EP0441884A1 - Wound-induced dna sequence from solanum tuberosum and its use - Google Patents
Wound-induced dna sequence from solanum tuberosum and its useInfo
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- EP0441884A1 EP0441884A1 EP89912967A EP89912967A EP0441884A1 EP 0441884 A1 EP0441884 A1 EP 0441884A1 EP 89912967 A EP89912967 A EP 89912967A EP 89912967 A EP89912967 A EP 89912967A EP 0441884 A1 EP0441884 A1 EP 0441884A1
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- dna
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Definitions
- the invention relates to wound-stimulated DNA from Solanum tuberosum and parts thereof, their use for the expression of gene products in higher plants when wounded or
- DNA transmission vectors containing them and plants or parts of plants containing them.
- the invention accordingly relates to DNA sequences from Solanum tuberosum which are stimulated by injury and / or infection with pathogenic germs, and to their parts, in particular the promoter part and the structural part.
- the invention further relates to the use of these DNA sequences for the expression of gene products in higher plants in the case of injury and / or pathogenic attack.
- the invention further relates to DNA transmission vectors with DNA sequences inserted therein, as defined above.
- the invention relates to plant or plant materials which contain such a DNA sequence.
- active region of a gene is understood to mean those nucleotide sequences which are absolutely necessary in the promoter part of the gene for the activation of the structural part and in the structural part for the expression of an effective or active gene product.
- Structural genes is understood not only to mean that in the homologous system of the DNA sequence described here from Solanum tuberosum, but also structural genes from other origins, that is to say from heterologous systems.
- Any suitable DNA molecules that can be introduced into the ultimately receiving bacterium can be used as transmission vectors. These are usually plasmids as described in more detail in the materials section. The insertion techniques are known to the person skilled in the art.
- Bacteria of the genus Agrobacterium in particular Agrobacterium tumefaciens and Agrobacterium rhizogenes, can be used as bacteria for the absorption and transmission of the transmission vector.
- EP-A 122 791 describes a DNA transfer vector which comprises T-DNA with a plant gene inserted therein.
- This plant gene consists of a plant promoter and a plant structural gene, the plant promoter being adjacent to the 5 'end of the plant structural gene and the plant structural gene being located behind the plant promoter in the direction of transcription.
- EP-A 122 791 describes in detail methods and measures for inserting genetic material into DNA transmission vectors, to which express reference is made here.
- a cDNA library was set up on the basis of purified polyA RNA from wounded tubers of the potato variety Granola, which were also incubated with Erwinia.
- Differential colony hybridization of 4000 cDNA clones against radioactively labeled RNA from unwound and Erwinia-wounded tubers identified 2 clones, here called wun1 and wun2, whose complementary mRNA in tubers from various tetraploid potato varieties and the haploid variety AM 80/5793 were wounded be induced.
- Wunl mRNA accumulates 30 minutes after the mechanical wounding of a tuber and is therefore involved in wound-induced primary processes, whereas wun2 is not induced until 3.5 hours later.
- Wun1 mRNA accumulates in high amounts in wounded potato tubers (quantitatively comparable to proteinase inhibitor llmRNA in unwound potato tubers, see Sanchez-Serrano et al., Mol. Gen. Genet. 203, 15 (1986)), but is in unwound tubers undetectable. It already appears 30 Minutes after wounding with a maximum from the 4th to 24th hour after wounding. In smaller quantities, it was still detectable after 48 hours.
- wun1 and wun2 mRNA after wounding are not limited to the tuber, but also takes place in leaves, stems and roots of various tetraploid potato plants with similar kinetics and intensity.
- Wunl mRNA is also induced in leaves without wounding if these are sprayed with compatible Phytophtora infestans spores. This result shows that wun1 can be induced not only by mechanical wounding, but also by the presence of (fungal) pathogens.
- Wunl mRNA was expressed higher in aerobically wounded tubers than in the corresponding anaerobic approach.
- Fig. 1 shows the relative size of the clones used for sequencing.
- the clone wun1-25A2 exists in two orientations in the Pstl interface, which are referred to as 25A2 * MP19 and 25A2MP19 due to the location of the asymmetrical Xhol interface.
- 25A2 * MP19 and 25A2MP19 due to the location of the asymmetrical Xhol interface.
- the size of the cDNA clone wun1-25A2 is 711 bp.
- a 14 bp poly A tail can be found at the 3 end (position 697-711).
- the largest open reading frame spans 105 amino acids (positions 121-438). Also located 5'-further are two short open reading frames which code for position 3 for 3 amino acids and code for position 8 for 8 amino acids (underlined). However, the last two open reading frames listed differ from the reading frame, which encodes the 105 amino acids.
- the reading frame coding for 105 amino acids is to be regarded as that of the wun1 protein.
- the translation starting point of the wun1 protein TTTTTGATGCAA is only slightly correct with that of Joshi, Nuc. Acids Res. 15, 6643, (1987) determined consensus sequence for plant translation starts TAAACAATGGCT.
- the wun1 cDNA-equivalent fragment in wun1-85 has a size of 4 Kb. It thus corresponds exactly to that in wun1 cDNA hybri fragmenting fragment size of EcoRI-digested DNA from the haploid potato. Due to the asymmetric Xhol cleavage in the 5 'region of the cDNA clone, the orientation of the gene in the 4 Kb fragment could be determined. Accordingly, there is an approximately 1 Kb promoter region in front of the wun1 gene, while an approximately 2 Kb non-homologous part is located 3 'of the gene. The additional 8 Kb EcoRI fragment contained in wun1-85 could not be used for a closer analysis of the wun1 gene. Due to the total digestion of the potato DNA with EcoRI, it is likely that during the subsequent ligation two fragments which do not belong together were brought into the EMBL4 vector and therefore cannot be functionally related to one another.
- Figure 4 shows the arrangement of wun1 in the genomic clone wun1-85.
- the 4 kb EcoRI fragment of the genomic clone wun1-85 contains 1.0 kb of the wun1 promoter, 0.8 kb of the wun1 gene and 2.0 kb of the 3 'end.
- the 4 Kb fragment of wun1-85 was ligated in EcoRI-cut pUC8 for further analysis (see FIG. 4).
- the 4 Kb fragment was further cloned into the EcoRI site of M13mp18. Its orientation was determined by means of control digestions at the asymmetrically located Xhol interface.
- the clones 85 * mp18 and 85mp18 represent both orientations of the
- FIG. 5 shows the result of the deletion analysis of the clone wun1-85 in schematic form.
- the resulting deletion clones with different fragment sizes were used for sequencing. Overall, it was possible to sequence the entire wun1 gene bidirectionally, as well as to analyze approximately 400 bp of the 3 'end unidirectionally.
- FIG. 6 shows the nucleotide sequence of the wun1 promoter and gene from wun1-85.
- the CAAT box, TATA box and poly-A signal are highlighted, transcription start and stop are marked by arrows.
- the Sl nuclease mapping method was used to identify the exact start of transcription of the wun1 gene.
- Xhol cleavage region from pLS000 with wun1 mRNA leads to a 162-179 bp long DNA-RNA hybrid (TU) which is protected from the single-stranded Sl nuclease.
- the transcription start begins 179 bp upstream from the Xhol site, i.e. with the sequence ACCATAC.
- This sequence agrees in the central area (CAT) with that of Joshi et al. (1987) determined the consensus sequence for the start of transcription CTCATCA. Further information results from the position of the transcription start (see FIG. 6):
- CAAT box in the range between -60 and -80 can be found in the wun1 promoter in position -58 (CAAACT).
- CAAACT CAAT box in the range between -60 and -80
- the gene encoding wun1 mRNA comprises 794 bp, which corresponds very precisely to the size determination of wun1 mRNA based on the "Northern blot" analyzes.
- the cDNA clone wun1-25A2 lacks 97 bp of the 5'-untranslated region in the wun1 gene.
- the wun1 gene does not have introns.
- FIG. 8 shows the arrangement and position of important regions in the wun1 gene.
- the wun1 promoter is marked in black, the wun1 gene is hatched.
- Important recognition sequences are framed;
- the mRNA is represented by a serpentine line, the protein coding region by crosses.
- the size of the individual areas is given in base pairs (bp).
- Figure 9 shows a sequence comparison between the cDNA clone wun1-25A2 and the genomic clone wun1-85. 2368 bp of the genomic clone wun1-85 were compared with 711 bp of the cDNA clone wun1-25A2. Homologous base pairings are identified by a vertical line. The absence of nucleotides is indicated by a dot. The two arrows document the sequence of two 10 bp direct repeats in the cDNA clone.
- the gene codes for a 12,000 dalton protein, the size of which could also be approximately confirmed in hybrid-released translation experiments.
- Computer evaluations regarding the amino acid composition of the wun1 protein showed that it is a very hydrophilic protein.
- the amino acid sequence results from FIGS. 2 and 6.
- PR The size of the wun1 protein, its hydrophilic properties, the inducibility of wounding in various tissues and the inducibility by pathogens suggest that it belongs to the PR proteins.
- PR or "pathogenesis-related" protein is used to summarize proteins from different plants which can be induced, inter alia, by pathogenic attack and in some cases have chitinase or glucanase activity, ie the activity of enzymes which can destroy the cell walls of fungi .
- plants transformed with 3850 K m have the ability to synthesize nopaline, a property that distinguishes them from untransformed plants (Zambryski et al, EMBO J. 1 147-152
- Kanamycin-resistant and nopalin-positive LS1 plants were transferred to the greenhouse and analyzed at the DNA and RNA levels.
- Figure 10 shows the construction of wun1-wun1 and wun1-CAT fusions that were used for expression studies based on transient expressions and stable transformations.
- the 4 Kb fragment which contains the wun1 promoter, the wun1 gene and 2 Kb of the 3 'end, was cloned into the vector pMPK110 via the EcoRI sections (pLS001 ).
- This pMPK110 derivative allows the transfer of the wun1-wun1 construction to the Agrobacterium 3850 km .
- the wun1 promoter and 179 BP of the 5'-untranslated wun1 gene region were fused to the CAT gene including the 3 'end via the Xhol interface (pLS010).
- a cloning over PstI in the vector pMPK110 (pLS011) has the advantage that this plasmid can be used on the one hand for transient studies in protoplasts and on the other hand also acts as a mobilization plasmid for the transfer of the wun1-CAT construction into the Agrobacterium 3850 km .
- RNA level A functional analysis of the wun1-wun1 DNA of positive LS1 plants was possible at the RNA level. There was only a very weak cross hybridization against a wun1 cDNA sample in both wounded and unwound untransformed tobacco plants. In addition, isolated RNA from untransformed tobacco plants was raised against the 5 'region of the wun1 gene, which is the
- An object of the invention is to construct and isolate genes capable of expressing fused proteins as required. For this it is necessary that the wun1 promoter is solely responsible for the expression of the downstream structural gene, which need not always be the case (eg proteinase inhibitor II).
- Transcriptional fusions consisting of the wun1 promoter and 178 bp of the S'-untranslated gene were fused with various structural genes (wun1-CAT, wun1-NPT, wun1-GUS), the detection of which was possible using radioactive or fluorometric methods.
- GUS stands for ⁇ -glucuronidase (Jefferson et al, Proc. Nat. Acad. Sci. 83, 8447-8451 (1987)).
- the construction wun1-CAT was tested for its transient functionality in potato protoplasts. This method makes it possible to analyze promoter activities within a few days by transferring highly purified plasmid DNA, which contains the constructions, to protoplasts using known methods, where they are stable and can also be read. A prerequisite for expression is that the promoter is functional and that the inducing factors are present in protoplasts treated in this way.
- the wun1 promoter including 179 bp of the 5'-untranslated region was transcriptionally fused with the chloramphenicol acetyl transferase gene (CAT).
- CAT chloramphenicol acetyl transferase gene
- CAT analysis of such protoplasts transformed with pLS011 DNA revealed high CAT activities.
- a parallel test approach with a CAMV-35S-CAT construction (35S promoter from the Cauliflower mosaic virus (CAMV)) (pRT101-CAT) brought about comparable CAT activity, whereas in a control approach without addition of DNA no CAT activity was recognizable.
- the CAMV promoter is considered to be the strongest known promoter in plants.
- LS2 plants grown in the greenhouse showed slightly increased CAT activity in their unwounded leaves compared to the background activity of untransformed tobacco leaves. In wounded leaves, an approximately 4-fold higher CAT activity was found compared to unwounded leaves. If, however, an excess of boiled potato tuber extract was added to the wound, the increase was 6 times higher than in the unsealed condition. This effect was independent of the condition of the tubers before extraction (unwound or wounded tubers or tubers freshly removed from the soil (unstored) or stored). Each extract had the same inducing effect, which indicates an inductor present in the extract.
- the transient system was also used to test which plant species the wun1 promoter is active in and
- this promoter is not only active in potato, tobacco and parsley protoplasts, but also in rice protoplasts shows an expression level which corresponds to the activity of a homologous system.
- the wun1 promoter including 179 bp of the 5'-untranslated region was cloned via EcoRI-Xhol-blunt in front of an NPT-II gene (neomycin phosphotransferase-II).
- NPT-II neomycin phosphotransferase-II
- the wun1-NPT-II fusion was cloned into a highly replicating vector (pLS 020).
- NPT-II activity was found in tobacco and in parsley protoplasts.
- wun1-dependent NPT-II activity could also be detected in rice protoplasts (Oryza sativa japonica cv Taipai), the intensity of which was comparable to that of wun1 -NPTII activity in potato protoplasts.
- Comparative transient expression of wun1-NPTII and NOS-NPTII (pGV1103) in rice protoplasts also showed similarly high values. In this together, reference is also made to the CAMV-35S-CAT-like transient expression in potato protoplasts.
- wun1 promoter has a very high activity in both homologous and heterologous systems. Neither in parsley nor in tobacco bones nor in rice protoplasts could be found with wun1-hybridizing mRNA. Factors that stimulate the wun1 promoter must be assumed, which occur equally in all plant species tested.
- the fusion of the wun1 promoter with the known TR promoter from the Agrobacterium tumefaciens TR-DNA may be mentioned as an example.
- this TR promoter is responsible for the expression of mannopine synthase and has the following characteristics: 1. It is bidirectionally active, ie one fuses
- tumefaciens mannopine synthase genes is regulated by plant growth hormones. Proc. Natl. Acad. Be. USA, 86: 3219-3223.
- the orientation of the TR promoter can be found with l 'and 2'
- the TR promoter can be induced by wounds.
- beta-galactosidase leads to a higher beta-gal activity in wounded transgenic tobacco plants than in unwounded ones.
- the activity of the TR2 'promoter is mainly found in the leaf veins, that is, in the vascular bundle system.
- TR1 'promoter 4.
- the properties of the TR1 'promoter have so far not been investigated so intensively. However, it is known that the TR1 'promoter is about 4-7 times weaker than the TR2' promoter, but otherwise has similar properties.
- the TR promoter was fused to the wun1 promoter, namely in the
- TR1'-wun1 Orientation TR1'-wun1 (Fig. 12).
- the marker gene GUS beta-glucoronidase
- TR1'-wun1-GUS was used to demonstrate the promoter activity.
- Agrobacterium tumefaciens transformation system this construction was used in tobacco
- GUS activity is mainly found in the epidermis of leaves and stems.
- TR1'-wun1-GUS transgenic tobacco the GUS activity is mainly localized in the lead bundle system. So there is the possibility, depending on the scientific question, of being able to direct gene products to different parts of the tissue. In contrast, the wound induction behavior of TR1'-wun1-GUS transgenic tobacco plants is comparable to the behavior of wun1-GUS transgenic tobacco plants.
- TR1'-wun1 promoter among the strongest promoters available for expression in plants.
- the wun1 promoter according to the invention can be fusioned with the TR1 'promoter in the following
- Leaf or Stenge1 epidermis of transgenic tobacco is shifted into the lead bundle system by the fusion with the TR1 'promoter;
- the TR1'-wun1 promoter in transgenic tobacco leaves and stems is about 10 times stronger than the wun1 promoter alone;
- the TR1'-wun1 promoter is about 30 times stronger than the wun1 promoter in transient experiments with a representative of the monocotyledonous plants (rice).
- the invention e.g. increase the expression of the wun1 promoter by fusing it with an enhancer element of the CamV-35S promoter.
- an enhancer element of the CamV-35S promoter For example, the fusion of the enhancer element of the CamV-35S promoter to the 5 'end of the wun1 promoter leads to an increased wun1 promoter activity in transgenic tobacco and potato.
- Figure 12 shows the organization of the clones wun1-GUS, TR1'-GUS and TR1'-wun1GUS.
- Figure 13 shows Northern blot analysis of wounded and wounded transgenic tobacco leaves. Unwound (NW) and wounded (W) leaves of the transgenic tobacco plants wun1-GUS, TR1'-wun1-GUS No. 5 and No. 11 and 35S-GUS were used to isolate RNA. 50 ⁇ g of total RNA each was on a
- Plant media The media used are derived from that of Murashige and
- MSC10 MS + 2% sucrose, 500 ⁇ g / ml claforan,
- MSC15 MS + 2% sucrose, 500 ⁇ g / ml claforan,
- MS15 MS + 2% sucrose, 100 ⁇ g / ml kanamycin sulfate
- Plasmi de: pUC8 (Vieira and Messing, Gene
- plasmid DNA, transformation of bacteria, etc. are as described in Maniatis et al. (1982).
- Potato bulb material was cut into 3mm thick slices
- Leaf, stem, root and tuber material was processed immediately after its removal from the living plant or frozen in liquid nitrogen and stored at -70 ° C.
- the densitometric evaluations of the wun1 hybridization strength showed a 4-fold increase in the amount of wun1 mRNA just two hours after treatment of the leaves with water and spores of the incompatible phytophore species. From the 4th to the 8th hour, the amount of expression remained approximately the same before it gradually decreased to 1.5 to 2 times by the 30th hour. Wun1-mRNA showed the same expression behavior when using water without spores (control).
- Potato tubers were homogenized without adding buffers at 4 ° C. and centrifuged for 10 minutes at 10,000 rpm in the SS34 rotor. The supernatant was boiled for 10 minutes and centrifuged again. The clear supernatant was added in a ratio of 1:10 to 20 mM phosphate buffer, pH 7.0 and the tissue to be tested was incubated therein under the normal conditions.
- RNA isolation The isolation of RNA from various organs of the potato and tobacco was carried out as in Logemann et al. in anal. Biochem., 163: 16-20 (1987).
- RNA was electrophoresed on a 1.5% formaldehyde agarose gel (Lehrach et al., Biochemistry 16, 4743, (1977)). As with Willmitzer et al., EMBO J. 1, 139-146,
- RNA was then transferred to nitrocellulose, fixed and hybridized against 32 P * radiolabeled cDNA, washed and exposed. DNA isolation
- Nuclear DNA was obtained from potato leaves by the method of Bedbrook, PMB Newsletter II, 24 (1981) and used for cloning in LambdaPhagen EMBL4. DNA from transformed tissue was purified after the combined disruption with Triton X 100, SDS, and Proteinase K (Wassenegger, dissertation, Cologne (1988)).
- DNA was electrophoretically separated on 0.8 to 1.2% agarose gels, transferred to nitrocellulose and fixed
- Example 2 "Hybrid-releasec-translation" experiments The 800 bp fragment of the cDNA clone wun1-25A2 and the 700 bp fragment of the cDNA clone wun2-29C12 were obtained via Pstl
- Reticulocyte lysate (Pelham and Jackson, Eur. J. Biochem. 67, 247 (1976)) translated in the presence of 35 S-methionine.
- the one- or two-dimensional electrophoretic separation on a polyacrylamide gel was carried out according to Mayer et al. (1987).
- Leaf DNA of the haploid line AM isolated according to the Bedbrook (1981) method was used as the genomic potato DNA
- This DNA was digested completely with EcoRI.
- EMBL4-DNA was cut into three fragments with EcoRI, using gel electrophoretic separation followed by Frag ment isolation the two vector arms could be separated from the middle fragment.
- commercially available and cleaned EMBL4 arms were used (Amersham).
- the packaging material comes from a "Lambda in vitro packaging kit” from Amersham.
- the genomic library was created with a concentration of 25,000 plagues per plate
- Chloroform was added to 20 ml of a C600-lysed bacterial culture in order to obtain a bacteria-free supernatant after subsequent centrifugation.
- the phages were sedimented from the supernatant by centrifugation at 10,000 rpm for 4 hours.
- the phage sediment was taken up in 500 ⁇ l phage buffer (10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 10 mM MgCl 2 ) and treated with DNase and RNase. After extraction of the DNA by repeated phenolization, the phage DNA was EtOH-precipitated, washed with 70% EtOH and taken up in TE.
- the approximately 711 bp insert of the clone wun1-25A2 was cloned into the M13mp19 vector via the PstI sites, the orientation of the insert being determined via the asymmetric Xhol site.
- the clones 25A2-4-mp19 and 25A-5-mp19, which differed in the orientation of the insert, were cut with Kpnl / Xbal in order to enable bidirectional exonuclease digestion into the fragment. Deletion clones of different sizes could be obtained by successively stopping the exonuclease reaction, which was prepared as a single-stranded DNA for sequencing according to the method of Sanger et al. (1977) served.
- Starting point of the transcription is based on the fact that by hybridizing single-stranded DNA from the 5 'region of the wun1 gene with wun1-mRNA, only those regions are protected against degradation of the single-stranded nuclease S1 which, due to their homology, can form a double strand.
- the size of the protected DNA fragment can be determined on a sequence gel and the start of transcription can thus be traced back.
- the transcription start point was determined according to Berk and Sharp, Proc. Natl. Acad. Be. USA 75, -1274 (1987).
- the 1.2 kb fragment was isolated from the plasmid pLS000 with EcoRI and Xhol and dephosphorylated by treatment with phosphatase.
- the 5'OH ends were then radiolabeled by the combination of polynucleotide kinase and y- 32 -P-ATP. After denaturing the DNA fragments, they were hybridized with 50 ⁇ g total RNA (hybridization buffer: 80%. Formamide, 0.4 mM NaCl, 40 mM PIPES pH 6.4 and 1 mM EDTA).
- the protoplasts come from a potato stem suspension culture of the Datura variety.
- the DNA cloned in E. coli was prepared according to the method described by Van Haute et al. (1983) transferred the method using the helper strain GJ23 into the agrobacterial strain 3850.
- the 3850 km agrobacteria required for infection were grown in selective antibiotic medium (Zambrisky et al., 1983), sedimented by centrifugation and washed in YEB medium without antibiotics. After renewed sedimentation and absorption in YEB medium, the bacteria could be used for infection.
- NPT-II activity in transformed plants was detected according to Reiss et al., Gene 30, 217-223 (1984) and Schreier et al., EMBO J. 4, 25-32 (1985).
- Chloramphenicol acetyl transferase (CAT) activity was determined by the methods of Veiten and Schell, Nuc. Acids, Res. 13, 6981-6997 (1985) and Herrera-Estrella et al., EMBO J. 2, 987 (1983).
- Agrobacterial strains GV3101pmp90RK Koncz, C, and Schell, J. "The promotor of TL-DNA gene 5 controls the tissue-specific expression of chimaeric genes carried by a novel type of Agrobacterium binary vetor", (1986), Mol. Gen. Gent 204: 383-396).
- Plasmids pPCV720 (previously unpublished plasmid of
- 35S-GUS pRT99-GUS (Töpfer, R., Schell, J. and
- TR1'-GUS (Logemann et al., In press)
- RNA isolation “Northern blot” analysis, DNA isolation, transient expression in rice protoplasts, “Southern blot” analysis and DNA analysis of agrobacteria, reference is also made to Examples 1-8.
- the DNA cloned in E. coli was prepared according to that of Van Houte, E., Joos, H., Maes, M., Warren G., Van Montagu, M., Schell, J.
- the GV3101pmp90RK agrobacteria which contain the desired plasmid, were grown in selective antibiotic medium (hygromacin), sedimented by centrifugation and washed in YEB medium (Maniatis et al, 1982) without antibiotics. After renewed sedimentation and absorption in YEB medium, the bacteria could be used for infection.
- selective antibiotic medium hygromacin
- YEB medium Maniatis et al, 1982
- Dirnethylformamide are pH 50 in 50 mM phosphate buffer
- Thin tissue sections are incubated as described under "wounded plant tissue” and then stained in X-Gluc solution overnight at 37 ° C. Finally, the chlorophyll is removed by adding 100% methanol at 60 ° C.
- Thin tissue sections are incubated in X-Gluc solution, which also contains the translational inhibitor cycloheximide (1.8 mM). Incubation period and methanol treatment is identical to the wounded tissue.
- pollen grains are incubated directly in X-Gluc. without the formation of pollen tubes.
- the TR1 'promoter becomes transcriptional with the GUS gene
- TR1'-wun1-GUS
- the pA signal of the octopine synthase gene is cloned behind the 1 'promoter of the TR promoter in order to prevent transcription through the wun1 promoter.
- Behind the OCS pA signal lies the wun1 promoter (1022 bp), which (in homology to the wun1-GUS construction) over 179 bp des
- untranslated 5 'region of the wun1 gene is fused to the GUS gene transcriptionally.
- the pA signal of the 35-S gene serves as the termination sequence for the GUS gene.
- TR1'-wun1-GUS lies in the binary
- Vector pPCV720 which can replicate itself both in E. coli and in agrobacteria (with the help of a helper plasmid).
- RNA from wounded and from unwounded leaves of various TR1'-wun1-GUS transgenic tobacco plants as well as from wun1-GUS and 35S-GUS leaves was isolated and radioactively labeled GUS-DNA hybridizes.
- RNA is higher both in TR1'-wun1-GUS plants and in wun1-GUS plants in wounded leaves than in unwounded leaves.
- the wound inducibility already known for wun1-GUS is thus also confirmed for TR1'-wun1-GUS.
- TR2'1'-wun1-GUS plants A quantitative analysis of the GUS activity of transgenic TR1'-wun1-GUS plants shows that the TR2'1'-wun1 promoter in transgenic leaves can be induced by a factor of 2 to 13 times by wounding (about 6 times on average). This roughly corresponds to the wound inducibility of the wun1 promoter in transgenic leaves (Logemann J., Lipphardt S., Lörz H., whether I., Willmitzer L. and Schell J. "5'upstream segments from the wun1-gene are responsible for gene activation by wounding in transgenic plants "The Plant Cell 1: 151-158 (1989A)).
- the promoter is 10 times stronger than the wun1 promoter.
- the TR1'-wun1 promoter is about 100 times stronger than the TR1 'promoter.
- the activity of the wun1 promoter is mainly limited to the epidermis (including trichomes) and to a lesser extent to the
- the wun1 promoter activity is thus to be regarded as epidermis-specific in leaves and stems.
- TR1'wun1-GUS plants an intense blue coloration can be seen in the guide bundle system of wounded leaf sections. In other areas (epidermis, parenchyma) the color is only weak. Unwound leaf cuts show a slight blue color in the lead bundle system and no color in the epidermis. The same results are achieved with stem cross sections.
- TR1 'wun1-GUS is a promoter which is specific in the guide bundle system and expresses in leaves and stems. A relative comparison of promoter activities in transgenic tobacco leaves and stems shows that the wun1 promoter is about 10 times stronger than the TR1 'promoter.
- the TR1'-wun1GUS is a promoter which is specific in the guide bundle system and expresses in leaves and stems. A relative comparison of promoter activities in transgenic tobacco leaves and stems shows that the wun1 promoter is about 10 times stronger than the TR1 'promoter.
- the promoter is 10 times stronger than the wun1 promoter.
- the TR1'-wun1 promoter is about 100 times stronger than the TR1 'promoter.
- the activity of the wun1 promoter is mainly limited to the epidermis (including trichomes) and to a lesser extent to the
- the wun1 promoter activity is thus to be regarded as epidermis-specific in leaves and stems.
- TR1'wun1-GUS plants an intense blue coloration can be seen in the guide bundle system of wounded leaf sections. In other areas (epidermis, parenchyma) the color is only weak. Unwound leaf cuts show a slight blue color in the lead bundle system and no color in the epidermis. The same results are achieved with stem cross sections.
- TR1 'wun1-GUS is an in
- TR1 'GUS plants Leaves and stems of a promoter expressing the guide bundle system.
- Leaf sections of TR1 'GUS plants served as a control. Because of the weak promoter activity of the TR1 'promoter (10 times weaker than the wun1 promoter), no blue coloration is discernible either in wounded or in unwounded cross sections of the leaf.
- 35S-GUS were used for transient expression studies with rice protoplasts of the variety (Oryza sativa japonica cv Taipai). As Table 1 shows, the activity of TR1'-GUS does not differ significantly from the control (GUS activity of rice protoplasts that were transformed without DNA). wun1-GUS and 35S-GUS show 2-3 times higher activity than the control. TR1'-wun1-GUS DNA, on the other hand, shows on average 57 times higher activity than the control and is therefore a highly active promoter in rice protoplasts.
- the indicated GUS activity was determined from 5 independent experiments.
- Table 1 The statement in Table 1 can be substantiated by staining the protoplasts with X-Gluc. Only protoplasts transformed with TR1'-wun1-GUS show an intense blue color.
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Abstract
Wound-induced DNA and part thereof, from Solanum tuberosum, use therof for the expression of gene products in higher plants in the case of wounding or pathogenic diseases, DNA-transmitting vectors containing them and plants or parts of plants containing them. The promotor part of this DNA sequence can be used in higher plants for the expression of gene products in the case of wounding and/or pathogenic diseases.
Description
Verwundungsstimulierte DNA-Sequenz aus Solanum tuberosum Wound-stimulated DNA sequence from Solanum tuberosum
und ihre Verwendung and their use
Die Erfindung betrifft verwundungsstimulierte DNA aus Solanum tuberosum sowie Teile davon, deren Verwendung zur Expression von Genprodukten in höheren Pflanzen bei Verwundung oder The invention relates to wound-stimulated DNA from Solanum tuberosum and parts thereof, their use for the expression of gene products in higher plants when wounded or
pathogenem Befall, diese enthaltende DNA-Ubertragungsvektoren und diese enthaltende Pflanzen oder Pflanzenteile. pathogenic infestation, DNA transmission vectors containing them and plants or parts of plants containing them.
Es ist bekannt, daß die mechanische Verwundung von Pflanzengewebe morphologische und physiologische Veränderungen bewirke kann. So steigt die Aktivität verschiedener Enzyme nach der Verwundung an, beispielsweise von Phenylalaninammoniumlyase und Peroxidasen in Kartoffelknollen, Extensin im Speichergewebe der Karotte, Fettsäuresynthetase in Kartoffelknollen und Proteinaseinhibitoren in Tomaten- und Kartoffelblättern. Bei einigen dieser Enzymen ist die Aktivitätszunahme mit erhöhten mRNA-Spiegeln verbunden. Eines der am besten verstandenen verwundungsinduzierten Gene ist der Proteinaseinhibitor in Tomaten und Kartoffeln; in verletzten Blättern ist die mRNA für dieses Gen deutlich erhöht. It is known that mechanical wounding of plant tissues can cause morphological and physiological changes. The activity of various enzymes increases after the wound, for example phenylalanine ammonium lyase and peroxidases in potato tubers, extensin in the storage tissue of the carrot, fatty acid synthetase in potato tubers and proteinase inhibitors in tomato and potato leaves. For some of these enzymes, the increase in activity is associated with increased mRNA levels. One of the best understood wound-induced genes is the proteinase inhibitor in tomatoes and potatoes; the mRNA for this gene is significantly increased in injured leaves.
Die verwundungsinduzierte Expression von Genen in Pflanzen ist von grundsätzlichem Interesse, da die hierbei wirksam werdenden Promotoren in der Lage sind, das zugehörige Strukturgen nach einer Verwundung spezifisch zu aktivieren. Derartige Promotoren, in Verbindung mit anderen Genen, die beispielsweise Resistenzen verleihen , antibiotisch wirksame Substanzen codieren oder die
Heilung von Verletzungen fördern, sind natürlich von großem wirtschaftlichem Interesse, wenn sie in das genetische Material von anderen Pflanzen eingeschleust werden können. The wound-induced expression of genes in plants is of fundamental interest since the promoters which become effective here are able to specifically activate the associated structural gene after a wound. Such promoters, in conjunction with other genes which confer resistance, for example, encode antibiotic substances or which Promoting healing of injuries is of course of great economic interest if it can be infiltrated into the genetic material of other plants.
Es wurde nun gefunden, daß es in verwundeten und/oder von Keimen befallenen Kartoffelpflanzen spezifisch zur Bildung von relativ hohen Konzentration von induzierter mRNA kommt. Diese mRNA konnte isoliert und charakterisiert werden; sie tritt in gesunden, unverwundeten Pflanzen nicht auf. It has now been found that, in wounded and / or germ-infested potato plants, the formation of relatively high concentrations of induced mRNA occurs specifically. This mRNA could be isolated and characterized; it does not occur in healthy, unwound plants.
Gegenstand der Erfindung sind demnach DNA-Sequenzen aus Solanum tuberosum, die durch Verletzung und/oder Infektion mit pathogenen Keimen stimuliert werden, sowie deren Teile, insbesondere der Promotorteil und der Strukturgenteil. Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung dieser DNA-Sequenzen zur Expression von Genprodukten in höheren Pflanzen bei Verletzung und/oder pathogenem Befall. The invention accordingly relates to DNA sequences from Solanum tuberosum which are stimulated by injury and / or infection with pathogenic germs, and to their parts, in particular the promoter part and the structural part. The invention further relates to the use of these DNA sequences for the expression of gene products in higher plants in the case of injury and / or pathogenic attack.
Gegenstand der Erfindung sind weiterhin DNA-Übertragungsvektoren mit darin insertierten DNA-Sequenzen, wie sie vorstehend definiert wurden. Schließlich sind Gegenstand der Erfindung Pflanzen- oder Pflanzenmaterialien, welche eine solche DNA- Sequenz enthalten. The invention further relates to DNA transmission vectors with DNA sequences inserted therein, as defined above. Finally, the invention relates to plant or plant materials which contain such a DNA sequence.
Unter dem Begriff "aktiver Bereich" eines Gens, seines Promotor- oder Strukturgenteils werden diejenigen Nukleotid-Sequenzen verstanden, die im Promotorteil des Gens für die Aktivierung des Strukturgenteils und im Strukturgenteil zur Expression eines wirksamen bzw. aktiven Genprodukts unbedingt benötigt werden. The term "active region" of a gene, its promoter or structural part is understood to mean those nucleotide sequences which are absolutely necessary in the promoter part of the gene for the activation of the structural part and in the structural part for the expression of an effective or active gene product.
Unter "Strukturgen" wird nicht nur das im homologen System der hier beschriebenen DNA-Sequenz aus Solanum tuberosum verstanden, sondern auch Strukturgene anderer Herkunft, also aus heterologen Systemen. Als Beispiele wird auf die CAT-, NPT- und GUS-Strukturgene hingewiesen, die mit dem hier beschriebenen
verwundungsstimulierbaren Promotorteil fusioniert werden können und zur Expression des jeweiligen Strukturgens in der Kartoffel oder fremden Pflanzen verwandt werden können. “Structural genes” is understood not only to mean that in the homologous system of the DNA sequence described here from Solanum tuberosum, but also structural genes from other origins, that is to say from heterologous systems. As examples, reference is made to the CAT, NPT and GUS structural genes, those with the one described here wound-stimulable promoter part can be fused and used to express the respective structural gene in the potato or foreign plants.
Als Ubertragungsvektoren können jegliche geeignete DNA-Moleküle verwandt werden, die in das letztendlich aufnehmende Bakterium eingeführt werden können. Gewöhnlich sind dies Plasmide, wie sie im Materialienteil näher beschrieben sind. Die Insertionstechniken sind dem Fachmann bekannt. Any suitable DNA molecules that can be introduced into the ultimately receiving bacterium can be used as transmission vectors. These are usually plasmids as described in more detail in the materials section. The insertion techniques are known to the person skilled in the art.
Als Bakterien zur Aufnahme und Weitergabe des Ubertragungsvektors können Bakterien der Gattung Agrobacterium, insbesondere Agrobacterium tumefaciens und Agrobakterium rhizogenes verwandt werden. Bacteria of the genus Agrobacterium, in particular Agrobacterium tumefaciens and Agrobacterium rhizogenes, can be used as bacteria for the absorption and transmission of the transmission vector.
Die EP-A 122 791 beschreibt einen DNA-Ubertragungsvektor, der T-DNA mit einem darin insertierten Pflanzengen umfaßt. Dieses Pflanzengen besteht aus einem Pflanzenpromotor und einem Pflanzenstrukturgen, wobei der Pflanzenpromotor an das 5'-Ende des Pflanzenstrukturgens angrenzt und das Pflanzenstrukturgen in der Transkriptionsrichtung hinter dem Pflanzenpromotor angeordnet ist. Die EP-A 122 791 beschreibt ausführlich Verfahren und Maßnahmen zur Insertierung von genetischem Material in DNA-Übertragungsvektoren, auf die hier ausdrücklich Bezug genommen wird. EP-A 122 791 describes a DNA transfer vector which comprises T-DNA with a plant gene inserted therein. This plant gene consists of a plant promoter and a plant structural gene, the plant promoter being adjacent to the 5 'end of the plant structural gene and the plant structural gene being located behind the plant promoter in the direction of transcription. EP-A 122 791 describes in detail methods and measures for inserting genetic material into DNA transmission vectors, to which express reference is made here.
Untersuchungen haben gezeigt, daß Erwinia-Bakterien latent auf Kartoffelpflanzen (Solanum tuberosum) vorhanden sind, und erst parallel zu einer Verwundung des Gewebes vorwiegend Stamm und Knolle der Kartoffel befallen. Dies wurde an Kartoffelknollen der Sorte Datura induziert, indem die Knolle in Scheiben geschnitten und gleichzeitig mit Erwinia carotovora ssp. atroseptica inkubiert wurde. Wie erwartet wiesen diese Knollen nach 18-stündiger Inkubation eine stark mazerierte Oberfläche auf. Die Isolation von mRNA aus dem darunter liegenden Gewebe war mit herkömmlichen Methoden nicht möglich. Hohe Kontamination
der RNA durch Polysaccharide, schlechtes Präzipitations- und Lösungsverhalten der RNA, ein hoher Grad an RNA Degradation, geringe RNA-Ausbeute und hoher Arbeits- und Materialaufwand waren die Ursachen. Durch Variation und Neukombination bestehender Methoden konnte aber eine Technik entwickelt werden, die hohe Mengen an undegradierter RNA bei geringem Material- und Zeitaufwand auch aus polysaccharidhaltigem Gewebe zu isolieren imstande war (Logemann et al., Anal. Bioch. 163, 16, 1987). Investigations have shown that Erwinia bacteria are latent on potato plants (Solanum tuberosum) and only mainly affect the stem and tuber of the potato in parallel with a tissue wound. This was induced on potato tubers of the Datura variety by slicing the tuber and simultaneously with Erwinia carotovora ssp. atroseptica was incubated. As expected, these tubers had a strongly macerated surface after 18 hours of incubation. It was not possible to isolate mRNA from the underlying tissue using conventional methods. High contamination the causes of RNA due to polysaccharides, poor precipitation and dissolution behavior of the RNA, a high degree of RNA degradation, low RNA yield and high work and material expenditure. By varying and recombining existing methods, a technique could be developed that was also able to isolate high amounts of undegraded RNA from polysaccharide-containing tissue with little expenditure of material and time (Logemann et al., Anal. Bioch. 163, 16, 1987).
Auf Basis gereinigter polyA RNA aus verwundeten und zusätzlich mit Erwinia inkubierten Knollen der Kartoffelsorte Granola wurde eine cDNA-Bank aufgebaut. Durch differentielle Koloniehybridisierung von 4000 cDNA-Klonen gegen radioaktiv markierte RNA aus unverwundeten und Erwinia-verwundeten Knollen konnten 2 Klone, hier wun1 und wun2 genannt, identifiziert werden, deren komplementäre mRNA in Knollen verschiedener tetraploider Kartoffelsorten sowie der haploiden Sorte AM 80/5793 durch Verwundung induziert werden. Wunl-mRNA akkumuliert bereits 30 Minuten nach der mechanischen Verwundung einer Knolle und ist damit in verwundungsinduzierte Primärprozesse involviert, während wun2 erst 3,5 Stunden später induziert wird. Beide Klone zeigen auch 24 Stunden nach der Verwundung noch hohe Expressionswerte an. Wird zusätzlich zur mechanischen Verwundung die Knolle mit Erwinia carotovora ssp. atroseptica inkubiert, so finden keine Veränderungen am Expressionsschema statt. Insgesamt haben die Expressionsstudien an der Knolle ergeben, daß wun1- und wun2-mRNA's Gene repräsentieren, die nicht Erwinia-spezifisch induziert werden, sondern durch alle Vorgänge, die Zerstörung des Knollengewebes zur Folge haben, stimulierbar sind. A cDNA library was set up on the basis of purified polyA RNA from wounded tubers of the potato variety Granola, which were also incubated with Erwinia. Differential colony hybridization of 4000 cDNA clones against radioactively labeled RNA from unwound and Erwinia-wounded tubers identified 2 clones, here called wun1 and wun2, whose complementary mRNA in tubers from various tetraploid potato varieties and the haploid variety AM 80/5793 were wounded be induced. Wunl mRNA accumulates 30 minutes after the mechanical wounding of a tuber and is therefore involved in wound-induced primary processes, whereas wun2 is not induced until 3.5 hours later. Both clones still show high expression values 24 hours after the wound. In addition to mechanical wounding, if the tuber is grown with Erwinia carotovora ssp. incubated atroseptica, there are no changes to the expression scheme. Overall, the expression studies on the tuber have shown that wun1 and wun2 mRNAs represent genes which are not induced specifically by Erwinia but can be stimulated by all processes which result in the destruction of the tuber tissue.
Wun1-mRNA akkumuliert in hohen Mengen in verwundeten Kartoffelknollen (mengenmäßig vergleichbar mit Proteinase-InhibitorllmRNA in unverwundeten Kartoffelknollen, vgl. Sanchez-Serrano et a., Mol. Gen. Genet. 203, 15 (1986)), dagegen ist sie in unverwundeten Knollen nicht nachweisbar. Sie erscheint bereits 30
Minuten nach Verwundung mit einem Maximum ab der 4ten bis 24ten Stunde nach Verwundung. In geringeren Mengen war sie auch noch nach 48 Stunden nachweisbar. Wun1 mRNA accumulates in high amounts in wounded potato tubers (quantitatively comparable to proteinase inhibitor llmRNA in unwound potato tubers, see Sanchez-Serrano et al., Mol. Gen. Genet. 203, 15 (1986)), but is in unwound tubers undetectable. It already appears 30 Minutes after wounding with a maximum from the 4th to 24th hour after wounding. In smaller quantities, it was still detectable after 48 hours.
Die Akkumulation von wun1- und wun2-mRNA nach Verwundung ist nicht auf die Knolle beschränkt, sondern findet auch in Blätter, Stämmen und Wurzel verschiedener tetraploider Kartoffelpflanzen mit ähnlicher Kinetik und Intensität statt. The accumulation of wun1 and wun2 mRNA after wounding is not limited to the tuber, but also takes place in leaves, stems and roots of various tetraploid potato plants with similar kinetics and intensity.
Wunl-mRNA wird im Gegensatz zur wun2-mRNA auch ohne Verwundung in Blättern induziert, wenn diese mit kompatiblen Phytophtora infestans-Sporen besprüht werden. Dieses Ergebnis zeigt, daß wun1 nicht nur durch mechanische Verwundung induzierbar ist, sondern auch durch die Anwesenheit von (pilzlichen) Pathogenen. In contrast to the wun2 mRNA, Wunl mRNA is also induced in leaves without wounding if these are sprayed with compatible Phytophtora infestans spores. This result shows that wun1 can be induced not only by mechanical wounding, but also by the presence of (fungal) pathogens.
Es ergaben sich Unterschiede in der Expression des wun1-Gens, je nachdem ob die Knollen unter aeroben Bedingungen verwundet wurden (Knollenscheiben wurden mit P-Puffer benetzt und für 18 Stunden inkubiert, sie waren somit weiterhin dem Luftsauerstoff ausgesetzt) oder unter anaeroben Bedingungen verwundet wurden (Knollenscheiben wurden in P-Puffer eingetaucht und in diesem luftsauerstoffarmen Zustand für 18 Stunden inkubiert). There were differences in the expression of the wun1 gene depending on whether the tubers were wounded under aerobic conditions (tuber discs were wetted with P buffer and incubated for 18 hours, so they were still exposed to atmospheric oxygen) or wounded under anaerobic conditions (Tuber disks were immersed in P-buffer and incubated in this low-oxygen state for 18 hours).
Wunl-mRNA wurde in aerob verwundeten Knollen höher exprimiert, als im entsprechenden anaeroben Ansatz. Wunl mRNA was expressed higher in aerobically wounded tubers than in the corresponding anaerobic approach.
Wichtig für die erfindungsgemäße Verwendung der Promotoren zur Expression von Genen ist, ob die nach Verwundung nachweisbare wun1- bzw. wun2-mRNA durch Neusynthese entsteht (transkriptionelle Regulation), oder aber constitutiv vorhanden ist, und nur im Falle einer Verwundung stabil vorliegt (posttransknptionelle Regulation). It is important for the use of the promoters according to the invention for the expression of genes whether the detectable wun1 or wun2 mRNA after wounding arises from new synthesis (transcriptional regulation), or is constitutively present, and is only stable in the event of a wound (post-transcriptional regulation ).
"Run-Off" Transkriptionstests konnten sowohl bei wun1 als auch bei wun2 transskriptionelle Regulation feststellen, was bedeutet, daß die Promotoren dieser Gene im Falle einer Verwundung für die Neusynthese verantwortlich sind.
Nach bekannten Verfahren wurden aus der tetraploiden Kartoffel "Granola" eine Reihe von Wunl-homologen cDNA-Klonen erhalten, von denen einige sequenziert wurden. Durch die Klonierung von wun1-25A2 in M13mp19-P nagen in beiden Orientierungen und partielle Exonukleaselll-Verdauung konnte die Nukleotidsequenz bidirektional nach der Dideoxymethode bestimmt werden. Run-off transcription tests were able to determine transcriptional regulation in both wun1 and wun2, which means that the promoters of these genes are responsible for the resynthesis in the event of a wound. A number of Wunl-homologous cDNA clones, some of which were sequenced, were obtained from the tetraploid potato "Granola" by known methods. By cloning wun1-25A2 in M13mp19-P gnawing in both orientations and partial exonuclease digestion, the nucleotide sequence could be determined bidirectionally according to the dideoxy method.
Fig. 1 zeigt die relative Größe der zur Sequenzierung verwandten Klone. Der Klon wun1-25A2 liegt in zwei Orientierungen in der Pstl-Schnittstelle vor, die aufgrund der Lage des asymmetrischen Xhol Schnittstelle als 25A2*MP19 und 25A2MP19 bezeichnet werden. Durch sukzessive Exonukleaselll-Verdauungen konnten unterschiedlich große Deletionsklone erhalten werden, die als Klone 25A2*MP19delta 1-3 bzw. 25A2MP19delta 1-4 zur Fig. 1 shows the relative size of the clones used for sequencing. The clone wun1-25A2 exists in two orientations in the Pstl interface, which are referred to as 25A2 * MP19 and 25A2MP19 due to the location of the asymmetrical Xhol interface. By successive exonuclease digestions different sized deletion clones could be obtained, which as clones 25A2 * MP19delta 1-3 or 25A2MP19delta 1-4
Sequenzierung zur Verfügung standen. Sequencing were available.
Fig. 2 zeigt die Nukleotidsequenz des cDNA-Klons wun1-25A2. Alternative offene Lesearten sind unterstrichen. 2 shows the nucleotide sequence of the cDNA clone wun1-25A2. Alternative open reading styles are underlined.
Die Größe des cDNA-Klons wun1-25A2 beträgt 711 bp. Am 3-Ende ist ein Poly-A-Schwanz von 14 bp zu finden (Position 697-711) . Das größte offene Leseraster erstreckt sich über 105 Aminosäuren (Position 121-438). Weiter 5'-gelegen befinden sich außerdem zwei kurze offene Leseraster, die an Position 23 für 3 Aminosäuren kodieren und an Position 95 für 8 Aminosäuren kodieren (unterstrichen). Die beiden zuletzt angeführten offenen Leseraster unterscheiden sich jedoch vom Leseraster, das die 105 Aminosäuren kodiert. Unter Berücksichtigung der genomischen Sequenzdaten (Fig. 6) ist das für 105 Aminosäuren kodierende Leseraster als das des wun1-Proteins anzusehen. Der Translationsstartpunkt des wun1-Proteins TTTTTGATGCAA stimmt nur in geringern Maße mit der von Joshi, Nuc. Acids Res. 15, 6643, (1987) ermittelten Konsensussequenz für pflanzliche Translationsstarts TAAACAATGGCT überein. The size of the cDNA clone wun1-25A2 is 711 bp. A 14 bp poly A tail can be found at the 3 end (position 697-711). The largest open reading frame spans 105 amino acids (positions 121-438). Also located 5'-further are two short open reading frames which code for position 3 for 3 amino acids and code for position 8 for 8 amino acids (underlined). However, the last two open reading frames listed differ from the reading frame, which encodes the 105 amino acids. Taking into account the genomic sequence data (FIG. 6), the reading frame coding for 105 amino acids is to be regarded as that of the wun1 protein. The translation starting point of the wun1 protein TTTTTGATGCAA is only slightly correct with that of Joshi, Nuc. Acids Res. 15, 6643, (1987) determined consensus sequence for plant translation starts TAAACAATGGCT.
Die Untersuchung der genomischen Organisation des für wun1-mRNA kodierenden Gens in der haploiden Kartoftellinie AM80/5793
zeigt, daß dieses Gen in nur geringer Kopienzahl vorliegt. Die Hybridisierung radioaktiv markierter wun1-cDNA gegen HindllI-, PstI- und EcoRI-geschnittene Blatt-DNA führte in der "Southern- Blot"- Analyse zur Ausprägung von jeweils einer starken und 1 bis 2 schwachen Banden. Das Ergebnis der "Southern-Blot"-Analyse von wun1- und von wun2-cDNA ist in Fig. 3 dargestellt. The investigation of the genomic organization of the gene coding for wun1 mRNA in the haploid cardboard cell line AM80 / 5793 shows that this gene is only present in low copy number. The hybridization of radioactively labeled wun1 cDNA against HindllI, PstI and EcoRI-cut leaf DNA led to the expression of one strong and 1 to 2 weak bands in the "Southern blot" analysis. The result of the "Southern blot" analysis of wun1 and wun2 cDNA is shown in FIG. 3.
Die "Southern-Blot"-Analyse konnte in der haploiden Kartoffellinie AM80/5793 nur wenige für die Expression von wun1- und wun2-mRNA verantwortliche Gene nachweisen. Die Chance, ein aktives Gen und kein inaktives Pseudogen zu erhalten, war hier besonders hoch. The "Southern blot" analysis was able to detect only a few genes responsible for the expression of wun1 and wun2 mRNA in the haploid potato line AM80 / 5793. The chance of obtaining an active gene and not an inactive pseudogen was particularly high here.
Die Präsenz nur einer ausgeprägten Bande im "Southern-Blot" der haploiden Kartoffellinie läßt auf eine geringe Anzahl an Genet pro Genom schließen. Betrachtet man dies im Zusammenhang mit einer verwundungsspezifischen und hohen Expression an wun1-mRNA in der haploiden Linie und der transkriptioneilen Expressionsregulation, so sind hochaktive Gene wahrscheinlich. The presence of only one pronounced band in the "Southern blot" of the haploid potato line suggests a small number of genets per genome. Considering this in connection with a wound-specific and high expression of wun1 mRNA in the haploid line and the transcriptional expression regulation, highly active genes are likely.
Zur Anlage einer genomischen Bank wurden 10 μg EcoRI-geschnittene DNA aus AM80/5793 mit EcoRI-geschnittenen EMBL4-Armen ligiert und auf einem C600-Bakterienrasen ausplattiert. Etwa 500000 Plagues wurden erhalten, die statistisch gesehen das Genom der Kartoffel repräsentieren sollten. Nach dem Transfer dieser Plagues auf Nitrozellulose konnte durch Plaquehybridisierungstechniken gegen radioaktiv markierte wun1-cDNA der genomische Klon wun1-22 und wun1-85 identifiziert und gereinigt werden. To set up a genomic bank, 10 μg EcoRI-cut DNA from AM80 / 5793 were ligated with EcoRI-cut EMBL4 arms and plated out on a C600 bacterial lawn. About 500,000 plagues were obtained, which statistically should represent the potato genome. After transferring these plagues to nitrocellulose, the genomic clone wun1-22 and wun1-85 could be identified and purified using plaque hybridization techniques against radioactively labeled wun1 cDNA.
Die Isolierung von rekombinanter EMBL4-DNA aus wun1-22 und wun1-85 sowie deren Restriktionskartierung und Hybridisierung gegen radioaktive wun1-cDNA ergab die folgende Organisation. The isolation of recombinant EMBL4 DNA from wun1-22 and wun1-85 as well as their restriction mapping and hybridization against radioactive wun1 cDNA resulted in the following organization.
Das wun1-cDNA-äquivalente Fragment in wun1-85 hat eine Größe von 4 Kb. Es entspricht damit exakt mit der in wun1-cDNA hybri
disierenden Fragmentgröße EcoRI-verdauter DNA aus der haploiden Kartoffel. Aufgrund der asymmetrischen Xhol-Schnittstelle im 5 ' -Bereich des cDNA-Klons konnte die Orientierung des Gens in dem 4-Kb-Fragment ermittelt werden. Demnach liegt vor dem wun1-Gen ein etwa 1 Kb großer Promotorenbereich, während sich 3' vom Gen ein etwa 2 Kb großer nicht homologer Teil befindet. Das zusätzlich in wun1-85 enthaltene 8 Kb große EcoRI-Fragment konnte nicht zur näheren Analyse des wun1-Gens herangezogen werden. Aufgrund des Totalverdaus der Kartoffel-DNA mit EcoRI ist es wahrscheinlich, daß bei der anschließenden Ligation zwei nicht zusammengehörige Fragmente in den EMBL4-Vektor gebracht wurden, die demnach nicht in funktioneller Beziehung zueinander stehen können. The wun1 cDNA-equivalent fragment in wun1-85 has a size of 4 Kb. It thus corresponds exactly to that in wun1 cDNA hybri fragmenting fragment size of EcoRI-digested DNA from the haploid potato. Due to the asymmetric Xhol cleavage in the 5 'region of the cDNA clone, the orientation of the gene in the 4 Kb fragment could be determined. Accordingly, there is an approximately 1 Kb promoter region in front of the wun1 gene, while an approximately 2 Kb non-homologous part is located 3 'of the gene. The additional 8 Kb EcoRI fragment contained in wun1-85 could not be used for a closer analysis of the wun1 gene. Due to the total digestion of the potato DNA with EcoRI, it is likely that during the subsequent ligation two fragments which do not belong together were brought into the EMBL4 vector and therefore cannot be functionally related to one another.
Fig. 4 zeigt die Anordnung von wun1 in dem genomischen Klon wun1-85. Auf dem 4 Kb großen EcoRI Fragment des genomischen Klons wun1-85 sind 1,0 Kb des wun1-Promotors, 0,8 Kb des wun1-Gens sowie 2,0 Kb des 3'-Endes vorhanden. Figure 4 shows the arrangement of wun1 in the genomic clone wun1-85. The 4 kb EcoRI fragment of the genomic clone wun1-85 contains 1.0 kb of the wun1 promoter, 0.8 kb of the wun1 gene and 2.0 kb of the 3 'end.
Da im Restriktionsverhalten keine Unterschiede zwischen wun1-85 und wun1-22 festgestellt wurden, wurde zur weiteren Analyse des 4 Kb-Fragments von wun1-85 in EcoRI-geschnittenen pUC8 ligiert (s. Fig. 4). Zur Sequenzierung des wun1-Promotors sowie des wun1-Gens erfolgte eine weitere Umklonierung des 4 Kb-Fragments in die EcoRI-Schnittstelle von M13mp18. Die Bestimmung seiner Orientierung wurde mittels Kontrollverdauungen an der asymmetrisch gelegenen Xhol-Schnittstelle durchgeführt. Die Klone 85*mp18 und 85mp18 repräsentieren beide Orientierungen desSince no differences were found in the restriction behavior between wun1-85 and wun1-22, the 4 Kb fragment of wun1-85 was ligated in EcoRI-cut pUC8 for further analysis (see FIG. 4). For sequencing the wun1 promoter and the wun1 gene, the 4 Kb fragment was further cloned into the EcoRI site of M13mp18. Its orientation was determined by means of control digestions at the asymmetrically located Xhol interface. The clones 85 * mp18 and 85mp18 represent both orientations of the
Fragments. Das Schneiden dieser Plasmide mit SphI und Xbal ermöglichte es, mit Hilfe der Exonukleaselll beim Klon 85mp18 des 3'-Endes des wun1-Gens und beim Klon 85*mp18 das 5'-Ende des wun1-Gens sukzessive abzudauen. Fragments. Cutting these plasmids with SphI and Xbal made it possible to successively digest the 5 'end of the wun1 gene in clone 85mp18 of the 3' end of the wun1 gene and in clone 85 * mp18 using the exonucleasells.
Fig. 5 zeigt das Ergebnis der Deletionsanalyse des Klons wun1-85 in schematischer Form.
Die resultierenden Deletionsklone mit unterschiedlichen Fragmentgrößen wurden für die Sequenzierung benutzt. Insgesamt gelang es, das gesamte wun1-Gen bidirektional zu sequenzieren, sowie zusätzlich etwa 400 bp des 3'-Endes unidirektional zu analysieren. 5 shows the result of the deletion analysis of the clone wun1-85 in schematic form. The resulting deletion clones with different fragment sizes were used for sequencing. Overall, it was possible to sequence the entire wun1 gene bidirectionally, as well as to analyze approximately 400 bp of the 3 'end unidirectionally.
Fig. 6 zeigt die Nukleotidsequenz des wun1-Promotors und Gens aus wun1-85. CAAT-Box, TATA-Box und Poly-A-Signal sind herausgehoben, Transskriptionsstart und -stop durch Pfeile markiert. Zur Identifikation des genauen Transkriptionsstarts des wun1- Gens wurde die Methode der Sl-Nuklease-Kartierung benutzt. 6 shows the nucleotide sequence of the wun1 promoter and gene from wun1-85. The CAAT box, TATA box and poly-A signal are highlighted, transcription start and stop are marked by arrows. The Sl nuclease mapping method was used to identify the exact start of transcription of the wun1 gene.
Fig. 7 erläutert die Bestimmung der Größe des S1-geschützten Fragments des wun1-Gens. Die Hybridisierung des 5' von der 7 explains the determination of the size of the S1-protected fragment of the wun1 gene. Hybridization of the 5 'by the
Xhol-Schnittstelle gelegenen Bereichs aus pLS000 mit wun1-mRNA führt zu einem 162-179 bp langen DNA-RNA-Hybrid (TU), das vor der einzelstrangspezifischen Sl-Nuklease geschützt ist. Der tatsächliche Transkriptionsstart liegt also 162-197 bp 5' von der Xhol Schnittstelle entfernt (A,C,G,T = Sequenzauftragung zur Größenbestimmung des DNA-Fragment). Xhol cleavage region from pLS000 with wun1 mRNA leads to a 162-179 bp long DNA-RNA hybrid (TU) which is protected from the single-stranded Sl nuclease. The actual transcription start is therefore 162-197 bp 5 'from the Xhol interface (A, C, G, T = sequence plot for determining the size of the DNA fragment).
Geht man von dem längsten erhaltenen Fragment aus, so beginnt der Transkriptionsstart 179 bp stromaufwärts von der Xhol-Stelle, d.h. mit der Sequenz ACCATAC. Diese Sequenz stimmt im zentralen Bereich (CAT) mit der von Joshi et al. (1987) ermittelten Konsensussequenz für Transkriptionsstart CTCATCA überein. Aus der Position des Transkriptionsstarts ergeben sich weitere Informationen (s. Fig. 6): Assuming the longest fragment preserved, the transcription start begins 179 bp upstream from the Xhol site, i.e. with the sequence ACCATAC. This sequence agrees in the central area (CAT) with that of Joshi et al. (1987) determined the consensus sequence for the start of transcription CTCATCA. Further information results from the position of the transcription start (see FIG. 6):
(1) In Position-33, gesehen vom Transkriptionsstart, ist eine TATA-Box CTATATATT zu finden, die gut mit der von Joshi et al. (1987) ermittelten Konsensusseguenz TCACTATATATAG übereinstimmt. (1) In position-33, seen from the start of transcription, a TATA box CTATATATT can be found, which matches the one described by Joshi et al. (1987) determined consensus consensus TCACTATATATAG.
( 2) Die von Benoist et al., Nuc. Acids Res. 8, 127-142 (1980) beschriebene CAAT-Box im Bereich zwischen -60 und -80 ist im wun1-Promotor in Position -58 (CAAACT) zu finden.
(3) Der 5'-untranslatierte Bereich des wun1-Gens erstreckt sich über 217 bp und ist damit verhältnismäßig groß. (2) The method described by Benoist et al., Nuc. Acids Res. 8, 127-142 (1980) CAAT box in the range between -60 and -80 can be found in the wun1 promoter in position -58 (CAAACT). (3) The 5'-untranslated region of the wun1 gene extends over 217 bp and is therefore relatively large.
(4) Das wun1-mRNA kodierende Gen umfaßt 794 bp, was sehr genau der Größenbestimmung von wun1-mRNA aufgrund der "Northern-Blot"- Analysen entspricht. (4) The gene encoding wun1 mRNA comprises 794 bp, which corresponds very precisely to the size determination of wun1 mRNA based on the "Northern blot" analyzes.
(5) Dem cDNA-Klon wun1-25A2 fehlen 97 bp des 5'-untranslatierten Bereichs im wun1-Gen. (5) The cDNA clone wun1-25A2 lacks 97 bp of the 5'-untranslated region in the wun1 gene.
(6) Neben den bereits im cDNA-Klon ermittelten offenen Leserastern werden keine weiteren im 5'-'ntranslatierten Bereich des genomischen Klons gefunden. (6) In addition to the open reading frames already found in the cDNA clone, no further ones are found in the 5 '-' translated region of the genomic clone.
(7) Das wun1-Gen verfügt nicht über Introns. (7) The wun1 gene does not have introns.
Fig. 8 zeigt die Anordnung und Position wichtiger Bereiche im wun1-Gen. Der wun1-Promotor ist schwarz markiert, das wun1-Gen schraffiert. Wichtige Erkennungssequenzen sind eingerahmt; Die mRNA ist durch eine geschlängelte Linie, der proteinkodierende Bereich durch Kreuze wiedergegeben. Die Größe der einzelnen Bereiche ist in Basenpaaren (bp) angegeben. 8 shows the arrangement and position of important regions in the wun1 gene. The wun1 promoter is marked in black, the wun1 gene is hatched. Important recognition sequences are framed; The mRNA is represented by a serpentine line, the protein coding region by crosses. The size of the individual areas is given in base pairs (bp).
Fig. 9 zeigt einen Sequenzvergleich zwischen dem cDNA-Klon wun1-25A2 und dem genomischen Klon wun1-85. 2368 bp des genomischen Klons wun1-85 wurden mit 711 bp des cDNA-Klons wun1-25A2 verglichen. Homologe Basenpaarungen sind durch einen senkrechten Strich gekennzeichnet. Das Fehlen von Nukleotiden wird durch einen Punkt aufgezeigt. Die zwei Pfeile dokumentieren die Sequenz zweier 10 bp langer direkter Sequenzwiederholungen im cDNA-Klon. Figure 9 shows a sequence comparison between the cDNA clone wun1-25A2 and the genomic clone wun1-85. 2368 bp of the genomic clone wun1-85 were compared with 711 bp of the cDNA clone wun1-25A2. Homologous base pairings are identified by a vertical line. The absence of nucleotides is indicated by a dot. The two arrows document the sequence of two 10 bp direct repeats in the cDNA clone.
Vergleichende Analyse zeigt, daß die Sequenz des genomischen Klons wun1-85 der haploiden Kartoffel AM80/5793 mit der Sequenz des cDNA-Klons wun1-25A2 der tetraploiden Kartoffel "Granola" zu 97 % homolog ist. Insgesamt konnten 11 Basenaustausche iden
tifiziert werden, davon 5 im translatierten Bereich. Alle 5 Basenaustausche im translatierten Bereich führten zu keiner Veränderung der Aminosäuresequenz. Die zusätzlich sequenzierten 400 Nukleotide stromabwärts des Transkriptionsstops wiesen keine bemerkenswerten Bereiche auf. Comparative analysis shows that the sequence of the genomic clone wun1-85 of the haploid potato AM80 / 5793 is 97% homologous to the sequence of the cDNA clone wun1-25A2 of the tetraploid potato "Granola". A total of 11 base changes could be made be certified, 5 of them in the translated area. All 5 base changes in the translated area did not change the amino acid sequence. The additionally sequenced 400 nucleotides downstream of the transcription stop had no remarkable areas.
Das Gen codiert für ein 12000 Dalton großes Protein, dessen Größe auch in Hybrid-Released-Translation-Experimenten ungefähr bestätigt werden konnte. Computerauswertungen bezüglich der Aminosäurezusammensetzung des wun1-Proteins ergaben, daß es sich um ein sehr hydrophiles Protein handelt. Die Aminosäuresequenz ergibt sich aus Fig. 2 und 6. The gene codes for a 12,000 dalton protein, the size of which could also be approximately confirmed in hybrid-released translation experiments. Computer evaluations regarding the amino acid composition of the wun1 protein showed that it is a very hydrophilic protein. The amino acid sequence results from FIGS. 2 and 6.
Die Größe des wun1-Proteins, seine hydrophilen Eigenschaften, die Verwundungsinduzierbarkeit in verschiedenen Geweben und die Induzierbarkeit durch Pathogene lassen auf seine Zugehörigkeit zu den PR-Proteinen schließen. Mit dem Namen PR- oder "Pathogenesis-related"-Protein werden Proteine verschiedener Pflanzen zusammengefaßt, die unter anderem durch pathogenen Befall induzierbar sind und in einigen Fällen Chitinase- bzw. GlucanaseAktivität aufweisen, also die Aktivität von Enzymen, die Zellwände von Pilzen zerstören können. The size of the wun1 protein, its hydrophilic properties, the inducibility of wounding in various tissues and the inducibility by pathogens suggest that it belongs to the PR proteins. The name PR or "pathogenesis-related" protein is used to summarize proteins from different plants which can be induced, inter alia, by pathogenic attack and in some cases have chitinase or glucanase activity, ie the activity of enzymes which can destroy the cell walls of fungi .
Der vollständige genomische wun1-Klon inclusive wun1-Promotor und wun1-Gen wurde unter Verwendung des Agrobakterium-TransformationsSystems in transgenen Tabakpflanzen getestet. Eine Expressionsstudie war auf mRNA-Ebene möglich, da Tabak-mRNA nur sehr schwach mit wun1 kreuzhybridisiert und zusätzlich über keine wun1-homologen 5'-Enden verfügt, wie aus S1-Nuklease-Kartierungen zu entnehmen war. Tatsächlich wurde in transgenen Tabakpflanzen in verwundeten Blättern hohe Mengen an etwa 800 bp großer wun1-mRNA nachgewiesen, was einerseits einen aktiven wun1-Promotor dokumentiert, andererseits auch die Verwendung des richtigen Transkriptionsstartpunktes zeigt. The complete genomic wun1 clone including the wun1 promoter and wun1 gene was tested in transgenic tobacco plants using the Agrobacterium transformation system. An expression study was possible at the mRNA level, since tobacco mRNA cross-hybridizes only very weakly with wun1 and additionally has no wun1-homologous 5 'ends, as was evident from S1 nuclease maps. In fact, high amounts of approximately 800 bp wun1 mRNA were detected in wounded leaves in transgenic tobacco plants, which on the one hand documents an active wun1 promoter and on the other hand shows the use of the correct transcription start point.
Ein 4 Kb-Fragment aus pLS000, welches den wun1-Promotor, das vollständige wun1-Gen, sowie 2 Kb des 3'-Bereichs des Gens ent
hält (wun1-wun-1) wurden über die EcoRI-Schnittstellen in den für die Agrobacterium tumefaciens (At)Transformation benötigten Mobilisierungsvektor pMPK110 kloniert (pLS001). Nach erfolgtem Transfer in das At3850km, wurde die Tabaklinie Wisconsin 38 (W38) mit diesem Agrobakterium über Blattstücke transformiert. Die unter Kanamycinselektion nach etwa 3 Wochen erscheinenden kleinen Kalli wurden durch die Verwendung eines Sproßinduk- tionsmediums zur vollständigen Pflanze (LSI) regeneriert. A 4 Kb fragment from pLS000 which contains the wun1 promoter, the complete wun1 gene and 2 Kb of the 3 'region of the gene holds (wun1-wun-1) were cloned via the EcoRI sites into the mobilization vector pMPK110 required for the Agrobacterium tumefaciens (At) transformation (pLS001). After the transfer into the At3850 km , the tobacco line Wisconsin 38 (W38) was transformed with this agrobacterium via pieces of leaf. The small calli that appeared after Kanamycin selection after about 3 weeks were regenerated to full plant (LSI) using a shoot induction medium.
Neben der Fähigkeit, auf Kanamycin wachsen zu können, besitzen mit 3850K m transformierte Pflanzen die Fähigkeit zur Synthese von Nopalin, eine Eigenschaft, die sie von untransformierten Pflanzen unterscheidet (Zambryski et al, EMBO J. 1 147-152 In addition to the ability to grow on kanamycin, plants transformed with 3850 K m have the ability to synthesize nopaline, a property that distinguishes them from untransformed plants (Zambryski et al, EMBO J. 1 147-152
(1985)). Wunl-wun1 transformierte Pflanzen, hier LS1-Pflanzen genannt (4= LS1-4; 6=LS1-6), zeichneten sich durch hohe Nopalinmengen aus. In untransformierten Pflanzen war dagegen kein (1985)). Wunl-wun1 transformed plants, here called LS1 plants (4 = LS1-4; 6 = LS1-6), were characterized by high amounts of nopaline. In contrast, there was none in untransformed plants
Nopalin nachweisbar. Kanamycin-resistente und Nopalin-positive LS1-Pflanzen wurden in das Gewächshaus transferiert und auf DNA- und RNA-Ebene analysiert. Detectable nopaline. Kanamycin-resistant and nopalin-positive LS1 plants were transferred to the greenhouse and analyzed at the DNA and RNA levels.
Fig. 10 zeigt die Konstruktion von wun1-wun1- und wun1-CAT- Fusionen, die für Expressionsuntersuchungen auf Basis von transienten Expressionen und stabilen Transformationen verwandt wurden. Figure 10 shows the construction of wun1-wun1 and wun1-CAT fusions that were used for expression studies based on transient expressions and stable transformations.
(1) Herstellung des Plasmids pLS001: (1) Preparation of plasmid pLS001:
Ausgehend von Plasmid pLS000 (s. Fig. 4) wurde das 4 Kb-Fragment, das den wun1-Promotor , das wun1-Gen sowie 2 Kb des 3'-Endes enthält, über die EcoRI-Schnittsteile in den Vektor pMPK110 kloniert (pLS001). Dieses pMPK110 Derivat erlaubt den Transfer der wun1-wun1-Konstruktion ins Agrobakterium 3850Km. Starting from plasmid pLS000 (see FIG. 4), the 4 Kb fragment, which contains the wun1 promoter, the wun1 gene and 2 Kb of the 3 'end, was cloned into the vector pMPK110 via the EcoRI sections (pLS001 ). This pMPK110 derivative allows the transfer of the wun1-wun1 construction to the Agrobacterium 3850 km .
(2) Herstellung des Plasmids pLS011: (2) Preparation of plasmid pLS011:
Der wun1-Promotor sowie 179 BP des 5'-untranslierten wun1-Genbereichs wurden über die Xhol Schnittstelle mit dem CAT-Gen inclusive 3'-Ende fusioniert (pLS010). Eine Umklonierung über
PstI in den Vektor pMPK110 (pLS011) hat den Vorteil, daß dieses Plasmid einerseits für transiente Studien in Protoplasten benutzt werden kann und andererseits auch als Mobilisierungsplasmid zum Transfer der wun1-CAT-Konstruktion in das Agrobakterium 3850Km fungiert. The wun1 promoter and 179 BP of the 5'-untranslated wun1 gene region were fused to the CAT gene including the 3 'end via the Xhol interface (pLS010). A cloning over PstI in the vector pMPK110 (pLS011) has the advantage that this plasmid can be used on the one hand for transient studies in protoplasts and on the other hand also acts as a mobilization plasmid for the transfer of the wun1-CAT construction into the Agrobacterium 3850 km .
Die "Southern-Blot"-Analyse EcoRI verdauter DNA aus transgenenSouthern blot analysis of EcoRI digested DNA from transgenic
LS1-Tabakpflanzen, sowie untransformierter W38-Tabakpflanzen ergab bei Verwendung einer 32P-radioaktiv mar kierten wun1-cDNALS1 tobacco plants and untransformed W38 tobacco plants resulted in the use of a 32 P-radioactively labeled wun1 cDNA
Probe sowohl in den untransformierten als auch in den tranformierten Pflanzen DNAs eine positive Hybridisierung. In beiden Fällen war eine starke und eine schwache Bande erkennbar. In den transgenen LS1-Pflanzen erschien jedoch zusätzlich eine 4 Kb große Bande, die in ihrer Größe exakt der Größe des EcoRIInserts aus pLS000 entsprach. Durch verleichende Auftragung verschiedener DNA-Mengen konnte eine 2 bis 5fache Kopienzahl von wun1-wun1 in allen getesteten LS1-Pflanzen ermittelt werden. In einiien LS1-Pflanzen wurden zusätzliche Banden im hochmolekularen Bereich gefunden, die vermutlich auf rearrangierte DNA oder unverdaute DNA zurückzuführen sind. Sample positive hybridization in both untransformed and transformed plant DNAs. In both cases there was a strong and a weak band. In the transgenic LS1 plants, however, an additional 4 Kb band appeared, whose size corresponded exactly to the size of the EcoRI insert from pLS000. By comparing different amounts of DNA, a 2 to 5-fold copy number of wun1-wun1 could be determined in all LS1 plants tested. Additional bands in the high molecular weight range were found in some LS1 plants, which are probably due to rearranged DNA or undigested DNA.
Eine funktioneile Analyse der wun1-wun1-DNA positiver LS1-Pflanzen war auf RNA-Ebene möglich. Sowohl in verwundeten als auch in unverwundeten untransformierten Tabakpflanzen war nur eine sehr schwache Kreuzhybridisierung gegen eine wun1-cDNA-Probe vorhanden. Zusätzlich wurde isolierte RNA aus untransformierten Tabakpflanzen gegen den 5'-Bereich des wun1-Gens, das den A functional analysis of the wun1-wun1 DNA of positive LS1 plants was possible at the RNA level. There was only a very weak cross hybridization against a wun1 cDNA sample in both wounded and unwound untransformed tobacco plants. In addition, isolated RNA from untransformed tobacco plants was raised against the 5 'region of the wun1 gene, which is the
5'-untranslierten Bereich und den wun1-Promotor enthält (analog zum Fragment zur Transkriptionsstartbestimmung des wun1-Gens) über S1-Analyse auf homologe Bereiche hin getestet. Es zeigte sich, daß weder in unverwundeten noch in verwundeten untransformierten Tabakblättern oder -Stengeln wun1-homologe Sequenzen vorhanden waren. Contains the 5 'untranslated region and the wun1 promoter (analogous to the fragment for determining the transcription start of the wun1 gene) via S1 analysis for homologous regions. It was found that there were no wun1-homologous sequences in neither wounded nor wounded untransformed tobacco leaves or stems.
Von 30 Nopalin-positiven LS1-Pflanzen, die auf RNA-Ebene untersucht wurden, zeigten 5 Pflanzen in "Northern-Blot"-Experimen-
ten hohe Mengen an 800 bp großen mit wun1 hybridisierenden mRNA's. Deren S1-Analyse führte zum Nachweis zweier gleich großer DNA-Fragmente, die in ihrer Größe den Fragmenten aus verwundeten Kartoffelblättern entsprachen. Dies war die Bestätigung, daß es sich hier um wun1-homologe mRNA handelt. Mehrere Hinweise sprechen dafür, daß wun1-homologe mRNA auch als Antwort auf hohen TMV-Befall gebildet wird. Of 30 nopalin-positive LS1 plants that were examined at the RNA level, 5 plants showed "Northern blot" experiments - high amounts of 800 bp large mRNAs hybridizing with wun1. Their S1 analysis led to the detection of two DNA fragments of the same size, which corresponded in size to the fragments from wounded potato leaves. This was the confirmation that this is a wun1 homologous mRNA. There are several indications that wun1-homologous mRNA is also formed in response to high levels of TMV.
Ein Ziel der Erfindung ist die Konstruktion und Isolierung von Genen, die in der Lage sind, den Aufforderungen entsprechend fusionierte Proteine zu exprimieren. Hierzu ist erforderlich, daß der wun1- Promotor allein für die Expression des nachgeschalteten Strukturgens verantwortlich ist, was nicht immer der Fall sein muß (Bsp. Proteinase-Inhibitor II). An object of the invention is to construct and isolate genes capable of expressing fused proteins as required. For this it is necessary that the wun1 promoter is solely responsible for the expression of the downstream structural gene, which need not always be the case (eg proteinase inhibitor II).
Es wurden transskriptionelle Fusionen, bestehend aus dem wun1- Promotor und 178 bp des S'-untranslierten Gens, mit verschiedenen Strukturgenen fusioniert (wun1-CAT, wun1-NPT, wun1-GUS), deren Nachweis über radioaktive oder fluorimetrische Methoden möglich war. (GUS steht für ß-Glucuronidase (Jefferson et al, Proc. Nat. Acad. Sei. 83, 8447-8451 (1987)). Transcriptional fusions consisting of the wun1 promoter and 178 bp of the S'-untranslated gene were fused with various structural genes (wun1-CAT, wun1-NPT, wun1-GUS), the detection of which was possible using radioactive or fluorometric methods. (GUS stands for β-glucuronidase (Jefferson et al, Proc. Nat. Acad. Sci. 83, 8447-8451 (1987)).
Die Konstruktion wun1-CAT wurde in Kartoffelprotoplasten auf ihre transiente Funktionalität getestet. Diese Methode ermöglicht es, innerhalb von wenigen Tagen Promotoraktivitäten zu analysieren, indem hochgereinigte Plasmid-DNA, die die Konstruktionen enthält, mittels bekannter Methoden in Protoplasten transferiert wird, dort stabil vorliegt und auch abgelesen werden kann. Voraussetzung für eine Expression ist, daß der Promotor funktioneil ist, und daß die induzierenden Faktoren in solchermaßen behandelten Protoplasten vorhanden sind. The construction wun1-CAT was tested for its transient functionality in potato protoplasts. This method makes it possible to analyze promoter activities within a few days by transferring highly purified plasmid DNA, which contains the constructions, to protoplasts using known methods, where they are stable and can also be read. A prerequisite for expression is that the promoter is functional and that the inducing factors are present in protoplasts treated in this way.
Bei diesen Tests wurde der wun1-Promotor inclusive 179 bp des 5'-untranslierten Bereichs transkriptioneil mit dem Chloramphenicolacetyltransferase-Gen (CAT) fusioniert. Die Konstruktion der wun1-CAT-Fusion ist in Fig. 10 dargestellt.
Der im pRT101-CAT enthaltene 35S-Promotor wurde über die In these tests, the wun1 promoter including 179 bp of the 5'-untranslated region was transcriptionally fused with the chloramphenicol acetyl transferase gene (CAT). The construction of the wun1-CAT fusion is shown in FIG. 10. The 35S promoter contained in the pRT101-CAT was via the
Schnittstellen HincII/XhoI entfernt und statt dessen der 1,0 Kb große wun1-Promotor mitsamt 179 bp des 5'-untranslatierten Bereichs über eine aufgefüllte EcoRI Schnittstelle und Xhol eingesetzt. Dieses Chimäre Gen wun1-CAT konnte über die Pstl- Schnittstellen in den Vektor pMPK110 gebracht werden (pLS011) . Interfaces HincII / XhoI removed and instead the 1.0 Kb wun1 promoter together with 179 bp of the 5'-untranslated region was used via a filled EcoRI interface and Xhol. This chimeric gene wun1-CAT could be brought into the vector pMPK110 via the PstI cleavage sites (pLS011).
In den für transiente Tests verwendeten Kartoffelzellsuspensionen sowie daraus gewonnenen Protoplasten konnten hohe Mengen an endogener wun1-mRNA festgestellt werden . Es wird angenommen , daß die Flüssigkultivierung von Zellen und vor allem die Protoplastierung einen hohen Streß auf die Zelle ausüben, was sich analog dem Verhalten in der Kartoffelknolle in einer hohen Expression von wun1-mRNA äußert. High amounts of endogenous wun1 mRNA were found in the potato cell suspensions used for transient tests and the protoplasts obtained from them. It is assumed that the liquid cultivation of cells and above all the protoplasting exert a high stress on the cell, which is expressed in a high expression of wun1-mRNA analogously to the behavior in the potato tuber.
Zur transienten Analyse der wun1-CAT Konstruktion wurden jeweils 1 Million Protoplasten aus einer Suspensionskultur aus Kartoffelstengeln der Varietät Datura (D12) isoliert und nach der CaCl2/PEG-Methode mit 20 μg pLS011-DNA transformiert. For the transient analysis of the wun1-CAT construction, 1 million protoplasts were isolated from a suspension culture from potato stalks of the Datura variety (D12) and transformed with 20 μg pLS011-DNA according to the CaCl 2 / PEG method.
Die CAT-Analyse solcher mit pLS011-DNA-transformierten Protoplasten ergab hohe CAT-Aktivitäten. Ein paralleler Versuchsansatz mit einer CAMV-35S-CAT-Konstruktion (35S-Promotor aus dem Cauliflower-Mosaikvirus (CAMV) ) (pRT101-CAT) brachte in etwa vergleichbare CAT-Aktivität, während in einem Kontrollansatz ohne Zusatz von DNA keine CAT-Aktivität zu erkennen war. Dies bedeutet, daß in einem transienten Kartoffelprotoplastensystem die Aktivität des wun1-Promotors mit der des 35S-Promotors vergleichbar ist und somit als sehr hoch einzustufen ist. Der CAMV-Promotor gilt als stärkster bisher bekannter Promotor in Pflanzen. CAT analysis of such protoplasts transformed with pLS011 DNA revealed high CAT activities. A parallel test approach with a CAMV-35S-CAT construction (35S promoter from the Cauliflower mosaic virus (CAMV)) (pRT101-CAT) brought about comparable CAT activity, whereas in a control approach without addition of DNA no CAT activity was recognizable. This means that the activity of the wun1 promoter in a transient potato protoplast system is comparable to that of the 35S promoter and can therefore be classified as very high. The CAMV promoter is considered to be the strongest known promoter in plants.
Das schon im transienten System benutzte Plasmiά pLS011 The plasma pLS011 already used in the transient system
(wun1-CAT) konnte weiterhin zur Transformation von At 3850 Km benutzt werden. 3850Km::pLS011 Agrobakterien wurden über die Methode der Blattscheibeninfektion zur Transformation der Tabaksorte Samsum NN (SNN) benutzt und entstehende Kalli zur Pflanze (LS2) regeneriert.
Durch die Verwendung dieses Tabakmosaikvirus (TMV)resistenten Tabaksorte sollte die (vermutete) Induzierbarkeit von wun1 durch TMV umgangen werden. Im Nopalin-Test positive und kanamycinresistente LS2-Pflanzen wurden auf DNA-Ebene und auf das Vorhandensein von CAT-Aktivität getestet. Pstl geschnittene DNA aus Wunl-CAT transformierten Pflanzen wiesen ein 2,2 Kb großes, gegen CAT-CDNA hybridisierendes Fragment auf. Dieses entsprach genau der zu erwartenden Fragmentgröße von wun1-CAT. In untransformierten Pflanzen war keine Hybridisierung zu erkennen. Durch vergleichende DNA-Auftragungen konnte in allen positiven Pflanzen 2 bis 4 Kopien pro haploidem Genom ermittelt werden. (wun1-CAT) could still be used to transform At 3850 km . 3850 km :: pLS011 Agrobacteria were used to transform the tobacco variety Samsum NN (SNN) using the method of leaf disc infection and the resulting calli were regenerated to the plant (LS2). The use of this tobacco mosaic virus (TMV) resistant tobacco variety was intended to circumvent the (suspected) inducibility of wun1 by TMV. In the Nopalin test positive and kanamycin-resistant LS2 plants were tested at the DNA level and for the presence of CAT activity. Pstl-cut DNA from Wunl-CAT transformed plants had a 2.2 Kb fragment hybridizing against CAT-CDNA. This corresponded exactly to the expected fragment size of wun1-CAT. No hybridization was seen in untransformed plants. By comparing DNA plots, 2 to 4 copies per haploid genome could be determined in all positive plants.
Die funktioneile Analyse von LS2-Pflanzen erstreckte sich auf die Messung von CAT-Aktivitäten in Gewächshauspflanzen und auf in Sterilkultur gehaltene Pflanzen der F1-Generation. Im Gewächshaus angezogene LS2-Pflanzen zeigten in ihren unverwundeten Blättern eine im Vergleich zu der Hintergrundaktivität untransformierter Tabakblätter leicht erhöhte CAT-Aktivität. In verwundeten Blättern konnte im Vergleich zu unverwundeten Blättern eine etwa 4fach höhere CAT-Aktivität nachgewiesen werden. Gab man jedoch in den Verwundungsansatz zusätzlich einen überstand aus abgekochtem Kartoffelknollenextrakt, so war der Anstieg 6fach höher als im unverwundeten Zustand. Dieser Effekt war unabhängig vom Zustand der Knollen vor der Extraktion (unverwundete oder verwundete Knollen bzw. frisch aus dem Boden entnommene (ungelagert) oder gelagerte Knollen). Jeder Extrakt hatte den gleichen induzierenden Effekt, was auf einen im Extrakt vorhandenen Induktor hindeutet. The functional analysis of LS2 plants extended to the measurement of CAT activities in greenhouse plants and to plants of the F1 generation kept in sterile culture. LS2 plants grown in the greenhouse showed slightly increased CAT activity in their unwounded leaves compared to the background activity of untransformed tobacco leaves. In wounded leaves, an approximately 4-fold higher CAT activity was found compared to unwounded leaves. If, however, an excess of boiled potato tuber extract was added to the wound, the increase was 6 times higher than in the unsealed condition. This effect was independent of the condition of the tubers before extraction (unwound or wounded tubers or tubers freshly removed from the soil (unstored) or stored). Each extract had the same inducing effect, which indicates an inductor present in the extract.
Die Ursache der relativ niedrigen Induzierbarkeit von wun1-CAT in transgenen Tabakpflanzen, ist in der Aktivität in unverwundeten Blättern zu sehen. Um mögliche gewächshausbedingte Ursachen auszusehalten, wurde der Samen geselbsteter LS2-Pflanzen geerntet, und unter sterilen Bedingungen wieder ausgekeimt. In jungen Blättern kanamycinresistenter Pflanzen war im unverwundeten Zustand eine sehr schwache CAT-Aktivität meßbar, die sich
von der CAT-Aktivität untransformierter Blätter wenig unterschied. In verwundeten Blättern stieg die CAT-Aktivität mindestens um den Faktor 40 an. Die Zugabe von abgekochten überständen aus homogenisierten Kartoffelknollen in den Verwundungsansatz führte sogar zu einer 60fach höheren Expression. The reason for the relatively low inducibility of wun1-CAT in transgenic tobacco plants can be seen in the activity in unwounded leaves. In order to withstand possible greenhouse-related causes, the seeds of self-grown LS2 plants were harvested and germinated again under sterile conditions. In young leaves of kanamycin-resistant plants, a very weak CAT activity was measurable in the unwound state, which was: little difference from the CAT activity of untransformed leaves. In wounded leaves, CAT activity increased by at least a factor of 40. The addition of boiled supernatants from homogenized potato tubers to the wound base even led to a 60-fold higher expression.
Zusätzlich war zu beobachten, daß mit zunehmendem Alter der Pflanze die Aktivität des wun1-Promotors in den Blättern immer constitutiver wurde, wobei die Expressionsstärke die einer transgenen CAMV-CAT-Pflanze glich. Möglicherweise wirken hier Vorgänge der Seneszenz ebenfalls induzierend. In addition, it was observed that with increasing age of the plant, the activity of the wun1 promoter in the leaves became increasingly constitutive, the level of expression being similar to that of a transgenic CAMV-CAT plant. Processes of senescence may also have an inductive effect here.
Weiter wurde mit Hilfe des transienten Systems getestet, in welchen Pflanzenspecies der wun1-Promotor aktiv ist, und The transient system was also used to test which plant species the wun1 promoter is active in and
dementsprechend verwendbar ist. Es stellte sich heraus, daß dieser Promotor nicht nur in Kartoffeln-, Tabak- und Petersilienprotoplasten aktiv ist, sondern auch in Reisprotoplasten eine Expressionsstärke zeigt, die der Aktivität eines homologen Systems entspricht. can be used accordingly. It was found that this promoter is not only active in potato, tobacco and parsley protoplasts, but also in rice protoplasts shows an expression level which corresponds to the activity of a homologous system.
Fig. 11 zeigt die Herstellung von wun1-NPTII Konstuktionen. 11 shows the production of wun1-NPTII constructions.
Ausgehend von Plasmid pLS001 wurde der wun1-Promotor inclusive 179 bp des 5'-untranslatierten Bereichs über EcoRI-Xhol-blunt vor ein NPT-II Gen (Neomycinphosphotransferase-II) kloniert. Zur besseren Handhabung für transiente Experimente wurde die wun1-NPT-II Fusion in einen hochreplizierenden Vektor umkloniert (pLS 020). Starting from plasmid pLS001, the wun1 promoter including 179 bp of the 5'-untranslated region was cloned via EcoRI-Xhol-blunt in front of an NPT-II gene (neomycin phosphotransferase-II). For better handling for transient experiments, the wun1-NPT-II fusion was cloned into a highly replicating vector (pLS 020).
Unter Verwendung der wun1-NPTII Konstruktion wurde in Tabak und in Petersilieprotoplasten NPT-II Aktivität gefunden. Interessanterweise konnte wun1-abhängige NPT-II Aktivität auch in Reisprotoplasten (Oryza sativa japonica c.v. Taipai) nachgewiesen werden , die in ihrer Intensität mit der wun1 -NPTII Aktivität in Kartoffelprotoplasten vergleichbar war. Vergleichende transiente Expression von wun1-NPTII und NOS-NPTII (pGV1103) in Reis-Protoplasten zeigten ebenfalls ähnlich hohe Werte. In diesem Zusam
menhang wird auch noch einaml auf die CAMV-35S-CAT ähnliche transiente Expression in Kartoffelprotoplasten hingewiesen. Using the wun1-NPTII construction, NPT-II activity was found in tobacco and in parsley protoplasts. Interestingly, wun1-dependent NPT-II activity could also be detected in rice protoplasts (Oryza sativa japonica cv Taipai), the intensity of which was comparable to that of wun1 -NPTII activity in potato protoplasts. Comparative transient expression of wun1-NPTII and NOS-NPTII (pGV1103) in rice protoplasts also showed similarly high values. In this together In the meantime, reference is also made to the CAMV-35S-CAT-like transient expression in potato protoplasts.
Insgesamt belegen diese Studien, daß der wun1-Promotor in homologen wie auch im heterologen System über eine teilweise sehr hohe Aktivität verfügt. Weder in Petersilie- noch in Tabaknoch in Reisprotoplasten konnte mit wun1-hybridisierende mRNA gefunden werden. Es müssen also den wun1-Promotor stimulierende Faktoren angenommen werden, die in allen getesteten Pflanzenspezies gleichermaßen vorkommen. Overall, these studies prove that the wun1 promoter has a very high activity in both homologous and heterologous systems. Neither in parsley nor in tobacco bones nor in rice protoplasts could be found with wun1-hybridizing mRNA. Factors that stimulate the wun1 promoter must be assumed, which occur equally in all plant species tested.
Insgesamt gesehen sind in dem 5'-Bereich von wun1 alle wichtigen DNA-Bereiche vorhanden, um ein dahinter fusioniertes Gen in hohen Mengen und verwundungsinduzierbar exprimieren zu können. All in all, all of the important DNA regions are present in the 5 'region of wun1, in order to be able to express a gene fused behind it in large quantities and in a manner which can be induced by the wound.
Zusätzlich läßt die Funktionalität von wun1-CAT bzw. wun1-NPTII in diversen transienten Systemen (Kartoffel, Petersilie, Tabak, Reis) wie auch im stabil transformierten Tabak auf jeweils ähnliche molekulare Hintergründe schließen. In addition, the functionality of wun1-CAT and wun1-NPTII in various transient systems (potato, parsley, tobacco, rice) as well as in stably transformed tobacco suggests similar molecular backgrounds.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung durchgeführte Versuche ergaben ferner, daß es vorteilhaft sein kann, den erfindungsgemäßen wun1-Promotor mit anderen Promotoren oder Verstärkerelementen zu fusionieren. Experiments carried out in the context of the present invention further showed that it may be advantageous to fuse the wun1 promoter according to the invention with other promoters or enhancer elements.
Als Beispiel sein die Fusionierung des wun1-Promotors mit dem bekannten TR-Promotor von der Agrobacterium tumefaciens TR-DNA erwähnt. The fusion of the wun1 promoter with the known TR promoter from the Agrobacterium tumefaciens TR-DNA may be mentioned as an example.
Die Isolierung dieses TR-Promotors von der Agrobacterium tumefaciens TR-DNA ist aus einer Arbeit von J. Veiten und J. Schell "Selection-expression vectors for use in genetic transformation of higher plants", veröffentlicht in Nucl. Acids Res., 13:6981- 6997 bekannt. Aus dieser Literaturstelle ist es auch bekannt, daß dieser Promotor für die Expression der Mannopine-Synthase verantwortlich ist und folgende Cnarakteristika aufweist:
1. Er ist bidirektional aktiv, d. h. fusioniert man an The isolation of this TR promoter from the Agrobacterium tumefaciens TR-DNA is from a work by J. Veiten and J. Schell "Selection-expression vectors for use in genetic transformation of higher plants", published in Nucl. Acids Res., 13: 6981-6997. From this reference it is also known that this promoter is responsible for the expression of mannopine synthase and has the following characteristics: 1. It is bidirectionally active, ie one fuses
beide Seiten Strukturgene, so werden beide in ähnlicher both sides of structural genes, so both become more similar
Regulationsweise und Intensität abgelesen. Verwiesen wird in diesem Zusammenhang auch auf die Literaturstelle: Regulations and intensity read. In this context, reference is also made to the literature reference:
Langridge, W.H.R., Fitzgerald, K.J., Koncz, C, Schell, J. Langridge, W.H.R., Fitzgerald, K.J., Koncz, C, Schell, J.
und Szalay, A.A. (1989). Dual promoter of Agrobacterium and Szalay, A.A. (1989). Dual promoter of Agrobacterium
tumefaciens mannopine synthase genes is regulated by plant growth hormones. Proc. Natl. Acad. Sei. USA, 86:3219-3223. tumefaciens mannopine synthase genes is regulated by plant growth hormones. Proc. Natl. Acad. Be. USA, 86: 3219-3223.
Die Orientierung des TR-Promotors hat man mit l'und 2' The orientation of the TR promoter can be found with l 'and 2'
festgelegt. fixed.
2. In transgenen Pflanzen ist der TR-Promotor verwundungs- induzierbar. Eine Fusion des TR2'mit dem Referenzgen 2. In transgenic plants, the TR promoter can be induced by wounds. A fusion of the TR2 'with the reference gene
beta-galactosidase (beta-gal) führt in verwundeten transgenen Tabakpflanzen zu einer höheren beta-gal-Aktivität als in unverwundeten. beta-galactosidase (beta-gal) leads to a higher beta-gal activity in wounded transgenic tobacco plants than in unwounded ones.
3. Die Aktivitiät des TR2'-Promotors ist hauptsächlich in den Blattvenen, also im Leitbündelsystem des Blattes zu finden. 3. The activity of the TR2 'promoter is mainly found in the leaf veins, that is, in the vascular bundle system.
Zu 2. und 3. wird verwiesen auf: Teeri, T.H., Lehväslaiho, H., Franck, M., Uotila, J., Heino, P., Palva, E.T., Van Montagu, M. und Herrera-Estrella, L. (1989). "Gene fusions to lacZ reveal new expression patterns of chimeric genes in gransgenic plants". EMBO, 8:343-350. For 2nd and 3rd, reference is made to: Teeri, TH, Lehväslaiho, H., Franck, M., Uotila, J., Heino, P., Palva, ET, Van Montagu, M. and Herrera-Estrella, L. (1989). "Gene fusions to lacZ reveal new expression patterns of chimeric genes in gransgenic plants". EMBO, 8: 343-350.
4. Die Eigenschaften des TR1'-Promotors sind bisher nicht so intensiv untersucht worden. Es ist aber bekannt, daß der TR1'- Promotor etwa 4-7fach schwächer ist als der TR2'-Promotor, ansonsten aber über ähnliche Eigenschaften verfügt. 4. The properties of the TR1 'promoter have so far not been investigated so intensively. However, it is known that the TR1 'promoter is about 4-7 times weaker than the TR2' promoter, but otherwise has similar properties.
Im Rahmen von Versuchen mit dem Ziel einer qualitativen und quantitativen Optimierung des wun1-Promotors wurde der TR- Promotor an den wun1-Promotor fusioniert, und zwar in der In the course of experiments with the aim of a qualitative and quantitative optimization of the wun1 promoter, the TR promoter was fused to the wun1 promoter, namely in the
Orientierung TR1'-wun1 (Fig. 12). Zum Nachweis der Promotoraktivitiät wurde das Markierungsgen GUS (beta-Glucoronidase) verwandt (TR1'-wun1-GUS). Mittels des Agrobacterium tumefaciens Transformationssystems wurde diese Konstruktion in Tabak Orientation TR1'-wun1 (Fig. 12). The marker gene GUS (beta-glucoronidase) (TR1'-wun1-GUS) was used to demonstrate the promoter activity. Using the Agrobacterium tumefaciens transformation system, this construction was used in tobacco
transformiert und analysiert. Folgende Eigenschaften zeichnen diese Tabakpflanzen im Vergleich zu wun1-GUS transgenen Tabakpflanzen aus:
1. Die Gewebespezifität hat sich geändert. transformed and analyzed. These tobacco plants have the following characteristics in comparison to wun1-GUS transgenic tobacco plants: 1. The tissue specificity has changed.
In wun1-GUS transgenem Tabak findet man GUS-Aktivität hauptsächlich in der Epidermis von Blättern und Stengeln. In In wun1-GUS transgenic tobacco, GUS activity is mainly found in the epidermis of leaves and stems. In
TR1'-wun1-GUS transgenem Tabak ist die GUS-Aktivität hauptsächlich im Leitbündelsystem lokalisiert. Somit besteht die Möglichkeit, je nach wissenschaftlicher Fragestellung, Genprodukte an verschiedene Stellen des Gewebes dirigieren zu können. Das Wundinduktionsverhalten von TR1'-wun1-GUS transgenen Tabakpflanzen ist dagegen mit dem Verhalten von wun1-GUS transgenen Tabakpflanzen vergleichbar. TR1'-wun1-GUS transgenic tobacco, the GUS activity is mainly localized in the lead bundle system. So there is the possibility, depending on the scientific question, of being able to direct gene products to different parts of the tissue. In contrast, the wound induction behavior of TR1'-wun1-GUS transgenic tobacco plants is comparable to the behavior of wun1-GUS transgenic tobacco plants.
2. Insgesamt ist die Aktivität des TR1'-wun1-Promotors in transgenen Tabakblättern und -Stengeln etwa 10fach höher als die Aktivität des wun1-Promotors. Somit zählt der 2. Overall, the activity of the TR1'-wun1 promoter in transgenic tobacco leaves and stems is about 10 times higher than the activity of the wun1 promoter. So that counts
TR1'-wun1-Promotor zu den stärksten Promotoren, die es für eine Expression in Pflanzen gibt. TR1'-wun1 promoter among the strongest promoters available for expression in plants.
3. Während Promotorenaktivität in transgenen dicotylen Pflanzen heutzutage kaum ein Problem darstellt, gibt es bisher wenige Promotoren, die hinreichend aktiv sind in monocotylen Pflanzen (zu denen die wirtschaftlich wichtigen Getreidepflanzen gehören). In transienten Expressionsstudien in Reis-Protoplasten (sie dienen als Ersatz für Studien in transgenen Reispflanzen, die nur sehr schwer zu erhalten sind) zeichnet sich der TR1 ' -wun1-Promotor durch eine etwa 30fach höhere Aktivität aus als der wun1-Promotor. Dies ist umso bemerkenswerter, weil selbst der in dicotylen Pflanzen so starke 35S-Promotor hier 30fach schwächer als der TR1'-wun1-Promotor ist. 3. While promoter activity is hardly a problem in transgenic dicotyledon plants today, there are so far few promoters that are sufficiently active in monocotyledonous plants (to which the economically important cereal plants belong). In transient expression studies in rice protoplasts (they serve as a substitute for studies in transgenic rice plants that are very difficult to obtain), the TR1 'wun1 promoter is characterized by an activity which is about 30 times higher than that of the wun1 promoter. This is all the more remarkable because even the 35S promoter, which is so strong in dicotyledonous plants, is 30 times weaker here than the TR1'-wun1 promoter.
Somit läßt sich beispielsweise der erfindungsgemäße wun1- Promotor durch Fusion mit dem TR1'-Promotor in folgenden Thus, for example, the wun1 promoter according to the invention can be fusioned with the TR1 'promoter in the following
Eigenschaften verändern bzw. optimieren: Change or optimize properties:
(a) Die spezifische Aktivität des wun1-Promotors in der (a) The specific activity of the wun1 promoter in the
Blatt- bzw. Stenge1-Epidermis von transgenem Tabak wird durch, die Fusion mit dem TR1'-Promotor in das Leitbündelsystem verlagert; Leaf or Stenge1 epidermis of transgenic tobacco is shifted into the lead bundle system by the fusion with the TR1 'promoter;
(b) Die Verwundungsinduzierbarkeit des wun1-Promotors wird durch die Fusion nicht geändert; (b) The wound inducibility of the wun1 promoter is not changed by the fusion;
(c) Der TR1'-wun1-Promotor ist in transgenen Tabakblättern und -Stengeln etwa 10fach stärker als der wun1-Promotor allein;
(d) Der TR1'-wun1-Promotor ist in transienten Experimenten mit einem Vertreter der monocotylen Pflanzen (Reis) etwa 30fach stärker als der wun1-Promotor. (c) The TR1'-wun1 promoter in transgenic tobacco leaves and stems is about 10 times stronger than the wun1 promoter alone; (d) The TR1'-wun1 promoter is about 30 times stronger than the wun1 promoter in transient experiments with a representative of the monocotyledonous plants (rice).
Erfindungsgemäß läßt sich ferner z.B. die Expression des wun1- Promotors durch Fusion desselben mit einem Verstärkerelement des CamV-35S-Promotors verstärken. So führt beispielsweise die Fusion des Verstärkerelementes des CamV-35S-Promotors an das 5'-Ende des wun1-Promotors zu einer verstärkten wun1-Promotoraktivität in transgenem Tabak und Kartoffel. According to the invention, e.g. increase the expression of the wun1 promoter by fusing it with an enhancer element of the CamV-35S promoter. For example, the fusion of the enhancer element of the CamV-35S promoter to the 5 'end of the wun1 promoter leads to an increased wun1 promoter activity in transgenic tobacco and potato.
Fig. 12 zeigt die Organisation der Klone wun1-GUS, TR1'-GUS und TR1'-wun1GUS. Figure 12 shows the organization of the clones wun1-GUS, TR1'-GUS and TR1'-wun1GUS.
Fig. 13 zeigt die Northern-Blot-Analyse von verwundeten un verwundeten transgenen Tabakblättern. Unverwundete (NW) bzw. verwundete (W) Blätter der transgenen Tabakpflanzen wun1-GUS, TR1'-wun1-GUS Nr. 5 und Nr. 11 und 35S-GUS wurden zur Isolierung von RNA benutzt. Je 50 μg Gesamt-RNA wurde auf einem Figure 13 shows Northern blot analysis of wounded and wounded transgenic tobacco leaves. Unwound (NW) and wounded (W) leaves of the transgenic tobacco plants wun1-GUS, TR1'-wun1-GUS No. 5 and No. 11 and 35S-GUS were used to isolate RNA. 50 μg of total RNA each was on a
1,2%igen Formaldehyd-Gel gelelektrophoretisch getrennt, auf eine Nylonmembran transferiert, gegen eine radioaktiv markierte GUS-DNA Probe hybridisiert, und spezifische Bindungen auf einem Autoradiogramm sichtbar gemacht. (A) zeigt eine 2 Tage alte Exposition, (B) eine 6 Stunden alte Exposition. 1.2% formaldehyde gel separated by gel electrophoresis, transferred to a nylon membrane, hybridized against a radioactively labeled GUS-DNA sample, and specific bonds visualized on an autoradiogram. (A) shows a 2 day exposure, (B) shows a 6 hour exposure.
Die nachstehenden Beispiele dienen der näheren Erläuterung der Erfindung: The following examples serve to explain the invention in more detail:
Beispiele 1-8 Examples 1-8
M a t e r i a l i e n Materials
Medien media
Kulturmedien für Bakterien: Culture media for bacteria:
Zur Anzucht von Bakterien verwendete Medien wurden nach den Angaben von Maniatis et al., Molecular Cloning : A Laboratory Manual, Cold Spring Harbour Laboratory, Cola Spring, Harbour, New York (1982) hergestellt: Media used to grow bacteria were prepared according to Maniatis et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cola Spring, Harbor, New York (1982):
Pflanzenmedien:
Die benutzten Medien leiten sich von dem von Murashige und Plant media: The media used are derived from that of Murashige and
Skoog, Physiol. Plan. 15, 473-497 (1962), angegebenen Medien (MS) ab. Skoog, Physiol. Plan. 15, 473-497 (1962), specified media (MS).
3MS : MS + 3 % Saccharose 3MS: MS + 3% sucrose
3MSC : MS + 3 % Saccharose, 500 μg/ml Claforan 3MSC: MS + 3% sucrose, 500 μg / ml claforan
MSC10 : MS + 2 % Saccharose, 500 μg/ml Claforan, MSC10: MS + 2% sucrose, 500 μg / ml claforan,
0,2 μg/ml NAA, 1μg/ml BAP 0.2 µg / ml NAA, 1 µg / ml BAP
100 μg/ml Kanamycinsulfat 100 µg / ml kanamycin sulfate
MSC15 : MS + 2 % Saccharose, 500 μg/ml Claforan, MSC15: MS + 2% sucrose, 500 μg / ml claforan,
100 μg/ml Kanamycinsulfat 100 µg / ml kanamycin sulfate
MS15 : MS + 2 % Saccharose, 100 μg/ml Kanamycinsulfat MS15: MS + 2% sucrose, 100 µg / ml kanamycin sulfate
Für festes Medium wurden zusätzlich 8g/l Bacto-Agar zugegeben. For solid medium an additional 8 g / l Bacto agar was added.
Stämme und Vektoren Tribes and vectors
E. coli-Stämme: E. coli strains:
BMH 71-18: (lac-proAB), thi, supE; BMH 71-18: (lac-proAB), thi, supE;
F'(laciq, ZdeltaM15, proA+B+) (Messing et al., Proc. Nat. Acad. Sei. 74, 3642-3646 (1977)) F '(laci q , ZdeltaM15, proA + B + ) (Messing et al., Proc. Nat. Acad. Sci. 74, 3642-3646 (1977))
C 600 : = CR34 (Maniatis et al. 1982) GJ23 : AB1157 (R64drd11) (pGJ28) C 600: = CR34 (Maniatis et al. 1982) GJ23: AB1157 (R64drd11) (pGJ28)
(Van Haute et al., EMBO J. 2, 411-418, (1983)) (Van Haute et al., EMBO J. 2, 411-418, (1983))
Agrobakterien-Agrobacteria
Stämme : C58CIpGV3850KM (Zambryski et al., Strains: C58CIpGV3850 KM (Zambryski et al.,
EMBO J. 1, 147-152, (1983)) EMBO J. 1, 147-152, (1983))
Plasmi:de : pUC8 (Vieira und Messing, Gene Plasmi: de: pUC8 (Vieira and Messing, Gene
19, 259-268 (1982)) 19, 259-268 (1982))
pMPK110 (Eckes et al., Mol. Gen.
Genet. 205, 14-22 (1986)) pMPK110 (Eckes et al., Mol. Gen. Genet. 205, 14-22 (1986))
pRT101-cat (Pröls et al., Plant Cell Reports, im Druck (1988)) pGVH03 (Hain et al., Mol. Gen. Genet. 199, 166-168 (1985)) pRT101-cat (Pröls et al., Plant Cell Reports, im Druck (1988)) pGVH03 (Hain et al., Mol. Gen. Genet. 199, 166-168 (1985))
Phagen : EMBL4 (Frischauf et al., J. Mol. Phages: EMBL4 (Frischauf et al., J. Mol.
Biol. 170, 827-842 (1983)) Biol. 170, 827-842 (1983))
Ml3mpl8 (Yanisch-Perron et al., Gene 33, 103-119, (1985)) Ml3mpl8 (Yanisch-Perron et al., Gene 33, 103-119, (1985))
M13mp19 (Yanisch-Perron et al., 1985) M13mp19 (Yanisch-Perron et al., 1985)
Pflanzen: Plants:
Solanum tuberosum AM 80/5793 (haploid) Solanum tuberosum AM 80/5793 (haploid)
Berolina (tetraploid) Berolina (tetraploid)
Datura (D12) Datura (D12)
Granola granola
Nicotinia tabacum Wisconsin 38 (W38) Nicotinia tabacum Wisconsin 38 (W38)
Samsum NN (SNN) Samsum NN (SNN)
Oryza sativa japonica c.v. Taipai Oryza sativa japonica c.v. Taipai
Alle molekularbiologischen Standard-Methoden, wie z.B. Restriktionsanalyse, Plasmidisolierung, Minipräparation von All standard molecular biological methods, e.g. Restriction analysis, plasmid isolation, mini preparation of
Plasmid-DNA, Transformation von Bakterien usw. sind, sofern nicht anders angegeben, wie bei Maniatis et al. (1982) beschrieben, durchgeführt worden. Unless otherwise stated, plasmid DNA, transformation of bacteria, etc. are as described in Maniatis et al. (1982).
Verwundetes Pflanzengewebe Wounded plant tissue
Kartoffelknollenmaterial wurde in 3mm dicke Scheiben Potato bulb material was cut into 3mm thick slices
geschnitten und in einer Phosphatlösung (20 mM Phosphatpuffer,
pH 7,0, mit Chloramphenicol (50 μg/ml)) 18 h lang bei 28°C unter Lichtausschluß inkubiert. Blatt-, Stamm- und Wurzelmaterial wurde in kleine Stücke zerschnitten und unter den gleichen Bedingungen inkubiert. Nach abgeschlossener Inkubation wurde das Material entweder direkt aufgearbeitet oder bei -70ºC gelagert. cut and in a phosphate solution (20 mM phosphate buffer, pH 7.0, incubated with chloramphenicol (50 μg / ml) for 18 h at 28 ° C. with exclusion of light. Leaf, stem and root material was cut into small pieces and incubated under the same conditions. After incubation was complete, the material was either worked up directly or stored at -70 ° C.
Unverwundetes Pflanzengewebe Unwound plant tissue
Blatt-, Stamm-, Wurzel- und Knollenmaterial wurde sofort nach seiner Entfernung von der lebenden Pflanze aufgearbeitet oder in flüssigem Stickstoff eingefroren und bei -70°C gelagert. Leaf, stem, root and tuber material was processed immediately after its removal from the living plant or frozen in liquid nitrogen and stored at -70 ° C.
Aerobe Verwundung von Kartoffelknollen Aerobic wounding of potato tubers
Behandlung wie in "Verwundung" beschrieben, wobei während der Inkubation die Knollenscheiben nur leicht mit dem Phosphatpuffer benetzt waren. Nach der Inkubation war die Knollenoberfläche angebräunt. Treatment as described in "wounding", with the tuber discs being only slightly wetted with the phosphate buffer during the incubation. After the incubation, the tuber surface was browned.
Anaerobe Verwundung von Kartoffelknollen Anaerobic wounding of potato tubers
Behandlung wie in "Verwundung" beschrieben, wobei während der Inkubation die Knollenscheiben vollständig in Phosphatpuffer eingetaucht waren. Nach der Inkubation war die Knollenoberfläche weiß-gelblich hell. Treatment as described in "wounding", with the tuber disks completely immersed in phosphate buffer during the incubation. After the incubation, the tuber surface was white-yellowish light.
Expression von wun1-mRNA in pathogenbefallenen Kartoffelblättern Expression of wun1 mRNA in pathogen infested potato leaves
Blätter der Sorte "Datura" wurden an ihrem Blattstiel abgeschnitten und mit dem Stiel in Wasser gestellt. Anschließend wurden diese Blätter mit einer Phytophtorasporen-Suspension besprüht, um dann zu verschiedenen Zeiten von je einem Blatt die Gesamt-RNA zu isolieren und über einen "Northern-Slotblot" zu untersuchen. Drei verschiedene Ansätze wurden verwendet:
- Wasser, das die Sporen eines in Bezug auf Datura kompatiblen Phytophtora infestans-Stammes PJ1 enthält; "Datura" leaves were cut off on their petiole and placed in water with the stem. These leaves were then sprayed with a phytophore spore suspension, in order to isolate the total RNA from one leaf at different times and to examine it using a "Northern slot blot". Three different approaches were used: - water containing the spores of a Phytophtora infestans strain PJ1 compatible with Datura;
- Wasser, mit Sporen des in Bezug auf Datura inkompatiblen Phytophtora infestans-Starames PJ4; - water, with spores of Phytophtora infestans-Starames PJ4, which is incompatible with Datura;
- Wasser, ohne den Zusatz von Sporen (Kontrolle) - water, without the addition of spores (control)
Die densitometrischen Auswertungen der wun1-Hybridisierungsstärke ergab bereits zwei Stunden nach Behandlung der Blätter mit Wasser und Sporen der inkompatiblen Phytophtoraspezies einen 4-fachen Anstieg der wun1-mRNA Menge. Von der 4-ten bis 8-ten Stunde blieb die Expressionsmenge ungefähr gleich, bevor sie dann bis zur 30-sten Stunde sukzessive auf den 1,5 bis 2-fachen Wert zurückfiel. Das gleiche Expressionsverhalten zeigte wun1-mRNA auch bei der Verwendung von Wasser ohne Sporen (Kontrolle). The densitometric evaluations of the wun1 hybridization strength showed a 4-fold increase in the amount of wun1 mRNA just two hours after treatment of the leaves with water and spores of the incompatible phytophore species. From the 4th to the 8th hour, the amount of expression remained approximately the same before it gradually decreased to 1.5 to 2 times by the 30th hour. Wun1-mRNA showed the same expression behavior when using water without spores (control).
Bei dem analogen Versuchsansatz mit Wasser und kompatiblen Phytophtorasporen war 2 h nach Befall ein 4-facher wun1-mRNA Anstieg zu beobachten, der sich bis zur 10-ten h nur leicht reduzierte. Spätestens ab der 16-ten h erhöhte sich jedoch die Expression um das 6-fache des Kontrollwertes, um nach konstanter Steigerung nach 30 h den Faktor 9 zu erreichen. In the analogous test approach with water and compatible phytophore pores, a 4-fold increase in wun1 mRNA was observed 2 h after infection, which only decreased slightly until the 10 th h. From the 16th h at the latest, however, the expression increased by 6 times the control value in order to reach the factor 9 after a constant increase after 30 h.
Verwundung unter Zusatz von Kartoffelextrakt Injury with the addition of potato extract
Kartoffelknollen wurden ohne Zusatz von Puffern bei 4°C homogenisiert und 10 Minuten bei 10000 upm im SS34-Rotor zentrifugiert. Der überstand wurde 10 Minuten gekocht und nochmals zentrifugiert. Der klare überstand wurde im Verhältnis 1:10 zu 20mM Phosphatpuffer, pH 7,0 addiert und das zu testende Gewebe unter den normalen Bedingungen darin inkubiert. Potato tubers were homogenized without adding buffers at 4 ° C. and centrifuged for 10 minutes at 10,000 rpm in the SS34 rotor. The supernatant was boiled for 10 minutes and centrifuged again. The clear supernatant was added in a ratio of 1:10 to 20 mM phosphate buffer, pH 7.0 and the tissue to be tested was incubated therein under the normal conditions.
B e i s p i e l l B e i s p i e l l
RNA-Isolierung
Die Isolierung von RNA aus verschiedenen Organen der Kartoffel und des Tabaks wurden wie bei Logemann et al. in Anal. Biochem., 163:16-20 (1987) beschrieben durchgeführt. RNA isolation The isolation of RNA from various organs of the potato and tobacco was carried out as in Logemann et al. in anal. Biochem., 163: 16-20 (1987).
Die selektive Anreicherung von PolyA+RNA erfolgte mittels mAP- Papiers (Werner et al., Analytical Biochem. 141, 329-336 The selective enrichment of polyA + RNA was carried out using mAP paper (Werner et al., Analytical Biochem. 141, 329-336
(1984). (1984).
"Northern-Blot"-Analyse Northern blot analysis
Die RNA wurde auf einem 1,5 %-igen Formaldehyd-Agarose-Gel elektrophoretisch aufgetrennt (Lehrach et al., Biochemistry 16, 4743, (1977)). Wie bei Willmitzer et al., EMBO J. 1, 139-146,The RNA was electrophoresed on a 1.5% formaldehyde agarose gel (Lehrach et al., Biochemistry 16, 4743, (1977)). As with Willmitzer et al., EMBO J. 1, 139-146,
(1982) beschrieben, wurde anschließend die RNA auf Nitrozellulose transferiert, fixiert und gegen 32P*radioaktiv markierte cDNA hybridisiert, gewaschen und exponiert. DNA-Isolierung (1982), the RNA was then transferred to nitrocellulose, fixed and hybridized against 32 P * radiolabeled cDNA, washed and exposed. DNA isolation
Nukleäre DNA wurde nach der Methode von Bedbrook, PMB Newsletter II, 24 (1981) aus Kartoffelblättern gewonnen und für die Klonierung in LambdaPhagen EMBL4 verwandt. DNA aus transformiertem Gewebe Wurde nach dem kombinierten Aufbruch mit Triton X 100, SDS, und Proteinase K (Wassenegger, Dissertation, Köln (1988) ) gereinigt.
Nuclear DNA was obtained from potato leaves by the method of Bedbrook, PMB Newsletter II, 24 (1981) and used for cloning in LambdaPhagen EMBL4. DNA from transformed tissue was purified after the combined disruption with Triton X 100, SDS, and Proteinase K (Wassenegger, dissertation, Cologne (1988)).
"Southern-Blot"-Analyse Southern blot analysis
DNA wurde auf 0,8 bis 1,2 %-igen Agarosegelen elektrophoretisch getrennt, auf Nitrocellulose transferiert und fixiert DNA was electrophoretically separated on 0.8 to 1.2% agarose gels, transferred to nitrocellulose and fixed
(Southern, J. Mol. Biol. 98, 503-517 (1975)), sowie hybridisiert und gewaschen, wie bei Willmitzer et al. (1982) beschrieben. (Southern, J. Mol. Biol. 98, 503-517 (1975)), and hybridized and washed as described by Willmitzer et al. (1982).
"Run-off"-Experimente Run-off experiments
Eine Methode, die relativ genau zwischen diesen beiden Regulationstypen unterscheidet, ist die "Run-Off"-Methode. Hier werden Zellkerne aus verwundeten und unverwundeten Knollen isoliert, von ihnen neu synthetisierte mRNA radioaktiv puls-markiert und gegen Einzelstrang-DNA der einzelnen Klone hybridisiert. In Zellkernen aus unverwundeten Klonen wurde keine wun1-mRNA produziert, dagegen in Zellkernen aus verwundeten Knollen in hohen Mengen. One method that makes a relatively precise distinction between these two types of regulation is the "run-off" method. Cell nuclei are isolated from wounded and unwound tubers, newly synthesized mRNA is radio-labeled by them and hybridized against single-stranded DNA from the individual clones. No wun1 mRNA was produced in cell nuclei from unwounded clones, but in large numbers in cell nuclei from wounded tubers.
Die Isolierung von Zellkernen aus Kartoffelknollen, sowie die anschließende in-vitro-Transkription wurde nach Willmitzer et al., Nucl. Acids Res. 9, 19 (1981) durchgeführt. Die auf diese Weise erhaltenen radioaktiv markierten RNA-Transkripte wurden gegen bidirektional in M13 klonierte cDNA-Klone hybridisiert. The isolation of cell nuclei from potato tubers and the subsequent in vitro transcription was carried out according to Willmitzer et al., Nucl. Acids Res. 9, 19 (1981). The radioactively labeled RNA transcripts obtained in this way were hybridized against cDNA clones cloned bidirectionally in M13.
Proteinisolierung und Auftrennung Protein isolation and separation
Die Isolierung von Proteinen aus Kartoffelknollen sowie deren ein- und zweidimensionale gelelektrophoretische Auftrennung ist bei Mayer et al., Plant Cell Reports 6, 77-81 (1987) beschrieben. The isolation of proteins from potato tubers and their one- and two-dimensional gel electrophoretic separation is described in Mayer et al., Plant Cell Reports 6, 77-81 (1987).
B e i s p i e l 2 "Hybrid-releasec-translation"-Experimente
Das 800 bp Fragment des cDNA-Klons wun1-25A2 und das 700 bp Fragment des cDNA-Klons wun2-29C12 wurden über die Pstl Example 2 "Hybrid-releasec-translation" experiments The 800 bp fragment of the cDNA clone wun1-25A2 and the 700 bp fragment of the cDNA clone wun2-29C12 were obtained via Pstl
Schnittstelle in M13mpl8 kloniert. Die Orientierung der Insertionen in den M13-Klonen wurde durch Komplementations- Analysen (Messing, in: Genetic Engineering of Plants, (1983) Plenum Press, New York, 1983) bestimmt. Die Identifizierung der M13-Klone mit dem kodogenen Strang erfolgte durch ein positives Hybridisierungsverhalten gegen radioaktiv markierte polyA+RNA aus verwundeten Kartoffelknollen. Interface cloned in M13mpl8. The orientation of the inserts in the M13 clones was determined by complementation analyzes (Messing, in: Genetic Engineering of Plants, (1983) Plenum Press, New York, 1983). The M13 clones with the codogenic strand were identified by positive hybridization behavior against radioactively labeled polyA + RNA from wounded potato tubers.
Die lsolierung von Einzelstrang-DNA aus M13-Phagen (sie enthält den kodogenen Strang), die Fixierung dieser DNA auf Nitrocellulose und Hybridisierung gegen Kartoffelknollen-RNA sowie das Waschen und Freisetzen der selektierten RNA ist bei Maniatis et al. (1982) beschrieben. Die selektierte RNA sowie aus Kartoffelknollen isolierte polyA+RNA wurden in einem Kaninchen-The isolation of single-stranded DNA from M13 phages (it contains the codogenic strand), the fixation of this DNA to nitrocellulose and hybridization against potato tuber RNA, and the washing and release of the selected RNA is described in Maniatis et al. (1982). The selected RNA and polyA + RNA isolated from potato tubers were harvested in a rabbit
Retikulozytenlysat (Pelham und Jackson, Eur. J. Biochem. 67, 247 (1976)) m Anwesenheit von 35S-Methionin translatiert. Die ein- bzw. zweidimensionale elektrophoretische Auftrennung auf einem Polyacrylamid-Gel erfolgte nach Mayer et al. (1987). Reticulocyte lysate (Pelham and Jackson, Eur. J. Biochem. 67, 247 (1976)) translated in the presence of 35 S-methionine. The one- or two-dimensional electrophoretic separation on a polyacrylamide gel was carried out according to Mayer et al. (1987).
B e i s p i e l 3 Example 3
Erstellen und Untersuchen einer genomischen Bank Create and examine a genomic bank
Isolierung der genomischen DNA: Isolation of genomic DNA:
Als genomische Kartoffel-DNA diente nach der Methode von Bedbrook (1981) isolierte Blatt-DNA der haploiden Linie AM Leaf DNA of the haploid line AM isolated according to the Bedbrook (1981) method was used as the genomic potato DNA
80/5793. 80/5793.
Diese DNA wurde vollständig mit EcoRI verdaut. This DNA was digested completely with EcoRI.
Isolierung der Phagen-DNA: Isolation of phage DNA:
EMBL4-DNA wurde mit EcoRI in drei Fragmente zerschnitten, wobei über gelelektrophoretische Auftrennung mit anschließender Frag
mentisolierung die beiden Vektorarme von dem Mittelfragment getrennt werden konnten. Zusätzlich wurden auch kommerziell erhältliche und gereinigte EMBL4-Arme verwandt (Amersham). EMBL4-DNA was cut into three fragments with EcoRI, using gel electrophoretic separation followed by Frag ment isolation the two vector arms could be separated from the middle fragment. In addition, commercially available and cleaned EMBL4 arms were used (Amersham).
Ligation und Verpackung: Ligation and packaging:
Nach erfolgter Ligation der EMBL4-Arme mit der EcoRI verdauten genomischen DNA wurde die ligierte, hochmolekulare DNA in vitro in Phagenköpfe verpackt (Hohn und Murray, Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 74, 3259-63, (1977); Hohn, Meth. Enzym. 68, 299-309 After ligation of the EMBL4 arms with the EcoRI digested genomic DNA, the ligated, high-molecular DNA was packaged in vitro in phage heads (Hohn and Murray, Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 74, 3259-63, (1977); Hohn , Meth. Enzyme. 68, 299-309
(1979)). Das Verpackungsmaterial stammt aus einem "Lambda in vitro packaging kit" der Firma Amersham. Die genomische Bank wurde mit einer Konzentration von 25000 plagues pro Platte (1979)). The packaging material comes from a "Lambda in vitro packaging kit" from Amersham. The genomic library was created with a concentration of 25,000 plagues per plate
(25x25cm) ausplattiert. (25x25cm) plated.
Plaquehybridisierung: Plaque hybridization:
Das Auffinden cDNA-homologer Lambda-Klone erfolgte durch The cDNA homologous lambda clones were found by
Plaquehybridisierung nach Benton und Davies, Science 196, 180 (1977) mittels radioaktiv markierter cDNA. Positiv hybridisierende Plagues wurden vereinzelt und nochmalig getestet. Plaque hybridization according to Benton and Davies, Science 196, 180 (1977) using radioactively labeled cDNA. Plagues that hybridized positively were isolated and tested again.
DNA-Präparation rekombinanter Phagen: DNA preparation of recombinant phages:
20 ml einer C600-lysierten Bakterienkultur wurden mit Chloroform versetzt, um nach anschließender Zentrifugation einen bakterienfreien überstand zu erhalten. Das Sedimentieren der Phagen aus dem Überstand erfolgte durch 4-stündiges Zentrifugieren bei 10000 upm. Das Phagen-Sediment wurde in 500 μl Phagen-Puffer (10 mM Tris-HCl, pH 8,0, 10 mM MgCl2) aufgenommen und mit DNase und RNase behandelt. Nach der Extraktion der DNA durch mehrmaliges Phenolisieren, wurde die Phagen-DNA EtOH-präzipitiert, mit 70 %-igem EtOH gewaschen und in TE aufgenommen. Chloroform was added to 20 ml of a C600-lysed bacterial culture in order to obtain a bacteria-free supernatant after subsequent centrifugation. The phages were sedimented from the supernatant by centrifugation at 10,000 rpm for 4 hours. The phage sediment was taken up in 500 μl phage buffer (10 mM Tris-HCl, pH 8.0, 10 mM MgCl 2 ) and treated with DNase and RNase. After extraction of the DNA by repeated phenolization, the phage DNA was EtOH-precipitated, washed with 70% EtOH and taken up in TE.
B e i s p i e l 4 Example 4
Erzeugung von Deletionsmutanten nach Exonuklease-III-Behandlung Das zu untersuchende Fragment wurde nach Henikoff et al., Gene 28, 351-359, (1984) in beiden Orientierungen in M13mp19 klo
niert. Da die Exonuclease III 5'-überstehende Enden abverdaut, jedoch 3'-überstehende Enden verschont, wurden 20 μg der zu analysierenden DNA mit zwei Restriktionsenzymen verdaut, die auf den Seiten des klonierten Fragments je ein 5'- und ein 3'-Ende erzeugten. Da das 5'-Ende dem Fragment zugewandt war, konnte eine Exonuclease-Verdauung in das Fragment hinein erfolgen. Durch sukzessives Stoppen dieser Reaktion konnten jeweils 200 bp kleinere Fragmente isoliert werden, deren überstehende Enden durch eine nachfolgende S1-Behandlung in ligierbare glatte Enden umgewandelt wurden. Zuletzt folgte die Transformation dieser DNA in BMH 7118-Zellen mit anschließender Einzelstrang-DNA-Isolierung. Generation of deletion mutants after exonuclease III treatment. The fragment to be examined was, according to Henikoff et al., Gene 28, 351-359, (1984) in both orientations in M13mp19 klo kidney. Since exonuclease III digested 5 'protruding ends, but spared 3' protruding ends, 20 μg of the DNA to be analyzed were digested with two restriction enzymes, which produced a 5 'and a 3' end on the side of the cloned fragment . Since the 5 'end was facing the fragment, exonuclease digestion could take place into the fragment. By gradually stopping this reaction, 200 bp smaller fragments could be isolated, the protruding ends of which were converted into ligatable blunt ends by a subsequent S1 treatment. Finally, this DNA was transformed into BMH 7118 cells with subsequent single-strand DNA isolation.
Sequenzierung Sequencing
Die Sequenzierung von Einzelstrang-DNA wurde nach der Kettenabbruch-Methode von Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Sei. USA 74, 5463, (1977) durchgeführt. Die Auftrennung der Reaktionsansätze erfolgte auf 6 und 8 %-igen Seguenzgelen (Ansorge und de Mayer, J. Chromatogr. 202, 45-53 (1980); Ansorge und Barker, J. Biochem. Biophys. Meth. 9, 33 (1984)). Sequencing of single-stranded DNA was carried out according to the chain termination method of Sanger et al., Proc. Natl. Acad. Be. USA 74, 5463, (1977). The reaction batches were separated on 6 and 8% seguence gels (Ansorge and de Mayer, J. Chromatogr. 202, 45-53 (1980); Ansorge and Barker, J. Biochem. Biophys. Meth. 9, 33 (1984) ).
Klonierung und Sequenzierung von wun1-25A2 Cloning and sequencing of wun1-25A2
Das etwa 711 bp große Insert des Klons wun1-25A2 wurde über die Pstl-Schnittstellen in den M13mp19-Vektor kloniert, wobei die Orientierung des Inserts über die asymmetrische Xhol-Schnittstelle ermittelt wurde. Die in der Orientierung des Inserts unterschiedlichen Klone 25A2-4-mp19 und 25A-5-mp19 wurden mit Kpnl/Xbal geschnitten, um eine bidirektionale ExonukleaselllVerdauung in das Fragment hinein zu ermöglichen. Verschieden große Deletionsklone konnten durch sukzessives Stoppen der Exonukleasereaktion erhalten werden, die als gereiiigte Einzelstrang-DNA zur Sequenzierung nach der Methode von Sanger et al. (1977) dienten.
B e i s p i e l 5 The approximately 711 bp insert of the clone wun1-25A2 was cloned into the M13mp19 vector via the PstI sites, the orientation of the insert being determined via the asymmetric Xhol site. The clones 25A2-4-mp19 and 25A-5-mp19, which differed in the orientation of the insert, were cut with Kpnl / Xbal in order to enable bidirectional exonuclease digestion into the fragment. Deletion clones of different sizes could be obtained by successively stopping the exonuclease reaction, which was prepared as a single-stranded DNA for sequencing according to the method of Sanger et al. (1977) served. Example 5
S1-Analyse S1 analysis
Das Prinzip der S1-Nuklease-Kartierung zur Bestimmung des The principle of S1 nuclease mapping to determine the
Transkriptionsstartpunkts basiert darauf, daß durch eine Hybridisierung von Einzelstrang-DNA aus dem 5'-Bereich des wun1- Gens mit wun1-mRNA nur die Bereiche vor einem Abbau der einzelstrangspezifischen Nuklease Sl geschützt sind, die aufgrund ihrer Homologie einen Doppelstrang ausbilden können. Die Größe des geschützten DNA-Fragments kann auf einem Sequenzgel ermittelt werden und somit der Transkriptionsstart zurückverfolgt werden. Starting point of the transcription is based on the fact that by hybridizing single-stranded DNA from the 5 'region of the wun1 gene with wun1-mRNA, only those regions are protected against degradation of the single-stranded nuclease S1 which, due to their homology, can form a double strand. The size of the protected DNA fragment can be determined on a sequence gel and the start of transcription can thus be traced back.
Die Bestimmung des Transkriptionsstartpunktes wurde nach Berk und Sharp, Proc. Natl. Acad. Sei. USA 75, -1274 (1987), durchgeführt. Dazu wurde aus dem Plasmid pLS000 mit EcoRI und Xhol das 1,2 kb Fragment isoliert und durch Behandlung mit Phosphatase dephosphoryliert. Anschließend erfolgte eine radioaktive Markierung der 5'OH-Enden durch die Kombination von Polynukleotidkinase und y- 32-P-ATP. Nach Denaturierung der DNA-Fragmente wurden diese mit 50 μg Gesamt-RNA hybridisiert (Hybridisierungspuffer: 80 %. Formamid, 0,4 mM NaCl, 40 mM PIPES pH 6,4 und 1 mM EDTA). Diese Bedingung begünstigt RNA-DNA-Hybride im Vergleich zu DNA-DNA-Hybriden (Casey und Davidson, Nucl. Acids Res. 4, 1539-1552 (1977)). Die Hybridisierungstemperatur beginnt bei 80°C und wird über Nacht auf 40°C gesenkt. Eine anschließende S1-Nuclease Verdauung (120 U/ml) entfernt ungepaarte Stränge. Es wurde erwartet, daß die im 5'-untranslatierten Bereich des wun1-Gens gelegene und radioaktiv markierte Xhol Schnittstelle durch ihre Homologie zur mRNA geschützt ist. Zuletzt wird der S1-geschützte DNA-Strang auf einem Sequenzgel elektrophoretisch aufgetrennt, wobei als Längenvergleich die Sequenz eines bekannten DNA-Fragments dient.
B e i s p i e l 6 The transcription start point was determined according to Berk and Sharp, Proc. Natl. Acad. Be. USA 75, -1274 (1987). For this purpose, the 1.2 kb fragment was isolated from the plasmid pLS000 with EcoRI and Xhol and dephosphorylated by treatment with phosphatase. The 5'OH ends were then radiolabeled by the combination of polynucleotide kinase and y- 32 -P-ATP. After denaturing the DNA fragments, they were hybridized with 50 μg total RNA (hybridization buffer: 80%. Formamide, 0.4 mM NaCl, 40 mM PIPES pH 6.4 and 1 mM EDTA). This condition favors RNA-DNA hybrids compared to DNA-DNA hybrids (Casey and Davidson, Nucl. Acids Res. 4, 1539-1552 (1977)). The hybridization temperature starts at 80 ° C and is reduced to 40 ° C overnight. A subsequent S1 nuclease digestion (120 U / ml) removes unpaired strands. It was expected that the radioactive labeled Xhol site located in the 5'-untranslated region of the wun1 gene would be protected by its homology to the mRNA. Finally, the S1-protected DNA strand is separated electrophoretically on a sequence gel, the sequence of a known DNA fragment serving as a length comparison. Example 6
Transiente Expression in Kartoffelprotoplasten Transient expression in potato protoplasts
Je 20 μg hochgereinigte (CsCl-Gradient) Plasmid-DNA wird in PEG/CaCl2-behandelte Kartoffelprotoplasten transformiert Each 20 μg of highly purified (CsCl gradient) plasmid DNA is transformed into PEG / CaCl 2 -treated potato protoplasts
(Lipphardt, Dissertation, Köln, 1988). Die Protoplasten stammen aus einer Kartoffelstengel-Suspensionskultur der Sorte Datura. (Lipphardt, dissertation, Cologne, 1988). The protoplasts come from a potato stem suspension culture of the Datura variety.
Transiente Expression in Reisprotoplasten Transient expression in rice protoplasts
20 μg hochgereinigte (CsCl-Gradient) Plasmid-DNA werden nach einer modifizierten Methode von Lörz et al., Mol. Gen. Genet. 199, 178-182 (1985), transformiert. Verändert wurden die 20 μg of highly purified (CsCl gradient) plasmid DNA are obtained according to a modified method by Lörz et al., Mol. Gen. Genet. 199: 178-182 (1985). The have been changed
Konzentrationen an Polyethylenglycol und Osmotikum. Polyethylene glycol and osmotic concentrations.
B e i s p i e l 7 Example 7
DNA-Transfer in Agrobakterien DNA transfer in agrobacteria
Konjugation: Conjugation:
Die in E. coli klonierte DNA wurde nach der von Van Haute et al. (1983) beschriebenen Methode mittels des Helferstammes GJ23 in den Agrobakterienstamm 3850, transferiert. The DNA cloned in E. coli was prepared according to the method described by Van Haute et al. (1983) transferred the method using the helper strain GJ23 into the agrobacterial strain 3850.
DNA-Analyse von Agrobakterien: DNA analysis of agrobacteria:
Die Überprüfung des DNA-Transfers in das Agrobacterium erfolgte durch die Isolierung von Agrobakterien DNA nach der von Murray und Thompson, Nucl. Acid Res. 8, 4321-4325 (1980) geschilderten Methode. Restriktionsspaltung der DNA, der Transfer auf Nitrocellulose und die Hybridisierung gegen die entsprechende radioaktive Sonde gaben Aufschluß über einen erfolgreichen The DNA transfer into the Agrobacterium was checked by isolating Agrobacteria DNA according to that of Murray and Thompson, Nucl. Acid Res. 8, 4321-4325 (1980). Restriction cleavage of the DNA, transfer to nitrocellulose and hybridization against the corresponding radioactive probe gave information about a successful one
DNA-Transfer ins Agrobacterium.
B e i s p i e l 8 DNA transfer to Agrobacterium. Example 8
Transformation von Tabak Transformation of tobacco
Anzucht der Agrobakterien: Cultivation of agrobacteria:
Die zur Infektion benötigten Agrobakterien 3850Km wurden in selektivem Antibiotika-Medium angezogen (Zambrisky et al., 1983) durch Zentrifugation sedimentiert und in YEB-Mediumohne Antibiotika gewaschen. Nach erneuter Sedimentation und Aufnahme in YEB-Medium konnten die Bakterien zur Infektion verwandt werden. The 3850 km agrobacteria required for infection were grown in selective antibiotic medium (Zambrisky et al., 1983), sedimented by centrifugation and washed in YEB medium without antibiotics. After renewed sedimentation and absorption in YEB medium, the bacteria could be used for infection.
Blattscheiben-Infektion: Leaf disk infection:
Für die Blattscheiben-Infektion wurden sterile Blätter der Tabaklinien SNN und W38 verwendet. Etwa 1 cm große Blattstücke wurden durch 10-minütige Inkubation in 0,1 % HgCl2, 0,1 % SDS sterilisiert und dreimal in sterilem Wasser gewaschen . Es folgte das Eintauchen in eine wie oben beschriebene Agrobakteriensuspension mit anschließender Überführung auf 3MS-Medium. Nach 2-tägiger Inkubation bei 16 h unter Licht und bei 25 bis 27°C wurden die Blattstücke mehrmals in flüssigem 3MS-Medium gewaschen und auf 3MSC-Medium überführt. Nach 4-6 Wochen erscheinende Sprosse wurden abgeschnitten und auf 2MSC-Medium inkubiert. Als weiterer Nachweis einer erfolgreichen Transformation wurde der Nopalin-Test durchgeführt. Sterile leaves of the tobacco lines SNN and W38 were used for the leaf disc infection. Pieces of sheet about 1 cm in size were sterilized by incubation in 0.1% HgCl 2 , 0.1% SDS for 10 minutes and washed three times in sterile water. This was followed by immersion in an agrobacterial suspension as described above, followed by transfer to 3MS medium. After 2 days of incubation at 16 h under light and at 25 to 27 ° C., the leaf pieces were washed several times in liquid 3MS medium and transferred to 3MSC medium. Shoots appearing after 4-6 weeks were cut off and incubated on 2MSC medium. The Nopalin test was carried out as further proof of a successful transformation.
Analyse der transformierten Pflanzen Analysis of the transformed plants
Nachweis von Nopalin-Synthase-Aktivität: Detection of nopaline synthase activity:
Der Nachweis von Nopalin-Synthase-Aktivität in transformierten Pflanzenblättern wurde nach Otten und Schilperoort, Biochem. Biophys. Acta 527, 497 (1978) durchgeführt. The detection of nopaline synthase activity in transformed plant leaves was carried out according to Otten and Schilperoort, Biochem. Biophys. Acta 527, 497 (1978).
Nachweis von NPT-II-Aktivität: Detection of NPT-II activity:
Die NPT-II-Aktivität in transformierten Pflanzen wurde nach Reiss et al., Gene 30, 217-223 (1984) und Schreier et al., EMBO J. 4, 25-32 (1985) nachgewiesen.
Nachweis von CAT-Aktivität: NPT-II activity in transformed plants was detected according to Reiss et al., Gene 30, 217-223 (1984) and Schreier et al., EMBO J. 4, 25-32 (1985). Evidence of CAT activity:
Chloramphenicol-Acetyl-Transferase(CAT)Aktivität wurde nach den Methoden von Veiten und Schell, Nuc. Acids, Res. 13, 6981-6997 (1985) und Herrera-Estrella et al., EMBO J. 2, 987 (1983) nachgewiesen. Chloramphenicol acetyl transferase (CAT) activity was determined by the methods of Veiten and Schell, Nuc. Acids, Res. 13, 6981-6997 (1985) and Herrera-Estrella et al., EMBO J. 2, 987 (1983).
Beispiel 9 Example 9
Optimierung des wun1-Promotors durch Fusion mit dem TR-Promotor (TR1'wun1). Optimization of the wun1 promoter by fusion with the TR promoter (TR1'wun1).
Bezüglich der verwendeten Medien wird auf die Beispiele 1-8 verwiesen. With regard to the media used, reference is made to Examples 1-8.
2.1.4. Stämme und Vektoren 2.1.4. Tribes and vectors
Agrobakterienstämme GV3101pmp90RK (Koncz, C, und Schell, J. "The promotor of TL-DNA gene 5 controls the tissue-specific expression of chimaeric genes carried by a novel type of Agrobacterium binary vetor", (1986), Mol. Gen. Gent. 204:383-396) .
Agrobacterial strains GV3101pmp90RK (Koncz, C, and Schell, J. "The promotor of TL-DNA gene 5 controls the tissue-specific expression of chimaeric genes carried by a novel type of Agrobacterium binary vetor", (1986), Mol. Gen. Gent 204: 383-396).
Plasmide: pPCV720 (bisher nicht publiziertes Plasmid von Plasmids: pPCV720 (previously unpublished plasmid of
Dr. Koncz, MPI f. Züchtungsforschung, Köln) Dr. Koncz, MPI f. Breeding Research, Cologne)
35S-GUS = pRT99-GUS (Töpfer, R., Schell, J. und 35S-GUS = pRT99-GUS (Töpfer, R., Schell, J. and
Steinbiß, H.H. "Versatile cloning vectors for transient gene expression and direct gene transfer in plant cells." (1988) wun1-GUS (Siebertz, B., Logemann, J., Willmitzer, Steinbiß, H.H. "Versatile cloning vectors for transient gene expression and direct gene transfer in plant cells." (1988) wun1-CUS (Siebertz, B., Logemann, J., Willmitzer,
L., Schell, J. "Cis-analysis of the woundinducible promoter wun1 in transgenic tobacco plants and histochemical localisation of its expression". The Plant Cell, im Druck (1989) TR1'-wun1-GUS (Logemann et al., im Druck) L., Schell, J. "Cis-analysis of the wound-inducible promoter wun1 in transgenic tobacco plants and histochemical localization of its expression". The Plant Cell, in press (1989) TR1'-wun1-GUS (Logemann et al., In press)
TR1'-GUS (Logemann et al., im Druck) TR1'-GUS (Logemann et al., In press)
Pflanzen: Plants:
Nicotiana tabacum Wisconsin 38 (W38) Nicotiana tabacum Wisconsin 38 (W38)
Methoden Methods
Alle molekularbiologischen Standard-Methoden, wie z. B. All molecular biological standard methods, such as B.
Restriktionsanalyse, Plasmidisolierung, Minipräparation von Plasmid-DNA, Transformation von Bakterien u.s.w. sind, sofern nicht anders angegeben, wie bei Maniatis et al., (1982) Restriction analysis, plasmid isolation, mini-preparation of plasmid DNA, transformation of bacteria, etc. unless otherwise stated, are as described in Maniatis et al., (1982)
beschrieben durchgeführt worden. described.
Verwundetes und unverwundetes Pflanzengewebe wurde wie in den Beispielen 1-8 beschrieben hergestellt.
Bezüglich der RNA-Isolierung, der "Northern-Blot"Analyse, der DNA-Isolierung, der transienten Expression in Reisprotoplasten, der "Southern-Blot'Αnalyse und der DNA-Analyse von Agrobakterien wird ebenfalls auf die Beispiele 1-8 verwiesen. Wounded and unwounded plant tissue was prepared as described in Examples 1-8. With regard to RNA isolation, "Northern blot" analysis, DNA isolation, transient expression in rice protoplasts, "Southern blot" analysis and DNA analysis of agrobacteria, reference is also made to Examples 1-8.
DNA-Transfer in Agrobakterien DNA transfer in agrobacteria
Transformation transformation
Die in E. coli klonierte DNA wurde nach der von Van Houte, E., Joos, H., Maes, M., Warren G., Van Montagu, M., Schell, J. The DNA cloned in E. coli was prepared according to that of Van Houte, E., Joos, H., Maes, M., Warren G., Van Montagu, M., Schell, J.
"Intergenic transfer and exchange recombination of restriction fragments cloned in pBR322: a novel strategy for reversed genetics of Ti-plasmids of Agrobacterium tumefaciens", EMBO J., 2:411-418 beschriebenen Methode mittels des Helferstammes S17-1 in den Agrobacterienstamm GV3101pmp90RK transferiert. "Intergenic transfer and exchange recombination of restriction fragments cloned in pBR322: a novel strategy for reversed genetics of Ti-plasmids of Agrobacterium tumefaciens", EMBO J., 2: 411-418 transferred method using helper strain S17-1 into the Agrobacterium strain GV3101pmp90RK .
Transformation von Tabak Transformation of tobacco
Anzucht der Agrobakterien Cultivation of agrobacteria
Die Agrobakterien GV3101pmp90RK, die das gewünschte Plasmid enthalten, wurden in selektivem Antibiotika-Medium (Hygromacin) angezogen, durch Zentrifugation sedimentiert und in YEB-Medium (Maniatis et al, 1982) ohne Antibiotika gewaschen. Nach erneuter Sedimentation und Aufnahme in YEB-Medium konnten die Bakterien zur Infektion verwandt werden. The GV3101pmp90RK agrobacteria, which contain the desired plasmid, were grown in selective antibiotic medium (hygromacin), sedimented by centrifugation and washed in YEB medium (Maniatis et al, 1982) without antibiotics. After renewed sedimentation and absorption in YEB medium, the bacteria could be used for infection.
Blattscheiben-Infektion Leaf disk infection
Es wurde wie in Beispiel 8 beschrieben gearbeitet, jedoch ohne Anwendung des Nopalin-Tests.
Analyse der transformierten Pflanzen The procedure was as described in Example 8, but without using the Nopalin test. Analysis of the transformed plants
Nachweis von GUS-Aktivität Evidence of GUS activity
A: Der fluoromoetrische Nachweis von beta-glucoronidase- A: The fluorometric detection of beta-glucoronidase
Aktivität (GUS-Aktivität) erfolgt nach de Mehode von Activity (GUS activity) takes place after de Mehode of
Jefferson, A.R., Kavanagh, T.A., Bevan, M.W. "Gus-Fusions: Jefferson, A.R., Kavanagh, T.A., Bevan, M.W. "Gus mergers:
ß-Glucuronidase as a sensitive and versatile gene fusion marker in higher plants", EMBO J. 6:3901-3907 (1987). β-Glucuronidase as a sensitive and versatile gene fusion marker in higher plants ", EMBO J. 6: 3901-3907 (1987).
B: Der färbetechnische Nachweis von GUS-Aktivität in Geweben efolgte mittels einer X-Gluc Färbelösung. X-Gluc Lösung: B: The detection of GUS activity in tissues by means of an X-Gluc staining solution was carried out. X-Gluc solution:
1-2 mM X-Gluc (5-Bromo-4-chloro-3-indolyl-glucuronid), und 1-2 mM X-Gluc (5-bromo-4-chloro-3-indolyl-glucuronide), and
Dirnethylformamid werden in 50 mM Phosphat-Puffer pH 7,0 Dirnethylformamide are pH 50 in 50 mM phosphate buffer
gelöst. solved.
- Verwundetes Gewebe: - Wounded tissue:
Dünne Gewebeschnitte werden inkubiert wie unter "Verwundetes Pflanzengewebe" beschrieben und anschließend in X-Gluc Lösung über Nacht bei 37°C gefärbt. Zuletzt wird durch Zugabe von 100% Methanol bei 60°C das Chlorophyll entfernt. Thin tissue sections are incubated as described under "wounded plant tissue" and then stained in X-Gluc solution overnight at 37 ° C. Finally, the chlorophyll is removed by adding 100% methanol at 60 ° C.
-Unverwundetes Gewebe: -Unwounded tissue:
Dünne Gewebeschnitte werden in X-Gluc Lösung inkubiert, die zusätzlich den translationellen Inhibitor Cycloheximid (1,8 mM) enthält. Inkubationsdauer und Methanol-Behandlung ist identisch mit dem verwundetem Gewebe. Thin tissue sections are incubated in X-Gluc solution, which also contains the translational inhibitor cycloheximide (1.8 mM). Incubation period and methanol treatment is identical to the wounded tissue.
-X-Gluc Färbung von Pollen: -X-Gluc staining of pollen:
Pollen wurden über Nacht bei 28°C in 30%iger Saccharose Pollen was grown overnight at 28 ° C in 30% sucrose
inkubiert, was zur Ausprägung von Pollenschläuchen führt. incubated, which leads to the formation of pollen tubes.
Anschließend wird doppelt konzentrierte 30%ige X-Gluc Lösung addiert und der Pollen über Nacht bei 28°C inkubiert. Then double-concentrated 30% X-Gluc solution is added and the pollen is incubated at 28 ° C. overnight.
Alternativ werden Pollenkörner direkt in X-Gluc inkubiert.
ohne daß es zur Ausprägung von Pollenschläuchen kommt. Alternatively, pollen grains are incubated directly in X-Gluc. without the formation of pollen tubes.
E r g e b n i s s e Results
Organisation von TR1'-wun1-Gus, TR1'-GUS und wun1-GUS (Fig. 12). wun1-GUS: Organization of TR1'-wun1-Gus, TR1'-GUS and wun1-GUS (Fig. 12). wun1-CUS:
1022 bp des wun1-Promotors und 178 bp des wun1 5' untranslatierten Bereichs werden transkriptionell mit dem beta- Glucuronidase-Gen (GUS) fusioniert. Als Terminationssequenz dient das poly-Adenylierungssignal (pA) des Nopaline-synthaseGens (NOS). TR1'-GUS: 1022 bp of the wun1 promoter and 178 bp of the wun1 5 'untranslated region are transcriptionally fused to the beta-glucuronidase gene (GUS). The poly-adenylation signal (pA) of the nopaline synthase gene (NOS) serves as the termination sequence. TR1'-GUS:
Der TR1'-Promotor wird transkriptioneil mit dem GUS-Gen The TR1 'promoter becomes transcriptional with the GUS gene
fusioniert und durch das pA-Signal des NOS-Gens terminiert. TR1'-wun1-GUS: fused and terminated by the pA signal of the NOS gene. TR1'-wun1-GUS:
Hinter den 1'-Promotor des TR-Promotors ist das pA-Signal des Octopine-synthase-Gens (OCS) kloniert, um eine Transkription durch den wun1-Promotor hindurch zu verhindern. Hinter dem OCS pA-Signal liegt der wun1-Promotor (1022 bp), der (in Homologie zu der wun1-GUS Konstruktion) über 179 bp des The pA signal of the octopine synthase gene (OCS) is cloned behind the 1 'promoter of the TR promoter in order to prevent transcription through the wun1 promoter. Behind the OCS pA signal lies the wun1 promoter (1022 bp), which (in homology to the wun1-GUS construction) over 179 bp des
untranslatierten 5 'Bereichs des wun1-Gens mit dem GUS-Gen transkriptioneil fusioniert vorliegt. Als Terminationssequenz für das GUS-Gen dient das pA-Signal des 35-S Gens. untranslated 5 'region of the wun1 gene is fused to the GUS gene transcriptionally. The pA signal of the 35-S gene serves as the termination sequence for the GUS gene.
Diese Konstruktion (TR1'-wun1-GUS) liegt in dem binären This construction (TR1'-wun1-GUS) lies in the binary
Vektor pPCV720 vor, der sich selbst sowohl in E.coli als auch in Agrobakterien (mit Hilfe eines Helferplasmids) replizieren kann. Vector pPCV720, which can replicate itself both in E. coli and in agrobacteria (with the help of a helper plasmid).
RNA-Analyse von TR1' -wun1-GUS transgenem Tabak RNA analysis of TR1 '-wun1-GUS transgenic tobacco
RNA aus verwundeten und aus unverwundeten Blättern verschiedener TR1'-wun1-GUS transgener Tabakpflanzen sowie aus wun1-GUS und 35S-GUS Blättern wurde isoliert und gegen radioaktiv markierte
GUS-DNA hybridisiert. RNA from wounded and from unwounded leaves of various TR1'-wun1-GUS transgenic tobacco plants as well as from wun1-GUS and 35S-GUS leaves was isolated and radioactively labeled GUS-DNA hybridizes.
Wie der Northers-Blot in Fig. 13 zeigt, ist 1. die GUS-mRNA in transgenen TR1'wun1-GUS-Blättern genauso groß wie in wun1-GUS transgenen Blättern. Offensichtlich wird in beiden Konstrukten der gleiche Transkriptionsstart benutzt. As the Northers blot in FIG. 13 shows, 1. the GUS mRNA in transgenic TR1'wun1-GUS leaves is as large as in wun1-GUS transgenic leaves. Obviously, the same transcription start is used in both constructs.
2. die Menge an RNA ist sowohl bei TR1'-wun1-GUS-Pflanzen als auch bei wun1-GUS Pflanzen in verwundeten Blättern höher als in unverwundeten Blättern. Die für wun1-GUS bereits bekannte Verwundungsinduzierbarkeit bestätigt sich somit auch für TR1'-wun1- GUS. 2. The amount of RNA is higher both in TR1'-wun1-GUS plants and in wun1-GUS plants in wounded leaves than in unwounded leaves. The wound inducibility already known for wun1-GUS is thus also confirmed for TR1'-wun1-GUS.
3. bei einem mengenmäßigen RNA-Vergleich ist zu erkennen, daß in verwundeten TR1'-wun1-GUS transgenen Blättern teilweise mehr RNA zu finden ist als in 35S-GUS transgenen Blättern. Da der 35S- Promotor zu einem der stärksten in Pflanzen aktiven Promotoren zählt, ist der TR1'-wun1-Promotor ebenfalls so einzuschätzen. 3. In a quantitative RNA comparison it can be seen that in wounded TR1'-wun1-GUS transgenic leaves there is sometimes more RNA than in 35S-GUS transgenic leaves. Since the 35S promoter is one of the strongest promoters active in plants, the TR1'-wun1 promoter should also be assessed in this way.
Analyse der GUS-Aktivität in transgenem Tabak Analysis of GUS activity in transgenic tobacco
Eine quantitative Analyse der GUS-Aktivität transgener TR1'- wun1-GUS Pflanzen zeigt, daß der TR2'1'-wun1-Promotor in transgenen Blättern durch Verwundung um den Faktor 2 bis 13fach induzierbar ist (im Durchschnitt etwa 6fach). Dies entspricht ungefähr der Wundinduzierbarkeit des wun1-Promotors in transgenen Blättern (Logemann J., Lipphardt S., Lörz H., Häuser I., Willmitzer L. und Schell J. "5'upstream seguences from the wun1-gene are responsible for gene activation by wounding in transgenic plants" The Plant Cell 1:151-158 (1989A)). Analog zu transgenen wun1-GUS Tabakpflanzen ist die Wundinduzierbarkeit in den oberen, jungen Blättern am höchsten, in unteren, alten Blättern am niedrigsten. Ursache für diese Unterschiede in der Induzierbarkeit ist die von oben nach unten zunehmende Aktivität des TR1'1-wun1-Promotors in unverwundetem Gewebe. In alten Blättern von alten Pflanzen ist die TR1'-wun1-Promotor Aktivität in unverwundetem Zustand bereits so hoch, daß sie durch eine Verwundung nicht mehr weiter induziert werden kann (analog zu wun1-GUS Pflanzen).
Ein relativer Vergleich von Promotor-Aktivitäten in transgenen Tabak-Blättern und -Stengeln zeigt, daß der wun1-Promotor etwa 10fach stärker als der TR1'-Promotor ist. Der TR1'-wun1GUS A quantitative analysis of the GUS activity of transgenic TR1'-wun1-GUS plants shows that the TR2'1'-wun1 promoter in transgenic leaves can be induced by a factor of 2 to 13 times by wounding (about 6 times on average). This roughly corresponds to the wound inducibility of the wun1 promoter in transgenic leaves (Logemann J., Lipphardt S., Lörz H., Häuser I., Willmitzer L. and Schell J. "5'upstream segments from the wun1-gene are responsible for gene activation by wounding in transgenic plants "The Plant Cell 1: 151-158 (1989A)). Analogous to transgenic wun1-GUS tobacco plants, wound inducibility is highest in the upper, young leaves and lowest in lower, old leaves. The reason for these differences in the inducibility is the increasing activity of the TR1'1-wun1 promoter in unwounded tissue from top to bottom. In old leaves of old plants, the TR1'-wun1 promoter activity in the unwound state is already so high that it can no longer be induced by a wound (analogous to wun1-GUS plants). A relative comparison of promoter activities in transgenic tobacco leaves and stems shows that the wun1 promoter is about 10 times stronger than the TR1 'promoter. The TR1'-wun1GUS
Promotor ist wiederum 10fach stärker als der wun1-Promotor. The promoter is 10 times stronger than the wun1 promoter.
Somit ist der TR1'-wun1-Promotor etwa 100fach stärker als der TR1'-Promotor. Thus, the TR1'-wun1 promoter is about 100 times stronger than the TR1 'promoter.
Lokalisierung von GUS-Aktivität in transgenem Tabak Localization of GUS activity in transgenic tobacco
-Blatt, Stengel: - Leaf, stem:
Die GUS-Aktivität in den Gewebsschnitten von verwundeten und unverwundeten Blättern und Stengeln von wun1-GUS und TR1'-wun1- GUS transgenem Tabak wurde durch die Verwendung des Substrates X-Gluc lokalisiert. GUS activity in the tissue sections from wounded and unwounded leaves and stems of wun1-GUS and TR1'-wun1-GUS transgenic tobacco was localized using the substrate X-Gluc.
wun1-GUS: wun1-CUS:
Wie anhand blaugefärbter Bereiche zu sehen ist, beschränkt sich die Aktivität des wun1-Promotors hauptsächlich auf die Epidermis (inclusive Trichome) und zu einem geringeren Anteil auf das As can be seen from the blue-colored areas, the activity of the wun1 promoter is mainly limited to the epidermis (including trichomes) and to a lesser extent to the
Leitbündelsystem von verwundeten Blättern (W). In unverwundeten (NW) Blättern hingegen ist nur eine geringe wun1 Promotoraktivität in der Epidermis und keine Aktivität im Leitbündelsystem zu sehen. Die gleichen Ergebnisse werden auch mit Stengelquerschnitten erzielt. Guide bundle system of wounded leaves (W). On the other hand, in unwounded (NW) leaves, there is little wun1 promoter activity in the epidermis and no activity in the lead bundle system. The same results are achieved with stem cross sections.
Somit ist die wun1-Promotoraktivität als Epidermis-spezifisch in Blättern und Stengeln anzusehen. The wun1 promoter activity is thus to be regarded as epidermis-specific in leaves and stems.
In TR1'wun1-GUS Pflanzen ist eine intensive Blaufärbung in dem Leitbündelsystem verwundeter Blattschnitte zu erkennen. In anderen Bereichen (Epidermis, Parenchym) ist die Färbung nur schwach. Unverwundete Blattschnitte zeigen eine geringe Blaufärbung im Leitbündelsystem und keine Färbung in der Epidermis. Die gleichen Ergebnisse werden auch mit Stengelquerschnitten erzielt. In TR1'wun1-GUS plants, an intense blue coloration can be seen in the guide bundle system of wounded leaf sections. In other areas (epidermis, parenchyma) the color is only weak. Unwound leaf cuts show a slight blue color in the lead bundle system and no color in the epidermis. The same results are achieved with stem cross sections.
Offensichtlich handelt es sich bei TR1 'wun1-GUS um einen in Blättern und Stengeln Leitbündelsystem-spezifisch exprimierenden Promotor.
Ein relativer Vergleich von Promotor-Aktivitäten in transgenen Tabak-Blättern und -Stengeln zeigt, daß der wun1-Promotor etwa 10fach stärker als der TR1' -Promotor ist. Der TR1'-wun1GUS Obviously, TR1 'wun1-GUS is a promoter which is specific in the guide bundle system and expresses in leaves and stems. A relative comparison of promoter activities in transgenic tobacco leaves and stems shows that the wun1 promoter is about 10 times stronger than the TR1 'promoter. The TR1'-wun1GUS
Promotor ist wiederum 10fach stärker als der wun1-Promotor. The promoter is 10 times stronger than the wun1 promoter.
Somit ist der TR1'-wun1-Promotor etwa 100fach stärker als der TR1'-Promotor. Thus, the TR1'-wun1 promoter is about 100 times stronger than the TR1 'promoter.
Lokalisierung von GUS-Aktivität in transgenem Tabak Localization of GUS activity in transgenic tobacco
-Blatt, Stengel: - Leaf, stem:
Die GUS-Aktivität in den Gewebsschnitten von verwundeten und unverwundeten Blättern und Stengeln von wun1-GUS und TR1'-wun1- GUS transgenem Tabak wurde durch die Verwendung des Substrates X-Gluc lokalisiert. GUS activity in the tissue sections from wounded and unwounded leaves and stems of wun1-GUS and TR1'-wun1-GUS transgenic tobacco was localized using the substrate X-Gluc.
wun1-GUS: wun1-CUS:
Wie anhand blaugefärbter Bereiche zu sehen ist, beschränkt sich die Aktivität des wun1-Promotors hauptsächlich auf die Epidermis (inclusive Trichome) und zu einem geringeren Anteil auf das As can be seen from the blue-colored areas, the activity of the wun1 promoter is mainly limited to the epidermis (including trichomes) and to a lesser extent to the
Leitbündelsystem von verwundeten Blättern (W). In unverwundeten (NW) Blättern hingegen ist nur eine geringe wun1 Promotoraktivität in der Epidermis und keine Aktivität im Leitbündelsystem zu sehen. Die gleichen Ergebnisse werden auch mit Stengelquerschnitten erzielt. Guide bundle system of wounded leaves (W). On the other hand, in unwounded (NW) leaves, there is little wun1 promoter activity in the epidermis and no activity in the lead bundle system. The same results are achieved with stem cross sections.
Somit ist die wun1-Promotoraktivitat als Epidermis-spezifisch in Blättern und Stengeln anzusehen. The wun1 promoter activity is thus to be regarded as epidermis-specific in leaves and stems.
In TR1'wun1-GUS Pflanzen ist eine intensive Blaufärbung in dem Leitbündelsystem verwundeter Blattschnitte zu erkennen. In anderen Bereichen (Epidermis, Parenchym) ist die Färbung nur schwach. Unverwundete Blattschnitte zeigen eine geringe Blaufärbung im Leitbündelsystem und keine Färbung in der Epidermis. Die gleichen Ergebnisse werden auch mit Stengelquerschnitten erzielt. In TR1'wun1-GUS plants, an intense blue coloration can be seen in the guide bundle system of wounded leaf sections. In other areas (epidermis, parenchyma) the color is only weak. Unwound leaf cuts show a slight blue color in the lead bundle system and no color in the epidermis. The same results are achieved with stem cross sections.
Offensichtlich handelt es sich bei TR1 'wun1-GUS um einen in Obviously, TR1 'wun1-GUS is an in
Blättern und Stengeln Leitbündelyystem-spezifisch exprimierenden Promotor.
Als Kontrolle dienten Blattquerschnitte von TR1 'GUS Pflanzen. Aufgrund der schwachen Promotoraktivität des TR1'-Promotors (10fach schwächer als der wun1-Promotor) ist weder in verwundeten noch in unverwundeten Blattquerschnitten eine Blaufärbung erkennbar. Leaves and stems of a promoter expressing the guide bundle system. Leaf sections of TR1 'GUS plants served as a control. Because of the weak promoter activity of the TR1 'promoter (10 times weaker than the wun1 promoter), no blue coloration is discernible either in wounded or in unwounded cross sections of the leaf.
-Anthere: - Other:
Eine X-Gluc Färbung von Antherenquerschnitten sowie von Pollen zeigt folgende Charakteristika, die sowohl für wun1-GUS als auch für TR1'-wun1-GUS zutreffen: An X-Gluc staining of anther cross sections and pollen shows the following characteristics that apply to both wun1-GUS and TR1'-wun1-GUS:
Eine Blaufärbung (und damit GUS-Aktivität) wird im Stomium A blue color (and thus GUS activity) appears in the stomium
(natürliche Perforationsstelle der Anthere, um den Pollen zu entlassen) und im Pollen nachgewiesen. In separierten ungekeimten und gekeimten Pollen ist eine Blaufärbung im Pollenkorn und im Pollenschlauch zu erkennen. (natural perforation point of the anther to release the pollen) and detected in the pollen. In separated non-germinated and germinated pollen, a blue color can be seen in the pollen grain and in the pollen tube.
Transiente Expression mit Reis-Protoplasten Transient expression with rice protoplasts
Die Konstruktionen TR1'-wun1-GUS, wun1-GUS, TR1'-GUS und The constructions TR1'-wun1-GUS, wun1-GUS, TR1'-GUS and
35S-GUS wurden zu transienten Expressionstudien mit Reis- Protoplasten der Sorte (Oryza sativa japonica c.v. Taipai) benutzt. Wie Tab. 1 zeigt, unterscheidet sich die Aktivität von TR1'-GUS nicht signifikant von der Kontrolle (GUS-Aktivität von Reis-Protoplasten, die ohne DNA transformiert wurden). wun1- GUS und 35S-GUS zeigen eine 2-3fach höhere Aktivität als die Kontrolle. TR1'-wun1-GUS DNA hingegen zeigt im Durchschnitt eine 57fach höhere Aktivität als die Kontrolle und ist somit ein hochaktiver Promotor in Reisprotoplasten.
35S-GUS were used for transient expression studies with rice protoplasts of the variety (Oryza sativa japonica cv Taipai). As Table 1 shows, the activity of TR1'-GUS does not differ significantly from the control (GUS activity of rice protoplasts that were transformed without DNA). wun1-GUS and 35S-GUS show 2-3 times higher activity than the control. TR1'-wun1-GUS DNA, on the other hand, shows on average 57 times higher activity than the control and is therefore a highly active promoter in rice protoplasts.
Legende zu Tab.1: Legend for Tab. 1:
Die angegebene GUS-Aktivität wurde aus 5 unabhängigen Versuchen ermittelt. The indicated GUS activity was determined from 5 independent experiments.
Die Aussage der Tab.1 läßt sich durch das Anfärben der Protoplasten mit X-Gluc belegen. Nur mit TR1'-wun1-GUS transformierte Protoplasten zeigen eine intensive Blaufärbung.
The statement in Table 1 can be substantiated by staining the protoplasts with X-Gluc. Only protoplasts transformed with TR1'-wun1-GUS show an intense blue color.
Claims
1. DNA-Sequenz aus Solanum tuberosum, die durch Verletzung 1. DNA sequence from Solanum tuberosum caused by injury
und/oder Infektion mit pathogenen Keimen stimuliert wird. and / or infection with pathogenic germs is stimulated.
2. Promotorteil der DNA-Sequenz nach Anspruch 1 oder seine 2. promoter part of the DNA sequence according to claim 1 or its
aktiven Bereiche. active areas.
3. Promotorteil der DNA-Sequenz nach Anspruch 1 oder seine 3. promoter part of the DNA sequence according to claim 1 or its
aktiven Bereiche, der bzw. die mit dem TR-Promotor fusioniert ist. active areas fused to the TR promoter.
4. Strukturgenteil der DNA-Sequenz nach Anspruch 1 oder seine aktiven Bereiche. 4. Structural part of the DNA sequence according to claim 1 or its active regions.
5. Verwendung der DNA-Sequenz nach Anspruch 1 oder der 5. Use of the DNA sequence according to claim 1 or
Promotorteile nach Ansprüchen 2 und 3 zur Expression Promoter parts according to claims 2 and 3 for expression
von Genprodukten in höheren Pflanzen bei Verletzung of gene products in higher plants when injured
und/oder pathogenem Befall. and / or pathogenic infestation.
6. Verwendung nach Anspruch 5, 6. Use according to claim 5,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
daß der Promotorteil der DNA-Sequenz nach Anspruch 2 oder 3 oder seine aktiven Bereiche mit einem Strukturgen anderer Herkunft fusioniert ist/sind. that the promoter part of the DNA sequence according to claim 2 or 3 or its active regions is / are fused with a structural gene of another origin.
7. DNA-Übertragungsvektor mit insertierter DNA-Sequenz nach einem der Ansprüche 1, 2, 3 und/oder 4. 7. DNA transmission vector with inserted DNA sequence according to one of claims 1, 2, 3 and / or 4.
8. DNA-Übertragungsvektor nach Anspruch 7, 8. DNA transfer vector according to claim 7,
dadurch g e k e n n z e i c h n e t, characterized,
daß er den Promotorteil oder seine aktiven Bereiche in Verbindung mit einem Strukturgen anderer Herkunft enthält. that it contains the promoter part or its active regions in connection with a structural gene of another origin.
9. Pflanzen oder Pflanzenmaterial enthaltend eine DNA-Sequenz nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4. 9. Plants or plant material containing a DNA sequence according to claim 1, 2, 3 or 4.
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