gens untersucht werden. Zusätzlich können Exonukleasen, wie Bal31, verwendet werden, um die Nukleotide von einem oder beiden Enden des Fragments zu entfernen und die Anzahl der überflüssigen Nukleotide weiter zu verringern. In einer anderen Ausführungsform kann das Gen in einem entsprechenden Wirt geklont und die Boten-RNA isoliert werden, und zwar durch Selektion mit einer Probe, Identifizieren in einem geeigneten in vitro- oder in vivo-Translationssystem, beispielsweise Xenopus oocytes oder Reticulolysat. Die isolierte Boten-RNA kann dann zur Herstellung von cDNA in herrkömmlicher Weise verwendet werden, d. h. unter Verwendung einer reversen Transkriptase und Bildung einer komplementären Kette mit einer DNA-Polymerase. In diesem Fall fehlen dem entstandenen Strukturgen die mit der Transkription verbundenen Steuerregionen.The fragment can generally be further manipulated, depending on size, to bring it closer to the size of the gene and its flanking control regions. Various methods can be used to manipulate the fragment containing the coding sequence for the enzyme and its regulatory flanking sequences. Partial cleavage with various restriction enzymes in different reaction mixtures, followed by cloning of the fragments to determine the fragments which still have the expression ability for the nitrilase can be used. On the other hand, the enzyme can be isolated and partially sequenced. Based on the amino acid sequence, samples can be prepared which can then be used to identify the fragments containing the gene. By combining this method with the restriction enzyme cleavage, fragments can be cloned and assayed for the presence of the desired gene. In addition, exonucleases, such as Bal31, can be used to remove the nucleotides from one or both ends of the fragment and further reduce the number of redundant nucleotides. Alternatively, the gene may be cloned into a corresponding host and the messenger RNA isolated by selection with a sample, identified in a suitable in vitro or in vivo translation system, for example Xenopus oocytes or reticulolysate. The isolated messenger RNA can then be used in a conventional manner to produce cDNA, i. H. using a reverse transcriptase and forming a complementary chain with a DNA polymerase. In this case, the resulting structural gene lacks the control regions associated with the transcription.
Die DNA-Sequenz, die das die Nitrilase exprimierende Strukturgen enthält, kann mit einer Vielzahl anderer DNA-Sequenzen zur Einführung in eine entsprechende Wirtzelle verbunden werden. Die verbundene Sequenz hängt von der Art des Wirtes, der. Einführungsart der DNA-Sequenz in den Wirt und davon ab, ob episomale Erhaltung oder Integration gewünscht wird. Für prokaryotische Wirte gibt es eine Vielzahl von Vektoren, die zur Einführung durch Transformation, Konjugation, Transduktion oder Transfektion der DNA-Sequenz in einen prokaryotischen Wirt verwendet werden können. DNA-Sequenzen umfassen eine Vielzahl von Plasmiden, wie beispielsweise pBR322, pACYCI84, pMB9 oder pRK290, Cosmide, wie beispielsweise pVKIOO, oder Viren, wie beispielsweise P22.The DNA sequence containing the structural gene expressing the nitrilase can be linked to a variety of other DNA sequences for introduction into a corresponding host cell. The linked sequence depends on the type of host, the. Mode of introduction of the DNA sequence into the host and whether episomal maintenance or integration is desired. For prokaryotic hosts, there are a variety of vectors that can be used to introduce, by transformation, conjugation, transduction or transfection of the DNA sequence into a prokaryotic host. DNA sequences include a variety of plasmids such as pBR322, pACYCI84, pMB9 or pRK290, cosmids such as pVKIOO, or viruses such as P22.
Bei eukaryotischen Wirten können eine Vielzahl von Verfahren zur Einführung der DNA in den Wirt verwendet werden, wie Transformation mit Ca++-ausgefällter DNA, worunter eine nichtreplikative DNA-Sequenz, ein Plasmid oder ein Minichromosom verstanden wird, Transormation mit einer T-DNA enthaltenden Sequenz in Agrobacterium, Mikroinjektion mit einer Mikropipette oder Elektroporation. Je nachdem, ob ein kompetentes Replikationssystem in der DNA-Konstruktion vorhanden ist, hängt es ab, ob die DNAalsepisomales Element repliziert oder in das Wirtgenom integriert wird und das Strukturgen im Wirt exprimiert wird. Episomale Elemente können verwendet werden, wie tumorinduzierende Plasmide oder deren Fragmente, beispielsweise Ti oder Ri, oder Viren oder deren Fragmente, beispielsweise CaMV oder TMV, die für den Wirt nicht letal sind und in denen das Strukturgen in solchen episomalen Elementen vorhanden ist, daß die Expression des Strukturgens möglich ist. Von besonderem Interesse sind Fragmente mit Replikationsfunktionen, denen andere Funktionen, wie Ontogenese oder Virulenz, fehlen. Die aus der Nitrilasequelle erhaltenen Fragmente.können unter Verwendung eines entsprechenden Kloniervektors geklont werden. Das Klonen kann in einem entsprechenden einzelligen Mikroorganismus, beispielsweise einem Bakterium, wie E.coli, durchgeführt werden. Zweckmäßigerweise wird ein Cosmid verwendet, in dem durch Teil- oder Vollabbau Fragmente der gewünschten Größe erhalten werden. So kann beispielsweise das Cosmid pVKIOO mit einem entsprechendenIn eukaryotic hosts, a variety of methods for introducing the DNA into the host can be used, such as transformation with Ca ++ precipitated DNA, which is understood to mean a non-replicative DNA sequence, a plasmid or a minichromosome, transformation with a T-DNA containing Sequence in Agrobacterium, microinjection with a micropipette or electroporation. Depending on whether a competent replication system is present in the DNA construction, it depends on whether the DNA alkaline episomal element is replicated or integrated into the host genome and the structural gene is expressed in the host. Episomal elements may be used, such as tumor-inducing plasmids or fragments thereof, for example Ti or Ri, or viruses or their fragments, for example CaMV or TMV, which are non-lethal to the host and in which the structural gene is present in such episomal elements that the Expression of the structural gene is possible. Of particular interest are fragments with replication functions that lack other functions, such as ontogenesis or virulence. The fragments obtained from the nitrilase source can be cloned using a corresponding cloning vector. The cloning can be carried out in a corresponding unicellular microorganism, for example a bacterium, such as E. coli. Conveniently, a cosmid is used in which fragments of the desired size are obtained by partial or full degradation. Thus, for example, the cosmid pVKIOO with a corresponding
Restriktionsenzym teilweise abgebaut und an Fragmente gebunden werden, die entweder aus dem Teil- oder Vollabbau eines Plasmids, Chromosoms oder deren Fragment entstanden sind. Verpacken gewährt, daß nur Fragmente der gewünschten Größe verpackt und in den Wirtorganismus transduziert werden.Restriction enzyme are partially degraded and bound to fragments that have arisen either from the partial or full degradation of a plasmid, chromosome or fragment thereof. Packaging allows only fragments of the desired size to be packaged and transduced into the host organism.
Der Wirtorganismus kann wegen seiner Benzonitrilresistanz ausgewählt werden. Die aufnehmenden Stämme können modifiziert werden, um die entsprechenden genetischen Merkmale aufzuweisen, die eine Selektion derTransduktanten ermöglicht. Die Transduktanten können in Mikroorganismen zur Konjugation anderer Mikroorganismen verwendet werden, wobei gegebenenfalls ein Plasmid als Träger eingesetzt wird. Es können verschiedene Verfahren zur weiteren Verminderung der Größe der das Strukturgen für die Nitrilase enthaltenden Fragmente verwendet werden, beispielsweise kann der Cosmidvektor isoliert werden, mit einer Vielzahl von Restriktionsendonukleasen gespalten werden, beispielsweise mit EcoRI, Bg 11l oder Smal, die entstandenen Fragmente können in einem entsprechenden Vektor, zweckmäßigerweise mit dem vorher verwendeten Cosmidvektor, kloniert werden. Anstelle eines Cosmidvektors kann eine Vielzahl von Kloniervektoren kleiner Größe, wie pACYC177 oder pACYC184, eingesetzt werden. So können Fragmente von vorzugsweise unter etwa 5kb, im allgemeinen unter etwa4kb und insbesondere unter etwa 2 kb, geklont werden und Benzonitrilresistenz verleihen.The host organism can be selected for its benzonitrile resistance. The recipient strains can be modified to have the appropriate genetic traits that allow for selection of the transductants. The transductants may be used in microorganisms for the conjugation of other microorganisms, optionally using a plasmid as a carrier. Various methods can be used to further reduce the size of the fragments containing the structural gene for the nitrilase, for example, the cosmid vector can be isolated, cleaved with a variety of restriction endonucleases, such as EcoRI, BglI or SmaI, the resulting fragments can be in a corresponding vector, conveniently with the previously used Cosmidvektor be cloned. Instead of a cosmid vector, a large number of cloning vectors of small size, such as pACYC177 or pACYC184, can be used. Thus, fragments of preferably below about 5kb, generally below about 4kb, and more preferably below about 2kb, can be cloned and confer benzonitrile resistance.
Zweckmäßigerweise hat das Fragment etwa 1 kb und unter etwa 5kb, vorzugsweise unter etwa 4kb und insbesondere mindestens etwa 1047bpund insbesondere einschließlich der flankierenden Regionen mindestens etwa 1100 bp und vorzugsweise unter etwa 1,5 kb. Von besonderem Interesse ist ein Bglll-Smal-Fragment aus Klebsiella ozaenae und insbesondere ein Pstl-Hincll-Fragment von etwa 1 210bp.Conveniently, the fragment has about 1 kb and less than about 5kb, preferably less than about 4kb, and most preferably at least about 1047bp, and more particularly including flanking regions at least about 1100 bp and preferably less than about 1.5kb. Of particular interest is a Bglll-SmaI fragment from Klebsiella ozaenae, and more particularly a PstI HincII fragment of about 1 210bp.
Die Nitrilase kann durch jede geeignete Quelle, sei sie prokaryotisch oder eukaryötisch, wie Bakterien, Hefe, Fadenpilzen oder Pflanzenzellen, exprimiert werden. Wo keine Sekretion stattfindet, kann das Enzym durch Lyse der Zellen und Isolieren der Nitrilase in an sich bekannter Weise gewonnen werden. Geeignete Verfahren sind beispielsweise Chromatographie, Elektrophorese oder Affinitätschromatographie. Zweckmäßigerweise kann Bromoxynil über eine entsprechende Funktion, beispielsweise die Carboxylgruppe, an einen unlöslichen Träger gebunden werden und so immobilisiert zur Gewinnung der Nitrilase verwendet werden.The nitrilase can be expressed by any suitable source, whether prokaryotic or eukaryotic, such as bacteria, yeast, filamentous fungi or plant cells. Where no secretion occurs, the enzyme can be recovered by lysing the cells and isolating the nitrilase in a manner known per se. Suitable methods are, for example, chromatography, electrophoresis or affinity chromatography. Conveniently, bromoxynil can be attached to an insoluble carrier via an appropriate function, such as the carboxyl group, and thus immobilized to obtain the nitrilase.
Die spezifische Aktivität der erfindungsgemäßen Nitrilase beträgt mindestens etwa 0,1 μιηοΙ Ammoniak/min/mg Protein, im allgemeinen mindestens etwa 0,5 oder mehr unter den von Harper, „Biochem. J.", 167, S.685-692 (1977), beschriebenen Bedingungen.The specific activity of the nitrilase according to the invention is at least about 0.1 μιηοΙ of ammonia / min / mg protein, generally at least about 0.5 or more lower than that of Harper, Biochem. J., 167, pp. 685-692 (1977).
Das gereinigte Enzym kann auf viele verschiedene Weisen verwendet werden. Es kann direkt in Untersuchungen auf Bromoxynil, loxynil oder anderen-verwandten Benzonitrilen eingesetzt werden. Andererseits kann das Enzym als Nachweisreagens in diagnostischen Versuchen verwendet werden, beispielsweise dadurch, daß es an ein interessierendes Produkt gebunden wird, beispielsweise ein Hapten, Antigen oder einen Antikörper (vgl. USA 3654090,3817837 und 3850752). Die Konjugationsverfahren sowie die Bestimmung der Konzentration des nachzuweisenden Produkts sind eingehend in diesen Patentschriften beschrieben.The purified enzyme can be used in many different ways. It can be used directly in studies on bromoxynil, loxynil or other related benzonitriles. On the other hand, the enzyme can be used as a detection reagent in diagnostic assays, for example by being bound to a product of interest, for example, a hapten, antigen or antibody (see US 3654090, 3817837 and 3850752). The conjugation methods and the determination of the concentration of the product to be detected are described in detail in these patents.
Die die Nitrilase codierende DNA-Sequenz kann auf verschiedene Weisen verwendet werden, beispielsweise zur Isolierung des Wild-Typs oder von mutierten Nitrilasen. Andererseits kann die DNA-Sequenz zur Integration durch Rekombination in einen Wirt verwendet werden, wodurch der Wirt Benzonitrilresistenz erhält.The DNA sequence encoding the nitrilase can be used in a variety of ways, for example, to isolate the wild type or mutant nitrilases. On the other hand, the DNA sequence can be used for integration by recombination into a host, whereby the host obtains benzonitrile resistance.
Bei Pflanzenzellen kann das Strukturgen als Teil einer Konstruktion in einen Pflanzenzellkern durch Mikropipetteninjektion zur Integration durch Rekombination in das Wirtgenom eingeführt werden. Andererseits kann man Elektroporation verwenden, in die das Strukturgen zur Einführung in einen Pflanzenwirt eingebracht wird. Wurde das Strukturgen aus einer Quelle erhalten, die regulatorische Signale aufweist, die von dem Pflanzenwirt nicht erkannt werden, kann es notwendig sein, entsprechende regulatorische Signale für die Expression einzuführen. Wird ein Virus oder Plasmid, beispielsweise ein tumorinduzierendes Plasmid, verwendet und wurde es kartiert, so kann eine abwärts vom Promotor liegende Restriktionsstelle ausgewählt werden, in die das Strukturgen in einer geeigneten Entfernung vom Promotor eingeführt werden kann. Weisen die DNA-Sequenzen keine entsprechende Restriktionsstelle auf, so können sie mehrere Male mit einer Exonuklease, wie Bal31, abgebaut und eine synthetische Restriktionsendonuklease-Stelle (linker) eingebaut werden.In plant cells, the structural gene can be introduced as part of a construction into a plant cell nucleus by micropipet injection for integration through recombination into the host genome. On the other hand, one can use electroporation into which the structural gene is introduced for introduction into a plant host. If the structural gene has been obtained from a source that has regulatory signals that are not recognized by the plant host, it may be necessary to introduce appropriate regulatory signals for expression. When a virus or plasmid, such as a tumor-inducing plasmid, is used and has been mapped, a restriction site downstream of the promoter may be selected, into which the structural gene may be introduced at a suitable distance from the promoter. If the DNA sequences do not have an appropriate restriction site, they can be degraded several times with an exonuclease, such as Bal31, and a synthetic restriction endonuclease site (left) can be incorporated.
Von besonderem Interesse ist die Verwendung eines tumorinduzierenden Plasmids, beispielsweise Ti oder Ri, mit dem das Nitrilasegen in Pflanzenzellenchromosome eingeführt werden kann. Die Verwendung von Ti- und Ri-Plasmiden ist in PCT-A-W084/02913,02919 und 02920 sowie EP-A-0116718 sowie von Matzke und Chilton in „J. MoI. App. Genetics", 1, S. 39-49 (1981), beschrieben.Of particular interest is the use of a tumor-inducing plasmid, such as Ti or Ri, with which the nitrilase gene can be introduced into plant cell chromosomes. The use of Ti and Ri plasmids is described in PCT-A-W084 / 02913,02919 and 02920 and EP-A-0116718 and by Matzke and Chilton in "J. MoI. App. Genetics ", 1, p. 39-49 (1981).
Bei Verwendung des rechten Endes oder beider Enden der T-DNA, die an eine Expressionscassette angrenzen, die das Nitrilase-Strukturgen unter der Kontrolle der für die Transkription und Translation regulatorischen Signale für den Anfang und das Ende, die von dem Pflanzenwirt erkannt werden, enthält, kann die Expressionscassette in das Pflanzengenom eingebaut werden und die Expression der Nitrilase in der Pflanzenzelle bei verschiedenen Entwicklungsstufen hervorrufen.Using the right-hand end or both ends of the T-DNA adjacent to an expression cassette containing the nitrilase structural gene under the control of transcriptional and translational initial and terminal regulatory signals recognized by the plant host , the expression cassette can be incorporated into the plant genome and elicit the expression of nitrilase in the plant cell at various stages of development.
Es können verschiedene Konstruktionen zur Expression in Pflanzenzellen hergestellt werden, die eine Expressionscassette zur Verfügung stellen, die in Pflanzen für die Expression der Nitrilase im Pflanzenwirt verantwortlich ist.Various constructions can be made for expression in plant cells which provide an expression cassette which is responsible in plants for the expression of the nitrilase in the plant host.
Für die Transkription kann eine Vielzahl von Transkriptions-Initiationsregionen (Promotorregionen), die entweder konstitutiv oder induzierbar sind, verwendet werden.For transcription, a variety of transcription initiation regions (promoter regions) that are either constitutive or inducible can be used.
Die Transkriptions-Initiationsregion ist an das die Nitrilase codierende Strukturgen gebunden, und zwar zur Initiation der Transkription aufwärts des Initiationscodons, normalerweise innerhalb etwa 200 Basen des Initiationscodons, dort, wo der nichttranslatierten 5'-Region ein ATG fehlt.The transcriptional initiation region is linked to the structural gene encoding the nitrilase for initiation of transcription upstream of the initiation codon, usually within about 200 bases of the initiation codon, where the 5'-untranslated region lacks an ATG.
Das 3'-Ende des Strukturgens enthält ein oder mehrere Stop-Codons, die an eine im Pflanzenwirt funktionell Transkriptionsterminationsregion gebunden sind, wobei diese Terminationsregion mit den gleichen oder verschiedenen Strukturgenen wie die Anfangsregion verbunden sein kann.The 3 'end of the structural gene contains one or more stop codons linked to a plant host functionally transcriptional termination region, which termination region may be linked to the same or different structural genes as the initial region.
Die Expressionscassette weist in Richtung der Transkription die Initiationsregion, das unter der Transkriptionskontrolle der Initiationsregion befindliche Strukturgen und die Terminationsregion auf, die für das Transkriptionsende und die Herstellung der Boten-RNA verantwortlich ist.The expression cassette has in the direction of transcription the initiation region, the structural gene under the transcriptional control of the initiation region, and the termination region responsible for the transcriptional end and the production of the messenger RNA.
Als Transkriptions- und Translations-Steuerregionen können zweckmäßigerweise Pin-Promotor- und -Terminatorregionen verwendet werden, die die konstitutive Expression des Nitrilasegens gestatten. Andererseits können auch andere Promotoren und/oder Terminatoren verwendet werden, insbesondere Promotoren, die eine induzierbare Expression oder eine gesteuerteAs transcriptional and translational control regions, pin promoter and terminator regions may suitably be used which allow constitutive expression of the nitrilase gene. On the other hand, other promoters and / or terminators can also be used, in particular promoters which have an inducible expression or a controlled
Expression in einem Pflanzenwirt ermöglichen. Geeignete Promotorregionen aus dem Ti-Plasmid umfassen Opinpromotoren, wie Octopin-Synthetase-Promotor, Napolin-Synthetase-Promotor, Agropin-Synthetase-Prtomotor oder Manopin-Synthetase-Promotor. Andere Promotoren sind Virus-Promotoren, wie der CaMV-Region-VI-Promotor oder der Promotor mit der vollen Länge (35S), die mit den Ribulose-1,5-bis-phosphat-carboxylatgenen verbunden sind, beispielsweise die kleine Untereinheit, Gene, die mit Phaseoiin assoziierten Promotoren, Proteineinlagerungen, ß-Conglycinin oder Cellulosebildung assoziiert sind. Die verschiedenen Sequenzen können in an sich bekannter Weise miteinander verbunden werden. Die Promotorregion kann durch die 5'-Region des Strukturgens identifiziert werden, beispielsweise des Opingens, und durch Restriktionskartierung und -Sequenzierung selektiert und isoliert werden. Entsprechend kann die Terminatorregion als 3'-Region des Strukturgens isoliert werden. Die Sequenzen können geklont und in der richtigen Orientierung verbunden werden, um so die konstitutive Expression des Nitrilasegensin einem Pflanzenwirt zu ermöglichen.Allow expression in a plant host. Suitable promoter regions from the Ti plasmid include opine promoters such as octopine synthetase promoter, napoline synthetase promoter, agropine synthetase proteomic or manopin synthetase promoter. Other promoters are viral promoters such as the CaMV region VI promoter or the full length (35S) promoter linked to the ribulose-1,5-bis-phosphate carboxylate genes, e.g., the small subunit, genes associated with phaseoiin-associated promoters, protein deposits, β-conglycinin or cellulose formation. The various sequences can be linked together in a manner known per se. The promoter region can be identified by the 5 'region of the structural gene, such as opine, and selected and isolated by restriction mapping and sequencing. Accordingly, the terminator region can be isolated as a 3 'region of the structural gene. The sequences can be cloned and joined in the correct orientation to allow for constitutive expression of the nitrilase gene in a plant host.
Durch Modifizierung von Ertragspflanzenzellen durch Einführung eines funktionellen Gens, das die Nitrilase- exprimiert, können Bromoxynil, loxynil oder analoge Herbicide bei einer Vielzahl von Ertragspflanzen bei Konzentrationen verwendet werden, die die vollständige oder fast vollständige Entfernung von Unkraut gewährleistet und die Ertragspflanzen unbeeinträchtigt läßt. Auf diese Weise können beachtliche Einsparungen erreicht werden, da Düngemittel und Wasser wirkungsvoller verwendet und die nachteiligen Wirkungen, die sich durch die Anwesenheit von Unkraut ergeben, vermieden werden. Die die Nitrilase exprimierende Expressionscassette kann in eine Vielzahl von Pflanzen eingeführt werden, sowohl in einkeimblättrige wie in zweiblättrige Pflanzen (Monocotyledone und Dicotyledone), wie Mais, Getreide, Sojabohnen, Tabak, Baumwolle, Tomaten, Kartoffeln, Brassica-Arten, Reis, Erdnüsse, Petunien, Sonnenblumen, Zuckerrüben oder Rasen. Die Gene können in Zellen oder Pflanzenteilen vorhanden sein, wie Kallus, Gewebe, Wurzeln, Knollen, Ablegern, Pflänzchen, Samen, Blättern, Stecklingen oder Pollen.By modifying yield source cells by introducing a functional gene expressing the nitrilase, bromoxynil, loxynil or analogous herbicides can be used in a variety of crops at concentrations that ensure complete or almost complete removal of weeds and leave the crops undisturbed. In this way, considerable savings can be achieved as fertilizer and water are used more effectively and the adverse effects resulting from the presence of weeds are avoided. The expression cassette expressing the nitrilase can be introduced into a variety of plants, both monocotyledonous and dodecotyledonous plants (monocotyledons and dicotyledons) such as corn, cereals, soybeans, tobacco, cotton, tomatoes, potatoes, Brassica species, rice, peanuts, Petunias, sunflowers, sugar beets or turf. The genes may be present in cells or plant parts, such as callus, tissue, roots, tubers, offspring, plantlets, seeds, leaves, cuttings or pollen.
Dadurch, daß die Pflanzen benzonitrilresistent sind, können viele Formulierungen zum Schutz der Ertragspflanzen vor Unkraut verwendet werden, um das Wachstum der Ertragspflanzen zu erhöhen und den Wettbewerb um Nährstoffe zu verringern. So kann Bromoxynil allein zur Nachkontrolle des Unkrauts bei behandelten Erntepflanzen wie Sonnenblumen, Sojabohnen, Getreide oder Baumwolle, oder in Kombinationspräparaten mit anderen Produkten verwendet werden. In den Präparaten werden herkömmliche Mengen an Pestiziden auf die Felder aufgebracht, d.h. etwa 0,045 bis 1,8 und vorzugsweise 0,09 bis 0,9g/0,4047ha (0,1 bis 4 und vorzugsweise 0,2 bis 2 Ib/acre) Bromoxynil, wo andere Herbizide in Mengen von etwa 0,045 bis 1,8g/0,4047ha (0,1 bis4lb/acre) Wirkstoff aufgebracht werden. Die Präparate können andere Zusatzstoffe, wie Reinigungsmittel, Hilfsstoffe, Sprühhilfsmittel, Klebstoffe oder Stabilisatoren, enthalten. Die Präparate können Naß- oder Trockenpräparate sein, wie fließfähige Pulver, emulgierbare und flüssige Konzentrate, wie an sich bekannt. Herbicide Lösungen können in bekannter Weise angewendet werden, beispielsweise durch Sprühen, Berieseln oder Zerstäuben.Because the plants are benzonitrile-resistant, many formulations can be used to protect yield plants from weeds to increase the growth of crops and reduce competition for nutrients. Thus, bromoxynil alone can be used for post-control of weeds in treated crops such as sunflowers, soybeans, cereals or cotton, or in combination preparations with other products. In the preparations, conventional amounts of pesticides are applied to the fields, i. about 0.045 to 1.8 and preferably 0.09 to 0.9g / 0.4047ha (0.1 to 4 and preferably 0.2 to 2 lb / acre) of bromoxynil, where other herbicides are present in amounts of about 0.045 to 1.8g / 0.4047ha (0.1 to 4 lb / acre) of active ingredient. The preparations may contain other additives such as detergents, auxiliaries, spray aids, adhesives or stabilizers. The preparations may be wet or dry preparations, such as flowable powders, emulsifiable and liquid concentrates, as known per se. Herbicidal solutions can be applied in a known manner, for example by spraying, sprinkling or spraying.
Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutertThe invention is explained in more detail below with reference to some examples
Materialien und Methoden Materials and methods
Restriktionsenzyme und T4-Ligase für die Verknüpfungen wurden nach den Anweisungen der Hersteller angewendet. Das Klonieren und die Molekularanalyse wurden in Standardverfahren gemäß Maniatisetal in „Molecular Cloning: A Laboratory Manual", Cold Spring Harbor Laboratory, New York (1982), durchgeführt. Die Klonanalyse wurde gemäß Ish-Horowitz et al, „Nucl. Acids Res.", 9, S.2989-2998 (1981), durchgeführt.Restriction enzymes and T4 ligase for the linkages were used according to the manufacturers instructions. Cloning and molecular analysis were performed in standard methods according to Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, New York, 1982. Clone analysis was performed according to Ish-Horowitz et al, Nucl. Acids Res. , 9, p.2989-2998 (1981).
Der E. coli-Stamm MM 294 wurde für alle Klonierungsversuche verwendet (Hanahan in „Mol. Biol.", 1966, S.557-580 [1983]). Antibiotika wurden in folgenden Mengen verwendet:E. coli strain MM 294 was used for all cloning experiments (Hanahan in "Mol. Biol.", 1966, p.557-580 [1983]). Antibiotics were used in the following amounts:
Cm (Chloramphenicol): 25μg/ml; Tc (Tetracyclin): ΙΟμς/ΐηΙ; Ap (Penicillin): 300μιτ^/ηηΙ.Cm (chloramphenicol): 25 μg / ml; Tc (tetracycline): ΙΟμς / ΐηΙ; Ap (penicillin): 300μιτ ^ / ηηΙ.
Die Transformationen der Plasmid-DNA in E. coli wurden gemäß Mandel und Higain „J. Mol. Biol.", 53, S. 159-162 (1970), durchgeführt.The transformations of the plasmid DNA into E. coli were performed according to Mandel and Higain "J. Mol. Biol., 53, pp. 159-162 (1970).
Bakterien aus einer mit Bromoxynil verunreinigten Bodenprobe wurden isoliert und selektiert. Ein solcher Organismus war Klebsiella pneumoniae, Unterart ozaenae. Durch Teilreinigung und Charakterisierung der für Bromoxynil spezifischen Nitrilase aus diesem Organismus wurde ein Enzym mit einer Scheinmolekülmasse von 34kDal erhalten.Bacteria from a bromoxynil contaminated soil sample were isolated and selected. One such organism was Klebsiella pneumoniae, subspecies ozaenae. By partial purification and characterization of the bromoxynil-specific nitrilase from this organism, an enzyme with a dummy molecular weight of 34kDal was obtained.
Nach wiederholtem Kultivieren von K. ozaenae auf festem L-Agar wurde eine Variante isoliert, die nicht mehr fähig war, Bromoxynil als einzige Stickstoffquelle zu verwerten, wenn sie in einem Flüssigmedium gezüchtet wurde, das je Liter 1,5 g KH2PO4,3,5g K2HPO4,0,1 g MgSO4 · 7H2O, 50mg Hefeextrakt, 0,1 % Citrat, Glycerin und Succinat und Spurenelemente enthielt (Barnett und Ingraham in „J. Appl. Bacteriol", 18, S. 131-143 [1975]). Dieses Medium ist als YETE-Multimedium bekannt, es enthielt 0,05% Bromoxynil. Obwohl dieser Organismus das Bromoxynil als einzige Stickstoffquelle nicht verwertete, konnte er bis zur vollen Dichte in L-Brühe mit 0,05% Bromoxynil gezüchtet werden. Eine K. ozaenae-Variante wurde selektiert und in 10 ml L-Brühe gezüchtet. Es wurden drei unabhängige K. ozaenae-Kolonien aus einer Bromoxynil enthaltenden LB-Platte gewählt und unter den gleichen Bedingungen gezüchtet. Diese vier K. ozaenae-Kolonien wurden gleichzeitig in 10ml 0,05% Bromoxynil enthaltender L-Brühe gezüchtet. Die Kulturen wurden bis zur vollen Dichte bei 300C gezüchtet, aus jeder Kultur wurde gemäß Ish-Horowitz et al in „Nucl. Acids Res.", 9, S. 2989 (1981) Plasmid-DNA hergestellt. Nichtverdaute Plasmid-DNA wurden auf einem 0,5%igen Agarosegel der Elektrophorese unterworfen, die Plasmidstreifen wurden durch Anfärben mit Ethidiumbromid sichtbar gemacht.After repeated culture of K. ozaenae on solid L agar, a variant was isolated which was no longer able to utilize bromoxynil as the sole source of nitrogen when grown in a liquid medium containing 1.5 g KH 2 PO 4 per liter. 3.5 g K 2 HPO 4 , 0.1 g MgSO 4 .7H 2 O, 50 mg yeast extract, 0.1% citrate, glycerol and succinate and trace elements (Barnett and Ingraham in J. Appl. Bacteriol, 18, p 131-143 [1975]) .This medium is known as YETE multimedium containing 0.05% bromoxynil Although this organism did not utilize the bromoxynil as the sole source of nitrogen, it was able to reach full density in L broth with 0, A K. ozaenae variant was selected and grown in 10 ml of L broth Three independent K. ozaenae colonies were selected from a bromoxynil-containing LB plate and cultured under the same conditions: these four K ozaenae colonies were co-administered in 10 ml of 0.05% Bromoxynil e bred L-broth. The cultures were grown to full density at 30 ° C., from each culture according to Ish-Horowitz et al., Nucl. Acids Res., 9, p 2989 (1981) Plasmid DNA was prepared by electrophoresing undigested plasmid DNA on a 0.5% agarose gel and visualizing the plasmid strips by staining with ethidium bromide.
Die K. ozaenae-Variante zeigte eine einzige Plasmidart (Größe: 68 kb), die mit und ohne Bromoxynil entstand. Die drei K. ozaenae-Kolonien zeigten eine größere Plasmidart (90 kb), wenn sie in Gegenwart von 0,05% Bromoxynil gezüchtet wurden. In Abwesenheit von Bromoxynil waren beide Plasmidformen in zwei der drei K. ozaenae-Kolonien vorhanden. Das deutet auf eine Umwandlung der größeren Plasmidarten zu kleineren Formen unter gleichzeitigem Verlust von etwa 22 kb Plasmid-DNA, wenn die Bromoxynilselektion aufgehoben wird.The K. ozaenae variant showed a single plasmid species (size: 68 kb), which was formed with and without bromoxynil. The three K. ozaenae colonies showed a larger plasmid species (90 kb) when grown in the presence of 0.05% bromoxynil. In the absence of bromoxynil, both forms of plasmid were present in two of the three K. ozaenae colonies. This indicates a conversion of the larger plasmid species into smaller forms with simultaneous loss of approximately 22 kb of plasmid DNA when the bromoxynil selection is abolished.
Alle vier Kolonien wurden in 200 ml 0,05% Bromoxynil enthaltender L-Brühe gezüchtet. Die Zellen wurden in einerfranzösischen Presse aufgebrochen, die Überstände nach dem Hochgeschwindigkeitszentrifugieren wurden gegen einen Puffer dialysiert, der 0,05mol/l Kaliumphosphat, pH7,5, und2,5mmol/l Dithiothreit (DTT) enthielt. Die einzelnen Rohextrakte wurden auf bromoxynilspezifische Nitrilaseaktivität untersucht. Ein Rohextrakt aus der K. ozaenae-Variante, enthielt keine nachweisbare Nitrilaseaktivität, wogegen die anderen K. ozaenae-Rohextrakte spezifische Nitrilaseaktivitäten von 0,124,0,105 bzw. 0,143 μιηοΙ NH3/min/mg Protein aufwiesen. 200ml Zellen wurden bei 300C bis zur mittleren Log-Phase in M9-Medium, das 0,1 % Glucose und 0,04% Bromoxynil enthielt, gezüchtet (Miller in „Experiments in Molecular Genetics", Cold Spring Harbor Laboratory, 1972). Die Rohextrakte wurden durch Aufbrechen der Zellen, Ultrazentrifugieren und Dialyse des Überstands in Puffer, der 0,05 mol/l Kaliumphosphat, pH7,5, und 2,5 mmol/l DTT enthielt, gewonnen. Die Substratkonzentration betrug 3 mmol/l Bromoxynil in allen Versuchen. Die Freisetzung von Ammoniak wurde gemäß Harper in „Biochem. J.", 167, S. 685-692 (1977), überwacht. Die Fähigkeit der K. ozaenae-Variante in Bromoxynil enthaltender L-Brühe zu wachsen, kann zu einer Undurchlässigkeit des Organismus für diese Komponente führen. Der Organismus kann jedoch in bestimmten Medien unter Verwertung von Bromoxynil als einzige Stickstoffquelle nicht wachsen.All four colonies were grown in 200 ml of L broth containing 0.05% bromoxynil. The cells were disrupted in a French press, the supernatants after high-speed centrifugation were dialyzed against a buffer containing 0.05 mol / L potassium phosphate, pH 7.5, and 2.5 mmol / l dithiothreitol (DTT). The individual crude extracts were examined for bromoxynil-specific nitrilase activity. A crude extract from the K. ozaenae variant contained no detectable nitrilase activity whereas the other K. ozaenae crude extracts had specific nitrilase activities of 0.124, 0.10 and 0.143 μηηΙ NH 3 / min / mg protein, respectively. 200ml cells were grown at 30 ° C until mid-log phase in M9 medium containing 0.1% glucose and 0.04% bromoxynil (Miller in "Experiments in Molecular Genetics", Cold Spring Harbor Laboratory, 1972). The crude extracts were recovered by disrupting the cells, ultracentrifuging and dialyzing the supernatant in buffer containing 0.05M potassium phosphate, pH 7.5, and 2.5 mM DTT The substrate concentration was 3 mmol / L bromoxynil in all experiments The release of ammonia was monitored according to Harper in "Biochem J.," 167, pp. 685-692 (1977). The ability of the K. ozaenae variant to grow in bromoxynil-containing L broth may result in an impermeability of the organism to that component. However, the organism can not grow in certain media utilizing bromoxynil as the sole nitrogen source.
Zusammenfassend scheint die K. ozaenae-Nitrilase im Plasmid codiert zu sein. Das (die) das Enzym codierende(n) Gen(e) scheint auf einem 22 kb-Plasmid-DNA-Segment lokalisiert zu sein, das spontan aus dem K. ozaenae-Plasmid in Abwesenheit der Bromoxynil-Selektion verlorengeht.In summary, K. ozaenae nitrilase appears to be encoded in the plasmid. The enzyme (s) encoding gene (s) appears to be located on a 22 kb plasmid DNA segment that is spontaneously lost from the K. ozaenae plasmid in the absence of the selection of bromoxynil.
Die Bromexynil-spezifische Nitrilase aus K. ozaenae wird in E. coli exprimiert.The bromexynil-specific nitrilase from K. ozaenae is expressed in E. coli.
Unter 0,05% Bromoxynilselektion gezüchtete Plasmid-DNA aus K. ozaenae wurde gewonnen, die DNA wurde in den E. coli-Stamm MM 294 (thi, gyrA96, endl", hdsR17) transformiert. Die Transform ante η wurden auf einem stickstoffarmen (N") festen Agarose-Minimalmedium, das je Liter 1,5g KH2PO4,3,5g K2HPO4,0,1 g MgSO4 · 7H2O und 0,1 % Glucose enthielt, unter Zugabe von 0,05% Bromoxynil als einzige Stickstoffquelle selektiert. Nach Stägiger Inkubation erschienen 10 Kolonien auf den Selektionsplatten. Diese Kolonien wurden auf L-Agar-Platten, die 0,05% Bromoxynil enthielten, wieder aufgestrichen und auf die Anwesenheit des auxotropen Thiaminmarkers in MM 294 untersucht. Keine der Kolonien wuchs in dem Minimalmedium in Abwesenheit von Thiamin, was darauf hinweist, daß der Stamm E. col! MM 294 ist. Alle Kolonien wuchsen in M9-Medium, dem Thiamin und 0,05% Bromoxynil als einzige Stickstoffquelle zugegeben wurden. Kein Wachstum wurde in diesem Medium in Abwesenheit von Bromoxynil beobachtet. Zwei der Kolonien wurden fürweitere Analysen ausgewählt. Rohextraktpräparate aus E. coli MM 294, die das 90kb-Plasmid enthielten, wurden auf bromoxynilspezifische Nitrilaseaktivität untersucht; dabei wurde eine spezifische Aktivität von 216μητιοΙ freigesetztem NH3/min/mg erhalten. E. coli MM 294, die das kleinere Plasmidenthielten, zeigten keine nachweisbare Nitrilaseaktivität. Das größere 90kb-Plasmid in E. coli wurde mit pBrxi, das kleinere (68kb) Plasmid mit pBrxiA bezeichnet.Plasmid DNA from K. ozaenae grown at 0.05% bromoxynil selection was recovered, the DNA was transformed into E. coli strain MM 294 (thi, gyrA96, endl ", hdsR17). Transform ante η was isolated on a nitrogen-depleted ( N ") solid agarose minimal medium containing per liter 1.5 g KH 2 PO 4 , 3.5 g K 2 HPO 4 , 0.1 g MgSO 4 .7H 2 O and 0.1% glucose, with addition of 0, 05% bromoxynil selected as sole nitrogen source. After a day's incubation, 10 colonies appeared on the selection plates. These colonies were restreaked on L agar plates containing 0.05% bromoxynil and assayed for the presence of the auxotrophic thiamine marker in MM 294. None of the colonies grew in the minimal medium in the absence of thiamine, indicating that strain E. col! MM 294 is. All colonies grew in M9 medium to which thiamine and 0.05% bromoxynil were added as the sole nitrogen source. No growth was observed in this medium in the absence of bromoxynil. Two of the colonies were selected for further analysis. Crude extract preparations from E. coli MM 294 containing the 90kb plasmid were screened for bromoxynil-specific nitrilase activity; thereby a specific activity of 216μητιοΙ released NH 3 / min / mg was obtained. E. coli MM 294, which contained the smaller plasmid, showed no detectable nitrilase activity. The larger 90kb plasmid in E. coli was designated pBrxi, the smaller (68kb) plasmid pBrxiA.
Zur Bestätigung, daß der E. coli-Stamm MM 294, der das Plasmid pBrxi enthält, den richtigen Metabiliten als Folge der bromoxynilspezifischen Nitrilasereaktion erzeugt, wurde eine 2-ml-MM 294-Kultur (pBrxi) 24 Stunden bei 300C in einem M9-Medium, dem 0,05% Bromoxynil zugegeben wurde, gezüchtet. Eine Probe des Kulturfiltrats wurde auf einer C1S-Hochdruckflüssigchromatographie-Säulechromatographiert. Die Gesamtmenge an dem Kulturfiltrat zugegebenem Bromoxynil wurde zu einem neuen Metabilitgipfel umgewandelt. Der Metabolitgipfel wurde durch Spektralanalyse als 3',5'-Dibrom-4-hydroxybenzoesäure (DBHB) identifiziert. Das heißt, daß das Produkt der bromoxynilspezifischen, plasmidcodierten Nitrilaseexpression in E. coli das gleiche ist wie das von K. ozaenaeTo confirm that E. coli strain MM 294, which contains the plasmid pBrxi, generates the right as a result of Metabiliten bromoxynilspezifischen Nitrilasereaktion was added a 2 ml MM 294 culture (pBrxi) for 24 hours at 30 0 C in a M9 medium to which 0.05% bromoxynil has been added. A sample of the culture filtrate was chromatographed on a C 1 S high pressure liquid chromatography column. The total amount of bromoxynil added to the culture filtrate was converted to a new metabolic peak. The metabolite peak was identified by spectral analysis as 3 ', 5'-dibromo-4-hydroxybenzoic acid (DBHB). That is, the product of bromoxynil-specific, plasmid-encoded nitrilase expression in E. coli is the same as that of K. ozaenae
Das bromoxynilspezifische Nitrilasegen wird in E. coli geklont. The bromoxynil-specific nitrilase gene is cloned in E. coli.
Um festzustellen, ob das DNA-Segment, das das bromoxynilspezifische Enzym codiert, in E. coli klonierbar ist, wurde das Plasmid pBrxi mit BamHI verdaut, es entstanden zwei Streifen von 53kb bzw. 37 kb. Die BamHI-Fragmente wurden in die BamHI-Stelle des E. coli-Plasmidvektors pACYC 184 (Chang und Cohen in „J. Bacteriol.", 134, S. 1141 [1978]), eingebunden und in den E. coli-Stamm MM 294 transformiert. Das Klonen in die BamHi-Stelle von pACYC 184führt zu einer Insertions-Inaktivierung desTetracyclinresistenzgens. Zehn chloramphenocolresistente, tetracyclinempfindliche MM294-Kolonien wurden ausgewählt, durch Minipräparations-Klonanalyse wurde DNA hergestellt und mit BamHI verdaut. Vier Klone enthielten das 37-kb-BamHI-Fragment, wogegen nur ein Klon das größere 53-kb-BamHI-DNA-Fragment von pBrxi enthielt. Fünf Klone enthielten ein geklöntes BamHI-Fragment, das auch im Plasmid pBrx1 Δ gefunden wurde und dem DNÄ-Segment entspricht, das nach spontaner Deletion von 22 kbder Plasmid-DNA aus pBrxi zurückbleibt. Alle zehn Klone wurden in 200 ml L-Brühe in Anwesenheit von 20μg/ml Chloramphenicol (zur Selektion des Plasmids) gezüchtet, die erhaltenen Rohextraktpräparate wurden auf bromoxynilspezifische Nitrilaseaktivität untersucht. Vier Klone, die das 37-kb-BamHI-Fragment enthielten, zeigten spezifische Nitrilaseaktivität im Bereich von 0,140μιτιοΙ freigesetztem NH3/min/mg Protein, wogegen in den anderen sechs Klonen keine Nitrilaseaktivität nachgewiesen werden konnte. Diese Ergebnisse zeigen, daß das eine bromoxynilspezifische Nitrilaseaktivität nachgewiesen werden konnte. Diese Ergebnisse zeigen, daß das eine bromoxynilspezifische Nitrilaseaktivität codierende Gen auf einem37-kb-BamHI-Fragment lokalisiert ist,.das aus dem Plasmid pBrxi kloniert wird, und daß das 22-kb-DNA-Segment, das spontan in Abwesenheit der Bromoxynilselektion verloren geht, sich innerhalb des 37-kb-BamHI-Fragments befindet. Um die Orientierung der BamHI-Fragmente in bezug auf den Vektor pACYC 184 zu bestätigen, wurde DNA aus den oben angegebenen vier Klonen mit EcoRI abgebaut und auf einem 0,07%igem Agarosegel der Elektrophorese unterworfen. Auch ein kombiniertes EcoRI-Abbauprodukt der Plasmide pBrxi und pBrxiA wurde analysiert.To determine whether the DNA segment coding for the bromoxynil-specific enzyme can be cloned in E. coli, the plasmid pBrxi was digested with BamHI, resulting in two strips of 53 kb and 37 kb, respectively. The BamHI fragments were incorporated into the BamHI site of the E. coli plasmid vector pACYC 184 (Chang and Cohen in "J. Bacteriol.", 134, p. 1141 [1978]) and into E. coli strain MM Cloning into the BamHi site of pACYC 184 results in insertion-inactivation of the tetracycline resistance gene Ten chloramphenicol-resistant, tetracycline-sensitive MM294 colonies were selected, DNA was prepared by minipreparation clone analysis and digested with BamHI Four clones contained the 37 kb BamHI fragment whereas only one clone contained the larger 53 kb BamHI DNA fragment from pBrxi Five clones contained a cloned BamHI fragment which was also found in plasmid pBrx1 Δ and corresponds to the DNA segment following spontaneous All ten clones were grown in 200 ml of L broth in the presence of 20 μg / ml chloramphenicol (for selection of the plasmid), the crude extract preparations obtained were obtained Bromoxynilspezifische nitrilase activity examined. Four clones containing the 37 kb BamHI fragment exhibited nitrilase specific in the range of 0,140μιτιοΙ released NH 3 / min / mg protein, whereas no nitrilase activity could be detected in the other six clones. These results indicate that one bromoxynil-specific nitrilase activity could be detected. These results indicate that the gene encoding a bromoxynil-specific nitrilase activity is located on a 37 kb BamHI fragment, that is cloned from plasmid pBrxi, and that the 22 kb DNA segment is lost spontaneously in the absence of selection of bromoxynil , is located within the 37 kb BamHI fragment. To confirm the orientation of the BamHI fragments relative to the pACYC 184 vector, DNA from the four clones indicated above was digested with EcoRI and electrophoresed on a 0.07% agarose gel. A combined EcoRI degradation product of plasmids pBrxi and pBrxiA was also analyzed.
Beide Orientierungen des 37 kb-BamHI-Fragments in bezug auf den Vektor pACYC 184 wurden bestimmt und mit Plasmid pBrx2 bzw. pBrx3 bezeichnet. Es wurde festgestellt, daß die drei EcoRI-Fragmente sich innerhalb des 22kb-DNA-Segments befinden, das spontan aus den Plasmiden pBrx2 und pBrx3 deletiert wird. Die Größe dieser EcoRI-Fragmente beträgt 18,3 bzw. 1,9 kb. Das die bromoxynilspezifische Nitrilase codierende Gen befindet sich vermutlich auf einem dieser drei EcoRI-Fragmente, vorausgesetzt, das Nitrilase-Strukturgen wird nicht durch eine EcoRI-Restriktionsstelle in zwei Teile geteilt. Die Lokalisierung der bromoxynilspezifischen Ntrilase von E. coli (pBrx3) wurde untersucht, die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 1 angegeben.Both orientations of the 37 kb BamHI fragment with respect to the vector pACYC 184 were determined and designated plasmid pBrx2 and pBrx3, respectively. It was found that the three EcoRI fragments are located within the 22kb DNA segment, which is spontaneously deleted from the plasmids pBrx2 and pBrx3. The size of these EcoRI fragments is 18.3 and 1.9 kb, respectively. The gene encoding the bromoxynil-specific nitrilase is believed to be on one of these three EcoRI fragments, provided that the nitrilase structural gene is not divided into two by an EcoRI restriction site. The localization of the bromoxynil-specific Ntrilase from E. coli (pBrx3) was investigated, the results are given in the following Table 1.
Die bromoxynilspezifische Nitrilase ist ein periplasmatisches Enzym in E. coliThe bromoxynil specific nitrilase is a periplasmic enzyme in E. coli
Kulturbedingungena Culture conditions a
spezifische Nitrilaseaktivitätspecific nitrilase activity
toluolbehandeite Zellen (L-Brühe)toluene-treated cells (L broth)
lysozymbehandelte Zellen (L-Brühe)lysozyme-treated cells (L broth)
Gesamtzellen (L-Brühe) Gesamtzellen (L-Brühe + Brx1) Gesamtzellen (M 9) Gesamtzellen (M9 + BrxD Gesamtzellen/pACYC184(M9)Total Cells (L-Broth) Total Cells (L-Broth + Brx1) Total Cells (M 9) Total Cells (M9 + BrxD Total Cells / pACYC184 (M9)
0,8290.829
0,796 0,770 1,250.796 0.770 1.25
0,950 1,450.950 1.45
a pBrx3-Plasmid enthaltende E. coli-Zellen (WIM 294) wurden bis zur stationären Phase in 5-ml-Kultiiren bei 30°C in dem angegebenen Medium gezüchtet. Die Kulturen enthielten 2(^g/ml Chloramphenicol und 0,04% Bromoxynil (Brx 1), wo angegeben. 1 ml aus jeder Kultur wurde gesammelt, einmal mit Nitrilasepuffer (0,1 mol/l Kalium phosphat, pH 7,5) gewaschen, die Zellen wurden in 0,1 ml dieses Puffers wieder suspendiert. 50-pl-Proben wurden gemäß Ha'rper in „Biochem. J.", 167, S. 685-692 (1977), mit und ohne 3mmol/l Bromoxynil als Substrat untersucht.E. coli cells (WIM 294) containing pBrx3 plasmid were grown to stationary phase in 5 ml cultures at 30 ° C in the indicated medium. The cultures contained 2 (g / ml chloramphenicol and 0.04% bromoxynil (Brx 1) where indicated 1 ml from each culture was collected once with nitrilase buffer (0.1 mol / l potassium phosphate, pH 7.5). The cells were resuspended in 0.1 ml of this buffer 50 μl samples were prepared according to Ha'rper in "Biochem J.," 167, pp. 685-692 (1977), with and without 3 mmol / l Bromoxynil examined as a substrate.
b μΜοΙ NH3/min/mg. Das Protein wurde an Hand der optischen Dichte bei 600 nm (OD600) bestimmt: 1,4= 109 Zellen/ml = 150μg.b μΜοΙ NH 3 / min / mg. The protein was determined on the basis of the optical density at 600 nm (OD 600 ): 1.4 = 10 9 cells / ml = 150 μg.
Tabelle 1 zeigt, daß die Nitrilase im periplasmatischen Raum der Zelle lokalisiert ist. Außerdem wurde festgestellt, daß das Enzym in Abwesenheit von Bromoxynil im Medium exprimiert wird, was darauf hindeutet, daß für die Enzymexpression keine Bromoxynilinduktion notwendig ist.Table 1 shows that the nitrilase is located in the periplasmic space of the cell. In addition, it was found that the enzyme is expressed in the absence of bromoxynil in the medium, suggesting that no bromoxynil induction is necessary for enzyme expression.
Weitere Reinigung der bromoxynilspezifischen Nitrilase.Further purification of the bromoxynil-specific nitrilase.
Die weitere Reinigung der Nitrilase aus K. ozaenae wurde mit folgenden Ergebnissen durchgeführt:The further purification of the K. ozaenae nitrilase was carried out with the following results:
Reinigung der bromoxynilspezifischen Nitrilase'aus E. coli (Ausgangsmaterial: 6g Zellen)Purification of the bromoxynil-specific nitrilase from E. coli (starting material: 6 g of cells)
a Die Zellen wurden bei 30°C bis zur mittleren Log-Phase in M 9-Medium, das 0,04% Bromoxynil und Glucose enthielt, gezüchtet. Die Rohextrakte wurden durch Aufbrechen der Zellen, Ultrazentrif ugieren und Dialyse in Puffer gewonnen, der 0,05 mol/l Kaliumphosphat, pH 7,5, und 2,5 mmol/l DTTenthielt. Die Substratkonzentration betrug 3mmol/l in allen Nitriiaseversuchen. a Cells were grown at 30 ° C until mid log phase in M 9 medium containing 0.04% bromoxynil and glucose. The crude extracts were obtained by disrupting the cells, ultracentrifuging and dialysis in buffer containing 0.05 mol / L potassium phosphate, pH 7.5, and 2.5 mmol / L DTT. The substrate concentration was 3mmol / L in all nitriase experiments.
b μΜοΙ NH3/min/mg. b μΜοΙ NH 3 / min / mg.
Eine 2,5cm2 χ 10cm große Säule wurde in.Puffer, der 0,05 mol/1 Kaliumphosphat, pH 7,5,2,5mmol/l DTT und 1 mmol/l EDTA enthielt, äquilibriert. Die Probe wurde aufgebracht, die Säule wurde mit 300 ml eines linearen Gradienten von 0,02 bis 0,40 mol/l NaCI in dem oben angegebenen Puffer entwickelt. Am Ende des Gradienten wurde 1 mol/l NaCI enthaltender Puffer aufgegeben. Es wurden 5-ml-Fraktionen gesammelt, 0,075-ml-Proben wechselnder Fraktionen wurden auf Nitrilaseaktivität untersucht. Ein einziger Gipfel mit Enzymaktivität wurde bei 0,22 mol/l Salz eluiert. Etwa 75% der aufgegebenen Nitrilaseaktivität wurde in den aktiven Fraktionen wieder gewonnen.A 2.5cm 2 χ 10cm column was equilibrated in buffer containing 0.05M potassium phosphate, pH 7.5, 2.5mmol / L DTT and 1mmol / L EDTA. The sample was applied, the column was developed with 300 ml of a linear gradient of 0.02 to 0.40 mol / l NaCl in the buffer indicated above. At the end of the gradient, buffer containing 1 mol / l NaCl was applied. 5 ml fractions were collected, 0.075 ml samples of changing fractions were assayed for nitrilase activity. A single peak with enzyme activity was eluted at 0.22 mol / L salt. About 75% of the discontinued nitrilase activity was recovered in the active fractions.
Die die Nitrilaseaktivität enthaltenden Fraktionen aus der DEAE-Säule wurden gegen 0,02 mol/l Kaliumphosphat, pH 7,5, αϊΒίνβϊβΓί,δΟμΙ (6μg Protein) jeder Fraktion wurden auf 11,25%iges denaturiertes Lämmli-Gel aufgegeben. Der mit Protein angereicherte Streifen, der der Aktivität aus der DEAE-Säule entspricht, ist ein Polypeptid mit einer Molekülmasse von 34000. Aus den aktiven Fraktionen aus der Säule konnten keine weiteren Polypeptide angereichert werden. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, daß die bromoxyniispezifische Nitrilase ein Polypeptid mit einer Molekülmasse von etwa 34000 und vermutlich das Produkt eines einzigen Gens ist.The fractions containing the nitrilase activity from the DEAE column were added to 0.02 mol / l potassium phosphate, pH 7.5, αϊΒίνβϊβΓί, δΟμΙ (6 μg protein) of each fraction to 11.25% denatured Lämmli gel. The protein-enriched strip corresponding to DEAE column activity is a 34,000 molecular weight polypeptide. No additional polypeptides could be accumulated from the active fractions from the column. These results indicate that the bromoxyni-specific nitrilase is a polypeptide of molecular weight about 34,000 and presumably the product of a single gene.
Der Klon pBrx2 wurde vollkommen mit EcoRI abgebaut, es wurde ein Fragment von etwa 19kb isoliert. Das Fragment wurde in den mit EcoRI verdauten Vektor pACYC 184 (3,9 kb) zu dem Plasmid pBrx5 eingebaut, das wie oben beschrieben in E. coli transformiert wurde. Das Plasmid wurde in an sich bekannter Weise isoliert und mit BgIII zu einem etwa 6,7kb-Fragment verdaut, das im Vektor pACYC 184 eingebaut blieb. Das isolierte Plasmid pBrx7 wurde dann mitSmal und BgIII zu einem Fragment mit etwa 3,9 kb abgebaut, das in das mit Smal-BamHI verdaute pACYC 177 (3,7 kb) eingebaut wurde (Chang und Cohen in „J. Bacteriol.", 134, S. 1141-1156 [1978]). Das entstandene Plasmid, das Penicillinresistenz aufwies, wurde wie oben beschrieben, in E. coli transformiert, die Transformanten wurden auf einem Penicillinselektionsmedium zu dem Plasmid pBrx8 selektiert, das das Nitrilasegen auf einem 3,9 kb-Fragment trägt.The clone pBrx2 was completely digested with EcoRI, a fragment of about 19kb was isolated. The fragment was incorporated into the EcoRI digested vector pACYC 184 (3.9 kb) to the plasmid pBrx5, which was transformed into E. coli as described above. The plasmid was isolated in a manner known per se and digested with BglII to form an approximately 6.7 kb fragment which remained incorporated into the vector pACYC 184. The isolated plasmid pBrx7 was then digested with SmaI and BglII to a fragment of about 3.9 kb which was incorporated into Smal-BamHI digested pACYC 177 (3.7 kb) (Chang and Cohen in J. Bacteriol. 134, pp. 1141-1156 [1978]). The resulting plasmid, which had penicillin resistance, was transformed into E. coli as described above, the transformants were selected on a penicillin selection medium to the plasmid pBrx8, which contains the nitrilase gene on a 3, Carries 9 kb fragment.
pBrx8 wurde teilweise mit Pstl abgebaut, die Fragmente wurden in ein mit Pstl verdautes pUC 18 eingebracht (vgl. Yanisch-Perron et al in „Gene", 33, S. 103-119 [1985]). Die entstandenen Plasmide wurden in E. coli geklont und auf Nitrilaseaktivität untersucht. Ein Klon wies ein 5,3kb-Plasmid pBrx9 auf, das isoliert und weiter mit Pstl undHinclIzu einem 1210 bp-Fragment abgebaut wurde, das in Richtung von Pstl zu Hindi, CIaI-, Sail-, Seal- und Sphl-Restriktionsstellen in relativ gleichmäßigen Abständen aufwies. Das Pstl-Hincll-Fragment wurde gemäß Sanger et al in „Proc. Nat. Acad. Sei. USA", 74, S. 5463-5468 (1977), sequenziert. Die erhaltene Sequenz (mit den entsprechenden codierten Aminosäuren) ist in den folgenden Tabellen angegeben.pBrx8 was partially digested with PstI, the fragments were introduced into a PstI digested pUC 18 (see Yanisch-Perron et al in Gene, 33, pp. 103-119 [1985]). One clone had a 5.3kb plasmid, pBrx9, which was isolated and further digested with PstI and HinclI to a 1210 bp fragment extending in the direction from PstI to Hindi, CIaI, Sail, Seal and Phl restriction sites at relatively uniform intervals The PstI HincII fragment was sequenced according to Sanger et al in "Proc Nat Nat. Acad., USA", 74, pp. 5463-5468 (1977). The resulting sequence (with the corresponding encoded amino acids) is given in the following tables.
95 12595 125
ATG GAC ACC ACT TTC AAA GCA GCC GCT GTT CAG GCC GAA CCG GTA TGG ATG GAT GCC GCTATG GAC ACC ACT TTC AAA GCA GCC GCT GTT CAG GCC GAA CCG GTA TGG ATG GAT GCC GCT
Met Asp Thr Thr Phe Lys Ala Ala Ala VaI Gin Ala GIu Pro VaI Trp Met Asp Ala AlaMet Asp Thr Thr Phe Lys Ala Ala Ala VaI Gin Ala Giu Pro VaI Trp Met Asp Ala Ala
155 . 185155. 185
GCA ACA GCC GAT AAG ACC GTG ACG CTA GTA GCT AAA GCC GCA GCG GCT GGC GCG CAG CTCGCA ACA GCC GAT AAG ACC GTG ACG CTA GTA GCT AAA GCC GCA GCG GCT GGC GCG CAG CTC
Ala. Thr Ala Asp Lys Thr VaI Thr Leu VaI Ala Lys Ala Ala Ala Ala GIy Ala Gin LeuAla. Thr Ala Asp Lys Thr VaI Thr Leu VaI Ala Lys Ala Ala Ala Ala Giy Ala Gin Leu
215 245215 245
GTC GCA TTT CCC GAA TTG TGG ATT CCG GGC TAC CCA GGA TTC ATG CTC ACG CAC AAC CAAGTC GCA TTT CCC GAA TTG TGG ATT CCG GGC TAC CCA GGA TTC ATG CTC ACG CAC AAC CAA
VaI Ala Phe Pro GIu Leu Trp He Pro GIy Tyr Pro GIy Phe Met Leu Thr His Asn GinVaI Ala Phe Pro Giu Leu Trp He Pro GIy Tyr Pro Giy Phe Met Leu Thr His Asn Gin
275 305275 305
ACC GAA ACC CTA CCA TTC ATC ATT AAA TAC CGC AAG CAG GCA ATC GCC GCC GAT GGA CCAACC GAA ACC CTA CCA TTC ATC ATT AAA TAC CGC AAG CAG GCA ATCC GCC GCC GGA CCA
Thr GIu Thr Leu Pro Phe lie lie Lys Tyr Arg Lys Gin Ala lie Ala Ala Asp GIy ProThr GIu Thr Leu Pro Phe lie Lys Tyr Arg Lys Gin Ala lie Ala Ala Asp GIy Pro
335 365335 365
GAA ATC GAA AAA ATT CGC TGC GCG GCT CAG GAG CAT AAC ATT GCG CTC TCC TTT GGG TACGAA ATC GAA AAA ATT CGC TGC GCG GCT CAG GAG CAT AAC ATT GCG CTC TCC TTT GGG TAC
GIu He GIu Lys He Arg Cys AIa ' Ala Gin GIu His Asn He AIa Leu Ser Phe GIy TycGIu He Giu Lys He Arg Cys Ala 'Ala Gin Giu His Asn He Ala Leu Ser Phe Giy Tyc
395 425395 425
AGC GAA CGG GCT GGC CGT ACG CTC TAC ATG TCA CAA" ATG CTT ATC GAT GCC GAT GGC ATCAGC GAA CGG GCT GGC CGT ACG CTC TAC ATG TCA CAA "ATG CTT ATC GAT GCC GAT GGC ATC
Ser GIu Arg Ala GIy Arg Thr Leu Tyr Met Ser GIn Met Leu lie Asp Ala Asp GIy HeSer GIu Arg Ala GIy Arg Thr Leu Tyr Met Ser GIn Met Leu al Asp Ala Asp GIy He
. 455 ' 485, 455'485
ACC AAA ATT CGT CGT CGA AAG CTC AAA CCA ACC CGC TTT GAA CGA GAA CTC TTT GGC GAAACC AAA ATT CGT CGT CGA AAG CTC AAA CCA ACC CGC TTT GAA CGA GAA CTC TTT GGC GAA
Thr Lys He Arg Arg Arg Lys Leu Lys Pro Thr Arg Phe GIu Arg GIu Leu Phe GIy GIuThr Lys He Arg Arg Arg Lys Leu Lys Pro Thr Arg Phe GIu Arg GIu Leu Phe GIy GIu
515 545515 545
GGT GAC GGA TCG GAC TTA CAG GTC GCC CAA ACT AGC GTT GGT CGG GTG GGT GCC CTC AACGGT GAC GGA TCG GAC TTA CAG GTC GCC CAA ACT AGC GTT GGT CGG GTG GGT GCC CTC AAC
GIy Asp GIy Ser Asp Leu Gin VaI Ala GIn Thr Ser VaI GIy Arg VaI GIy AIa Leu AsnGIy Asp GIy Ser Asp Leu Gin VaI Ala GIn Thr Ser VaI GIy Arg VaI GIy AIa Leu Asn
575 605575,605
TGC GCG GAG AAT TTG CAG TCG CTA AAC AAG TTT GCG CTT GCT GCC GAG GGT GAA CAG ATATGC GCG GAG AAT TTG CAG TCG CTA AAC AAG TTT GCG CTT GCT GCC GAG GGT GAA CAG ATA
Cys Ala GIu Asn Leu GIn Ser Leu Asn Lys Phe AIa Leu Ala Ala GIu GIy GIu Gin HeCys Ala GIu Asn Leu GIn Ser Leu Asn Lys Phe AIa Leu Ala Ala GIu GIy GIu Gin He
635 665635,665
CAT ATC TCC GCC TGG CCA TTC ACG CTT GGA AGC CCT GTG CTC GTC GGA GAC TCC ATC GGCCAT ATC TCC GCC TGG CCA TTC ACG CTT GGA AGC CCT GTG CTC GTC GGA GAC TCC ATC GGC
His He Ser AIa Trp Pro Phe Thr Leu GIy Ser Pro VaI Leu Vai GIy Asp Ser He GIyHis He Ser AIa Trp Pro Phe Thr Leu GIy Ser Pro Vai Leu Vai GIy Asp Ser He GIy
695 ' 725695'725
GCC ATC AAC CAG GTC TAC GCG GCC GAG ACG GGG ACC TTC GTT CTC ATG TCG ACG CAG GTGGCC ATC AAC CAG GTC TAC GCG GCC GAG ACG GGG ACC TTC GTT CTC ATG TCG ACG CAG GTG
Ala He Asn Gin VaI Tyr Ala Ala GIu . Thr GIy Thr Phe VaI Leu Met Ser Thr Gin VaIAla He Asn Gin VaI Tyr Ala Ala Giu. Thr GIy Thr Phe VaI Leu Met Ser Thr Gin VaI
755 785755,785
GTT GGA CCG ACC GGC ATC GCC GCC TTC GAG ATC GAA GAC AGG TAC AAC CCG AAT CAG TATGTT GGA CCG ACC GGC ATC GCC GCC TTC GAG ATC GAA GAC AGG TAC AAC CCG AAT CAG ACT
VaI GIy Pro Thry GIy lie Ala Ala Phe GIu He GIu Asp Arg Tyr Asn Pro Asn GIn TyrVaI GIy Pro Thry Gly Ala Ala Phe GIu He GIu Asp Arg Tyr Asn Pro Asn GIn Tyr
815 845815 845
CTT GGT GGT GGG TAC GCG CGG ATC TAC GGG CCT GAC ATG CAG TTG AAG AGC AAG TCG TTGCTT GGT GGT GGG TAC GCG CGG ATC TAC GGG CCT GAC ATG CAG TTG AAG AGC AAG TCG TTG
Leu GIy GIy GIy Tyr AIa Arg He Tyr GIy Pro Asp Met GIn Leu Lys Ser Lys Ser LeuLeu GIy GIy GIy Tyr AIa Arg He Tyr GIy Pro Asp Met GIn Leu Lys Ser Lys Ser Leu
875 905875 905
TCA CCG ACC GAA GAG GGC ATC GTC TAC GCC GAG ATC GAC CTG TCG ATG CTT GAG GCA GCATCA CCG ACC GAA GAG GGC ATC GTC TAC GCC GAG ATC GAC CTG TCG ATG CTT GAG GCA GCA
Ser Pro Thr GIu GIu GIy lie VaI Tyr Ala GIu lie Asp Leu Ser Met Leu GIu Ala AIaSer Pro Thr GIu GIu GIy lie VaI Tyr Ala Giu l Asp Leu Ser Met Leu GIu Ala Ala
935 965935 965
AAG TAC TCG CTC GAT CCC ACG GGC CAC TAT TCG CGC CCT GAT GTG TTC AGC GTG TCG ATTAAG TAC TCG CTC GAT CCC ACG GGC CAC ACT TCG CGC CCT GAT GTG TTC AGC GTG TCG ATT
Lys Tyr Ser Leu Asp Pro Thr GIy His Tyr Ser Arg Pro Asp VaI Phe Ser VaI Ser HeLys Tyr Ser Leu Asp Pro Thr GIy His Tyr Ser Arg Pro Asp VaI Phe Ser VaI Ser He
995 1025995 1025
AAC CGG CAA CGG CAG CCT GCG GTG TCA GAA GTT ATC GAC TCA AAC GGT GAC GAG GAC CCGAAC CGG CAA CGG CAG CCT GCG GTG TCA GAA GTT ATC GAC TCA AAC GGT GAC GAG GAC CCG
Asn Arg GIn Arg GIn Pro Ala VaI Ser GIu VaI He Asp Ser Asn GIy Asp GIu Asp ProAsn Arg GIn Arg GIn Pro Ala VaI Ser GIu VaI He Asp Ser Asn GIy Asp GIu Asp Pro
' . 1055 1085'. 1055 1085
AGA GCA GCA TGC GAG CCC GAC GAG GGG GAT CGT GAG GTC GTA ATC TCT ACG GCA ATA GGGAGA GCA GCA TGC GAG CCC GAC GAG GGG GAT CGT GAG GTC GTA ATC TCT ACG GCA ATA GGG
Arg Ala AIa Cys GIu Pro Asp GIu GIy Asp Arg GIu VaI VaI He Ser Thr Ala lie GIyArg Ala Ala Cys GIu Pro Asp GIu GIy Asp Arg GIu VaI VaI He Ser Thr Ala lie GIy
GTT CTA CCC CGT TAT TGC GGA CAT TCC .GTT CTA CCC CGT TAT TGC GGA CAT TCC.
VaI Leu Pro Arg Tyr Cys GIy His SerVaI Leu Pro Arg Tyr Cys GIy His Ser
Das Pstl-Hincll-Fragment, das praktisch frei von 5'- und 3'-nichtcodierenden flankierenden Regionen ist, kann mit EcoRI-Linkern verbunden'und mitEcoRI verdaut werden, es ist dann fertig, um in eine Pflanzenexpressionscassette durch Insertion in die EcoRI-Stellevon pCGN451 eingeführt zu werden.The PstI HincII fragment, which is virtually free of 5 'and 3' non-coding flanking regions, can be linked to EcoRI linkers and digested with EcoRI, then ready to be inserted into a plant expression cassette by insertion into the EcoRI. To be introduced by pCGN451.
pCGN451 umfaßt eine Octopin-Cassette, die etwa 1 566bp der 5'-nichtcodierenden Region, die über einen EcoRI-Linkeran das 3'-Ende des Gens fusioniert ist, und etwa 1349bpder3'-nichtcodierenden DNA enthält. Die pTI-Koordinaten betragen 11207 bis 12823 für die 3'-Region und 13643 bis 15208 für die 5'-Region (wie definiert von Öarkeret al in „Plant Molecular Biology", 2, S.335 (1983). Das 5'-Fragment wurde wie folgt erhalten: Ein kleines, untergeklontes, das 5'-Ende der.codierenden Region enthaltende Fragment, wie ein BamHI-EcoRI-Fragment, wurde in pBr 322 als Plasmid pCGN407 gekiont. Das BamHI-EcoRI-Fragment hatte eine Xmnl-Stelle in der codierenden Region, während pBr322 zwei Xmnl-Stellen aufwies. pCGN 407 wurde mit Xmnl abgebaut und mit Bal31-Nuklease zerschnitten, den Fragmenten wurden EcoRI-Linker zugegeben. Nach dem Abbau mitEcoRI und Bam HI wurden die Fragmente der Größe nach fraktioniert, die Fraktionen wurden geklont und sequenziert. In einem Fall wurden die gesamte codierende Repion und 10bp der 5'-nichttranslatierten Sequenzen entfernt, wobei die 5'-nichttranskribierten Region, diemRNA-Überlappungbstelleund 16bpder5'-nichttranslatierten Region (zu einer BamHI-Stelle) intakt zurückblieben. Dieses kleine Fragment wurde durch Größenfraktionierung auf einem 7%igen Acrylamidgel erhalten, etwa 130bp lange Fragmente wurden eluiert. Diese der Größe nach fraktionierte DNA wurde in M13mp9 eingebunden, es wurden verschiedene Klone sequenziert; die Sequenz wurde mit der bekannten Sequenz des Octopin-Synthetasegens verglichen. DiepCGN451 comprises an octopine cassette containing about 1 566 bp of the 5 'noncoding region fused to the 3' end of the gene via an Eco RI linker and about 1349 bp of 3 'noncoding DNA. The pTI coordinates are 11207 to 12823 for the 3 'region and 13643 to 15208 for the 5' region (as defined by Öarker et al in "Plant Molecular Biology", 2, p.335 (1983). Fragment was obtained as follows: A small, under-cloned fragment containing the 5 'end of the coding region, such as a BamHI-EcoRI fragment, was cloned into pBr 322 as plasmid pCGN407 The BamHI-EcoRI fragment had an Xmnl fragment. PCGN 407 was digested with XmnI and cut with Bal31 nuclease, EcoRI linkers were added to the fragments, and after digestion with EcoRI and Bam HI, the fragments were size fractionated, the fractions were cloned and sequenced In one case, the entire coding region and 10bp of the 5 'untranslated sequences were removed using the 5' non-transcribed region, the RNA overlap site and 16bp of the 5 'untranslated region (to a BamHI site) int act remained behind. This small fragment was obtained by size fractionation on a 7% acrylamide gel, about 130 bp long fragments were eluted. This size fractionated DNA was ligated into M13mp9, various clones were sequenced; the sequence was compared to the known sequence of the octopine synthetase gene. The
M 13-Konstruktion wurde mit ρ 14 bezeichnet. Das Plasmid wurde mit BamHI und EcoRI zu einem kleinen Fragment abgebaut, das an ein Xhol-BamHI-Fragment, das aufwärts 5'-Sequenzen von pTiA6 (Garfinkel und Nester in „J. Bacteriol.", 144, S.732 [1980]) enthielt,und an ein EcoRI-Xhol-Fragment, das die 3'-Sequenzen enthielt, gebunden.M 13 construction was designated ρ 14. The plasmid was digested with BamHI and EcoRI to a small fragment attached to an Xhol-BamHI fragment, the upstream 5 'sequences of pTiA6 (Garfinkel and Nester in "J. Bacteriol.", 144, p.732 [1980]). ) and bound to an EcoRI-Xhol fragment containing the 3 'sequences.
Das entstandene Xhol-Fragment wurde in die Xhol-Stelle eines pUC8-Derivats mit Bezeichnung pCGN426 geklont. Dieses Plasmid unterscheidet sich von pUC8 durch die einzige EcoRI-Stelle, die mit DNA-Polymerase I ausgefüllt ist, und durch den Verlust der Pstl- und Hindlll-Stellen durch Nukleaseverunreinigung der Hincll-Restrictionsendonuklease, wenn ein Xhol-Linker in die einzige Hincll-Stelle von pUC8 eingebaut wird. Das entstandene Plasmid pCGN451 hat eine einzige EcoRI-Stelle für die Insertion der proteincodierenden Sequenzen zwischen der 5'-nichtcodierenden Region (die 1 550 bp der ö'-nichttranskribierten Sequenz einschließlich des rechten Rands der T-DNA, der mRNA-Überlappungsstelle und 16bp der 5'-nichttranskribierten Sequenz enthält) und der 3'-Region, die 267bp der codierenden Region, das Stop-Codon, 196bp der 3'-nichttranslatierten DNA, die polyA-Stelle und 1153bp der 3'-nichttranskribierten Sequenz enthält.The resulting XhoI fragment was cloned into the XhoI site of a pUC8 derivative designated pCGN426. This plasmid differs from pUC8 by the unique EcoRI site filled with DNA polymerase I, and by the loss of PstI and HindIII sites by nuclease contamination of the HincII restriction endonuclease when an XhoI linker is included in the only restriction. Place of pUC8 is installed. The resulting plasmid pCGN451 has a single EcoRI site for the insertion of the protein coding sequences between the 5 'non-coding region (the 1 550 bp of the O' non-transcribed sequence including the right border of the T-DNA, the mRNA overlap site and 16bp of the 5 'non-transcribed sequence) and the 3' region containing 267bp of the coding region, the stop codon, 196bp of the 3 'untranslated DNA, the polyA site and 1153bp of the 3' non-transcribed sequence.
Das Xhol-Fragment, das die Octopin-Synthetase-(ocs)-Cassette enthielt, wurde in das Plasmid pCGN 517 eingebaut, das Tetracyclinresistenz-und Kanamycinresistenzgene aufwies. pCGN517 wurde aus pHC79 (Hohn in „Gene", 11,S.291 [1980]) durch Einführen in die einzige Pstl-Stelle des Kanr-Gens aus pUC4K (Vieira in „Gene", 19, S.259 [1982]) hergestellt. pCGN517 wurde mit Sail abgebaut, das Xhol-Fragment wurde in die einzige Sall-Stelle eingebaut.The XhoI fragment containing the octopine synthetase (ocs) cassette was incorporated into the plasmid pCGN 517, which had tetracycline resistance and kanamycin resistance genes. pCGN517 was isolated from pHC79 (Hohn in "Gene", 11, p.291 [1980]) by insertion into the unique PstI site of the Kanr gene from pUC4K (Vieira in "Gene", 19, p.259 [1982]) manufactured. pCGN517 was digested with Sail, the Xhol fragment was incorporated into the unique Sall site.
Das Xhol-Fragment wurde auch in ein zweites Plasmid pCGN 529 eingebaut. pCGN 529 wurde aus pACYC 184 durch Insertion des Kanr-Gens aus Tn 5 hergestellt (Rothstein et al, in „Movable Genetic Elements", S.99, Cold Spring Harbor Laboratories, Cold Spring Harbor, New York, [1981 ]); ein Bglll-Fragment von 2,4kb aus pRiA4-T-DNA (White und Nester in „J. Bacteriol.", 144, S.710 [1980]) wurde in die BamHI-Stelle eingeführt, die nach der Substitution des Hindlll-BamHI-Fragments von pACYC 184 mit dem Kanr-Gen von Tn 5 zurückblieb.The Xhol fragment was also incorporated into a second plasmid pCGN 529. pCGN 529 was prepared from pACYC 184 by insertion of the Kanr gene from Tn 5 (Rothstein et al, in "Movable Genetic Elements", p.99, Cold Spring Harbor Laboratories, Cold Spring Harbor, New York, [1981]) BglII fragment of 2.4kb from pRiA4-T DNA (White and Nester in "J. Bacteriol.", 144, p. 710 [1980]) was introduced into the BamHI site following substitution of HindIII-BamHI Fragments of pACYC 184 with the Kan r gene of Tn 5 remained.
Das Xhol-Fragment, das die ocs-Cassette enthielt und in das das EcoRI-Nitrilase-Gen in die einzige EcoRI-Stelle der ocs-Cassette eingeführt wurde, wurde in pCGN 517 und pCGN~529 eingebaut, wobei zwei Plasmide pN 1 bzw. pN 2 entstanden, die zur Einführung in A. tumefaciens oder A. rhizogenes oder zur Integration in die T-DNA der Ti- oder Ri-Plasmide verwendet werden. Die Integration in die jeweiligen Plasmide kann gemäß Comai et al in „Plasmid", 10, S.21-30(1983) in drei Stufen durchgeführt werden: Eine Nacht alte Kulturen von E. coli-Wirten, die die Plasmide pRK 2073, PN1 oder PN 2 und A. tumefaciens A722 (Garfinkel in „J. Bacteriol.", 144, S.732 [1980]) oder A. rhizogenes A4T(White in „J. Bacteriol.", 144, S.710 [1980]) enthielten, wurden über Nacht gezüchtet, die entsprechenden Kulturen wurden vermischt und auf AB-Platten, die.150pg/ml Kanamycin enthielten, aufgestrichen. Einzelne Kolonien wurden zweimal aufgestrichen. Die richtige Integration wurde durch die Southern-Analyse der gesamten Agrobacterium-DNA nachgeprüft. Mit Endonuklease abgebaute DNA wurde mit einem mit Spalttranslatiertem pBrx8 untersucht.The XhoI fragment containing the ocs cassette, into which the EcoRI nitrilase gene was introduced into the unique EcoRI site of the ocs cassette, was incorporated into pCGN 517 and pCGN ~ 529, with two plasmids pN1 and pN 2, which are used for introduction into A. tumefaciens or A. rhizogenes or for integration into the T-DNA of Ti or Ri plasmids. The integration into the respective plasmids can be carried out in three steps according to Comai et al in "Plasmid", 10, pp. 30-30 (1983): A night-old cultures of E. coli hosts containing the plasmids pRK 2073, PN1 or PN 2 and A. tumefaciens A722 (Garfinkel in "J. Bacteriol.", 144, p. 732 [1980]) or A. rhizogenes A4T (White in "J. Bacteriol.", 144, p. 710 [1980] were grown overnight, the respective cultures were mixed and streaked on AB plates containing 150 μg / ml kanamycin, single colonies were streaked twice, and the correct integration was verified by Southern analysis of all Agrobacterium DNA Endonuclease digested DNA was probed with a gap-translated pBrx8.
Transformation und Regeneration von Tabakblattstücken, die zusammen mit A. rhizogenes kultiviert wurden. Tabakpflanzen wurden bei 250C und 16 Stunden weißem Licht in MS-Medium (1 mg/l IAAundO,15mg/l Kinetin) gezüchtet. Drei Wochen alte Pflanzen, die eine Verpflanzung des Hauptsprosses überlebten, wurden als Gewebespender verwendet. Junge Blätter (bis zum 4. Blatt von oben) wurden ausgewählt, daraus Scheiben mit 2 mm im Durchmesser ausgestanzt und in Petrischalen (3cm Durchmesser) in 1 ml MS-Medium mit 1 mg/l IAAeingebracht. Nach Stehenlassen der Scheiben über Nacht in voller Dunkelheit wurden Agrobacterium-Zellen (A722 χ pN1 oder pN 2) in einer Menge von 108 bis 109/ml in Pflanzenkulturmedium diesen Kulturen zugegeben. Die Cokultivierung wurde 18 bis 24 Stunden im Dunkeln durchgeführt. Die Blattstücke wurden von dem Agrobacterium durch dreimaliges Waschen mit MS-Medium, dem Hormone fehlten und das 350mg/l Cefotaxin (Boehringer, Mannheim) enthielt, befreit. Die Blattstückchen wurden in Petrischalen mit einem Durchmesser von 9cm in 10ml hormonfreiem MS-Medium überführt. Die Petrischalen, die 0,6% Phytagar (Gibco) und350mg/l Cefotaxin enthielten, wurden mit Paraffin verschlossen und unter den gleichen Bedingungen wie die Gewebespenderpflanzen gehalten. Nach 2 bis 4 Wochen erschienen Wurzeln, die entnommen und in das gleiche Medium, das 2 mg/l IAA und 2 mg/l Kinetin enthielt, eingebracht wurden. Die Regenerationssprosse wurden in den folgenden 2 bis 5 Wochen sichtbar.Transformation and regeneration of tobacco leaf pieces cultivated together with A. rhizogenes. Tobacco plants were at 25 0 C and 16 hours to white light in MS-medium (1 mg / l IAAundO, 15mg / l kinetin) grown. Three-week-old plants surviving grafting of the main shoot were used as tissue donors. Young leaves (up to the 4th leaf from top) were selected, from which discs were punched 2 mm in diameter and placed in Petri dishes (3 cm diameter) in 1 ml of MS medium with 1 mg / l IAA. After leaving the slices overnight in full darkness, Agrobacterium cells (A722 χ pN1 or pN 2) were added in an amount of 10 8 to 10 9 / ml in plant culture medium to these cultures. Cocultivation was carried out in the dark for 18 to 24 hours. The leaf pieces were freed of Agrobacterium by washing three times with MS medium lacking hormones and containing 350 mg / l cefotaxine (Boehringer, Mannheim). The leaf pieces were transferred to Petri dishes with a diameter of 9cm in 10ml of hormone-free MS medium. Petri dishes containing 0.6% Phytagar (Gibco) and 350 mg / l cefotaxin were sealed with paraffin and kept under the same conditions as the tissue donor plants. After 2 to 4 weeks, roots appeared which were taken and introduced into the same medium containing 2 mg / L IAA and 2 mg / L kinetin. The regeneration shoots became visible in the following 2 to 5 weeks.
Die eingetopften Pflanzen wurden, wenn sie sechs Blätter hatten, mit einer Bromoxynillösung besprüht. Jede Pflanze in einem Topf mit 10cm Durchmesser (4 inch) erhielt 2,5ml Spray. Die Pflanzen wurden in einem Gewächshaus bei 250C, 70% relativer Feuchtigkeit und 60stündiger Belichtung gezüchtet. Das Wachstum wurde 9 Tage nach dem Besprühen durch Zählen der neuen Blätter, die länger als 0,5cm waren, überprüft.The potted plants were sprayed with a bromoxynil solution when they had six leaves. Each plant in a 10cm diameter (4 inch) pot received 2.5ml of spray. The plants were grown in a greenhouse at 25 0 C, 70% relative humidity and 60 hours exposure. The growth was checked 9 days after spraying by counting new leaves longer than 0.5 cm.
Nach dem oben beschriebenen Verfahren können Pflanzen erhalten werden, die bromoxynilresistent sind und im Feld in Gegenwart von Bromoxynil wachsen können, ohne daß dieses nachteilige Wirkungen auf ihr Wachstum ausübt. Erfindungsgemäß können nun Pflanzen erhalten werden, die herbicidresistent und insbesondere gegenüber spezifischen B'enzonitrilherbiciden resistent sind. Das heißt, daß die Nitrilase codierende Gen kann in einem Pflanzenwirt eingeführt werden, wodurch das Gen exprimiert wird und der Pflanze Benzonitrilresistenz verleiht. Außerdem kann das Enzym durch Klonen des Gens in einem geeigneten bakteriellen Wirt, in dem das Enzym exprimiert wird, gewonnen werden. Aktive Enzyme (was geprüft werden kann) finden eine Vielzahl von Anwendungen, beispielsweise bei Untersuchungen verschiedener Verbindungen oder des Benzonitrilsubstrats. Außerdem können die Enzyme und die die Enzyme exprimierenden Bakterien zur Entfernung der Benzonitrilherbicide aus verunreinigten Gegenden verwendet werden.By the method described above, plants can be obtained which are bromoxynilresistant and can grow in the field in the presence of bromoxynil without adversely affecting their growth. According to the invention, it is now possible to obtain plants which are herbicide-resistant and, in particular, resistant to specific b'zonitrile herbicides. That is, the gene encoding nitrilase can be introduced into a plant host whereby the gene is expressed and confers benzonitrile resistance to the plant. In addition, the enzyme can be recovered by cloning the gene in a suitable bacterial host in which the enzyme is expressed. Active enzymes (which can be tested) find a variety of applications, for example in studies of various compounds or the benzonitrile substrate. In addition, the enzymes and enzymes expressing the enzymes can be used to remove the benzonitrile herbicides from contaminated areas.
Der Stamm E. coli MM 294 (pBrx5) wurde bei ATCC am 22. Januar 1986 hinterlegt und durch die Freigabeerklärung Nr. 53435 freigegeben.Strain E. coli MM 294 (pBrx5) was deposited with ATCC on January 22, 1986 and released by the Release # 53435.
Claims (3)
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