EP1587920A1 - Malate dehydrogenase as a target for herbicides - Google Patents

Malate dehydrogenase as a target for herbicides

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Publication number
EP1587920A1
EP1587920A1 EP03789308A EP03789308A EP1587920A1 EP 1587920 A1 EP1587920 A1 EP 1587920A1 EP 03789308 A EP03789308 A EP 03789308A EP 03789308 A EP03789308 A EP 03789308A EP 1587920 A1 EP1587920 A1 EP 1587920A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
nucleic acid
acid sequence
seq
malate dehydrogenase
transgenic
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP03789308A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Ehrhardt
Andreas Reindl
Annette Freund
Ralf-Michael Schmidt
Kirsten Deist
Uwe Sonnewald
Marc Stitt Nigel
Wolfgang Lein
Frederik BÖRNKE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BOERNKE, FREDERIK
DEIST, KIRSTEN
Ehrhardt Thomas
Freund Annette
Lein Wolfgang
REINDL, ANDREAS
Schmidt Ralf-Michael
SONNEWALD, UWE
Stitt Nigel Marc
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
Publication of EP1587920A1 publication Critical patent/EP1587920A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/0004Oxidoreductases (1.)
    • C12N9/0006Oxidoreductases (1.) acting on CH-OH groups as donors (1.1)
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N15/00Mutation or genetic engineering; DNA or RNA concerning genetic engineering, vectors, e.g. plasmids, or their isolation, preparation or purification; Use of hosts therefor
    • C12N15/09Recombinant DNA-technology
    • C12N15/63Introduction of foreign genetic material using vectors; Vectors; Use of hosts therefor; Regulation of expression
    • C12N15/79Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts
    • C12N15/82Vectors or expression systems specially adapted for eukaryotic hosts for plant cells, e.g. plant artificial chromosomes (PACs)
    • C12N15/8241Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology
    • C12N15/8261Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield
    • C12N15/8271Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield for stress resistance, e.g. heavy metal resistance
    • C12N15/8274Phenotypically and genetically modified plants via recombinant DNA technology with agronomic (input) traits, e.g. crop yield for stress resistance, e.g. heavy metal resistance for herbicide resistance
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12QMEASURING OR TESTING PROCESSES INVOLVING ENZYMES, NUCLEIC ACIDS OR MICROORGANISMS; COMPOSITIONS OR TEST PAPERS THEREFOR; PROCESSES OF PREPARING SUCH COMPOSITIONS; CONDITION-RESPONSIVE CONTROL IN MICROBIOLOGICAL OR ENZYMOLOGICAL PROCESSES
    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
    • C12Q1/26Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving oxidoreductase
    • C12Q1/32Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions involving oxidoreductase involving dehydrogenase

Definitions

  • affinity tag denotes a peptide or polypeptide, the coding nucleic acid sequence of which can be fused with the nucleic acid sequence according to the invention directly or by means of a linker using common cloning techniques.
  • the affinity tag - is used to isolate, enrich and / or purify the recombinant target protein by means of affinity chromatography from whole cell extracts.
  • the linker mentioned above can advantageously contain a protease interface (e.g. for thrombin or factor Xa), as a result of which the affinity tag can be cleaved from the target protein if necessary.
  • Examples of common affinity tags are the "His tag” e.g.
  • nucleotide sequences mentioned above can be produced in a manner known per se by chemical synthesis from the nucleotide building blocks, for example by fragment condensation of individual overlapping, complementary nucleotide building blocks of the double helix.
  • the chemical synthesis of oligonucleotides can be carried out, for example, in a known manner using the phosphoamidite method (Voet, Voet, 2nd edition, Wiley Press New York, pages 896-897).
  • various DNA fragments can be manipulated so that a nucleotide sequence with the correct reading direction and correct reading frame is obtained.
  • the nucleic acid fragments are connected to one another using general cloning techniques, as described, for example, in T. Maniatis, E.F. Fritsch and J.
  • Gap Weight 8 Length Weight: 2
  • Response time means the time it takes for a test to determine the enzymatic activity to obtain significant information about an enzymatic activity and depends both on the specific activity of the protein used in the test and on the method used and the Sensitivity of the devices used. The determination of the reaction times is known to the person skilled in the art. In methods based on photometric methods for identifying compounds with a herbicidal action, the reaction times are, for example, generally between> 0 to 120 minutes.
  • nucleic acid sequence according to the invention has additional ends at the 3 'or 5' May contain nucleic acid sequences, the length of the additional nucleic acid sequences not exceeding 500 bp at the 5 'and 500 bp 3' end of the nucleic acid sequences according to the invention, preferably 250 bp at the 5 'and 250 bp at the 3' end, particularly preferably 100 bp at the 5 'and 100 bp at the 3 'end.
  • nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 87%.
  • SEQ ID NO: 3 The functional equivalents of SEQ ID NO: 3 according to the invention have an identity with SEQ ID No: 3 of at least 87%, 88%, 89%, 89%, preferably at least 90%, 91%, 92%, 93%, preferably at least 94%, 95%, 96% particularly preferably at least 97%, 98%, 99%.
  • nucleic acid sequence which can be derived from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 on the basis of the degenerate genetic code by back-translation;
  • promoters of viral origin such as the promoter of the 35S transcript of the cauliflower mosaic virus (Franck et al., Cell 21 (1980), 285-294; Odell et al., Nature 313 (1985), 810-812).
  • constitutive promoters are, for example, the promoter of nopaline synthase from Agrobacterium, the TR double promoter, the OCS (octopine synthase) promoter from Agrobacterium, the ubiquitin promoter (Holtorf S et al., Plant Mol Biol 1995, 29: 637- 649), the promoters of the vacuolar ATPase subunits or the promoter of a proline-rich protein from wheat (WO 91/13991).
  • coli and in agrobacteria contain a selection marker gene and a linker or polylinker which is linked from the right and left T- DNA border region can be framed. They can be transformed directly into the agrobacteria (; Holsters et al. Mol. Gen. Genet. 163 (1978), 181-187), EP A 0 120 516; Hoekema, In: The Binary Plant Vector System Offsetdrukkerij Kanters B.V., Alblasserdam (1985), Chapter V; Fraley et al., Grit. Rev. Plant. Sci., 4: 1-46 and An et al. EMBO J. 4 (1985) 277-287).
  • Preferred mushrooms are Aspergillus, Trichoderma, Ashbya, Neurospora, Fusarium,
  • Another object of the present invention is the use of malate dehydrogenase, preferably MDH, in a method for identifying test compounds with a herbicidal action.
  • the solution containing malate dehydrogenase can consist of the lysate of the original organism or of the transgenic organism transformed with an expression cassette according to the invention.
  • the malate dehydrogenase preferably MDH
  • a general overview of common techniques for protein purification can be found, for example, in Ausubel, F.M. et al., Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Assoc. and Wiley-Interscience (1994); ISBN 0-87969-309-6.
  • the protein fused to an affinity tag can be purified using affinity chromatography, which is known to the person skilled in the art.
  • surfactants suitable for the formulations according to the invention are known to the person skilled in the art, such as, for example. Alkali, alkaline earth, ammonium salts of aromatic sulfonic acids, e.g.
  • pUC18Sbfl- was used as a template for a polymerase chain reaction (PCR) with the oligonucleotides V1 and V2 (see Table 2) and Pfu DNA polymerase.
  • the resulting fragment was ligated into the Smal digested pSun12 / 35S to generate pSunblues2.
  • pSunblues2 was ligated to the normalized and also NotL-cleaved cDNA population.
  • the measurement of the enzymatic activity of the gMDH from example 3 was carried out photometrically at 340 nm by the conversion of NAD + to NADH according to Gietl et al. (1996, BBA 1274, 48-58). This assay can be carried out on a microtiter plate scale.

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Abstract

The invention relates to the use of malate dehydrogenase, the absence of which causes growth retardation and chlorotic leaves and which is coded by the nucleic acid sequence SEQ ID NO:2 or a functional equivalent thereof, as a target for herbicides. Novel nucleic acid sequences comprising SEQ ID NO:2 and functional equivalents of SEQ ID NO:2 are provided in said framework. The invention also relates to the use of said malate dehydrogenase and the functional equivalents thereof in a method for identifying compounds having a herbicidal or growth-regulating effect and the use of the compounds identified via said method as herbicides or growth regulators.

Description

Malat Dehydrogenase als Target für HerbizideMalate dehydrogenase as a target for herbicides
Beschreibungdescription
Die vorliegende Erfindung betrifft die Verwendung von Malat Dehydrogenase, welches bei Nichtanwesenheit Wachstumsretardierungen sowie chlorotische Blätter bedingt und durch die Nukleinsauresequenz SEQ ID NO:2 oder ein funktionelles Äquivalent dieser Nukleinsauresequenz kodiert wird, als Target für Herbizide. In diesem Rahmen werden neue Nukleinsäuresequenzen umfassend die SEQ ID NO:2 sowie funktioneile Äquiva- lente der SEQ ID NO:2 bereitgestellt. Des weiteren betrifft die vorliegende Erfindung die Verwendung der vorstehend genannten Malat Dehydrogenase sowie deren funkti- oneller Äquivalente in einem Verfahren zur Identifizierung von Verbindungen mit herbizider oder wachstumsregulatorischer Wirkung sowie die Verwendung dieser über das Verfahren identifizierten Verbindungen als Herbizide oder Wachstumsregulatoren.The present invention relates to the use of malate dehydrogenase, which causes growth retardation and chlorotic leaves in the absence of presence and is encoded by the nucleic acid sequence SEQ ID NO: 2 or a functional equivalent of this nucleic acid sequence as a target for herbicides. In this context, new nucleic acid sequences comprising SEQ ID NO: 2 and functional equivalents of SEQ ID NO: 2 are provided. Furthermore, the present invention relates to the use of the abovementioned malate dehydrogenase and its functional equivalents in a method for identifying compounds having a herbicidal or growth-regulating action, and to the use of these compounds identified via the method as herbicides or growth regulators.
Das grundlegende Prinzip, Herbizide über Inhibierung eines definierten Targets zu identifizieren ist bekannt (z.Bsp. US 5,187,071, WO 98/33925, WO 00/77185). Generell besteht ein großer Bedarf, Enzyme zu detektieren, welche neue Targets für Herbizide darstellen könnten. Gründe hierfür sind auftretende Resistenzproblematiken von an bereits bekannten Targets wirkenden herbiziden Wirkstoffen und das ständige Bemühen neue herbizide Wirkstoffe zu identifizieren, die sich durch einen möglichst breiten Wirkungsbereich, ökologische und toxikologische Verträglichkeit und/oder geringe Aufwandmengen auszeichnen.The basic principle of identifying herbicides by inhibiting a defined target is known (for example US 5,187,071, WO 98/33925, WO 00/77185). In general, there is a great need to detect enzymes that could be new targets for herbicides. The reasons for this are resistance problems of herbicidal active substances which act on known targets and the constant effort to identify new herbicidal active substances which are distinguished by the broadest possible range of action, ecological and toxicological compatibility and / or low application rates.
Die Detektion von neuen Targets ist in der Praxis mit großen Schwierigkeiten verbunden, da die Hemmung eines Enzyms, das Bestandteil eines Stoffwechselweges ist, häufig das Wachstum der Pflanze nicht weiter beeinflusst. Dies kann daran liegen, dass die Pfanze auf alternative Stoffwechselwege ausweicht, deren Existenz nicht bekannt ist, oder dass das inhibierte Enzym nicht limitierend für den Stoffwechselweg ist. Ferner zeichnen sich pflanzliche Genome durch eine große funktioneile Redundanz aus. Im Genom von Arabidopsis thaliana liegen funktional äquivalente Enzyme im Vergleich zu Insekten oder Säugern häufiger in Genfamilien vor (Nature, 2000, 408(6814):796-815). Diese Annahme wird experimentell bestätigt durch die Tatsache, dass grosse Gen-Knock-out-Programme durch T-DNA- oder Transposoninsertion in Arabidopsis bisher weniger ausgeprägte Phänotypen lieferten als erwartet (Curr. Op. Plant Biol. 4, 2001, pp.111-117).The detection of new targets is associated with great difficulties in practice because the inhibition of an enzyme, which is part of a metabolic pathway, often no longer influences the growth of the plant. This may be due to the fact that the plant switches to alternative metabolic pathways, the existence of which is not known, or that the inhibited enzyme is not limiting for the pathway. Furthermore, plant genomes are characterized by a large functional redundancy. In the genome of Arabidopsis thaliana, functionally equivalent enzymes are more common in gene families compared to insects or mammals (Nature, 2000, 408 (6814): 796-815). This assumption is confirmed experimentally by the fact that large gene knock-out programs by T-DNA or transposon insertion in Arabidopsis have so far produced less pronounced phenotypes than expected (Curr. Op. Plant Biol. 4, 2001, pp.111- 117).
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, neue Targets zu identifizieren, die für das Wachstum von Pflanzen essentiell sind bzw. deren Inhibierung für die Pflanze zu einem verminderten Wachstum führen, sowie Verfahren bereitzustellen, welche zur Identifizierung von Verbindungen mit herbizider und/oder Wachstumsregula- torischer Wirkung geeignet sind.The object of the present invention is therefore to identify new targets which are essential for the growth of plants or whose inhibition for the plant lead to reduced growth, and to provide methods which are used to identify compounds with herbicidal and / or growth regulators - toric effect are suitable.
Die Aufgabe wurde gelöst durch die Verwendung von Malat Dehydrogenase in einem Verfahren zur Identifizierung von Herbiziden.The object was achieved by using malate dehydrogenase in a method for identifying herbicides.
An dieser Stelle werden nun weitere der in der Beschreibung verwendeten Begriffe definiert.At this point, further terms used in the description are now defined.
"Affinitäts-Tag": Bezeichnet ein Peptid oder Polypeptid, dessen kodierende Nukleinsäu- resequenz mit der erfindungsgemäßen Nukleinsauresequenz direkt oder mittels eines Linkers über gängige Klonierungstechniken fusioniert werden kann. Das Affinitäts-Tag - dient zur Isolierung, Anreicherung und/oder gezielten Aufreinigung des rekombinanten Zielproteins mittels Affinitäts-Chromatographie aus Gesamtzellextrakten. Der oben erwähnte Linker kann vorteilhaft eine Protease-Schnittstelle (z.B. für Thrombin oder Faktor Xa) enthalten, wodurch das Affinitäts-Tag bei Bedarf vom Zielprotein abgespalten werden kann. Beispiele für gängige Affinitäts-Tags sind das "His-Tag" z.B. von Quiagen, Hilden, "Strep-Tag", das "Myc-Tag" (Invitrogen, Carlsberg), das aus einer Chitin bindenden Domäne und einem Intein bestehende Tag von New England Biolabs, das Maltose-bindende Protein (pMal) von New England Biolabs und das soge- nannte CBD-Tag von Novagen. Der Affinitäts-Tag kann dabei am 5'- oder 3'-Ende der kodierenden Nukleinsauresequenz mit der für das Zielprotein kodierenden Sequenz angebracht sein."Affinity tag": denotes a peptide or polypeptide, the coding nucleic acid sequence of which can be fused with the nucleic acid sequence according to the invention directly or by means of a linker using common cloning techniques. The affinity tag - is used to isolate, enrich and / or purify the recombinant target protein by means of affinity chromatography from whole cell extracts. The linker mentioned above can advantageously contain a protease interface (e.g. for thrombin or factor Xa), as a result of which the affinity tag can be cleaved from the target protein if necessary. Examples of common affinity tags are the "His tag" e.g. by Quiagen, Hilden, "Strep-Tag", the "Myc-Tag" (Invitrogen, Carlsberg), the chitin-binding domain and an intein tag from New England Biolabs, the maltose-binding protein (pMal) from New England Biolabs and the so-called CBD tag from Novagen. The affinity tag can be attached at the 5 'or 3' end of the coding nucleic acid sequence with the sequence coding for the target protein.
"Biologische Aktivität einer glyoxysomalen Malat Dehydrogenase": Dieser Begriff be- schreibt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, dass durch die Präsenz der glyoxysomalen Malat Dehydrogenase Wachstums- und Überlebensfähigkeit vermittelt wird. Wird die Aktivität eines Proteins mit der biologischen Aktivität einer glyoxysomalen Malat Dehydrogenase gehemmt, so führt dies zu einem verminderten Wachstum, einem Wachstumsstillstand oder einem Absterben der Pflanze."Biological activity of a glyoxysomal malate dehydrogenase": In the context of the present invention, this term describes that the presence of the glyoxysomal malate dehydrogenase imparts growth and survivability. If the activity of a protein with the biological activity of a glyoxysomal malate dehydrogenase is inhibited, this leads to reduced growth, a growth arrest or a death of the plant.
"Enzymatische Aktivität einer glyoxysomalen Malat Dehydrogenase": Der Begriff en- zymatische Aktivität beschreibt die Fähigkeit eines Enzyms, ein Substrat in ein Produkt umzuwandeln. Die enzymatische Aktivität kann in einem sogenannten Aktivitätstest über die Zunahme des Produktes, die Abnahme des Substrates (oder Eduktes) oder die Abnahme eines spezifischen Cofaktors oder über eine Kombination aus mindestens zwei der vorstehend genannten Parameter in Abhängigkeit einer definierten Zeitspanne bestimmt werden. "Enzymatische Aktivität einer glyoxysomalen Malat Dehydrogenase" bezeichnet hier die Fähigkeit eines Enzyms, eine von der glyoxysomalen Malat Dehydrogenase katalysierte Reaktion ebenfalls zu katalysieren. "Expressionskassette": Eine Expressionskassette enthält eine erfindungsgemäße Nukleinsauresequenz funktionell verknüpft mit mindestens einem genetischen Kontrollelement, wie einem Promotor, sowie vorteilhaft mit einem weiteren Kontrollelement, wie einem Terminator. Die Nukleinsauresequenz der Expressionskasette kann bei- spielsweise eine genomische oder eine komplementäre DNA-Sequenz oder eine RNA- Sequenz sowie halb- oder vollsynthetische Analoga davon sein. Diese Sequenzen können in linearer oder zirkulärer Form, extra-chromosomal oder integriert in das Genom vorliegen. Die entsprechenden Nukleinsäuresequenzen können synthetisch hergestellt oder natürlich gewonnen werden oder eine Mischung aus synthetischen und natürlichen DNA-Bestandteilen enthalten, sowie aus verschiedenen heterologen Genabschnitten verschiedener Organismen bestehen."Enzymatic activity of a glyoxysomal malate dehydrogenase": The term enzymatic activity describes the ability of an enzyme to convert a substrate into a product. The enzymatic activity can be determined in a so-called activity test via the increase in the product, the decrease in the substrate (or starting material) or the decrease in a specific cofactor or via a combination of at least two of the above-mentioned parameters depending on a defined period of time. "Enzymatic activity of a glyoxysomal malate dehydrogenase" here means the ability of an enzyme to also catalyze a reaction catalyzed by the glyoxysomal malate dehydrogenase. "Expression cassette": An expression cassette contains a nucleic acid sequence according to the invention functionally linked with at least one genetic control element, such as a promoter, and advantageously with a further control element, such as a terminator. The nucleic acid sequence of the expression cassette can be, for example, a genomic or a complementary DNA sequence or an RNA sequence as well as semisynthetic or fully synthetic analogues thereof. These sequences can be in linear or circular form, extra-chromosomal or integrated into the genome. The corresponding nucleic acid sequences can be produced synthetically or obtained naturally, or contain a mixture of synthetic and natural DNA components, and consist of different heterologous gene segments from different organisms.
Auch artifizielle Nukleinsäuresequenzen sind hierbei geeignet, solange sie die Expression eines durch eine erfindungsgemäße Nukleinsäuesequenz kodierten Polypeptides mit der enzymatischen Aktivität einer glyoxysomalen Malat Dehydrogenase, vorzugsweise der biologischen Aktivität einer glyoxysomalen Malat Dehydrogenase in einer Zelle oder einem Organismus ermöglichen. Beispielsweise können synthetische Nukleotid-Sequenzen erzeugt werden, die bezüglich der Kodon-Nutzung des von den zu transformierenden Organismen optimiert wurden.Artificial nucleic acid sequences are also suitable here as long as they enable the expression of a polypeptide encoded by a nucleic acid sequence according to the invention with the enzymatic activity of a glyoxysomal malate dehydrogenase, preferably the biological activity of a glyoxysomal malate dehydrogenase in a cell or an organism. For example, synthetic nucleotide sequences can be generated which have been optimized with regard to the codon usage of the organisms to be transformed.
Alle vorstehend erwähnten Nukleotid-Sequenzen sind in an sich bekannter Weise durch chemische Synthese aus den Nukleotidbausteinen wie beispielsweise durch Fragment-Kondensation einzelner überlappender, komplementärer Nukleotidbausteine der Doppelhelix herstellbar. Die chemische Synthese von Oligonukleotiden kann bei- spielsweise in bekannter Weise nach der Phosphoamiditmethode (Voet, Voet, 2. Auflage, Wiley Press New York, Seite 896-897) erfolgen. Bei der Präparation einer Expressionskassette können verschiedene DNA-Fragmente so manipuliert werden, dass eine Nukleotid-Sequenz mit korrekter Leserichtung und korrektem Leseraster erhalten wird. Die Verbindung der Nukleinsäure-Fragmente untereinander erfolgt über allgemei- ne Klonierungstechniken wie sie beispielsweise in T. Maniatis, E.F. Fritsch und J.All of the nucleotide sequences mentioned above can be produced in a manner known per se by chemical synthesis from the nucleotide building blocks, for example by fragment condensation of individual overlapping, complementary nucleotide building blocks of the double helix. The chemical synthesis of oligonucleotides can be carried out, for example, in a known manner using the phosphoamidite method (Voet, Voet, 2nd edition, Wiley Press New York, pages 896-897). When preparing an expression cassette, various DNA fragments can be manipulated so that a nucleotide sequence with the correct reading direction and correct reading frame is obtained. The nucleic acid fragments are connected to one another using general cloning techniques, as described, for example, in T. Maniatis, E.F. Fritsch and J.
Sambrook, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual", Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1989) sowie in T.J. Silhavy, M.L. Berman und L.W. Enquist, Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1984) und in Ausubel, F.M. et al., "Current Protocols in Molecular Biology", Greene Publishing Assoc. and Wiley-Interscience (1994) beschrieben sind.Sambrook, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual", Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1989) and in T.J. Silhavy, M.L. Berman and L.W. Enquist, Experiments with Gene Fusions, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1984) and in Ausubel, F.M. et al., "Current Protocols in Molecular Biology," Greene Publishing Assoc. and Wiley-Interscience (1994).
"Funktionelle Verknüpfung": Unter einer funktioneilen oder operativen Verknüpfung versteht man die sequenzielle Anordnung regulativer Sequenzen bzw. genetischer Kontrollelemente derart, daß jede der regulativen Sequenzen bzw. jedes der geneti- scher Kontrollelemente ihre Funktion bei der Expression der kodierenden Sequenz bestimmungsgemäß erfüllen kann."Functional link": A functional or operative link is understood to mean the sequential arrangement of regulatory sequences or genetic control elements in such a way that each of the regulatory sequences or each of the genetic control elements has its function in the expression of the coding sequence can fulfill as intended.
"Funktionelle Äquivalente" beschreiben hier Nukleinsäuresequenzen, die unter Standardbedingungen mit der Nukleinsauresequenz SEQ ID NO:2 oder Teilen der SEQ ID NO:2 hybridisieren und befähigt sind, die Expression eines Polypeptides mit der enzymatischen, vorzugsweise biologischen Aktivität einer glyoxysomalen Malat Dehydrogenase in einer Zelle oder einem Organismus zu bewirken."Functional equivalents" here describe nucleic acid sequences which hybridize under standard conditions with the nucleic acid sequence SEQ ID NO: 2 or parts of SEQ ID NO: 2 and are capable of expressing a polypeptide with the enzymatic, preferably biological activity of a glyoxysomal malate dehydrogenase in a cell or an organism.
Zur Hybrisierung werden vorteilhaft kurze Oligonukieotide mit einer Länge von etwa 10-50 bp, vorzugsweise 15-40 bp beispielsweise der konservierten oder sonstigen Bereiche, die über Vergleiche mit anderen verwandten Genen in dem Fachmann bekannter Weise ermittelt werden können, verwendet. Es können aber auch längere Fragmente der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren mit einer Länge von 100-500 bp oder die vollständigen Sequenzen für die Hybridisierung verwendet werden. Je nach der verwendeten Nukleinsäure/OIigonukleotid, der Länge des Fragmentes oder der vollständige Sequenz oder je nachdem welche Nukleinsäureart, d.h. DNA oder RNA, für die Hybridisierung verwendet werden, variieren diese Standardbedingungen. So liegen beispielsweise die Schmelztemperaturen für DNA:DNA-Hybride ca 10°C niedriger als die von DNA:RNA-Hybriden gleicher Länge.For hybridization, it is advantageous to use short oligonucleotides with a length of about 10-50 bp, preferably 15-40 bp, for example of the conserved or other areas which can be determined by comparison with other related genes in a manner known to those skilled in the art. However, longer fragments of the nucleic acids according to the invention with a length of 100-500 bp or the complete sequences for the hybridization can also be used. Depending on the nucleic acid / oligonucleotide used, the length of the fragment or the complete sequence or depending on the type of nucleic acid, i.e. DNA or RNA used for hybridization vary these standard conditions. For example, the melting temperatures for DNA: DNA hybrids are approx. 10 ° C lower than those of DNA: RNA hybrids of the same length.
Unter Standardhybridisierungsbbedingungen sind beispielsweise je nach Nukleinsäure Temperaturen zwischen 42 und 58°C in einer wäßrigen Pufferlösung mit einer Konzentration zwischen 0,1 bis 5 x SSC (1 X SSC = 0,15 M NaCI, 15 mM Natriumeitrat, pH 7,2) oder zusätzlich in Gegenwart von 50 % Formamid wie beispielsweise 42°C in 5 x SSC, 50% Formamid zu verstehen. Vorteilhafterweise liegen die Hybridisierungsbedin- gungen für DNA:DNA-Hybride bei 0,1 x SSC und Temperaturen zwischen etwa 20°C bis 65°C, bevorzugt zwischen etwa 30°C bis 45°C. Für DNA:RNA-Hybride liegen die Hybridisierungsbedingungen vorteilhaft bei 0,1 x SSC und Temperaturen zwischen etwa 30°C bis 65°C, bevorzugt zwischen etwa 45°C bis 55°C. Diese angegebenen Temperaturen für die Hybridisierung sind beispielhaft kalkulierte Schmelztemperaturwerte für eine Nukleinsäure mit einer Länge von ca. 100 Nukleotiden und einem G + C-Gehalt von 50% in Abwesenheit von Formamid. Die experimentellen Bedingungen für die DNA-Hybridisierung sind in einschlägigen Lehrbüchern der Genetik, wie beispielsweise Sambrook et al., "Molecular Cloning", Cold Spring Harbor Laboratory, 1989, beschrieben und lassen sich nach dem Fachmann bekannten Formeln beispielsweise abhängig von der Länge der Nukleinsäuren, der Art der Hybride oder dem G + C-Gehalt berechnen. Weitere Informationen zur Hybridisierung kann der Fachmann folgenden Lehrbüchern entnehmen: Ausubel et al. (eds), 1985, "Current Proto- cols in Molecular Biology", John Wiley & Sons, New York; Harnes and Higgins (eds), 1985, "Nucleic Acids Hybridization: A Practical Approach", IRL Press at Oxford Univer- sity Press, Oxford; Brown (ed), 1991, Essential Molecular Biology: A Practical Ap- proach, IRL Press at Oxford University Press, Oxford.Under standard hybridization conditions, for example, depending on the nucleic acid, temperatures between 42 and 58 ° C in an aqueous buffer solution with a concentration between 0.1 to 5 x SSC (1 X SSC = 0.15 M NaCl, 15 mM sodium citrate, pH 7.2) or additionally in the presence of 50% formamide such as 42 ° C in 5 x SSC, 50% formamide. The hybridization conditions for DNA: DNA hybrids are advantageously at 0.1 × SSC and temperatures between approximately 20 ° C. to 65 ° C., preferably between approximately 30 ° C. to 45 ° C. For DNA: RNA hybrids, the hybridization conditions are advantageously 0.1 × SSC and temperatures between approximately 30 ° C. to 65 ° C., preferably between approximately 45 ° C. to 55 ° C. These specified temperatures for the hybridization are, for example, calculated melting temperature values for a nucleic acid with a length of approx. 100 nucleotides and a G + C content of 50% in the absence of formamide. The experimental conditions for DNA hybridization are described in relevant textbooks on genetics, such as, for example, Sambrook et al., "Molecular Cloning", Cold Spring Harbor Laboratory, 1989, and can be made according to formulas known to the person skilled in the art, for example, depending on the length of the nucleic acids , the type of hybrid or the G + C content. The person skilled in the art can obtain further information on hybridization from the following textbooks: Ausubel et al. (eds), 1985, "Current Protocols in Molecular Biology", John Wiley & Sons, New York; Harnes and Higgins (eds), 1985, "Nucleic Acids Hybridization: A Practical Approach", IRL Press at Oxford University Press, Oxford; Brown (ed), 1991, Essential Molecular Biology: A Practical Ap- proach, IRL Press at Oxford University Press, Oxford.
Unter einem funktioneilen Äquivalent der SEQ ID NO:2 versteht man weiterhin auch Nukleinsäuresequenzen die mit der SEQ ID NO:2 bis zu einem definierten Prozentsatz homolog bzw. identisch sind und ferner insbesondere auch natürliche oder künstliche Mutationen der vorstehend genannten Nukleinsäuresequenzen, die für ein Polypeptid mit der enzymatischen, vorzugsweise biologischen Aktivität einer glyoxysomalen Malat Dehydrogenase kodieren.A functional equivalent of SEQ ID NO: 2 also means nucleic acid sequences which are homologous or identical to SEQ ID NO: 2 up to a defined percentage and furthermore in particular also natural or artificial mutations of the above-mentioned nucleic acid sequences which are necessary for a polypeptide encode with the enzymatic, preferably biological activity of a glyoxysomal malate dehydrogenase.
Es werden beispielsweise auch solche Nukleotidsequenzen durch die vorliegende Erfindung mit umfasst, welche man durch Modifikation der vorstehend genannten Nukleinsäuresequenzen erhält. Beispielhaft können solche Modifikationen durch dem Fachmann geläufige Techniken, wie "Site Directed Mutagenesis", "Error Prone PCR", "DNA-shuffling" (Nature 370, 1994, pp.389-391) oder "Staggered Extension Process" (Nature Biotechnol. 16, 1998, pp.258-261) erzeugt werden. Ziel einer solchen Modifikation kann z.B. die Einfügung weiterer Restriktionsenzymschnittstellen, die Entfernung von DNA zur Verkürzung der Sequenz, der Austausch von Nukleotiden zur Codon- Optimierung oder das Hinzufügen weiterer Sequenzen sein. Proteine, die über modifizierte Nukleinsäuresequenzen kodiert werden, müssen trotz abweichender Nukleinsauresequenz noch die gewünschten Funktionen besitzen.The present invention also encompasses, for example, nucleotide sequences which are obtained by modification of the nucleic acid sequences mentioned above. Such modifications can be exemplified by techniques familiar to the person skilled in the art, such as "site directed mutagenesis", "error prone PCR", "DNA shuffling" (Nature 370, 1994, pp. 389-391) or "staggered extension process" (Nature Biotechnol. 16, 1998, pp.258-261). The aim of such a modification can e.g. the insertion of further restriction enzyme interfaces, the removal of DNA to shorten the sequence, the exchange of nucleotides for codon optimization or the addition of further sequences. Proteins that are encoded via modified nucleic acid sequences must still have the desired functions despite a different nucleic acid sequence.
Der Begriff des funktionellen Äquivalents kann sich auch auf das durch die entsprechende Nukleinsauresequenz kodierte Aminosäuresequenz beziehen. In diesem Fall beschreibt der Begriff funktionelles Äquivalent ein Protein, dessen Aminosäuresequenz mit der SEQ ID NO:3 bis zu einem definierten Prozentsatz identisch bzw. homolog ist.The term functional equivalent can also refer to the amino acid sequence encoded by the corresponding nucleic acid sequence. In this case, the term functional equivalent describes a protein whose amino acid sequence with SEQ ID NO: 3 is identical or homologous to a defined percentage.
Funktionelle Äquivalente umfassen somit natürlich vorkommende Varianten der hierin beschriebenen Sequenzen sowie künstliche, z.B. durch chemische Synthese erhaltene, an den Kodon-Gebrauch adaptierte Nukleinsäuresequenzen bzw. die davon abge- leiteten Aminosäuresequenzen.Functional equivalents thus include naturally occurring variants of the sequences described herein as well as artificial, e.g. nucleic acid sequences obtained by chemical synthesis and adapted to the use of codons or the amino acid sequences derived therefrom.
"Genetische Kontrollsequenz" beschreibt Sequenzen, die einen Einfluss auf die Transkription und gegebenenfalls Translation der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren in prokaryotischen oder eukaryontischen Organismen haben. Beispiele hierfür sind Pro- motoren, Terminatoren oder sogenannte "enhancer" Sequenzen. Zusätzlich zu diesen Kontrollsequenzen oder anstelle dieser Sequenzen kann die natürliche Regulation dieser Sequenzen vor den eigentlichen Strukturgenen noch vorhanden sein und gegebenenfalls genetisch so modifiziert worden sein, dass die natürliche Regulation ausgeschaltet und die Expression des Zielgens modifiziert, also erhöht oder erniedrigt wurde. Die Auswahl der Kontrollsequenz erfolgt abhängig vom Wirtsorganismus oder Ausgangsorganismus. Genetische Kontrollsequenzen umfassen ferner auch die 5'- untranslatierte Region, Introns oder die nichtkodierende 3'-Region von Genen. Als Kontrollsequenzen sind weiterhin solche zu verstehen, die eine homologe Rekombination bzw. Insertion in das Genom eines Wirtsorganismus ermöglichen oder die Entfernung aus dem Genom erlauben. Genetische Kontrollsequenzen umfassen auch weite- re Promotoren, Promotorelemente oder Minimalpromotoren, sowie die Chromatinstruk- tur beeinflussende Sequenzen (z.B. Matrix attachment regions (MAR's)) die die ex- pressionssteuernden Eigenschaften modifizieren können. So kann durch genetische Kontrollsequenzen zum Beispiel die gewebespezifische Expression zusätzlich abhängig von bestimmten Stressfaktoren erfolgen. Entsprechende Elemente sind zum Bei- spiel für Wasserstress, Abscisinsäure (Lam E und Chua NH, J Biol Chem 1991 ;"Genetic control sequence" describes sequences which have an influence on the transcription and, if appropriate, translation of the nucleic acids according to the invention in prokaryotic or eukaryotic organisms. Examples of this are promoters, terminators or so-called "enhancer" sequences. In addition to these control sequences or instead of these sequences, the natural regulation of these sequences may still be present before the actual structural genes and may have been genetically modified such that the natural regulation has been switched off and the expression of the target gene has been modified, that is to say increased or decreased. The control sequence is selected depending on the host organism or starting organism. Genetic control sequences also include the 5'- untranslated region, introns or the 3 'non-coding region of genes. Control sequences are also to be understood as those which enable homologous recombination or insertion into the genome of a host organism or which allow removal from the genome. Genetic control sequences also include further promoters, promoter elements or minimal promoters, and sequences influencing the chromatin structure (for example matrix attachment regions (MAR's)) which can modify the expression-controlling properties. Genetic control sequences can, for example, also result in tissue-specific expression depending on certain stress factors. Corresponding elements are, for example, for water stress, abscisic acid (Lam E and Chua NH, J Biol Chem 1991;
266(26): 17131 -17135), Kälte- und Trockenstress (Plant Cell 1994, (6): 251-264) und . Hitzestress (Molecular & General Genetics, 1989, 217(2-3): 246-53) beschrieben.266 (26): 17131-17135), cold and dry stress (Plant Cell 1994, (6): 251-264) and. Heat stress (Molecular & General Genetics, 1989, 217 (2-3): 246-53).
"Homologie" zwischen zwei Nukleinsäuresequenzen oder Polypeptidsequenzen wird durch die Identität der Nukleinsäuresequenz/Polypeptidsequenz über die jeweils gesamte Sequenzlänge definiert, die durch Vergleich mit Hilfe des Programmalgorithmus BESTFIT (Wisconsin Package Version 10.0, University of Wisconsin, Genetics Computer Group (GCG), Madison, USA unter Einstellung folgender Parameter für Polypeptide"Homology" between two nucleic acid sequences or polypeptide sequences is defined by the identity of the nucleic acid sequence / polypeptide sequence over the respective total sequence length, which is determined by comparison using the BESTFIT program algorithm (Wisconsin Package Version 10.0, University of Wisconsin, Genetics Computer Group (GCG), Madison, USA setting the following parameters for polypeptides
Gap Weight: 8 Length Weight: 2Gap Weight: 8 Length Weight: 2
Average Match: 2,912 Average Mismatch:-2.003Average Match: 2,912 Average Mismatch: -2 . 003
und folgender Parameter für Nukleinsäurenand the following parameter for nucleic acids
Gap Weight: 50 Length Weight: 3Gap Weight: 50 Length Weight: 3
Average Match: 10.000 Average Mismatch: -9.000Average Match: 10,000 Average Mismatch: -9,000
berechnet wird.is calculated.
Anstelle des Begriff "homolog" oder "Homologie" wird im Folgenden auch gleichbedeutend der Begriff Identität verwendet.Instead of the term "homologous" or "homology", the term identity is also used synonymously below.
"Mutationen" von Nuklein- oder Aminosäuresequenzen umfassen Substitutionen (=Ersetzungen), Additionen (Hinzufügung), Deletionen (Löschung), Inversion (Verän- derungen) oder Insertionen (Einfügungen) eines oder mehrerer Nukleotidreste, wodurch sich auch die entsprechende Aminosäuresequenz des Zielproteins mittels Substitution, Insertion oder Deletion einer oder mehrerer Aminosäuren verändern kann, wobei jedoch insgesamt die funktioneilen Eigenschaften des Zielproteins im wesentlichen beibehalten werden. "Natürliche genetische Umgebung" meint den natürlichen chromosomalen Locus in dem Herkunftsorganismus. Im Fall einer genomischen Bibliothek ist die natürliche genetische Umgebung der Nukleinsauresequenz bevorzugt zumindest noch teilweise erhalten. Die Umgebung flankiert die Nukleinsauresequenz zumindest an 5'- oder 3'-' Seite und hat eine Sequenzlänge von mindestens 50 bp, bevorzugt mindestens“Mutations” of nucleic acid or amino acid sequences include substitutions (= replacements), additions (additions), deletions (deletions), inversions (changes) or insertions (insertions) of one or more nucleotide residues, which also means that the corresponding amino acid sequence of the target protein can be determined Substitution, insertion or deletion of one or more amino acids can change, but overall the functional properties of the target protein are essentially retained. "Natural genetic environment" means the natural chromosomal locus in the organism of origin. In the case of a genomic library, the natural genetic environment of the nucleic acid sequence is preferably at least partially preserved. The environment flanks the nucleic acid sequence at least on the 5 'or 3 ' side and has a sequence length of at least 50 bp, preferably at least
100 bp, besonders bevorzugt mindestens 500 bp, ganz besonders bevorzugt mindestens 1000 bp, am meisten bevorzugt mindestens 5000 bp.100 bp, particularly preferably at least 500 bp, very particularly preferably at least 1000 bp, most preferably at least 5000 bp.
"Pflanzen" im Sinne der Erfindung sind Pflanzenzellen, -gewebe, -organe oder ganzen Pflanzen wie Samen, Knollen, Blüten, Pollen, Früchte, Sämlinge, Wurzeln, Blätter, Stengel oder sonstige Pflanzenteile zu verstehen. Außerdem ist unter Pflanzen Vermehrungsmaterial wie Samen, Früchte, Sämlinge, Stecklinge, Knollen, Schnitte oder Wurzelstöcke zu verstehen."Plants" in the sense of the invention are plant cells, tissues, organs or whole plants such as seeds, bulbs, flowers, pollen, fruits, seedlings, roots, leaves, stems or other parts of plants. Plants are also understood to mean propagation material such as seeds, fruits, seedlings, cuttings, tubers, cuts or rhizomes.
"Reaktionszeit" bezeichnet die Zeit, die man für die Durchführung eines Testes zur Ermittlung der enzymatischen Aktivität bis zum Erhalt einer signifikanten Aussage über eine enzymatische Aktivität benötigt und hängt sowohl von der spezifischen Aktivität des im Test eingesetzten Proteins als auch von der verwendeten Methode und der Empfindlichkeit der verwendeten Geräte ab. Dem Fachmann ist die Ermittlung der Reaktionszeiten bekannt. Bei auf photometrischen Methoden basierenden Verfahren zur Identifizierung von Verbindungen mit herbizider Wirkung liegen die Reaktionszeiten beispielsweise im allgemeinen zwischen > 0 bis 120 Minuten."Response time" means the time it takes for a test to determine the enzymatic activity to obtain significant information about an enzymatic activity and depends both on the specific activity of the protein used in the test and on the method used and the Sensitivity of the devices used. The determination of the reaction times is known to the person skilled in the art. In methods based on photometric methods for identifying compounds with a herbicidal action, the reaction times are, for example, generally between> 0 to 120 minutes.
"Rekombinante DNA" beschreibt eine Kombination von DNA-Sequenzen herstellbar durch rekombinante DNA-Technologie."Recombinant DNA" describes a combination of DNA sequences that can be produced by recombinant DNA technology.
"Rekombinate DNA-Technologie": allgemein bekannte Techniken zur Fusionierung von DNA-Sequenzen (z.B. beschrieben in Sambrook et al., 1989, Cold Spring Habour, NY, Cold Spring Habour Laboratory Press)."Recombinant DNA technology": generally known techniques for fusing DNA sequences (e.g. described in Sambrook et al., 1989, Cold Spring Habour, NY, Cold Spring Habour Laboratory Press).
"Replikationsursprünge" gewährleisten die Vermehrung der erfindungsgemäßen Expressionskassetten oder Vektoren in Mikroorganismen und Hefen z.B. der pBR322 ori oder der P15A ori in E. coli (Sambrook et al.: "Molecular Cloning. A Laboratory Manual", 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989) und der ARS1 ori in Hefe (Nucleic Acids Research, 2000, 28(10): 2060-2068)."Replication origins" ensure the multiplication of the expression cassettes or vectors according to the invention in microorganisms and yeasts, e.g. the pBR322 ori or the P15A ori in E. coli (Sambrook et al .: "Molecular Cloning. A Laboratory Manual", 2nd ed. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989) and the ARS1 ori in yeast ( Nucleic Acids Research, 2000, 28 (10): 2060-2068).
"Reportergene" kodieren für leicht quantifizierbare Proteine. Über Wachstums-, Fluoreszenz-, Chemo-, Biolumineszenz- oder Resistenzassay oder über eine photometrische Messung (Eigenfarbe) oder Enzymaktivität kann mittels dieser Gene eine Bewer- tung der Transformationseffizienz oder des Expressionsortes oder -Zeitpunktes vorgenommen werden. Ganz besonders bevorzugt sind dabei Reporter-Proteine (Schenborn E, Groskreutz D. Mol Biotechnol. 1999; 13(1):29-44) wie das "green fluorescence protein" (GFP) (Gerdes HH and Kaether C, FEBS Lett. 1996; 389(1 ):44-47; Chui WL et al., Curr Biol 1996, 6:325-330; Leffel SM et al., Biotechniques. 23(5):912-8, 1997), die Chloramphenicolacetyltransferase, eine Luziferase (Giacomin, Plant Sei 1996, 116:59- 72; Scikantha, J Bact 1996, 178:121 ; Millar et al., Plant Mol Biol Rep 1992 10:324- 414), sowie Lύziferasegene, im allgemeinen die ß-Galactosidase oder die ß-Glucu- ronidase (Jefferson et al., EMBO J. 1987, 6, 3901-3907) oder das Ura3-Gen."Reporter genes" code for easily quantifiable proteins. These genes can be used to evaluate the transformation efficiency or the location or time of expression by means of growth, fluorescence, chemo-, bioluminescence or resistance assay or via photometric measurement (intrinsic color) or enzyme activity. Reporter proteins (Schenborn E, Groskreutz D. Mol Biotechnol. 1999; 13 (1): 29-44) such as the "green fluorescence protein" (GFP) (Gerdes HH and Kaether C, FEBS Lett. 1996; 389 (1): 44-47; Chui WL et al., Curr Biol 1996, 6: 325-330; Leffel SM et al., Biotechniques. 23 (5): 912-8, 1997), chloramphenicol acetyl transferase, a luciferase (Giacomin, Plant Sei 1996, 116: 59-72; Scikantha, J Bact 1996, 178: 121; Millar et al., Plant Mol Biol Rep 1992 10: 324-414), and lziferase genes, in general the β-galactosidase or the β-glucuronidase (Jefferson et al., EMBO J. 1987, 6, 3901-3907) or the Ura3 gene.
"Selektionsmarker" verleihen eine Resistenz gegen Antibiotika, oder andere toxische Verbindungen: Beispielhaft zu nennen seien hier das Neomycin-Phosphotransferase- Gen, das eine Resistenz gegen die Aminoglycosid-Antibiotika Neomycin (G 418), Kanamycin, Paromycin (Deshayes A et al., EMBO J. 4 (1985) 2731-2737), das sul Gen kodierend für eine mutierte Dihydropteroat Synthase (Guerineau F et al., Plant Mol Biol. 1990; 15(1): 127-136), das Hygromycin B Phosphotransferase-Gen (Gen Bank Accession NO: K 01193) und das shble Resistenzgen, das eine Resistenz gegen die Bleomycin Antibiotika wie zB. Zeocin verleiht. Weitere Beispiele für Seiektionsmarker- Gene sind Gene, die eine Resistenz gegen 2-Desoxyglucose-6-phosphat (WO 98/45456) oder Phosphinotricin etc. verleihen oder solche, die eine Antimetaboliten- Resistenz verleihen, zum Beispiel das dhfr-Gen (Reiss, Plant Physiol. (Life Sei. Adv.) 13 (1994) 142-149). Geeignet sind ferner Gene wie trpB oder hisD (Hartman SC and Mulligan RC, Proc Natl Acad Sei U S A. 85 (1988) 8047-8051). Geeignet ist auch das Gen der Mannose-Phosphat Isomerase (WO 94/20627), das ODC (Ornithin-Decar- boxylase) Gen (McConlogue, 1987 in: Current Communications in Molecular Biology, Cold Spring Harbor Laboratory, Hrsg.) oder die Deaminase aus Aspergillus terreus (Tamura K etal., Biosci Biotechnol Biochem. 59 (1995) 2336-2338)."Selection markers" confer resistance to antibiotics or other toxic compounds: Examples include the neomycin phosphotransferase gene, which is resistant to the aminoglycoside antibiotics neomycin (G 418), kanamycin, paromycin (Deshayes A et al., EMBO J. 4 (1985) 2731-2737), the sul gene coding for a mutated dihydropteroate synthase (Guerineau F et al., Plant Mol Biol. 1990; 15 (1): 127-136), the hygromycin B phosphotransferase gene (Gen Bank Accession NO: K 01193) and the shble resistance gene, which is resistant to bleomycin antibiotics such as. Zeocin gives. Further examples of selection marker genes are genes which confer resistance to 2-deoxyglucose-6-phosphate (WO 98/45456) or phosphinotricin etc. or those which confer antimetabolite resistance, for example the dhfr gene (Reiss, Plant Physiol. (Life Sei. Adv.) 13 (1994) 142-149). Also suitable are genes such as trpB or hisD (Hartman SC and Mulligan RC, Proc Natl Acad Sei U S A. 85 (1988) 8047-8051). The gene of mannose-phosphate isomerase (WO 94/20627), the ODC (ornithine decarboxylase) gene (McConlogue, 1987 in: Current Communications in Molecular Biology, Cold Spring Harbor Laboratory, ed.) Or the deaminase are also suitable from Aspergillus terreus (Tamura K et al., Biosci Biotechnol Biochem. 59 (1995) 2336-2338).
"Transformation" beschreibt einen Prozess zur Einführung heterologer DNA in eine pro- oder eukaryontische Zelle. Mit einer transformierten Zelle ist nicht nur das Produkt das Transformationsprozesses an sich beschrieben, sondern auch alle transgenen Nachkommen des durch die Transformation hergestellten transgenen Organismus"Transformation" describes a process for introducing heterologous DNA into a pro- or eukaryotic cell. A transformed cell describes not only the product of the transformation process itself, but also all transgenic progeny of the transgenic organism produced by the transformation
"Target/Target Protein": ein Polypeptid codiert über die erfindungsgemäße Nukleinsauresequenz, welches ein Enzym im klassischen Sinne sein kann oder z.B. ein Strukturprotein, ein für Entwicklungsprozesse relevantes Protein, Regulationsproteine wie Transkriptionsfaktoren, Kinasen, Phosphatasen, Rezeptoren, Untereinheiten von Kanälen, Transportproteine, regulatorische Untereinheiten die einem Enzymkomplex eine substrat- oder Aktivitätsregulation verleihen. Allen Targets oder Wirkorten gemein ist dabei, dass deren funktionale Anwesenheit essentiell für das Überleben oder die normale Entwicklung und das Wachstum sind. "Transgen": Bezogen auf eine Nukleinsauresequenz, eine Expressionskassette oder einen Vektor enthaltend eine erfindungsgemäße Nukleinsauresequenz oder einen Organismus transformiert mit der vorstehend genannten Nukleinsauresequenz, Expressionskassette oder Vektor beschreibt der Ausdruck transgen alle solche durch gentechnische Methoden hergestellten Konstruktionen, in denen sich entweder die . Nukleinsauresequenz des Zielproteins oder eine mit der Nukleinsauresequenz des Zielproteins funktioneil verknüpfte genetische Kontrollsequenz oder eine Kombination der vorstehend genannten Möglichkeiten sich nicht in ihrer natürlichen genetischen Umgebung befinden oder durch gentechnische Methoden modifiziert wurden. Die Modifikation kann hier beispielsweise über Mutation eines oder mehrerer Nukleo- tidreste der entsprechenden Nukleinsauresequenz erreicht werden."Target / Target Protein": a polypeptide encodes the nucleic acid sequence according to the invention, which can be an enzyme in the classic sense or, for example, a structural protein, a protein relevant for development processes, regulatory proteins such as transcription factors, kinases, phosphatases, receptors, subunits of channels, transport proteins, regulatory subunits that give an enzyme complex a substrate or activity regulation. What all targets or sites of action have in common is that their functional presence is essential for survival or normal development and growth. "Transgene": In relation to a nucleic acid sequence, an expression cassette or a vector containing a nucleic acid sequence according to the invention or an organism transformed with the abovementioned nucleic acid sequence, expression cassette or vector, the expression transgenic describes all such constructions produced by genetic engineering methods in which either the. Nucleic acid sequence of the target protein or a genetic control sequence functionally linked to the nucleic acid sequence of the target protein or a combination of the abovementioned possibilities are not in their natural genetic environment or have been modified by genetic engineering methods. The modification can be achieved here, for example, by mutating one or more nucleotide residues of the corresponding nucleic acid sequence.
Malat Dehydrogenase katalysiert die reversible, Pyridinnukleotid-abhängige Umsetzung von Oxalacetat und Malat. Aufgrund der Umsetzung dieser bedeutenden Metabo- lite des Primärstoffwechsels hat die von der Malat Dehydrogenase katalysierte Reaktion für diverse Prozesse eine Bedeutung (Review in Faske et al. 1997, Plant Physiology 115, 705-715). NAD+-abhängige Malat Dehydrogenasen sind in Mitochondrien, Micor- bodies wie Peroxysomen oder Glyoxysomen und dem Zytosol sowie in Wurzelknöll- chen zu finden, während Chloroplasten eine NADP+-abhängige Malat Dehydrogenase enthalten, die lichtabhängig reguliert wird. Malat Dehydrogenasen werden in Arabidopsis durch eine Genfamilie codiert. Die einzelnen Isoformen enthalten spezifische N-terminale Transitsequenzen für einen Transport in die Chloroplasten, Mitochondrien und Microbodies. Ferner finden sich Sequenzen für Malat Dehydrogenasen, die aufgrund fehlender Transitpeptide vermutlich im Zytosol verbleiben. Für Malat Dehydro- genasen codierende Sequenzen wurden aus verschiedenen C3- und C4-Pflanzen isoliert (siehe Miller et al. 1998 Plant Journal 15, 173-184). Bekannt sind für glyoxysomalen Malat Dehydrogenase kodierende Nukleinsäuresequenzen sowie Proteinsequenzen aus Wassermelone (P19446, Swissprot; Identität zur SEQ ID NO:2 = 77,5%; Identität zur Seq ID NO:3 = 85,4%), Gurke, Arabidopsis, Soya und Reis.Malate dehydrogenase catalyzes the reversible, pyridine nucleotide-dependent conversion of oxaloacetate and malate. Due to the implementation of these important metabolites of primary metabolism, the reaction catalyzed by malate dehydrogenase is of importance for various processes (review in Faske et al. 1997, Plant Physiology 115, 705-715). NAD + -dependent malate dehydrogenases can be found in mitochondria, micro-bodies such as peroxysomes or glyoxysomes and the cytosol, as well as in root nodules, while chloroplasts contain an NADP + -dependent malate dehydrogenase that is regulated depending on the light. Malate dehydrogenases are encoded in Arabidopsis by a gene family. The individual isoforms contain specific N-terminal transit sequences for transport into the chloroplasts, mitochondria and microbodies. There are also sequences for malate dehydrogenases that presumably remain in the cytosol due to the lack of transit peptides. Sequences coding for malate dehydrogenases were isolated from various C3 and C4 plants (see Miller et al. 1998 Plant Journal 15, 173-184). Nucleic acid sequences coding for glyoxysomal malate dehydrogenase and protein sequences from watermelon (P19446, Swissprot; identity to SEQ ID NO: 2 = 77.5%; identity to Seq ID NO: 3 = 85.4%), cucumber, Arabidopsis, soya and Rice.
Die Antisense-Inhibierung einer cytosolischen Malat Dehydrogenase in Kartoffel auf bis zu 40% Restaktivität führte zu keinen ausgeprägten Wachstumsphänotypen und keinem verringertem Knollenertrag (Jenner et al. 2001 , Plant Physiology 126, 1139-1149). Nach Faske et al. (1997, Plant Physiology 115, 705-715) beeinflußt die Verringerung der Expression einer plastidären Malat Dehydrogenase aus Tabak durch Antisense und Cosuppression in transgenen Tabakpflanzen selbst bei stark verringerter Malat Dehydrogenase-Expression (< 20% Restaktivität) die Vitalität der transgenen Pflanzen nicht. Beobachtet wurde nur ein geringe Veränderungen bezüglich der Wachstumsparameter (Frischgewicht, Trockengewicht). Die versuchte Überexpression einer plastidä- ren Malat Dehydrogenase aus Sorghum in der C4-Pflanze Flaveria führte durch Cosuppression zur drastischen Inhibierung der Malat Dehydrogenase-Aktivität auf 5-50% Restaktivität (Trevanion et al. 1997, Plant Physiology 113, 1153-1165) ohne signifikante Einflüsse auf die Vitalität der Pfanzen.The antisense inhibition of a cytosolic malate dehydrogenase in potatoes up to 40% residual activity did not lead to pronounced growth phenotypes and no reduced tuber yield (Jenner et al. 2001, Plant Physiology 126, 1139-1149). According to Faske et al. (1997, Plant Physiology 115, 705-715), the reduction in the expression of a plastid malate dehydrogenase from tobacco by antisense and cosuppression in transgenic tobacco plants does not affect the vitality of the transgenic plants, even with a greatly reduced malate dehydrogenase expression (<20% residual activity). Only a slight change in the growth parameters (fresh weight, dry weight) was observed. The attempted overexpression of a plastid malate dehydrogenase from sorghum in the C4 plant Flaveria led to a drastic inhibition of malate dehydrogenase activity to 5-50% by cosuppression. Residual activity (Trevanion et al. 1997, Plant Physiology 113, 1153-1165) without significant effects on the vitality of the plants.
Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wurde überraschenderweise gefunden, dass Pflanzen, in denen gezielt glyoxysomale Malat Dehydrogenase verringert wurde, Phä- notypen aufwiesen, die mit durch Herbizdidapplikation erzeugten Phänotypen vegleich- bar sind. Beobachtet wurden drastische Wachstumsretardierungen und Schädigungen wie Chlorosen und Nekrosen.In the context of the present invention, it was surprisingly found that plants in which glyoxysomal malate dehydrogenase was specifically reduced had phenotypes which are comparable with phenotypes produced by herbicide application. Drastic growth retardations and damage such as chlorosis and necrosis were observed.
Obgleich eytosolische und plastidäre Malat Dehydrogenase für Pflanzen nicht essentiell ist, können diese Enzyme prinzipiell auch zur Bestimmung von Inhibitoren der glyoxysomalen Malat Dehydrogenase herangezogen werden, da die durch die eytosolische und plastidäre Malat Dehydrogenase katalysierte Reaktion die gleiche ist wie die durch die glyoxysomalen Malat Dehydrogenase katalysierte.Although eytosolic and plastid malate dehydrogenase is not essential for plants, these enzymes can in principle also be used to determine inhibitors of glyoxysomal malate dehydrogenase, since the reaction catalyzed by eytosolic and plastid malate dehydrogenase is the same as that catalyzed by glyoxysomal malate dehydrogenase ,
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Malat Dehydrogenase in einem Verfahren zur Identifizierung von Herbiziden, vorzugsweise von pflanzlicher Malat Dehydrogenase, besonders bevorzugt von pflanzlicher Malat Dehydrogenase kodiert durch eine Nukleinsauresequenz umfassendThe present invention relates to the use of malate dehydrogenase in a method for identifying herbicides, preferably vegetable malate dehydrogenase, particularly preferably vegetable malate dehydrogenase encoded by a nucleic acid sequence comprising
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:1 dargestellten Nukleinsauresequenz; odera) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; or
b) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:2 dargestellten Nukleinsäure- sequenz; oderb) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2; or
c) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung aus der in SEQ ID NO:3 dargestellten Aminosäuresequenz ableiten läßt; oderc) a nucleic acid sequence which can be derived from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 on the basis of the degenerate genetic code by back-translation; or
d) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktioneilen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 63% aufweist, ableiten läßt,d) a nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 63%,
wobei sich die funktioneilen Äquivalente nach c) und d) sich durch eine gleiche Funktionalität auszeichnen, d.h. sie haben die enzymatische Aktivität einer glyoxsysomalen Malat Dehydrogenase.whereby the functional equivalents according to c) and d) are characterized by the same functionality, i.e. they have the enzymatic activity of a glyoxsysomal malate dehydrogenase.
Der Begriff "umfassend" oder "umfassen" bezogen auf Nukleinsäuresequenzen meint, daß die erfindungsgemäße Nukleinsauresequenz am 3' oder am 5' Ende zusätzliche Nukleinsäuresequenzen enthalten kann, wobei die Länge der zusätzlichen Nukleinsäuresequenzen 500 bp am 5' und 500 bp 3' Ende der erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenzen, vorzugsweise 250 bp am 5' und 250 bp am 3' Ende nicht überschreitet, besonders bevorzugt 100 bp am 5' und 100 bp am 3' Ende.The term “comprising” or “comprising” based on nucleic acid sequences means that the nucleic acid sequence according to the invention has additional ends at the 3 'or 5' May contain nucleic acid sequences, the length of the additional nucleic acid sequences not exceeding 500 bp at the 5 'and 500 bp 3' end of the nucleic acid sequences according to the invention, preferably 250 bp at the 5 'and 250 bp at the 3' end, particularly preferably 100 bp at the 5 'and 100 bp at the 3 'end.
Beispiele für funktionelle Äquivalente gemäß d) sind auch die pflanzlichen Nukleinsäuresequenzen codierend für Malatdehydrogenase aus Gurke (Gen Bank Accession Number: L31900) Arabidopsis (Gen Bank Accession Number: AC005671) Soya (Gen Bank Accession Number: L01628) und Reis (Gen Bank Accession Number: D85763) sowie die Nukleinsauresequenz, welche durch die Aminosäuresequenz einer Malat Dehydrogenase aus Wassermelone (Accession Number: P19446, Swissprot) codiert wird.Examples of functional equivalents according to d) are also the plant nucleic acid sequences coding for malate dehydrogenase from cucumber (Gen Bank Accession Number: L31900) Arabidopsis (Gen Bank Accession Number: AC005671) Soya (Gen Bank Accession Number: L01628) and rice (Gen Bank Accession Number : D85763) and the nucleic acid sequence which is encoded by the amino acid sequence of a malate dehydrogenase from watermelon (Accession Number: P19446, Swissprot).
Alle vorstehend genannten Sequenzen sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung.All of the above-mentioned sequences are also the subject of the present invention.
Das erfindungsgemäße funktioneile Äquivalente der SEQ ID NO:3 gemäß d) weist eine Homologie mit der SEQ ID No:3 von mindestens 63%, 64%, 65%, 66% vorzugsweise mindestens 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74% vorzugsweise mindestens 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80% bevorzugt mindestens 81 %, 82%, 83%, .84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93% besonders bevorzugt mindestens 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% auf.The functional equivalent of SEQ ID NO: 3 according to d) according to the invention has a homology with SEQ ID No: 3 of at least 63%, 64%, 65%, 66%, preferably at least 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74% preferably at least 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80% preferably at least 81%, 82%, 83%, .84%, 85%, 86% , 87%, 88%, 89%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93% particularly preferably at least 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%.
Besonders bevorzugt ist die Verwendung von glyoxysomaler Malat Dehydrogenase in einem Verfahren zur Identifizierung von Herbiziden kodiert durch eine Nukleinsauresequenz umfassendThe use of glyoxysomal malate dehydrogenase in a method for identifying herbicides encoded by a nucleic acid sequence is particularly preferred
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:1 dargestellten Nukleinsauresequenz; odera) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; or
b) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:2 dargestellten Nukleinsauresequenz; oderb) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2; or
c) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung aus der in SEQ ID NO:3 dargestellten Aminosäuresequenz ableiten läßt; oderc) a nucleic acid sequence which can be derived from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 on the basis of the degenerate genetic code by back-translation; or
d) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 66% aufweist, ableiten läßt.d) a nucleic acid sequence, which is due to the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional Equivalents of SEQ ID NO: 3, which have an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 66%, can be derived.
Die funktioneilen Äquivalente nach d) zeichnen sich durch eine gleiche Funktionalität aus, d.h. sie haben die biologische Funktion einer glyoxysomalen Malat Dehydrogenase.The functional equivalents according to d) are characterized by the same functionality, i.e. they have the biological function of a glyoxysomal malate dehydrogenase.
Die oben genannten Nukleinsäuresequenzen stammen vorzugsweise aus einer Pflanze.The nucleic acid sequences mentioned above are preferably from a plant.
Das erfindungsgemäße funktionelle Äquivalente der SEQ ID NO:3 gemäß d) weist eine Homologie mit der SEQ ID No:3 von mindestens 66%, 67%, 68% vorzugsweise mindestens 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80% vorzugsweise mindestens 81%, 82%, 83% bevorzugt mindestens 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93% besonders bevorzugt mindestens 94%, 95%, . 96%, 97%, 98%, 99% auf.The functional equivalent of SEQ ID NO: 3 according to d) according to the invention has a homology with SEQ ID No: 3 of at least 66%, 67%, 68%, preferably at least 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74%, 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80% preferably at least 81%, 82%, 83% preferably at least 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93%, particularly preferably at least 94%, 95%,. 96%, 97%, 98%, 99%.
Weiterhin werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung Nukleinsäuresequenzen beansprucht kodierend für eine pflanzliche glyoxysomalen Malat Dehydrogenase um- fassend:Furthermore, nucleic acid sequences encoding a plant glyoxysomal malate dehydrogenase are claimed in the context of the present invention comprising:
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:1 dargestellten Nukleinsauresequenz; odera) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; or
b) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:2 dargestellten Nukleinsauresequenz; oderb) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2; or
c) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung aus der in SEQ ID NO:3 dargestellten Aminosäu- resequenz ableiten läßt; oderc) a nucleic acid sequence which can be derived from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 on the basis of the degenerate genetic code by back-translation; or
d) funktionelle Äquivalente der Nukleinsauresequenz SEQ ID NO:2 mit einer Identität von mindestens 79% zu der SEQ ID NO:2; oderd) functional equivalents of the nucleic acid sequence SEQ ID NO: 2 with an identity of at least 79% to SEQ ID NO: 2; or
e) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 87% aufweist, ableiten läßt.e) a nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 87%.
Ebenfalls beansprucht werden die durch die vorstehend genannten Nukleinsäuresequenzen kodierten Polypeptide. Die funktionellen Äquivalente nach c) und d) zeichnen sich durch eine gleiche Funktionalität aus, d.h. sie haben die enzymatische, vorzugsweise biologische Aktivität einer glyoxysomalen Malat Dehydrogenase.The polypeptides encoded by the aforementioned nucleic acid sequences are also claimed. Draw the functional equivalents according to c) and d) have the same functionality, ie they have the enzymatic, preferably biological activity of a glyoxysomal malate dehydrogenase.
Die erfindungsgemäßen funktionellen Äquivalente der SEQ ID NO:2 weisen eine Iden- tität mit der SEQ ID No:2 von mindestens 79%, 80%, 81 %, 82%, 83% vorzugsweise mindestens 84%, 85%, 86%, 88%, 89%, bevorzugt mindestens 90%, 91 %, 92%, 93%, 94%, 95% besonders bevorzugt mindestens 96%, 97%, 98%, 99% auf.The functional equivalents of SEQ ID NO: 2 according to the invention have an identity with SEQ ID No: 2 of at least 79%, 80%, 81%, 82%, 83%, preferably at least 84%, 85%, 86%, 88 %, 89%, preferably at least 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95% particularly preferably at least 96%, 97%, 98%, 99%.
Die erfindungsgemäßen funktionellen Äquivalente der SEQ ID NO:3 weisen eine Iden- tität mit der SEQ ID No:3 von mindestens 87%, 88%, 89%, 89% vorzugsweise mindestens 90%, 91 %, 92%, 93% bevorzugt mindestens 94%, 95%, 96% besonders bevorzugt mindestens 97%, 98%, 99% auf.The functional equivalents of SEQ ID NO: 3 according to the invention have an identity with SEQ ID No: 3 of at least 87%, 88%, 89%, 89%, preferably at least 90%, 91%, 92%, 93%, preferably at least 94%, 95%, 96% particularly preferably at least 97%, 98%, 99%.
Der im folgenden verwendete Begriff "erfindungsgemäße Nukleinsäuresequenzen" steht für Nukleinsäuresequenzen kodierend für eine Malat Dehydrogenase, vorzugsweise für Nukleinsäuresequenzen kodierend für eine planzliche Malat Dehydrogenase, besonders bevorzugt für Nukleinsäuresequenzen kodierend für eine planzliche Malat Dehydrogenase umfassendThe term “nucleic acid sequences according to the invention” used below stands for nucleic acid sequences encoding a malate dehydrogenase, preferably encoding nucleic acid sequences encoding a plant malate dehydrogenase, particularly preferably encoding nucleic acid sequences encoding a plant malate dehydrogenase
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:1 dargestellten Nukleinsauresequenz; odera) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; or
b) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:2 dargestellten Nukleinsauresequenz; oderb) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2; or
c) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung aus der in SEQ ID NO:3 dargestellten Aminosäuresequenz ableiten läßt; oderc) a nucleic acid sequence which can be derived from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 on the basis of the degenerate genetic code by back-translation; or
d) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 63% aufweist, ableiten läßt,d) a nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 63%,
ganz besonders bevorzugt für Nukleinsäuresequenzen kodierend für eine pflanzliche glyoxysomale Malat Dehydrogenase umfassend .very particularly preferably comprising nucleic acid sequences encoding a plant glyoxysomal malate dehydrogenase.
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:1 dargestellten Nukleinsauresequenz; oder b) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:2 dargestellten Nukleinsauresequenz; odera) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; or b) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2; or
c) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung aus der in SEQ ID NO:3 dargestellten Aminosäuresequenz ableiten läßt; oderc) a nucleic acid sequence which can be derived from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 on the basis of the degenerate genetic code by back-translation; or
d) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 66% aufweist, ableiten läßt.d) a nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 66%.
Die durch eine erfindungsgemäße Nukleinsauresequenz kodierten Polypeptide mit der enzymatischen, vorzugsweise biologischen Aktivität einer glyoxsysomalen Malat De- . hydrogenase werden im folgenden der Einfachheit halber als "MDH" bzeichnet. Der Begriff "Malat Dehydrogenase" bezeichnet jedes Protein/Enzym mit der enzymatischen Aktivität einer Malat Dehydrogenase.The polypeptides encoded by a nucleic acid sequence according to the invention with the enzymatic, preferably biological activity of a glyoxsysomal malate De- . For the sake of simplicity, hydrogenase are referred to below as "MDH". The term "malate dehydrogenase" refers to any protein / enzyme with the enzymatic activity of a malate dehydrogenase.
Glyoxysomale MDHs verursachen in reduzierter Menge Wachstumsretardierungen sowie nekrotische und chlorotische Blätter in Pflanzen.Glyoxysomal MDHs cause a reduced amount of growth retardation as well as necrotic and chlorotic leaves in plants.
Die Genprodukte der erfindungsgemäßen Nukleinsäuren stellen neue Targets für Herbizide dar, welche die Bereitstellung neuer Herbizide zur Bekämpfung unerwünschter Pflanzen ermöglichen. Des weiteren stellen die Genprodukte der erfindungsgemä- ßen Nukleinsäuren stellen neue Targets für Wachstumsregulatoren dar, welche die Bereitstellung neuer Wachstumsregulatoren zur Regulation des Wachstums von Pflanzen ermöglichen.The gene products of the nucleic acids according to the invention represent new targets for herbicides which make it possible to provide new herbicides for controlling unwanted plants. Furthermore, the gene products of the nucleic acids according to the invention represent new targets for growth regulators which make it possible to provide new growth regulators for regulating the growth of plants.
Unter unerwünschten Pflanzen sind im weitesten Sinne alle Pflanzen zu verstehen, die an Orten aufwachsen, an denen sie unerwünscht sind, zum Beispiel:In the broadest sense, undesirable plants are understood to mean all plants that grow up in places where they are undesirable, for example:
Dikotyle Unkräuter der Gattungen: Sinapis, Lepidium, Galium, Stellaria, Mat caria, Anthemis, Galinsoga, Chenopodium, Urtica, Senecio, Amaranthus, Portulaca, Xan- thium, Convolvulus, Ipomoea, Polygonum, Sesbania, Ambrosia, Cirsium, Carduus, Sonchus, Solanum, Rorippa, Rotala, Lindernia, Lamium, Veronica, Abutilon, Emex, Datura, Viola, Galeopsis, Papaver, Centaurea, Trifolium, Ranunculus, Taraxacum.Dicotyledon weeds of the genera: Sinapis, Lepidium, Galium, Stellaria, Mat caria, Anthemis, Galinsoga, Chenopodium, Urtica, Senecio, Amaranthus, Portulaca, Xanthium, Convolvulus, Ipomoea, Polygonum, Sesbania, Ambrosia, Cirschus, Carduus Solanum, Rorippa, Rotala, Lindernia, Lamium, Veronica, Abutilon, Emex, Datura, Viola, Galeopsis, Papaver, Centaurea, Trifolium, Ranunculus, Taraxacum.
Monokotyle Unkräuter der Gattungen: Echinochloa, Setaria, Panicum, Digitaria, Phleum, Poa, Festuca, Eleusine, Brachiaria, Lolium, Bromus, Avena, Cyperus, Sorg- hum, Agropyron, Cynodon, Monochoria, Fimbristyslis, Sagittaria, Eleocharis, Scirpus, Paspalum, Ischaemum, Sphenoclea, Dactyloctenium, Agrostis, Alopecurus, Apera.Monocotyledonous weeds of the genera: Echinochloa, Setaria, Panicum, Digitaria, Phleum, Poa, Festuca, Eleusine, Brachiaria, Lolium, Bromus, Avena, Cyperus, Sorghum, Agropyron, Cynodon, Monochoria, Fimbristyslis, Sagittariapus, Eleocharis Paspalum, Ischaemum, Sphenoclea, Dactyloctenium, Agrostis, Alopecurus, Apera.
Die SEQ ID NO:2 oder Teile der vorstehend genannten Nukleinsäuresequenzen können für die Herstellung von Hybridisierungssonden verwendet werden. Die Herstellung dieser Sonden sowie die Durchführung der Experimente ist bekannt. Sie kann zum Beispiel über die gezielte Herstellung radioaktiver oder nicht radioaktiver Sonden mittels PCR und der Verwendung von entsprechend markierten Oligonukleotiden mit anschließenden Hybridisierungsexperimenten erfolgen. Die hierfür erforderlichen Technologien sind beispielsweise in T. Maniatis, E.F. Fritsch und J. Sambröok, "Mole- cular Cloning: A Laboratory Manual", Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1989) aufgeführt. Die entsprechenden Sonden können weiterhin mittels Standardtechnologien (Lit. SDM bzw. random Mutagenesis) so modifiziert werden, dass sie für weitere Zwecke eingesetzt werden können, z.B. als Sonde, die spezifisch zu mRNA sowie den entsprechenden codierenden Sequenzen hybridisiert zwecks Analyse der entsprechenden Sequenzen in anderen Organismen.SEQ ID NO: 2 or parts of the above-mentioned nucleic acid sequences can be used for the production of hybridization probes. The manufacture of these probes and the conduct of the experiments are known. This can be done, for example, by the targeted production of radioactive or non-radioactive probes by means of PCR and the use of appropriately labeled oligonucleotides with subsequent hybridization experiments. The technologies required for this are described, for example, in T. Maniatis, E.F. Fritsch and J. Sambröok, "Molecular Cloning: A Laboratory Manual", Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY (1989). The corresponding probes can also be modified using standard technologies (Lit. SDM or random mutagenesis) so that they can be used for other purposes, e.g. as a probe that hybridizes specifically to mRNA and the corresponding coding sequences for the purpose of analyzing the corresponding sequences in other organisms.
Die oben genannten Sonden können für die Detektion und Isolation von funktionellen Äquivalenten der SEQ ID NO:2 aus anderen Pflanzenspezies aufgrund von Sequenzidentitäten verwendet werden. Hierbei wird ein Teil oder die gesamte Sequenz der entsprechenden SEQ ID NO:2 als Sonde zum Screening in einer genomischen oder cDNA Bank der entsprechenden Pflanzenspezies oder in einer Computer-Recherche nach Sequenzen funktioneller Äquivalente in elektronischen Datenbanken verwendet.The above probes can be used for the detection and isolation of functional equivalents of SEQ ID NO: 2 from other plant species based on sequence identities. Here, part or all of the sequence of the corresponding SEQ ID NO: 2 is used as a probe for screening in a genomic or cDNA bank of the corresponding plant species or in a computer search for sequences of functional equivalents in electronic databases.
Bevorzugte Pflanzenspezies sind hierbei die bereits eingangs erwähnten unerwünsch- ten Pflanzen.Preferred plant species are the undesired plants already mentioned at the beginning.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Expressionskassetten enthaltendThe invention furthermore relates to expression cassettes containing
a) genetische Kontrollsequenzen in funktioneller Verknüpfung mit einer Nukleinsauresequenz umfassenda) comprising genetic control sequences in functional linkage with a nucleic acid sequence
i. eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:2 dargestellten Nukleinsauresequenz; oderi. a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2; or
ii. eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung aus der in SEQ ID NO:3 dargestellten Aminosäuresequenz ableiten läßt; oderii. a nucleic acid sequence which can be derived from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 on the basis of the degenerate genetic code by back-translation; or
iii. funktionelle Äquivalente der Nukleinsauresequenz SEQ ID NO:2 mit einer Identität von mindestens 79% zu der SEQ ID NO:2; iv. eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 92% aufweist, ableiten läßt.iii. functional equivalents of the nucleic acid sequence SEQ ID NO: 2 with an identity of at least 79% to SEQ ID NO: 2; iv. a nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 92%.
b) zusätzliche Funktionselemente; oderb) additional functional elements; or
c) eine Kombination aus a) und b);c) a combination of a) and b);
sowie die Verwendung von Expressionskassetten enthaltendand containing the use of expression cassettes
a) genetische Kontrollsequenzen in funktioneller. Verknüpfung mit einer erfindungsgemäßen Nukleinsauresequenz;a) genetic control sequences in functional. Linking to a nucleic acid sequence according to the invention;
b) zusätzliche Funktionselemente; oderb) additional functional elements; or
c) eine Kombination aus a) und b);c) a combination of a) and b);
zur Expression einer Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH, die in vitro Testsystemen verwendet werden kann. Beide Ausführungsformen der vorstehend beschriebenenfor the expression of a malate dehydrogenase, preferably MDH, which can be used in vitro test systems. Both embodiments of those described above
Expressionskasetten werden im folgenden als erfindungsgemäße Expressionskassette bezeichnet.Expression cassettes are referred to below as the expression cassette according to the invention.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfaßt eine erfindungsgemäße Expressi- onskassette am 5'-Ende der kodierenden Sequenz einen Promotor und am 3'-Ende Transkriptions-Terminations-Signal und gegebenenfalls weitere genetische Kontrollsequenzen, welche mit der dazwischenliegenden erfindungsgemäßen Nukleinsauresequenz funktioneil verknüpft sind.According to a preferred embodiment, an expression cassette according to the invention comprises a promoter at the 5 'end of the coding sequence and a transcription termination signal at the 3' end and, if appropriate, further genetic control sequences which are functionally linked to the nucleic acid sequence according to the invention located therebetween.
Unter den erfindungsgemäßen Expressionskassetten sind auch Analoga zu verstehen, die zum Beispiel durch eine Kombination der einzelnen Nukleinsäuresequenzen auf einem Polynukleotid (Mehrfachkonstrukte), auf mehreren Polynukleotiden in einer Zelle (Kotransformation) oder durch sequenzielle Transformation zustande kommen können.The expression cassettes according to the invention are also to be understood as analogs which can come about, for example, from a combination of the individual nucleic acid sequences on a polynucleotide (multiple constructs), on several polynucleotides in a cell (co-transformation) or through sequential transformation.
Vorteilhafte genetische Kontrollsequenzen nach Punkt a) für die erfindungsgemäßen Expressionskassetten oder für Vektoren enthaltend erfindungsgemäße Expressionskasetten sind beispielsweise Promotoren wie cos-, tac-, trp-, tet-, Ipp-, lac-, laclq-, T7-, T5-, T3-, gal-, trc-, ara-, SP6-, λ-PR- oder im λ-PL-Promotor, die zur Expression einer Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH, in gram-negativen Bakterienstämmen verwen- det werden können. Weitere vorteilhafte genetische Kontrollsequenzen sind beispielsweise in den Promotoren amy und SPO2, die zur Expression der Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH in gram-positiven Bakterienstämmen verwendet werden können, sowie in den Hefe- oder Pilzpromotoren AUG1, GPD-1, PX6, TEF, CUP1, PGK, GAP1, TPI, PHO5, AOX1, GAL10/CYC1 , CYC1 , OliC, ADH, TDH, Kex2, MFa oder NMT oder Kombinationen der vorstehend genannten Promotoren enthalten (Degryse et al., Yeast 1995 Jun 15; 11(7):629-40; Romanos et al. Yeast 1992 Jun;8(6):423-88; Benito et al. Eur. J. Plant Pathol. 104, 207-220 (1998); Cregg et al. Biotechnology (N Y) 1993 Aug;11(8):905-10; Luo X., Gene 1995 Sep 22;163(i):127-31; Nacken et al., Gene 1996 Oct 10;175(1-2): 253-60; Turgeon et al., Mol Cell Biol 1987 Sep;7(9):3297-305) oder den Transkriptionsterminatoren NMT, Gcy1, TrpC, AOX1, nos, PGK oder CYC1 (Degryse et al., Yeast 1995 Jun 15; 11 (7):629-40; Brunelli et al. Yeast 1993 Dec9(12): 1309-18; Frisch et al., Plant Mol. Biol. 27 (2), 405-409 (1995); Scorer et al., Biotechnology (N.Y.) 12 (2), 181- 184 (1994), Genbank acc. number Z46232; Zhao et al. Genbank acc number : AF049064; Punt et al., (1987) Gene 56 (1), 117-124), die zur Expression der Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH in Hefestämmen verwendet werden können.Advantageous genetic control sequences according to point a) for the expression cassettes according to the invention or for vectors containing expression cassettes according to the invention are, for example, promoters such as cos, tac, trp, tet, Ipp, lac, laclq, T7, T5, T3 , gal, trc, ara, SP6, λ-PR or in the λ-PL promoter, which can be used to express a malate dehydrogenase, preferably MDH, in gram-negative bacterial strains. Further advantageous genetic control sequences are, for example, in the amy and SPO2 promoters, which can be used to express malate dehydrogenase, preferably MDH, in gram-positive bacterial strains, and in the yeast or fungal promoters AUG1, GPD-1, PX6, TEF, CUP1, PGK, GAP1, TPI, PHO5, AOX1, GAL10 / CYC1, CYC1, OliC, ADH, TDH, Kex2, MFa or NMT or combinations of the above promoters (Degryse et al., Yeast 1995 Jun 15; 11 (7): 629-40; Romanos et al. Yeast 1992 Jun; 8 (6): 423-88; Benito et al. Eur. J. Plant Pathol. 104, 207-220 (1998); Cregg et al. Biotechnology (NY) 1993 Aug; 11 (8): 905-10; Luo X., Gene 1995 Sep 22; 163 (i): 127-31; Nacken et al., Gene 1996 Oct 10; 175 (1-2): 253-60; Turgeon et al., Mol Cell Biol 1987 Sep; 7 (9): 3297-305) or the transcription terminators NMT, Gcy1, TrpC, AOX1, nos, PGK or CYC1 (Degryse et al., Yeast 1995 Jun 15; 11 (7 ): 629-40; Brunelli et al. Yeast 1993 Dec9 (12): 1309-18; Frisch et al., Plant Mol. Biol. 27 (2) , 405-409 (1995); Scorer et al., Biotechnology (NY) 12 (2), 181-184 (1994), Genbank acc. number Z46232; Zhao et al. Genbank acc number: AF049064; Punt et al., (1987) Gene 56 (1), 117-124), which can be used to express malate dehydrogenase, preferably MDH, in yeast strains.
Als zur Expression in Insektenzellen geeignete genetische Kontrollsequenzen sind exemplarisch der Polyhedrin-Promotor sowie der p10-Promotor (Luckow, V.A. and Summers, M.D. (1988) Bio/Techn. 6, 47-55) zu nennen.Examples of suitable genetic control sequences for expression in insect cells are the polyhedrin promoter and the p10 promoter (Luckow, V.A. and Summers, M.D. (1988) Bio / Techn. 6, 47-55).
Vorteilhafte genetische Kontrollsequenzen zur Expression der Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH in Zellkultur sind sind neben Polyadenylierungssequenzen wie z.B. aus Simian Virus 40 eukaryontische Promotoren viralen Ursprungs wie z.B. Promotoren des Polyoma, Adenovirus 2, Cytomegalovirus oder Simian Virus 40.Advantageous genetic control sequences for the expression of malate dehydrogenase, preferably MDH in cell culture are, in addition to polyadenylation sequences such as e.g. from Simian Virus 40 eukaryotic promoters of viral origin such as e.g. Promoters of Polyoma, Adenovirus 2, Cytomegalovirus or Simian Virus 40.
Weitere vorteilhafte genetische Kontrollsequenzen zur Expression der Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH in Pflanzen sind in den Pflanzenpromotoren CaMV/35S [Franck et al., Cell 21(1980) 285-294], PRP1 [Ward et al., Plant. Mol. Biol. 22 (1993)], SSU, OCS, LEB4, USP, STLS1 , B33, NOS; FBPaseP (WO 98/18940) oder im Ubiqui- tin- oder Phaseolin-Promotor enthalten, vorzugsweise verwendet man insbesondere einen pflanzlichen Promotor oder einen Promotor, der einem Pflanzenvirus entstammt. Insbesondere bevorzugt sind Promotoren viralen Ursprungs wie der Promotor des 35S- Transkriptes des Blumenkohlmosaikvirus (Franck et al., Cell 21 (1980), 285-294;. Odell et al., Nature 313 (1985), 810-812). Weitere bevorzugte konstitutive Promotoren sind zum Beispiel der Promotor der Nopalinsynthase aus Agrobacterium, der TR- Doppelpromotor, der OCS (Octopin Synthase) Promotor aus Agrobacterium, der Ubi- quitin Promotor (Holtorf S et al., Plant Mol Biol 1995, 29:637-649), die Promotoren der vakuolärer ATPase Untereinheiten oder der Promotor eines prolinreichen Proteins aus Weizen (WO 91/13991). Die Expressionskassetten können auch einen chemisch induzierbaren Promotor als genetische Kontrollsequenz enthalten, durch den die Expression des exogenen Gens in der Pflanze zu einem bestimmten Zeitpunkt gesteuert werden kann. Derartige Promotoren, wie z.B. der PRP1 Promotor (Ward et al., Plant. Mol. Biol. 22 (1993), 361- 366), ein durch Salicylsäure induzierbarer (WO 95/19443), ein durch Benzolsulfona- mid-induzierbarer (EP-A-0388186), ein durch Tetrazyklih-induzierbarer (Gatz et al., (1992) Plant J. 2, 397404), ein durch Abscisinsäure-induzierbarer (EP-A 335528) bzw. ein durch Ethanol- oder Cyclohexanon-induzierbarer (WO 93/21334) Promotor können ebenfalls verwendet werden.Further advantageous genetic control sequences for the expression of malate dehydrogenase, preferably MDH in plants, are found in the plant promoters CaMV / 35S [Franck et al., Cell 21 (1980) 285-294], PRP1 [Ward et al., Plant. Mol. Biol. 22 (1993)], SSU, OCS, LEB4, USP, STLS1, B33, NOS; Contain FBPaseP (WO 98/18940) or in the ubiquitin or phaseolin promoter, preferably a plant promoter or a promoter which is derived from a plant virus is preferably used. Particularly preferred are promoters of viral origin such as the promoter of the 35S transcript of the cauliflower mosaic virus (Franck et al., Cell 21 (1980), 285-294; Odell et al., Nature 313 (1985), 810-812). Further preferred constitutive promoters are, for example, the promoter of nopaline synthase from Agrobacterium, the TR double promoter, the OCS (octopine synthase) promoter from Agrobacterium, the ubiquitin promoter (Holtorf S et al., Plant Mol Biol 1995, 29: 637- 649), the promoters of the vacuolar ATPase subunits or the promoter of a proline-rich protein from wheat (WO 91/13991). The expression cassettes can also contain a chemically inducible promoter as a genetic control sequence, by means of which the expression of the exogenous gene in the plant can be controlled at a specific point in time. Such promoters, such as the PRP1 promoter (Ward et al., Plant. Mol. Biol. 22 (1993), 361-366), a salicylic acid-inducible (WO 95/19443), a benzenesulfonamide-inducible (EP -A-0388186), one that can be induced by tetracycline (Gatz et al., (1992) Plant J. 2, 397404), one that can be induced by abscisic acid (EP-A 335528) or one that can be induced by ethanol or cyclohexanone ( WO 93/21334) promoters can also be used.
Geeignet sind ferner Promotoren die eine gewebe- oder organspezifische Expression z.B. in Antheren, Ovarien, Blüten und Blütenorganen, Blättern, Schließzellen, Tricho- men, Stengel, Leitgeweben, Wurzeln und Samen vermitteln. Ebenfalls geeignet sind hier neben den oben genannten konstitutiven Promotoren, insbesondere solche Pro- motoren, die eine blattspezifische Expression gewährleisten. Zu nennen sind der Promotor der cytosolischen FBPase aus Kartoffel (WO 97/05900), der SSU Promotor (small subunit) der Rubisco (Ribulose-1 ,5-bisphosphatcarboxylase) oder der ST-LSI Promotor aus Kartoffel (Stockhaus et al., EMBO J. 8 (1989), 2445 - 245). Bevorzugt sind ferner Promotoren, die eine Expression in Samen und pflanzlichen Embryonen steuern. Samenspezifische Promotoren sind zum Beispiel der Promotor des Phaseo- lins (US 5,504,200, Bustos MM et al., Plant Cell. 1989;1 (9):839-53), des 2S Albumingens (Joseffson LG et al., J Biol Chem 1987, 262:12196-12201), des Legumins (Shir- sat A et al., Mol Gen Genet. 1989;215(2):326-331), des USP (unknown seed protein; Bäumlein H et al., Molecular & General Genetics 1991, 225(3):459-67) des Napin Gens (Stalberg K, et al., L. Planta 1996, 199:515-519), des Saccharosebindeproteins (WO. 00/26388) oder der LeB4-Promotor (Bäumlein H et al., Mol Gen Genet 1991, 225: 121- 128; Fiedler, U. et al., Biotechnology (NY) (1995), 13 (10) 1090).Also suitable are promoters which express tissue or organ-specific expression e.g. mediate in anthers, ovaries, flowers and flower organs, leaves, guard cells, trichomes, stems, lead tissues, roots and seeds. In addition to the above-mentioned constitutive promoters, especially those promoters which ensure leaf-specific expression are also suitable. Worth mentioning are the promoter of the cytosolic FBPase from potato (WO 97/05900), the SSU promoter (small subunit), the Rubisco (ribulose-1, 5-bisphosphate carboxylase) or the ST-LSI promoter from potato (Stockhaus et al., EMBO J. 8 (1989), 2445-245). Promoters which control expression in seeds and plant embryos are also preferred. Seed-specific promoters are, for example, the promoter of phaseolin (US 5,504,200, Bustos MM et al., Plant Cell. 1989; 1 (9): 839-53), of the 2S albuming gene (Joseffson LG et al., J Biol Chem 1987 , 262: 12196-12201), leguminum (Shirat A et al., Mol Gen Genet. 1989; 215 (2): 326-331), USP (unknown seed protein; Bäumlein H et al., Molecular & General Genetics 1991, 225 (3): 459-67) of the Napin gene (Stalberg K, et al., L. Planta 1996, 199: 515-519), the sucrose binding protein (WO. 00/26388) or the LeB4 promoter (Baumlein H et al., Mol Gen Genet 1991, 225: 121-128; Fiedler, U. et al., Biotechnology (NY) (1995), 13 (10) 1090).
Weitere als genetische Kontrollsequenzen geeignete Promotoren sind beispielsweise spezifische Promotoren für Knollen, Speicherwurzeln oder Wurzeln, wie beispielsweise der Patatin Promotor Klasse I (B33), der Promotor des Cathepsin D Inhibitors aus Kartoffel, der Promotor der Stärke Synthase (GBSS1) oder der Sporamin Promotor, fruchtspezifische Promotoren, wie beispielsweise der fruchtspezifische Promotor aus Tomate (EP-A 409625), fruchtreifung-spezifische Promotoren, wie beispielsweise der fruchtreifung-spezifische Promotor aus Tomate (WO 94/21794), blütenspezifische Promotoren, wie beispielsweise der Phytoen Synthase Promotor (WO 92/16635) oder der Promotor des P-rr Gens (WO 98/22593) oder spezifische Piastiden- oder Chro- moplasten-Promotoren, wie beispielsweise der RNA-Polymerase Promotor (WO 97/06250) oder auch der Promotor der Phosphoribosylpyrophosphat Amidotransferase aus Glycine max (siehe auch Genbank Accession Nr U87999) oder ein anderer No- dien-spezifischer Promotor wie in EP-A 249676 können vorteilhaft verwendet werden.Further promoters suitable as genetic control sequences are, for example, specific promoters for tubers, storage roots or roots, such as, for example, the patatin promoter class I (B33), the promoter of the cathepsin D inhibitor from potato, the promoter of the starch synthase (GBSS1) or the sporamine promoter, fruit-specific promoters, such as the fruit-specific promoter from tomato (EP-A 409625), fruit-ripening-specific promoters, such as the fruit-ripening-specific promoter from tomato (WO 94/21794), flower-specific promoters such as the phytoene synthase promoter (WO 92 / 16635) or the promoter of the P-rr gene (WO 98/22593) or specific plastid or chromoplast promoters, such as, for example, the RNA polymerase promoter (WO 97/06250) or the promoter of the phosphoribosyl pyrophosphate amidotransferase from glycine max (see also Genbank Accession No. U87999) or another no- diene-specific promoters as in EP-A 249676 can advantageously be used.
Unter zusätzlichen Funktionselementen b) sind beispielhaft aber nicht einschränkend Reportergene, Replikationsursprünge, Selektionsmarker und sogenannte Affinitäts- Tags, fusioniert mit der Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH direkt oder mittels eines Linkers optional enthaltend eine Protease-Schnittstelle zu verstehen. Weitere geeignete zusätzliche Funktionselemente sind Sequenzen, die ein Targeting in den A- poplasten, in Piastiden, die Vakuole, das Mitochondrium, das Peroxisom, das En- doplasmatische Retikulum (ER) oder durch ein Fehlen entsprechender operativer Sequenzen einen Verbleib im Kompartiment des Entstehens, dem Zytosol, gewährleisten (Kermode, Crit. Rev. Plant Sei. 15, 4 (1996), 285-423).Additional functional elements b) are to be understood as examples, but not by way of limitation, of reporter genes, origins of replication, selection markers and so-called affinity tags, fused with the malate dehydrogenase, preferably MDH, directly or by means of a linker optionally containing a protease interface. Further suitable additional functional elements are sequences which target in the apoptlasts, plastids, the vacuole, the mitochondrium, the peroxisome, the endoplasmic reticulum (ER) or, due to the lack of corresponding operative sequences, remain in the compartment of the development, the cytosol (Kermode, Crit. Rev. Plant Sei. 15, 4 (1996), 285-423).
Erfindungsgemäß sind ferner Vektoren, die mindestens eine Kopie der erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenzen und/oder der erfindungsgemäßen Expressionskasset- ten enthalten.Vectors according to the invention also contain at least one copy of the nucleic acid sequences according to the invention and / or the expression cassettes according to the invention.
Unter Vektoren sind außer Plasmiden auch alle anderen dem Fachmann bekannten Vektoren, wie beispielsweise Phagen, Viren wie SV40, CMV, Baculovirus, Adenovirus, Transposons, IS-Elemente, Phasmide, Phagemide, Cosmide, lineare oder zirkuläre DNA zu verstehen. Diese Vektoren können autonom im Wirtsorganismus repliziert oder chromosomal repliziert werden. bevorzugt ist eine chromosomale Replikation.In addition to plasmids, vectors are also understood to mean all other vectors known to the person skilled in the art, such as phages, viruses such as SV40, CMV, baculovirus, adenovirus, transposons, IS elements, phasmids, phagemids, cosmids, linear or circular DNA. These vectors can be replicated autonomously in the host organism or replicated chromosomally. chromosomal replication is preferred.
In einer weiteren Ausgestaltungsform des Vektors kann die erfindungsgemäße Nuk- leinsäurekonstrukt auch vorteilhafterweise in Form einer linearen DNA in die Organis- men eingeführt werden und über heterologe oder homologe Rekombination in das Genom des Wirtsorganismus integriert werden. Diese lineare DNA kann aus einem linearisierten Plasmid oder nur aus dem Nukleinsäurekonstrukt als Vektor oder den verwendeten Nukleinsäuresequenzen bestehen.In a further embodiment of the vector, the nucleic acid construct according to the invention can also advantageously be introduced into the organisms in the form of a linear DNA and integrated into the genome of the host organism via heterologous or homologous recombination. This linear DNA can consist of a linearized plasmid or only of the nucleic acid construct as a vector or the nucleic acid sequences used.
Weitere prokaryotische und eukaryotische Expressionssysteme sind genannt in Kapitel 16 und 17 in Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual." 2nd, ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989. Weitere vorteilhafte Vektoren werden in Hellens et al. (Trends in plant scien- ce, 5, 2000) beschrieben.Further prokaryotic and eukaryotic expression systems are mentioned in chapters 16 and 17 in Sambrook et al., "Molecular Cloning: A Laboratory Manual." 2nd, ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989. Further advantageous vectors are described in Hellens et al. (Trends in plant science, 5, 2000).
Die erfindungsgemäße Expressionskassette sowie davon abgeleitete Vektoren können zur Transformation von Bakterien, Cyanobakterien (z.B. der Gattung Synechocystes, Anabaena, Calothrix, Scytonema, Oscillatoria, Plectonema und Nostoc), Proteobakte- rium wie etwa Magnetococcus sp. MC1 , Hefen, filamentösen Pilzen und Algen und eukaryontischen, nicht humanen Zellen (z.B. Insektenzellen) mit dem Ziel der rekombi- nanten Herstellung der Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH eingesetzt werden, wobei sich die Herstellung einer geeigneten Expressionskassette nach dem Organismus, in welchen das Gen exprimiert werden soll, richtet.The expression cassette according to the invention and vectors derived therefrom can be used to transform bacteria, cyanobacteria (for example the genus Synechocystes, Anabaena, Calothrix, Scytonema, Oscillatoria, Plectonema and Nostoc), proteobacteria such as Magnetococcus sp. MC1, yeast, filamentous fungi and algae and eukaryotic, non-human cells (eg insect cells) with the aim of recombinant production of malate dehydrogenase, preferably MDH, are used, whereby the production of a suitable expression cassette depends on the organism in which the gene is to be expressed.
Vektoren enthaltendContaining vectors
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:2 dargestellten Nukleinsauresequenz; odera) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2; or
b) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung aus der in SEQ ID NO:3 dargestellten Aminosäuresequenz ableiten läßt; oderb) a nucleic acid sequence which can be derived from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 on the basis of the degenerate genetic code by back-translation; or
c) funktionelle Äquivalente der Nukleinsauresequenz SEQ ID NO:2 mit einer Identität von mindestens 79% zu der SEQ ID NO:2;c) functional equivalents of the nucleic acid sequence SEQ ID NO: 2 with an identity of at least 79% to SEQ ID NO: 2;
d) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Ä- quivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 87% aufweist, ableiten läßt.d) a nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerated genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 87%.
sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung.are the subject of the present invention.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Nukleinsäuresequenzen auch alleine in einen Organismus eingebracht werden.In a further advantageous embodiment, the nucleic acid sequences used in the method according to the invention can also be introduced into an organism alone.
Sollen neben den Nukleinsäuresequenzen weitere Gene in den Organismus eingeführt werden, so können alle zusammen in einem einzigen Vektor oder jedes einzelne Gen in je einem Vektor in den Organismus eingebracht werden, wobei die verschiedenen Vektoren gleichzeitig oder sukzessive eingebracht werden können.If, in addition to the nucleic acid sequences, further genes are to be introduced into the organism, they can all be introduced into the organism together in a single vector or each individual gene can be introduced into the organism, the different vectors being able to be introduced simultaneously or successively.
Hierbei kann das Einbringen der erfindungsgemäßen Nukleinsäure(n), der Expressionskassette oder des Vektors in die entsprechenden Organismen (Transformation) prinzipiell nach allen dem Fachmann bekannten Methoden erfolgen.In principle, the nucleic acid (s) according to the invention, the expression cassette or the vector can be introduced into the corresponding organisms (transformation) by all methods known to the person skilled in the art.
Für Mikroorganismen kann der Fachmann entsprechende Methoden den Lehrbüchern von Sambrook, J. et al. (1989) "Molecular cloning: A laboratory manual", Cold Spring Harbor Laboratory Press, von F.M. Ausubel et al. (1994) "Current protocols in molecular biology", John Wiley and Sons, von D.M. Glover et al., DNA Cloning Vol.1 , (1995), IRL Press (ISBN 019-963476-9), von Kaiser et al. (1994) Methods in Yeast Genetics, Cold Spring Habor Laboratory Press oder Guthrie et al. "Guide to Yeast Genetics and Molecular Biology", Methods in Enzymology, 1994, Academic Press entnehmen. Bei der Transformation von filamentösen Pilzen bieten sich zum einen die Herstellung von Protoplasten und Transformation mit Hilfe von PEG (Wiebe et al. (1997) Mycol. Res. 101 (7): 971-877; Pröctor et al. (1997) Microbiol. 143, 2538-2591), zum anderen die Transformation unter zur Hilfe nähme von Agrobacterium tumefaciens (de Groot et al. (1998) Nat. Biotech. 16, 839-842) an.For microorganisms, the person skilled in the art can use the corresponding textbooks from Sambrook, J. et al. (1989) "Molecular cloning: A laboratory manual", Cold Spring Harbor Laboratory Press, by FM Ausubel et al. (1994) "Current protocols in molecular biology", John Wiley and Sons, by DM Glover et al., DNA Cloning Vol. 1, (1995), IRL Press (ISBN 019-963476-9), by Kaiser et al. (1994) Methods in Yeast Genetics, Cold Spring Habor Laboratory Press or Guthrie et al. "Guide to Yeast Genetics and Molecular Biology ", Methods in Enzymology, 1994, Academic Press. For the transformation of filamentous fungi, the production of protoplasts and transformation using PEG (Wiebe et al. (1997) Mycol. Res. 101 (7) : 971-877; Proctor et al. (1997) Microbiol. 143, 2538-2591), on the other hand the transformation with the aid of Agrobacterium tumefaciens (de Groot et al. (1998) Nat. Biotech. 16, 839-842 ) on.
Für dikotyle Pflanzen können die beschriebenen Methoden zur Transformation und Regeneration von Pflanzen aus Pflanzengeweben oder Pflanzenzellen zur transienten oder stabilen Transformation genutzt werden. Geeignete Methoden sind das biolisti- sche Verfahrens oder durch Protoplastentransformation (vergl. z.B. Willmitzer, L., 1993 Transgenic plants. In: Biotechnology, A Multi-Volume Comprehensive Treatise (HJ. Rehm, G. Reed, A. Pühler, P. Stadler, eds.), Vol. 2, 627-659, VCH Weinheim-New York-Basel-Cambridge), die Elektroporation, die Inkubation trockener Embryonen in DNA-haltiger Lösung, die Mikroinjektion und der durch Agrobacterium vermittelte Gentransfer. Die genannten Verfahren sind beispielsweise in B. Jenes et al., Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Vol. 1 , Engineering and Utilization, herausgegeben von S.D. Kung und R. Wu, Academic Press (1993) 128-143 sowie in Potrykus Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Molec.Biol. 42 (1991) 205-225) beschrieben.For dicotyledonous plants, the described methods for transforming and regenerating plants from plant tissues or plant cells for transient or stable transformation can be used. Suitable methods are the biolistic method or by protoplast transformation (see, for example, Willmitzer, L., 1993 Transgenic plants. In: Biotechnology, A Multi-Volume Comprehensive Treatise (HJ. Rehm, G. Reed, A. Pühler, P. Stadler , eds.), Vol. 2, 627-659, VCH Weinheim-New York-Basel-Cambridge), electroporation, the incubation of dry embryos in DNA-containing solution, microinjection and the gene transfer mediated by Agrobacterium. The methods mentioned are described, for example, in B. Jenes et al., Techniques for Gene Transfer, in: Transgenic Plants, Vol. 1, Engineering and Utilization, published by S.D. Kung and R. Wu, Academic Press (1993) 128-143 and in Potrykus Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Molec.Biol. 42 (1991) 205-225).
Die Transformation mittels Agrobakterien sowie die für die Transformation zu verwendenden Vektoren sind dem Fachmann bekannt und in der Literatur ausführlich beschrieben (Bevan et al., Nucl. Acids Res. 12 (1984) 8711. Die intermediären Vektoren können aufgrund von Sequenzen, die homolog zu Sequenzen in der T-DNA sind, durch homologe Rekombination in das Ti- oder Ri-Plasmid der Agrobakterien integriert werden. Dieses enthält außerdem die für den Transfer der T-DNA notwendige vir- Region. Intermediäre Vektoren können nicht in Agrobakterien replizieren. Mittels eines Helferplasmids kann der intermediäre Vektor auf Agrobacterium tumefaciens übertragen werden (Konjugation). Binäre Vektoren können sowohl in E.coli als auch in Agro- bakterien replizieren. Sie enthalten ein Selektionsmarker-Gen und einen Linker oder Polylinker, welche von der rechten und linken T-DNA Grenzregion eingerahmt werden. Sie können direkt in die Agrobakterien transformiert werden (; Holsters et al. Mol. Gen. Genet. 163 (1978), 181-187) , EP A 0 120 516; Hoekema, In: The Binary Plant Vector System Offsetdrukkerij Kanters B.V., Alblasserdam (1985), Chapter V; Fraley et al., Grit. Rev. Plant. Sei., 4: 1-46 und An et al. EMBO J. 4 (1985), 277-287).The transformation by means of agrobacteria and the vectors to be used for the transformation are known to the person skilled in the art and are described in detail in the literature (Bevan et al., Nucl. Acids Res. 12 (1984) 8711. The intermediate vectors can be homologous due to sequences Sequences in the T-DNA are integrated into the Ti or Ri plasmid of the agrobacteria by homologous recombination, which also contains the vir region necessary for the transfer of the T-DNA. Intermediate vectors cannot replicate in agrobacteria The intermediate vector can be transferred to Agrobacterium tumefaciens (conjugation) by helper plasmids. Binary vectors can replicate both in E. coli and in agrobacteria. They contain a selection marker gene and a linker or polylinker which is linked from the right and left T- DNA border region can be framed. They can be transformed directly into the agrobacteria (; Holsters et al. Mol. Gen. Genet. 163 (1978), 181-187), EP A 0 120 516; Hoekema, In: The Binary Plant Vector System Offsetdrukkerij Kanters B.V., Alblasserdam (1985), Chapter V; Fraley et al., Grit. Rev. Plant. Sci., 4: 1-46 and An et al. EMBO J. 4 (1985) 277-287).
Auch die Transformation monokotyler Pflanzen mittels Agrobacterium basierender Vektoren wurde beschrieben ( Chan et al, Plant Mol. Biol. 22(1993), 491-506; Hiei et al, Plant J. 6 (1994) 271-282; Deng et al; Science in China 33 (1990), 28-34; Wilmink et al, Plant Cell Reports 11 ,(1992) 76-80; May et al; Biotechnology 13 (1995) 486-492; Con- ner und Domisse; Int. J. Plant Sei. 153 (1992) 550-555; Ritchie et al; Transgenic Res. (1993) 252-265). Alternative Systeme zur Transformation von monokotylen Pflanzen sind die Transformation mittels des biolistischen Ansatzes (Wan und Lemaux; Plant Physiol. 104 (1994), 37-48; Vasil et ai; Biotechnology 11 (1992), 667-674; Ritala et al, Plant Mol. Biol 24, (1994) 317-325; Spencer et al, Theor. Appl. Genet. 79 (1990), 625- 631) die Protoplastentransformation, die Elektroporation von partiell permeabilisierten Zellen ; die Einbringung von DNA mittels Glasfasern. Insbesondere die Transformation von Mais wurde in der Literatur mehrfach beschrieben (vgl. z.B. WO 95/06128; EP 0513849 A1; EP 0465875 A1; EP 0292435 A1; Fromm et al, Biotechnology 8 (1990), 833-844; Gordon-Kamm et al, Plant Cell 2 (1990), 603-618; Koziel et al, Biotechnology 11(1993) 194-200; Moroc et al, Theor Applied Genetics 80 (190) 721-726).The transformation of monocotyledonous plants using Agrobacterium-based vectors has also been described (Chan et al, Plant Mol. Biol. 22 (1993), 491-506; Hiei et al, Plant J. 6 (1994) 271-282; Deng et al; Science in China 33 (1990), 28-34; Wilmink et al, Plant Cell Reports 11, (1992) 76-80; May et al; Biotechnology 13 (1995) 486-492; Conner and Domisse; Int. J. Plant Sei. 153 (1992) 550-555; Ritchie et al; Transgenic Res. (1993) 252-265). Alternative systems for the transformation of monocotyledonous plants are transformation using the biolistic approach (Wan and Lemaux; Plant Physiol. 104 (1994), 37-48; Vasil et ai; Biotechnology 11 (1992), 667-674; Ritala et al, Plant Mol. Biol 24, (1994) 317-325; Spencer et al, Theor. Appl. Genet. 79 (1990), 625-631) the protoplast transformation, the electroporation of partially permeabilized cells; the introduction of DNA using glass fibers. In particular, the transformation of maize has been described several times in the literature (cf., for example, WO 95/06128; EP 0513849 A1; EP 0465875 A1; EP 0292435 A1; Fromm et al, Biotechnology 8 (1990), 833-844; Gordon-Kamm et al, Plant Cell 2 (1990), 603-618; Koziel et al, Biotechnology 11 (1993) 194-200; Moroc et al, Theor Applied Genetics 80 (190) 721-726).
Auch die erfolgreiche Transformation anderer Getreidearten wurde bereits beschrieben z.B. für Gerste ( Wan und Lemaux, s.o.; Ritala et al, s.o.; Weizen ( Nehra et al, Plant J. 5(1994) 285-297).The successful transformation of other cereals has also been described, e.g. for barley (Wan and Lemaux, see above; Ritala et al, see above; wheat (Nehra et al, Plant J. 5 (1994) 285-297).
Mit einem erfindungsgemäßen Vektor transformierte Agrobakterien können ebenfalls in bekannter Weise zur Transformation von Pflanzen wie Testpflanzen wie Arabidopsis oder Kulturpflanzen wie Getreide, Mais, Hafer, Roggen, Gerste, Weizen, Soja, Reis, Baumwolle, Zuckerrübe, Canola, Sonnenblume, Flachs, Hanf, Kartoffel, Tabak, Toma- te, Karotte, Paprika, Raps, Tapioka, Maniok, Pfeilwurz, Tagetes, Alfalfa, Salat und den verschiedenen Baum-, Nuß- und Weinspezies verwendet werden, z.B. indem verwundete Blätter oder Blattstücke in einer Agrobakterienlösung gebadet und anschließend in geeigneten Medien kultiviert werden.Agrobacteria transformed with a vector according to the invention can also be used in a known manner to transform plants such as test plants such as Arabidopsis or crop plants such as cereals, maize, oats, rye, barley, wheat, soybeans, rice, cotton, sugar beet, canola, sunflower, flax, hemp, Potato, tobacco, tomato, carrot, paprika, rapeseed, tapioca, cassava, arrowroot, tagetes, alfalfa, lettuce and the various tree, nut and wine species can be used, eg by bathing wounded leaves or leaf pieces in an agrobacterial solution and then cultivating them in suitable media.
Die genetisch veränderten Pflanzenzellen können über alle dem Fachmann bekannten Methoden regeneriert werden. Entsprechende Methoden können den oben genannten Schriften von S.D. Kung und R. Wu, Potrykus oder Höfgen und Willmitzer entnommen werden.The genetically modified plant cells can be regenerated using all methods known to the person skilled in the art. Appropriate methods can be found in the above-mentioned writings by S.D. Kung and R. Wu, Potrykus or Höfgen and Willmitzer can be found.
Die durch Transformation mit einer der oben beschriebenen Ausführungsformen einer Expressionskassette, enthaltend eine erfindungsgemäße Nukleinsauresequenz oder einem Vektor, enthaltend die vorstehend genannte Expressionskassette, hergestellten transgenen Organismen sowie die mittels Expression aus dem transgenen Organismus erhältliche rekombinante Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist dieThe transgenic organisms produced by transformation with one of the above-described embodiments of an expression cassette containing a nucleic acid sequence according to the invention or a vector containing the abovementioned expression cassette, and the recombinant malate dehydrogenase, preferably MDH, obtainable by expression from the transgenic organism are the subject of the present invention. The present invention also relates to
Verwendung von transgenen Organismen enthaltend eine erfindungsgemäße Expressionskassette z.B. für die Bereitstellung rekombinanten Proteins und/oder die Verwendung dieser Organismen in in vivo Testsystemen. Bevorzugte Organismen für die rekombinante Expression sind sind neben Bakterien, Hefen, Moose, Algen, Pilze auch eukaryontische Zellinien.Use of transgenic organisms containing an expression cassette according to the invention, for example for the provision of recombinant protein and / or the use of these organisms in in vivo test systems. In addition to bacteria, yeasts, mosses, algae and fungi, preferred organisms for recombinant expression are also eukaryotic cell lines.
Bevorzugte Moose sind Physcomitrella patens oder weitere in Kryptogamen, Bd.2, Moose, Farne, 1991 , Springer Verlag (ISBN 3540536515), beschriebene Moose.Preferred mosses are Physcomitrella patens or other mosses described in Kryptogamen, Vol. 2, Moose, Farne, 1991, Springer Verlag (ISBN 3540536515).
Innerhalb der Bakterien sind Bakterien der Gattung Escherichia, Erwinia, Flavobacteri- um, Alcaligenes oder Cyanobakterien zum Beispiel der Gattung Synechocystes, Anä- baena, Calothrix, Scytonema, Oscillatoria, Plectonema und Nostoc, besonders bevor- . zugt Synechocystis oder Anabena bevorzugt.Within the bacteria, bacteria of the genus Escherichia, Erwinia, Flavobacterium, Alcaligenes or Cyanobacteria, for example of the genus Synechocystes, Anäbaena, Calothrix, Scytonema, Oscillatoria, Plectonema and Nostoc, are particularly preferred. prefers Synechocystis or Anabena.
Bevorzugte Hefen sind Candida, Saccharomyces, Schizosaccheromyces, Hansenula oder Pichia.Preferred yeasts are Candida, Saccharomyces, Schizosaccheromyces, Hansenula or Pichia.
Bevorzugte Pilze sind Aspergillus, Trichoderma, Ashbya, Neurospora, Fusarium,Preferred mushrooms are Aspergillus, Trichoderma, Ashbya, Neurospora, Fusarium,
Beauveria, Mortierella, Saprolegnia, Pythium, oder weitere in Indian Chem Engr. Secti- on B. Vol 37, No 1 ,2 (1995) beschriebene Pilze.Beauveria, Mortierella, Saprolegnia, Pythium, or others in Indian Chem Engr. Section B. Vol 37, No 1, 2 (1995).
Bevorzugte Pflanzen sind insbesondere ausgewählt unter monokotylen Kulturpflanzen, wie zum Beispiel Getreidearten wie Weizen, Gerste, Hirse, Roggen, Triticale, Mais, Reis oder Hafer sowie dem Zuckerrohr. Ferner sind die erfindungsgemäßen transgenen Pflanzen insbesondere ausgewählt unter dikotylen Kulturpflanzen, wie zum Beispiel Brassicacae wie Raps, Kresse, Arabidopsis, Kohlarten oder Canola; Legumino- sae wie Soja, Alfalfa, Erbse, Bohnengewächsen oder Erdnuss Solanaceae wie Kartof- fei, Tabak, Tomate, Aubergine oder Paprika; Asteraceae wie Sonnenblume, Tagetes, Salat oder Calendula; Cucurbitaceae wie Melone, Kürbis oder Zucchini, oder Lein, Baumwolle, Hanf, Flachs, Roter Pfeffer, Möhre, Karotte, Zuckerrübe oder verschiedene Baum-, Nuss- und Weinspecies.Preferred plants are selected in particular from monocotyledonous crop plants, such as, for example, cereals such as wheat, barley, millet, rye, triticale, maize, rice or oats, and sugar cane. Furthermore, the transgenic plants according to the invention are selected in particular from dicotyledonous crop plants, such as, for example, Brassicacae such as rapeseed, cress, Arabidopsis, cabbages or canola; Leguminosae such as soy, alfalfa, pea, bean crops or peanut solanaceae such as potato, tobacco, tomato, eggplant or paprika; Asteraceae such as sunflower, tagetes, lettuce or calendula; Cucurbitaceae such as melon, pumpkin or zucchini, or flax, cotton, hemp, flax, red pepper, carrot, carrot, sugar beet or various tree, nut and wine species.
Prinzipiell sind als Wirtsorganismen auch transgene Tiere geeignet wie beispielsweise C. elegans.In principle, transgenic animals such as C. elegans are also suitable as host organisms.
Bevorzugt ist auch die Verwendung von Expressionsystemen und Vektoren, die öffentlich zugänglich oder kommerziell erhältich sind.It is also preferred to use expression systems and vectors that are publicly available or commercially available.
Zur Verwendung in E. coli Bakterien sind die typischen vorteilhaften, kommerziell erhältlichen Fusions- und Expressionsvektoren pGEX [Pharmacia Biotech Ine; Smith, D.B. and Johnson, K.S. (1988) Gene 67:31-40], pMAL (New England Biolabs, Beverly, MA) and pRIT5 (Pharmacia, Piscataway, NJ) welches Glutathion S-transferase bein- haltet (GST), Maltose Bindeprotein, oder Protein A, die pTrc-Vektoren (Amann et al., (1988) Gene 69:301-315) der "pKK233-2" von CLONTECH, Palo Alto, CA und die "pET"-, und die "pBAD"-Vektor-Serien von Stratagene, La Jolla zu nennen.For use in E. coli bacteria, the typical advantageous, commercially available fusion and expression vectors pGEX [Pharmacia Biotech Ine; Smith, DB and Johnson, KS (1988) Gene 67: 31-40], pMAL (New England Biolabs, Beverly, MA) and pRIT5 (Pharmacia, Piscataway, NJ) which contains glutathione S-transferase (GST), maltose Binding protein, or Protein A, the pTrc vectors (Amann et al., (1988) Gene 69: 301-315) the "pKK233-2" from CLONTECH, Palo Alto, CA and to call "pET" - and the "pBAD" vector series from Stratagene, La Jolla.
Weitere vorteilhafte Vektoren zur Verwendung in Hefe sind pYepSed (Baldari, et al., (1987) Embo J. 6:229-234), pMFa (Kurjan and Herskowitz, (1982) Cell 30:933-943), pJRY88 (Schultz et al., (1987) Gene 54: 113-123), and pYES-Derivate, pGAPZ- Derivate, pPICZ-Derivate sowie die Vektoren des "Pichia Expression Kit" (Invitrogen Corporation, San Diego, CA). Vektoren für die Nutzung in filamentösen Pilzen sind beschrieben in: van den Hondel, C.A.MJ.J. & Punt, P.J. (1991) "Gene transfer Systems and vector development for filamentous fungi, in: Applied Molecular Genetics of Fungi, J.F. Peberdy, et al., eds., p- 1-28, Cambridge University Press: Cambridge.Further advantageous vectors for use in yeast are pYepSed (Baldari, et al., (1987) Embo J. 6: 229-234), pMFa (Kurjan and Herskowitz, (1982) Cell 30: 933-943), pJRY88 (Schultz et al., (1987) Gene 54: 113-123), and pYES derivatives, pGAPZ derivatives, pPICZ derivatives and the vectors of the "Pichia Expression Kit" (Invitrogen Corporation, San Diego, CA). Vectors for use in filamentous fungi are described in: van den Hondel, C.A.MJ.J. & Punt, P.J. (1991) "Gene transfer Systems and vector development for filamentous fungi, in: Applied Molecular Genetics of Fungi, J.F. Peberdy, et al., Eds., P-1-28, Cambridge University Press: Cambridge.
Alternativ können auch vorteilhaft Insektenzellexpressionsvektoren genutzt werden z.B. für die Expression in Sf9, Sf21 oder Hi5 Zellen, welche über rekombinante Baculoviren infiziert werden. Dies sind z.B. die Vektoren der pAc Serie (Smith et al. (1983) Mol. Cell Biol. 3:2156-2165) und der pVL series (Lucklow and Summers (1989) Virology 170:31 - 39). Weiterhin genannt seien die Baculovirus Expressionssysteme "MaxBac 2.0 Kit" und "Insect Select System" von Invitrogen, Calsbald oder "BacPAK Baculovirus Expressionssystem" von CLONTECH, Palo Alto, CA. Insektenzellen eignen sich in besonderer Weise zur Überexpression eukaryontischer Proteine, da sie posttranslationale Modifikationen der Proteine durchführen, die in Bakterien und Hefen nicht möglich sind. Die Handhabung von Insektenzellen in Zellkultur sowie ihre Infektion zur Expression von Proteinen sind dem Fachmann bekannt und können in Analogie zu bekannten Methoden erfolgen (Luckow und Summers, Bio/Tech. 6, 1988, pp.47-55; Glover and Harnes (eds) in DNA Cloning 2, A practical Approach, Expression Systems, Second Edition, Oxford University Press, 1995, 205-244).Alternatively, insect cell expression vectors can also be used advantageously, e.g. for expression in Sf9, Sf21 or Hi5 cells, which are infected via recombinant baculoviruses. These are e.g. the vectors of the pAc series (Smith et al. (1983) Mol. Cell Biol. 3: 2156-2165) and the pVL series (Lucklow and Summers (1989) Virology 170: 31-39). The baculovirus expression systems "MaxBac 2.0 Kit" and "Insect Select System" from Invitrogen, Calsbald or "BacPAK Baculovirus Expression System" from CLONTECH, Palo Alto, CA. Insect cells are particularly suitable for overexpressing eukaryotic proteins because they carry out post-translational modifications of the proteins that are not possible in bacteria and yeasts. The handling of insect cells in cell culture and their infection for the expression of proteins are known to the person skilled in the art and can be carried out analogously to known methods (Luckow and Summers, Bio / Tech. 6, 1988, pp.47-55; Glover and Harnes (eds) in DNA Cloning 2, A practical Approach, Expression Systems, Second Edition, Oxford University Press, 1995, 205-244).
Des weiteren können zur Genexpression vorteilhaft Pflanzenzellen oder Algenzellen genutzt werden. Beispiele für Pflanzenexpressionsvektoren finden sich wie obenstehend erwähnt in Becker, D., et al. (1992) "New plant binary vectors with selectable markers located proximal to the left border", Plant Mol. Biol. 20: 1195-1197 oder in Bevan, M.W. (1984) "Binary Agrobacterium vectors for plant transformation", Nucl. Acid. Res. 12: 8711-8721.Furthermore, plant cells or algal cells can advantageously be used for gene expression. Examples of plant expression vectors can be found in Becker, D., et al. (1992) "New plant binary vectors with selectable markers located proximal to the left border", Plant Mol. Biol. 20: 1195-1197 or in Bevan, M.W. (1984) "Binary Agrobacterium vectors for plant transformation", Nucl. Acid. Res. 12: 8711-8721.
Weiterhin können die erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenzen in Säugerzellen exprimiert werden. Beispiel für entsprechende Expressionsvektoren sind pCDMδ und pMT2PC genannt in: Seed, B. (1987) Nature 329:840 oder Kaufman et al. (1987) EMBO J. 6:187-195). Dabei sind vorzugsweise zu nutzende Promotoren viralen Ursprungs wie z.B. Promotoren des Polyoma, Adenovirus 2, Cytomegalovirus oder Simian Virus 40. Weitere prokaryotische und eukaryotische Expressionssysteme sind ge- nannt in Kapitel 16 und 17 in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2nd, ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989. Weitere vorteilhafte Vektoren werden in Hellens et al. (Trends in plant science, 5, 2000) beschrieben.Furthermore, the nucleic acid sequences according to the invention can be expressed in mammalian cells. Examples of corresponding expression vectors are pCDMδ and pMT2PC mentioned in: Seed, B. (1987) Nature 329: 840 or Kaufman et al. (1987) EMBO J. 6: 187-195). In this case, promoters to be used are of viral origin, such as promoters of polyoma, adenovirus 2, cytomegalovirus or Simian virus 40. Further prokaryotic and eukaryotic expression systems are mentioned in chapters 16 and 17 in Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2nd, ed., Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, NY, 1989. Further advantageous vectors are described in Hellens et al. (Trends in plant science, 5, 2000).
Die transgenen Organismen, welche eine Nukleisäuresequenz umfassend enthalten, werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung beansprucht.The transgenic organisms which contain a nucleic acid sequence are claimed in the context of the present invention.
Sämtliche, oben beschriebenen Ausführungsformen der transgenen Organismen werden unter dem Begriff "erfindungsgemäßer transgener Organismus" zusammengefaßt.All of the above-described embodiments of the transgenic organisms are summarized under the term “transgenic organism according to the invention”.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist die Verwendung von Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH in einem Verfahren zur Identifizierung von Testverbindungen mit herbizider Wirkung.Another object of the present invention is the use of malate dehydrogenase, preferably MDH, in a method for identifying test compounds with a herbicidal action.
Bevorzugt umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Identifizierung von Verbin- düngen mit herbizider Wirkung die folgenden Schritte:The method according to the invention for identifying compounds having a herbicidal action preferably comprises the following steps:
i. Inkontaktbringen von Malat Dehydrogenase, bevorzugt von MDH mit einer oder mehreren Testverbindungen unter Bedingungen, die die Bindung der Testverbin- dung(en) an die Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH erlauben; undi. Bringing malate dehydrogenase, preferably MDH, into contact with one or more test compounds under conditions which allow the test compound (s) to bind to the malate dehydrogenase, preferably MDH; and
ii. Nachweis, ob die Testverbindung an die Malat Dehydrogenase, bevorzugt an die MDH aus i) bindet; oderii. Evidence of whether the test compound binds to the malate dehydrogenase, preferably to the MDH from i); or
iii. Nachweis, ob die Testverbindung die enzymatische oder biologische Aktivität der Malat Dehydrogenase, bevorzugt der MDH aus i) reduziert oder blockiert; oderiii. Evidence as to whether the test compound reduces or blocks the enzymatic or biological activity of the malate dehydrogenase, preferably the MDH from i); or
iv. Nachweis, ob die Testverbindung die Transkription, Translation oder Expression einer Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH reduziert oder blockiert.iv. Detection of whether the test compound reduces or blocks the transcription, translation or expression of a malate dehydrogenase, preferably MDH.
Der Nachweis gemäß Schritt (ii) des oben stehenden Verfahrens kann anhand von Techniken, welche die Wechselwirkung zwischen Protein und Ligand aufzeigen, erfolgen. Hierbei kann entweder die Testverbindung oder das Enzym eine detektierbare Markierung enthalten, wie z.B. eine fluoreszierende, radioisotope, chemilumineszie- rende oder enzymatische Markierung. Beispiele für enzymatische Markierungen sind Meerrettich Peroxidase, alkalische Phosphatase oder Luzifierase. Die anschließende Detektion richtet sich nach der Markierung und ist dem Fachmann bekannt.The detection according to step (ii) of the above method can be carried out using techniques which show the interaction between protein and ligand. Either the test compound or the enzyme may contain a detectable label, e.g. a fluorescent, radioisotope, chemiluminescent or enzymatic label. Examples of enzymatic labels are horseradish peroxidase, alkaline phosphatase or lucifierase. The subsequent detection depends on the marking and is known to the person skilled in the art.
Hierbei sind insbesondere fünf bevorzugte Ausführungsformen zu nennen, die im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung auch für Hochdurchsatzmethoden (High Troughput Screening, HTS) geeignet sind: 1. Über Fluoreszenz-Korrelations-Spektroskopie (FCS) (Proc. Natl. Acad. Sei. USA (1994) 11753-11575) läßt sich die durchschnittliche Diffusionsrate eines Fluoreszenzmoleküls in Abhängigkeit zur Masse in einem kleinen Probenvolumen bestimmen. Durch Messen der Massenänderung bzw. der daraus resultierenden veränderten Diffunsionsrate einer Testverbindung beim Binden an die Malat Dehydrogenase, bevorzugt die MDH läßt sich FCS zur Bestimmung von Protein- Ligand-Wechselwirkungen einsetzten. Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann direkt zur Messung der Bindung einer durch ein Fluoreszenzmolekül markierten Testverbindung aufgebaut werden. Alternativ kann das erfindungsgemäße Ver- fahren so konzipiert sein, dass eine durch ein Fluoreszenzmolekül markierte chemische Referenzverbindung durch weitere Testverbindungen verdrängt wird ("Verdrändungsassay").In this context, five preferred embodiments are to be mentioned in particular, which in connection with the present invention are also suitable for high-throughput methods (HTS): 1. Using fluorescence correlation spectroscopy (FCS) (Proc. Natl. Acad. Sei. USA (1994) 11753-11575), the average diffusion rate of a fluorescence molecule as a function of mass can be determined in a small sample volume. By measuring the change in mass or the resulting change in the diffusion rate of a test compound when binding to the malate dehydrogenase, preferably the MDH, FCS can be used to determine protein-ligand interactions. A method according to the invention can be set up directly for measuring the binding of a test compound marked by a fluorescence molecule. Alternatively, the method according to the invention can be designed in such a way that a chemical reference compound marked by a fluorescence molecule is displaced by further test compounds ("displacement assay").
2. Die Fluoreszenzpolarisation nutzt die Eigenschaft eines mit polarisiertem Licht angeregten ruhenden Fluorophors ebenfalls wieder polarisiertes Licht zu emittieren. Kann der Fluorophor allerdings während des angeregten Zustande rotieren, so geht die Polarisation des emittierten Fluoreszenzlichts mehr oder weniger verloren. Bei sonst gleichen Bedingungen (z.B. Temperatur, Viskosität, Lösungsmittel) ist die Rotation eine Funktion der Molekülgröße, womit man über das Mess- Signal eine Aussage über die Größe des am Fluorophor gebundenen Rests treffen kann (Methods in Enzymology 246 (1995), pp. 283-300). Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann direkt zur Messung der Bindung einer durch ein Fluoreszenzmolekül markierten Testverbindung an die Malat Dehydrogenase, bevorzugt die MDH aufgebaut werden. Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren . auch in Form des unter 1 beschriebenen "Verdrängungsassays" konzipiert sein.2. The fluorescence polarization uses the property of a resting fluorophore excited with polarized light to also emit polarized light again. However, if the fluorophore can rotate during the excited state, the polarization of the emitted fluorescent light is more or less lost. Under otherwise identical conditions (eg temperature, viscosity, solvent) the rotation is a function of the molecular size, with which one can make a statement about the size of the residue bound to the fluorophore via the measurement signal (Methods in Enzymology 246 (1995), pp. 283-300). A method according to the invention can be established directly for measuring the binding of a test compound marked by a fluorescent molecule to the malate dehydrogenase, preferably the MDH. Alternatively, the method according to the invention. can also be designed in the form of the "displacement assay" described under 1.
3. Fluoreszenz-Resonanz Energie Tranfer" (FRET) basiert auf der strahlungslosen Energieübertragung zwischen zwei räumlich benachbarten Fluoreszenzmolekülen unter geeigneten Bedingungen. Eine Voraussetzung ist die Überlappung des Emissionsspektrums des Donormoleküls mit dem Anregungsspektrum des Akzeptormoleküls. Durch Fluoreszenzmarkierung der Malat Dehydrogenase, bevorzugt der MDH und den auf Bindung Tetsverbindung kann mittels FRET die Bindung gemessen werden (Cytometry 34, 1998, pp. 159-179). Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in Form des unter 1 beschriebenen "Verdrän- gungsassays" konzipiert sein. Eine besonders geeignete Ausführungsform der3. Fluorescence Resonance Energy Transfer "(FRET) is based on the radiationless energy transfer between two spatially adjacent fluorescence molecules under suitable conditions. A prerequisite is the overlap of the emission spectrum of the donor molecule with the excitation spectrum of the acceptor molecule. By fluorescence labeling of the malate dehydrogenase, preferably the MDH and Binding to the Tets connection can be measured using FRET (Cytometry 34, 1998, pp. 159-179). Alternatively, the method according to the invention can also be designed in the form of the "displacement assay" described under 1. A particularly suitable embodiment of the
FRET Technologie ist die "Homogenous Time Resolved Fluorescence" (HTRF), wie sie von Packard BioScience vertrieben wird.FRET technology is "Homogeneous Time Resolved Fluorescence" (HTRF), as distributed by Packard BioScience.
4. Surface Enhanced-Laser Desorption/Ionisation (SELDI) in Kombination mit ei- nem "Time of Flight" Massenspektrometer (MALDI-TOF) ermöglicht die schnelle4. Surface enhanced laser desorption / ionization (SELDI) in combination with a "Time of Flight" mass spectrometer (MALDI-TOF) enables fast
Analyse von Molekülen auf einem Träger und kann zur Analyse von Protein- Ligand Wechselwirkungen verwendet werden (Worral et al., (1998) Anal. Bio- chem. 70:750-756). In einer bevorzugten Ausführungsform immobilisiert man nun die Malat Dehydrogenase, bevorzugt die MDH auf einem geeigneten Träger und inkubiert diesen mit der Testverbindung. Nach einem oder mehreren geeigneten Waschschritten kann man die an die Malat Dehydrogenase, bevorzugt die MDHAnalysis of molecules on a support and can be used to analyze protein Ligand interactions can be used (Worral et al., (1998) Anal. Biochem. 70: 750-756). In a preferred embodiment, the malate dehydrogenase, preferably the MDH, is then immobilized on a suitable carrier and incubated with the test compound. After one or more suitable washing steps, the malate dehydrogenase, preferably MDH, can be added
' zusätzlich gebundenen Moleküle der Testverbindung mittels der oben erwähnten Methodik detektieren und somit an die Malat Dehydrogenase, bevorzugt an die MDH gebundene Testverbindungen selektieren. ' Detect additionally bound molecules of the test compound by means of the method mentioned above and thus select test compounds bound to the malate dehydrogenase, preferably to the MDH.
5. Die Messung von Oberflächen Plasmonenresonanz basiert auf der Änderung des Brechnungsindexes an einer Oberfläche beim Binden einer Testverbindung an ein auf besagter Oberfläche immobilisierten Protein. Da die Änderung des Brechungsindex für eine definierte Änderung der Massenkonzentration an der Oberfläche quasi für alle Proteine und Polypeptide identisch ist, kann diese Methode prinzipiell auf jedes Protein angewendet werden (Lindberg et al. Sensor Actua- tors 4 (1983) 299-304; Malmquist Nature 361 (1993) 186-187). Die Messung kann beipielsweise mit Hilfe der von Biacore (Freiburg) vertriebenen auf Oberflä- chen-Plasmonenresonanz basierenden Analyseautomaten in einem Durchsatz von derzeit bis zu 384 Proben pro Tag durchgeführt werden. Ein erfindungsge- mäßes Verfahren kann direkt zur Messung der Bindung einer Testverbindung an die Malat Dehydrogenase, bevorzugt an die MDH aufgebaut werden. Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren auch in Form des unter 1 beschriebenen "Verdrängungsassays" konzipiert sein.5. The measurement of surface plasmon resonance is based on the change in the refractive index on a surface when a test compound binds to a protein immobilized on said surface. Since the change in the refractive index for a defined change in the mass concentration at the surface is virtually identical for all proteins and polypeptides, this method can in principle be applied to any protein (Lindberg et al. Sensor Actuators 4 (1983) 299-304; Malmquist Nature 361 (1993) 186-187). The measurement can be carried out, for example, with the aid of the automated analyzers based on surface plasmon resonance sold by Biacore (Freiburg) in a throughput of currently up to 384 samples per day. A method according to the invention can be set up directly for measuring the binding of a test compound to the malate dehydrogenase, preferably to the MDH. Alternatively, the method according to the invention can also be designed in the form of the "displacement assay" described under 1.
Die über die oben genannten Verfahren 1 bis 5 identifizierten Verbindungen können als Inhibitoren geeignet sein. Sämtliche, über die oben genannten Verfahren identifizierten Substanzen können anschließend in einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auf ihre herbizide Wirkung überprüft werden.The compounds identified via the above-mentioned methods 1 to 5 can be suitable as inhibitors. All of the substances identified by the abovementioned methods can then be checked for their herbicidal action in another embodiment of the method according to the invention.
Auch besteht die Möglichkeit, über Aufklärung der dreidimensionalen Struktur der Malat Dehydrogenase, bevorzugt der MDH mittels Röntgenstrukturanalyse weitere potentielle herbizide Wirkstoffe mittels "Molecular Modelling" zu detektieren. Die Her- , Stellung von für die Röntgenstrukturanalyse benötigten Proteinkristallen sowie die entsprechenden Messungen und anschließenden Auswertungen dieser Messungen, die Detektion einer Bindungstelle im Protein sowie die Vorhersage möglicher Inhibitorstrukturen sind dem Fachmann bekannt. Über "Molecular Modelling" ist prinzipiell auch eine Optimierung der über die oben genannten Verfahren identifizierten Verbindungen möglich.There is also the possibility, by elucidating the three-dimensional structure of the malate dehydrogenase, preferably the MDH, using X-ray structure analysis to detect further potential herbicidal active ingredients by means of "molecular modeling". The person skilled in the art is familiar with the production and preparation of protein crystals required for the X-ray structure analysis and the corresponding measurements and subsequent evaluations of these measurements, the detection of a binding site in the protein and the prediction of possible inhibitor structures. In principle, "Molecular Modeling" can also be used to optimize the compounds identified using the above-mentioned methods.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das auf den Schritten i) und ii) basiert, besteht darin, daß eine Testverbindung selektiert wird, wel- ehe die enzymatische Aktivität einer Malat Dehydrogenase, vorzugsweise MDH reduziert oder blockiert.A preferred embodiment of the method according to the invention, which is based on steps i) and ii), consists in selecting a test compound which before the enzymatic activity of a malate dehydrogenase, preferably MDH, is reduced or blocked.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das auf den Schritten i) und ii) basiert, besteht darin, daß eine Testverbindung selektiert wird, welche die enzymatische Aktivität einer Malat Dehydrogenase, vorzugsweise MDH reduziert oder blockiert, wobei die Aktivität der mit der Testverbindung inkubierten Malat Dehydrogenase, vorzugsweise MDH mit der Aktivität einer nicht mit einer Testverbindung inkubierten Malat Dehydrogenase, vorzugsweise MDH verglichen wird.A particularly preferred embodiment of the method according to the invention, which is based on steps i) and ii), consists in selecting a test compound which reduces or blocks the enzymatic activity of a malate dehydrogenase, preferably MDH, the activity of those incubated with the test compound Malate dehydrogenase, preferably MDH, is compared with the activity of a malate dehydrogenase, preferably MDH, not incubated with a test compound.
Eine bevorzugte Ausführungsform des auf den Schritten i) und ii) basierenden Verfahrens besteht darin, dassA preferred embodiment of the method based on steps i) and ii) is that
i. eine Malat Dehydrogenase, bevorzugt eine MDH in einem erfindungsgemäßen, transgenen Organismus exprimiert wird oder ein Organismus, der naturgemäß eine Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH enthält, kultiviert wird;i. a malate dehydrogenase, preferably an MDH, is expressed in a transgenic organism according to the invention or an organism which naturally contains a malate dehydrogenase, preferably MDH, is cultured;
ii. die Malat Dehydrogenase, bevorzugt die MDH aus Schritt i) im Zellaufschluss des transgenen bzw. nicht transgenen Organismus, in partiell gereinigter Form oder in zur Homogenität gereinigten Form mit einer Testverbindung in Kontakt gebracht wird; undii. the malate dehydrogenase, preferably the MDH from step i) is brought into contact with a test compound in the cell disruption of the transgenic or non-transgenic organism, in partially purified form or in a form purified to homogeneity; and
iii. eine Verbindung selektiert wird, welche die Aktivität der Malat Dehydrogenase, bevorzugt der MDH reduziert oder blockiert, wobei die Aktivität der mit der Test- Verbindung inkubierten Malat Dehydrogenase.iii. a compound is selected which reduces or blocks the activity of the malate dehydrogenase, preferably the MDH, the activity of the malate dehydrogenase incubated with the test compound.
Eine bevorzugte Ausführungsform des auf den Schritten i) und ii) basierenden Verfahrens besteht darin, dassA preferred embodiment of the method based on steps i) and ii) is that
i. eine Malat Dehydrogenase, bevorzugt eine MDH in einem erfindungsgemäßen, transgenen Organismus exprimiert wird oder ein Organismus, der naturgemäß eine Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH enthält, kultiviert wird;i. a malate dehydrogenase, preferably an MDH, is expressed in a transgenic organism according to the invention or an organism which naturally contains a malate dehydrogenase, preferably MDH, is cultured;
ii. die Malat Dehydrogenase, bevorzugt die MDH aus Schritt i) im Zellaufschluss des transgenen bzw. nicht transgenen Organismus, in partiell gereinigter Form oder in zur Homogenität gereinigten Form mit einer Testverbindung in Kontakt gebracht wird; undii. the malate dehydrogenase, preferably the MDH from step i) is brought into contact with a test compound in the cell disruption of the transgenic or non-transgenic organism, in partially purified form or in a form purified to homogeneity; and
iii. eine Verbindung selektiert wird, welche die Aktivität der Malat Dehydrogenase, bevorzugt der MDH reduziert oder blockiert, wobei die Aktivität der mit der Testverbindung inkubierten Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH mit der Aktitivtät einer nicht mit einer Testverbindung inkubierten Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH ermittelt wird.iii. a compound is selected which reduces or blocks the activity of the malate dehydrogenase, preferably the MDH, the activity of the malate dehydrogenase, preferably MDH, incubated with the test compound with the activity a malate dehydrogenase, preferably MDH, not incubated with a test compound.
Die Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH enthaltende Lösung kann aus dem Lysat des ursprünglichen Organismus oder des transgenen, mit einer erfindungsgemäßen Expressionskasette transformierten Organismus bestehen. Falls erforderlich kann die Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH partiell oder vollständig über gängige Methoden aufgereinigen werden. Eine allgemeine Übersicht über gängige Techniken zur Reinigung von Proteinen sind beispielsweise in Ausubel, F.M. et al., Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Assoc. and Wiley-Interscience (1994); ISBN 0- 87969-309-6 beschrieben. Bei rekombinanter Darstellung kann eine Reinigung des mit einem Affinitäts-Tag fusionierten Proteins über nach dem Fachmann bekannten Affini- tätschromoatographie erfolgen.The solution containing malate dehydrogenase, preferably MDH, can consist of the lysate of the original organism or of the transgenic organism transformed with an expression cassette according to the invention. If necessary, the malate dehydrogenase, preferably MDH, can be partially or completely purified using standard methods. A general overview of common techniques for protein purification can be found, for example, in Ausubel, F.M. et al., Current Protocols in Molecular Biology, Greene Publishing Assoc. and Wiley-Interscience (1994); ISBN 0-87969-309-6. In the case of recombinant representation, the protein fused to an affinity tag can be purified using affinity chromatography, which is known to the person skilled in the art.
Die für in vitro Verfahren benötigte Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH kann somit entweder mittels heterologer Expression aus einem erfindungsgemäßen, transgenen Organismus oder aus einem Organismus, der ein Enzym mit der enzymatischen Aktivität vorzugsweise biologischen einer Malatdehydrogenase enthält, isoliert werden, zum Beispiel aus einer unerwünschten Pflanze, wobei unter dem Begriff der unerwünschten Pflanze die eingangs erwähnten Spezies zu verstehen sind.The malate dehydrogenase, preferably MDH, required for in vitro methods can thus be isolated either by heterologous expression from a transgenic organism according to the invention or from an organism which contains an enzyme with the enzymatic activity, preferably biological, of a malate dehydrogenase, for example from an undesired plant , whereby the term undesired plant is to be understood as the species mentioned at the outset.
Zur Identifizierung von herbiziden Verbindungen wird nun die Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH mit einer Testverbindung inkubiert. Nach einer Reaktionszeit wird die enzymatische Aktivität der mit der Testverbindung inkubierten Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH mit der enzymatischen Aktitivtät einer nicht mit einer Testverbindung inkubierten Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH ermittelt. Bei Inhibition der Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH beobachtet man eine signifikante Abnahme der Aktivität im Vergleich zur Aktivität des nicht inhibierten erfindungsgemäßen Polypeptides, wobei eine Abnahme von mindestens 10%, vorteilhaft mindestens 20%, bevorzugt mindestens 30%, besonders bevorzugt um mindestens 50% bis hin zu einer 100% Reduktion (Blockierung) erzielt wird. Bevorzugt mindestens 50% Hemmung bei Konzentrationen der Testverbindung von 10"4 M, bevorzugt bei 10"5 M, besonders bevorzugt von 10"6 M bezogen auf Enzymkonzentration im mikromolaren Bereich.To identify herbicidal compounds, the malate dehydrogenase, preferably MDH, is then incubated with a test compound. After a reaction time, the enzymatic activity of the malate dehydrogenase, preferably MDH incubated with the test compound, is determined with the enzymatic activity of a malate dehydrogenase, preferably MDH not incubated with a test compound. When malate dehydrogenase, preferably MDH, is inhibited, a significant decrease in activity is observed in comparison to the activity of the non-inhibited polypeptide according to the invention, a decrease of at least 10%, advantageously at least 20%, preferably at least 30%, particularly preferably by at least 50% to towards a 100% reduction (blocking) is achieved. Preferably at least 50% inhibition at concentrations of the test compound of 10 "4 M, preferably at 10 " 5 M, particularly preferably of 10 "6 M, based on the enzyme concentration in the micromolar range.
Die Bestimmung der enzymatischen Aktivität der Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH kann beispielsweise über einen Aktivitätstest erfolgen, in welchem die Zunahme des Produktes, die Abnahme des Substrates (oder Eduktes) bzw. die Ab-oder Zuname des Cofaktors oder über eine Kombination aus mindestens zwei der vorstehend genannten Parameter in Abhängigkeit einer definierten Zeitspanne bestimmt werden. Beispiele für geeignete Substrate sind z.B. Malat (-)-Tartrate(S,S), (S)-Malate, 2- Hydroxybutyrat, 2-Hydroxyglutarate 2-Hydroxymalonat, 2-Oxobutyrat, 2-oxoglutarat, Ketomalonat, L-Malat, meso-Tartrat(S,R), oxalacetat und für geeignete Cofaktoren NAD+, NADH, APAD, APADH. Je nach verwendeter Malat Dehydrogenase kann auch NADPH als Cosubstrat eingesetzt werden. Gegebenenfalls können auch Derivate der vorstehend genannten Verbindungen verwendet werden, die eine detektierbare Markierung enthalten, wie z.B. eine fluoreszierende, radioisotope oder chemilumineszie- rende Markierung.The enzymatic activity of malate dehydrogenase, preferably MDH, can be determined, for example, using an activity test in which the increase in the product, the decrease in the substrate (or starting material) or the name of the cofactor or by a combination of at least two of the The aforementioned parameters can be determined as a function of a defined period of time. Examples of suitable substrates are, for example, malate (-) - tartrate (S, S), (S) -malate, 2-hydroxybutyrate, 2-hydroxyglutarate, 2-hydroxymalonate, 2-oxobutyrate, 2-oxoglutarate, ketomalonate, L-malate, meso -Tartrate (S, R), oxaloacetate and for suitable cofactors NAD +, NADH, APAD, APADH. Depending on the malate dehydrogenase used, NADPH can also be used as a cosubstrate. If appropriate, derivatives of the abovementioned compounds which contain a detectable label, such as, for example, a fluorescent, radioisotopic or chemiluminescent label, can also be used.
Die für den Aktivitätstest einzusetzenden Mengen an Substrat können zwischen 0.5- 100 mM und Mengen an Cofaktor zwischen 0.1-5 mM bezogen auf 1-100 μg/ml Enzym liegen.The amounts of substrate to be used for the activity test can be between 0.5-100 mM and amounts of cofactor between 0.1-5 mM based on 1-100 μg / ml enzyme.
Die Bestimmung der Aktivität kann beispielsweise in Analogie zu dem von Gietl et al (1996, BBA 1274, 48-58) beschriebenen Verfahren erfolgen.The activity can be determined, for example, in analogy to the method described by Gietl et al (1996, BBA 1274, 48-58).
Des weiteren kann die Bestimmung der Aktivität in Schritt iii) des oben genannten VerfahrensFurthermore, the determination of the activity in step iii) of the above-mentioned method
a) photometrisch über die Umwandlung von NADH zu NAD+; und/odera) photometrically via the conversion from NADH to NAD +; and or
b) photometrisch über die Umwandlung von NAD+ zu NADH erfolgt; oderb) is carried out photometrically via the conversion from NAD + to NADH; or
c) photometrisch über die Umwandlung von APAD zu APADH; oderc) photometrically via the conversion from APAD to APADH; or
erfolgen.respectively.
Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, das auf den Schritten i) und iii) basiert, besteht aus den folgenden Schritten:A preferred embodiment of the method according to the invention, which is based on steps i) and iii), consists of the following steps:
i. Herstellung eines transgenen Organismus enthaltend eine Nukleinsauresequenz kodierend für eine glyoxsomale Malat Dehydrogenase umfassendi. Production of a transgenic organism comprising a nucleic acid sequence encoding a glyoxsomal malate dehydrogenase comprising
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:1 dargestellten Nuklein- säuresequenz; odera) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; or
b) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID N0:2 dargestellten Nukleinsauresequenz; oderb) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID N0: 2; or
c) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung aus der in SEQ ID NO:3 dargestell- ten Aminosäuresequenz ableiten läßt; oderc) a nucleic acid sequence which, owing to the degenerate genetic code, is converted back from the sequence shown in SEQ ID NO: 3. deduces th amino acid sequence; or
d) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 66%, vorzugsweise 81% aufweist, ableiten läßt;d) a nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 66%, preferably 81%;
ii. Aufbringen einer Testverbindung auf den transgenen Organismus nach i) und auf einen nicht-transgenen Organismus des gleichen Genotyps;ii. Applying a test compound to the transgenic organism according to i) and to a non-transgenic organism of the same genotype;
iii. Bestimmen des Wachstums oder der Überlebensfähigkeit des transgenen und des nicht transgenen Organismus nach der Aufbringung der Testverbindung; undiii. Determining the growth or survivability of the transgenic and non-transgenic organisms after application of the test compound; and
iv. Selektion von Testverbindungen, die ein vermindertes Wachstum oder einge- schränkte Überlebensfähigkeit des nicht-transgenen Organismus bewirken verglichen mit dem Wachstum des transgenen Organismus bewirken.iv. Selection of test compounds that cause reduced growth or limited survivability of the non-transgenic organism compared to the growth of the transgenic organism.
Im oben genannten Verfahren wird in dem transgenen Organismus Malat Dehydrogenase überexprimiert.In the above-mentioned method, malate dehydrogenase is overexpressed in the transgenic organism.
Hierbei beträgt der Wachstumsunterschied der in Schritt iv) zur Selektion eines Inhibitors mit herbizider Wirkung mindestens 10%, vorzugsweise 20%, bevorzugt 30%, besonders bevorzugt 40% und ganz besonders bevorzugt 50%.The growth difference in step iv) for selecting an inhibitor with a herbicidal action is at least 10%, preferably 20%, preferably 30%, particularly preferably 40% and very particularly preferably 50%.
Der transgene Organismus ist hierbei vorzugsweise eine Pflanze, Alge, ein Cyanobak- terium z.B. der Gattung Synechocystes oder ein Proteobakterium wie etwa Magneto- coccus sp. MC1 , bevorzugt Pflanzen, die sich mittels gängiger Techniken transformieren lassen, wie Arabidopsis thaliana, Solanum tuberosum, Nicotiana Tabacum, Cyano- bakterien die sich leicht transformieren lassen, wie z.B. Synechocystis, in welchen die für ein erfindungsgemäße Polypeptid kodierende Sequenz über Transformation inkorporiert wurde. Diese transgenen Organismen weisen daher eine erhöhte Toleranz gegen Verbindungen auf, welche das erfindungsgemäße Polypeptid inhibieren. Hierbei können auch "knock-out"-Mutanten verwendet werden, bei denen das in diesem Organismus natürlich vorhandene analoge Gen für Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH gezielt ausgeschaltet worden ist.The transgenic organism is preferably a plant, algae, a cyanobacterium e.g. the genus Synechocystes or a proteobacterium such as Magnetococcus sp. MC1, preferably plants that can be transformed using common techniques, such as Arabidopsis thaliana, Solanum tuberosum, Nicotiana Tabacum, cyano-bacteria that can be easily transformed, such as Synechocystis, in which the sequence coding for a polypeptide according to the invention was incorporated via transformation. These transgenic organisms therefore have an increased tolerance to compounds which inhibit the polypeptide according to the invention. "Knock-out" mutants can also be used here in which the analog gene for malate dehydrogenase, preferably MDH, which is naturally present in this organism, has been specifically switched off.
Die vorstehend genannte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens kann jedoch auch zur Identifizierung von Substanzen mit wachstumsregulatorischer Wirkung verwendet werden. Hierbei wird als transgener Organismus eine Pflanze eingesetzt. Das Verfahren zur Identifizierung von Substanzen mit wachstumsregulatorischer Wir- kung umfasst somit die folgenden Schritte:However, the above-mentioned embodiment of the method according to the invention can also be used to identify substances with a growth regulatory effect. A plant is used as a transgenic organism. The procedure for the identification of substances with growth regulatory effects kung thus comprises the following steps:
i. Herstellung einer transgenen Pflanze enthaltend eine Nukleinsauresequenz kodierend für eine glyoxsomale Malat Dehydrogenase umfassendi. Production of a transgenic plant comprising a nucleic acid sequence encoding a glyoxsomal malate dehydrogenase comprising
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:1 dargestellten Nukleinsauresequenz; odera) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; or
b) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:2 dargestellten Nukleinsauresequenz; oderb) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2; or
c) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung aus der in SEQ ID NO:3 dargestellten Aminosäuresequenz ableiten läßt; oderc) a nucleic acid sequence which can be derived from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 on the basis of the degenerate genetic code by back-translation; or
d) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 66%, vorzugsweise 81 % aufweist, ableiten läßt;d) a nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 66%, preferably 81%;
ii. Aufbringen einer Testsubstanz auf die transgene Pflanze nach i) und auf eine nicht-transgene Pflanze der gleichen Sorte;ii. Applying a test substance to the transgenic plant according to i) and to a non-transgenic plant of the same variety;
iii. Bestimmen des Wachstums oder der Überlebensfähigkeit der transgenen und der nicht transgenen Pflanze nach dem Aufbringen der Testsubstanz; undiii. Determining the growth or viability of the transgenic and non-transgenic plants after application of the test substance; and
iv. Selektion von Testsubstanzen, die ein verändertes Wachstum der nicht- transgenen Pflanze bewirken verglichen mit dem Wachstum der transgenen Pflanze.iv. Selection of test substances that cause an altered growth of the non-transgenic plant compared to the growth of the transgenic plant.
Im oben genannten Verfahren wird in dem transgenen Organismus Malat Dehydrogenase überexprimiert.In the above-mentioned method, malate dehydrogenase is overexpressed in the transgenic organism.
Hierbei werden in Schritt iv) Testverbindungen selektiert, die ein verändertes Wachs- tum des nicht-transgenen Organismus bewirken verglichen mit dem Wachstum des transgenen Organmismus bewirken. Unter verändertem Wachstum ist hierbei eine Hemmung des vegetativen Wachstums der Pflanzen zu verstehen, was sich insbesondere in einer Reduzierung des Längenwachstums äußeren kann. Die behandelten Pflanzen weisen demgemäß einen gedrungenen Wuchs auf; außerdem ist eine dunkle- re Blattfärbung zu beobachten. Weiterhin ist unter verändertem Wachstum auch eine zeitliche Veränderung des Reifeverlaufs, eine Heummung oder Vermehrungen seitli- eher Verzweigungen der Pflanzen, eine Verkürzung bzw. Verlängerung der Entwicklungsstadien, eine Erhöhung der Standfestigkeit, das Wachstum größerer Mengen an Knospen, Blüten, Blättern, Früchten, Samenkörnern, Wurzeln und Knollen, eine Erhöhung des Zuckergehaltes in Pflanzen wie Zuckerrüben, Zuckerrohr sowie Zitrusfrüch- ten, des Proteingehaltes in Pflanzen wie Getreide oder Soja oder eine Stimulierung des Latexfluß an Gummibäumen zu verstehen. Die Detektion dieses veränderten Wachstums ist dem Fachmann bekannt.In step iv), test compounds are selected which bring about a changed growth of the non-transgenic organism compared to the growth of the transgenic organism. Modified growth is to be understood as an inhibition of the vegetative growth of the plants, which can manifest itself in particular in a reduction in the growth in length. The treated plants accordingly have a compact stature; a darker leaf color can also be observed. Furthermore, under changing growth, there is also a temporal change in the course of maturity, haymaking or propagation laterally. rather branching of the plants, a shortening or lengthening of the development stages, an increase in stability, the growth of larger quantities of buds, flowers, leaves, fruits, seeds, roots and tubers, an increase in the sugar content in plants such as sugar beet, sugar cane and citrus fruits ten, the protein content in plants such as cereals or soybeans, or a stimulation of the latex flow in rubber trees. The detection of this changed growth is known to the person skilled in the art.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren können auch mehrere Testverbindungen in einem erfindungsgemäßen Verfahren eingesetzt werden. Wenn durch eine Gruppe von Testverbindungen eine Beeinflussung des Targets erfolgt, dann ist es entweder möglich, die einzelnen Testverbindungen direkt zu isolieren oder die Gruppe von Testverbindungen in verschiedene Untergruppen zu teilen, z.B. wenn sie aus einer Vielzahl von verschiedenen Komponenten besteht, um so die Zahl der verschiedenen Testver- bindungen im erfindungsgemäßen Verfahren zu reduzieren. Das erfindungsgemäße Verfahren wiederholt man dann mit der einzelnen Testverbindung oder der entsprechenden Untergruppe von Testverbindungen. Abhängig von der Komplexität der Probe können die oben beschriebenen Schritte mehrmals wiederholt werden, vorzugsweise bis die gemäß der erfindungsgemäßen Methode identifizierte Untergruppe nur noch eine geringe Anzahl von Testverbindungen oder nur noch eine Testverbindung umfaßt.According to the inventive method, several test compounds can also be used in one inventive method. If the target is influenced by a group of test compounds, then it is either possible to isolate the individual test compounds directly or to divide the group of test compounds into different subgroups, e.g. if it consists of a large number of different components so as to reduce the number of different test compounds in the method according to the invention. The method according to the invention is then repeated with the individual test compound or the corresponding subgroup of test compounds. Depending on the complexity of the sample, the steps described above can be repeated several times, preferably until the subgroup identified according to the method according to the invention comprises only a small number of test compounds or only one test compound.
Alle oben beschriebenen Verfahren für die Identifizierung von Inhibitoren mit herbizider oder wachstumsregulatorischer Wirkung werden im folgenden als "erfindungsgemäße Verfahren" bezeichnet.All of the methods described above for the identification of inhibitors with herbicidal or growth-regulating activity are referred to below as “methods according to the invention”.
Sämtliche, über die erfindungsgemäßen Verfahren identifizierten Verbindungen können anschließend auf ihre herbizide oder wachstumsregulatorische Wirkung in vivo überprüft werden. Eine Möglichkeit zur Prüfung der Verbindungen auf herbizide Wirkung ist die Verwendung der Wasserlinse Lemna minor in Mikrotiterplatten. Als Para- meter können Veränderungen des Chlorophyllgehalts und die Photosyntheseleistung gemessen werden. Es ist auch möglich, die Verbindung auf unerwünschte Pflanzen direkt zu applizieren, wobei die herbizide Wirkung z.B. über eingeschränktes Wachstum festgestellt werden kann.All of the compounds identified by the method according to the invention can then be checked for their herbicidal or growth-regulating action in vivo. One way of testing the compounds for herbicidal activity is to use the Lemna minor duckweed in microtiter plates. Changes in chlorophyll content and photosynthesis performance can be measured as parameters. It is also possible to apply the compound directly to undesired plants, the herbicidal action e.g. about limited growth can be determined.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch vorteilhaft in Hochdurchsatzverfahren, sog. HTS durchgeführt werden, welches das parallele Testen einer Vielzahl verschiedener Verbindungen ermöglicht.The method according to the invention can also advantageously be carried out in high-throughput methods, so-called HTS, which enables parallel testing of a large number of different connections.
Im HTS bietet sich für die praktische Durchführung die Verwendung von Trägern an, die eines oder mehrere der erfindungsgemäßen Nukleinsäuremoleküle, einen oder mehrere die erfingungsgemäße Nukleinsauresequenz enthaltenden Vektoren, einen oder mehrere transgene Organismen, welche mindestens eine, der erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenzen enthalten oder eines oder mehrere (Poly)peptide codiert über die erfindungsgemäßen Nukleinsäuresequenzen enthalten. Der verwendete Träger kann fest oder flüssig sein, ist bevorzugt fest, besonders bevorzugt eine Mikrotiterplat- te. Die vorstehend genannten Träger sind ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Gemäß der am weit verbreitesten Technik werden 96-well, 384-well und 1536 well Mikrotiterplatten verwendet, die in der Regel Volumina von 200μl umfassen können. Neben den Mikrotiterplatten sind die weiteren Bestandteile eines HTS- Systems passend zu den entsprechenden Mikrotiterplatten wie viele Instrumente, Materialien, automatische Pipettiervorichtungen, Robotoren, automatisierte Plattenleser sowie Plattenwascher kommerziell erhältlich.In the HTS, the use of carriers which contain one or more of the nucleic acid molecules according to the invention, one or more vectors containing the nucleic acid sequence according to the invention, is suitable for practical implementation or several transgenic organisms which contain at least one of the nucleic acid sequences according to the invention or contain one or more (poly) peptides encoded via the nucleic acid sequences according to the invention. The carrier used can be solid or liquid, is preferably solid, particularly preferably a microtiter plate. The above-mentioned carriers are also the subject of the present invention. According to the most widespread technology, 96-well, 384-well and 1536-well microtiter plates are used, which can usually contain volumes of 200μl. In addition to the microtiter plates, the other components of a HTS system are commercially available to match the corresponding microtiter plates, such as many instruments, materials, automatic pipetting devices, robots, automated plate readers and plate washers.
Neben den auf Mikrotiterplatten basierenden HTS-Verfahren können auch sogenannte "free format assays" oder Testsysteme, die zwischen den Proben keine physischen Barrieren aufweisen, verwendet werden wie z.B. in Jayaickreme et al., Proc. Natl. Acad. Sei U.S.A. 19 (1994) 161418; Chelsky, "Strategies for Screening Combinatorial Libaries, First Annual Conference of The Society for Biomolecular Screening in Philadelphia, Pa. (Nov. 710, 1995); Salmon et al., Molecular Diversity 2 (1996), 5763 und US 5,976,813.In addition to the HTS methods based on microtiter plates, so-called "free format assays" or test systems that have no physical barriers between the samples can also be used, e.g. in Jayaickreme et al., Proc. Natl. Acad. Be U.S.A. 19 (1994) 161418; Chelsky, "Strategies for Screening Combinatorial Libaries, First Annual Conference of The Society for Biomolecular Screening in Philadelphia, Pa. (Nov. 710, 1995); Salmon et al., Molecular Diversity 2 (1996), 5763 and US 5,976,813.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Verbindungen mit herbizider Wirkung identifiziert nach den erfindungsgemäßen Verfahren. Diese Verbindungen werden im folgenden "selektierte Verbindungen" genannt. Sie weisen ein Molekulargewicht von kleiner als 1000 g/mol, vorteilhaft kleiner 500 g/mol, bevorzugt kleiner 400 g/mol,. be- sonders bevorzugt kleiner 300 g/mol. Verbindungen mit herbizider Wirkung weisen einem Ki-Wert kleiner 1 mM, bevorzugt kleiner 1 μM, besonders bevorzugt kleiner 0,1 μM ganz besonders bevorzugt kleiner 0,01 μM aufweisen.The invention further relates to compounds with herbicidal activity identified by the processes according to the invention. These compounds are referred to below as "selected compounds". They have a molecular weight of less than 1000 g / mol, advantageously less than 500 g / mol, preferably less than 400 g / mol. particularly preferably less than 300 g / mol. Compounds with herbicidal activity have a Ki value of less than 1 mM, preferably less than 1 μM, particularly preferably less than 0.1 μM, very particularly preferably less than 0.01 μM.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung sind Verbindungen mit wachstumsregulatorsi- eher Wirkung identifiziert nach den erfindungsgemäßen Verfahren. Auch diese Verbindungen werden im folgenden "selektierte Verbindungen" genannt.The invention furthermore relates to compounds having a growth regulator activity, identified by the processes according to the invention. These compounds are also called "selected compounds" in the following.
Die selektierte Verbindungen können natürlich auch in Form ihrer landwirtschaft brauchbaren Salze vorliegen. Unter landwirtschaftlich brauchbaren Salzen kommen vor allem die Salze derjenigen Kationen oder die Säureadditionssalze derjenigen Säuren in Betracht, deren Kationen beziehungsweise Anionen die herbizide Wirkung der über die erfindungsgemäßen Verfahren identifizierten Verbindungen mit herbizider Wirkung nicht negativ beeinträchtigen.The selected compounds can of course also be present in the form of their agriculturally useful salts. Agriculturally useful salts include, in particular, the salts of those cations or the acid addition salts of those acids whose cations or anions do not adversely affect the herbicidal activity of the herbicidally active compounds identified by the process of the invention.
Ferner können die selektierte Verbindungen sofern sie asymmetrisch substituierte α- Kohlenstoffatome enthalten, entweder als Racemate, Enantiomerengemische, reine Enantiomere oder, sofern sie chirale Substituenten aufweisen, auch als Diastereome- rengemische vorliegen.Furthermore, the selected compounds, if they contain asymmetrically substituted α-carbon atoms, either as racemates, mixtures of enantiomers, pure Enantiomers or, if they have chiral substituents, also exist as mixtures of diastereomers.
Die selektierten Verbindungen können chemisch synthetisierte oder mikrobiologisch produzierte Stoffe sein und z.B. in Zellextrakten von z.B. Pflanzen, Tieren oder Mikroorganismen auftreten. Das Reaktionsgemisch kann ein zellfreier Extrakt sein oder eine Zelle oder Zellkultur umfassen. Geeignete Methoden sind dem Fachmann bekannt und werden z.B. allgemein beschrieben in Alberts, Molecular Biology the cell, 3rd Edition (1994), z.B. Kapitel 17. Die selektierte Verbindungen können auch aus umfangreichen Substanzbibliotheken stammen.The selected compounds can be chemically synthesized or microbiologically produced substances and e.g. in cell extracts of e.g. Plants, animals or microorganisms occur. The reaction mixture can be a cell-free extract or can comprise a cell or cell culture. Suitable methods are known to the person skilled in the art and are e.g. generally described in Alberts, Molecular Biology the cell, 3rd Edition (1994), e.g. Chapter 17. The selected compounds can also come from extensive substance libraries.
Mögliche Testverbindungen können Expressionsbibliotheken wie z.B. cDNA-Expressi- onsbibliotheken, Peptide, Proteine, Nukleinsäuren, Antikörper, kleine organische Stoffe, Hormone, PNAs oder ähnliches sein (Milner, Nature Medicin 1 (1995), 879-880; Hupp, Cell. 83 (1995), 237-245; Gibbs, Cell. 79 (1994), 193-198 und darin zitierte Referenzen).Possible test compounds can be expression libraries such as cDNA expression libraries, peptides, proteins, nucleic acids, antibodies, small organic substances, hormones, PNAs or the like (Milner, Nature Medicin 1 (1995), 879-880; Hupp, Cell. 83 (1995), 237-245 ; Gibbs, Cell. 79 (1994), 193-198 and references cited therein).
Die selektierte Verbindungen können zur Bekämpfung von unerwünschtem Pflanzenwuchs und/oder als Wachstumsregulatoren verwendet werden. Herbizide Zusammen- Setzungen, welche die selektierten Verbindungen enthalten, bekämpfen Pflanzenwuchs auf Nichtkulturflächen sehr gut. In Kulturen wie Weizen, Reis, Mais, Soja und Baumwolle wirken sie gegen Unkräuter und Schadgräser, ohne die Kulturpflanzen nennenswert zu schädigen. Dieser Effekt tritt vor allem bei niedrigen Aufwandmengen auf. Die selektierten Verbindungen können zur Bekämpfung der oben bereits erwähn- ten Schadpflanzen verwendet werden.The selected compounds can be used to control undesirable plant growth and / or as growth regulators. Herbicidal compositions containing the selected compounds fight plant growth on non-cultivated areas very well. In crops such as wheat, rice, maize, soybeans and cotton, they act against weeds and grass weeds without significantly damaging the crop plants. This effect occurs especially at low application rates. The selected compounds can be used to control the harmful plants already mentioned above.
In Abhängigkeit von der jeweiligen Applikationsmethode können selektierten Verbindungen bzw. diese enthaltende herbizide Zusammensetzungen vorteilhaft noch in einer weiteren Zahl von Kulturpflanzen zur Beseitigung unerwünschter Pflanzen einge- setzt werden. In Betracht kommen beispielsweise folgende Kulturen:Depending on the particular application method, selected compounds or herbicidal compositions containing them can advantageously also be used in a further number of crop plants for eliminating undesired plants. The following crops are considered, for example:
Allium cepa, Ananas comosus, Arachis hypogaea, Asparagus officinalis, Beta vulgaris spec. altissima, Beta vulgaris spec. rapa, Brassica napus var. napus, Brassica napus var. napobrassica, Brassica rapa var. silvestris, Camellia sinensis, Carthamus tinctori- us, Carya illinoinensis, Citrus limon, Citrus sinensis, Coffea arabica (Coffea canephora, Coffea liberica), Cucumis sativus, Cynodon dactylon, Daucus carota, Elaeis guineen- sis, Fragaria vesca, Glycine max, Gossypium hirsutum, (Gossypium arboreum, Gossy- pium herbaceum, Gossypium vitifolium), Helianthus annuus, Hevea brasiliensis, Hor- deum vulgäre, Humulus lupulus, Ipomoea batatas, Juglans regia, Lens culinaris, Linum usitatissimum, Lycopersicon lycopersicum, Malus spec, Manihot esculenta, Medicago sativa, Musa spec, Nicotiana tabacum (N.rustica), Olea europaea, Oryza sativa, Pha- seolus lunatus, Phaseolus vulgaris, Picea abies, Pinus spec, Pisum sativum, Prunus avium, Prunus persica, Pyrus communis, Ribes sylestre, Ricinus communis, Saccha- rum officinarum, Seeale cereale, Solanum tuberosum, Sorghum bicolor (s. vulgäre), Theobroma cacao, Trifolium pratense, Triticum aestivum, Triticum durum, Vicia faba, Vitis vinifera, Zea mays.Allium cepa, Ananas comosus, Arachis hypogaea, Asparagus officinalis, Beta vulgaris spec. altissima, Beta vulgaris spec. rapa, Brassica napus var. napus, Brassica napus var. napobrassica, Brassica rapa var. silvestris, Camellia sinensis, Carthamus tinctori- us, Carya illinoinensis, Citrus limon, Citrus sinensis, Coffea arabica (Coffea canephora, Coffea libericaus), Cucumis Cynodon dactylon, Daucus carota, Elaeis guineen- sis, Fragaria vesca, Glycine max, Gossypium hirsutum, (Gossypium arboreum, Gossypium herbaceum, Gossypium vitifolium), Helianthus annuus, Hevea brasiliensis, Hordeum batupatus, Humulus lupusatus, Humulus lupus, Iulus Juglans regia, Lens culinaris, Linum usitatissimum, Lycopersicon lycopersicum, Malus spec, Manihot esculenta, Medicago sativa, Musa spec, Nicotiana tabacum (N.rustica), Olea europaea, Oryza sativa, Pha- seolus lunatus, Phaseolus vulgaris, Picea abies, Pinus spec, Pisum sativum, Prunus avium, Prunus persica, Pyrus communis, Ribes sylestre, Ricinus communis, Saccharum officinarum, Seeale cereale, Solanum tuberosum, Sorghum bicolor (The vulgaris) cacao, Trifolium pratense, Triticum aestivum, Triticum durum, Vicia faba, Vitis vinifera, Zea mays.
Darüber hinaus können die selektierten Verbindungen auch in Kulturen, die durch Züchtung einschließlich gentechnischer Methoden gegen die Wirkung von Herbiziden tolerant sind, verwandt werden. Die Herstellung dieser Kulturen wird weiter unten beschrieben.In addition, the selected compounds can also be used in crops which are tolerant to the action of herbicides by breeding, including genetic engineering methods. The preparation of these cultures is described below.
Weiter Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung der oben bereits erwähnten herbiziden oder wachstumsregulatorischen Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet dass man selektierten Verbindungen mit geeigneten Hilfsmitteln zu Pflanzenschutzmitteln formuliert.The invention further relates to a process for the preparation of the herbicidal or growth-regulating composition already mentioned above, characterized in that selected compounds are formulated with suitable auxiliaries to give crop protection agents.
Die selektierten Verbindungen können z.B. in Form von direkt versprühbaren wässri- gen Lösungen, Pulvern, Suspensionen, auch hochprozentigen wäßrigen, öligen oder sonstigen Suspensionen bzw. Suspoemulsionen oder Dispersionen, emulgierbaren Konzentraten, Emulsionen, Oldispersionen, Pasten, Stäubemitteln, Streumitteln oder Granulaten formuliert werden und durch Versprühen, Vernebeln, Verstäuben, Verstreuen oder Gießen angewendet werden. Die Anwendungsformen richten sich nach den Verwendungszwecken und der Natur der selektierten Verbindungen und sollte in jedem Fall möglichst die feinste Verteilung der selektierten Verbindungen gewährleisten. Die herbiziden Zusammensetzung enthalten eine herbizid wirksame Menge mindestens einer selektierten Verbindung und für die Formulierung von herbiziden Zusammensetzungen übliche Hilfsstoffe.The selected compounds can e.g. in the form of directly sprayable aqueous solutions, powders, suspensions, also high-proof aqueous, oily or other suspensions or suspoemulsions or dispersions, emulsifiable concentrates, emulsions, oldispersions, pastes, dusts, sprinkling agents or granules and formulated by spraying, atomizing, Dusting, scattering or pouring can be used. The application forms depend on the intended use and the nature of the selected compounds and should in any case ensure the finest possible distribution of the selected compounds. The herbicidal composition contains a herbicidally effective amount of at least one selected compound and auxiliaries customary for the formulation of herbicidal compositions.
Zur Herstellung von Emulsionen, Pasten oder wässrigen oder ölhaltigen Formulierun- gen sowie dispergierbaren Konzentraten (DC) können die selektierten Verbindungen in einem Öl oder Lösungsmittel gelöst oder dispergiert werden, wobei weitere Formulierungshilfsstoffe zur Homogenisierung zugesetzt werden können. Es können aber auch aus selektierter Verbindung, gegebenenfalls Lösungsmitteln oder Öl sowie optional weiteren Hilfsmitteln bestehende flüssige oder feste Konzentrate hergestellt werden, die zur Verdünnung mit Wasser geeignet sind. Hier zu nennen sind emulgierbareTo produce emulsions, pastes or aqueous or oil-containing formulations and dispersible concentrates (DC), the selected compounds can be dissolved or dispersed in an oil or solvent, it being possible to add further formulation auxiliaries for homogenization. However, liquid or solid concentrates which are suitable for dilution with water can also be prepared from selected compound, optionally solvents or oil and optionally further auxiliaries. Emulsifiable substances are mentioned here
Konzentrate (EC, EW), Suspensionen (SC), lösliche Konzentrate (SL), dispergierbaren Konzentrate (DC), Pasten, Pastillen netzbaren Pulvern oder Granulaten, wobei die festen Formulierungen entweder in Wasser löslich (soluble) oder dispergierbar (wet- table) sein können. Desweiteren können entsprechende Pulver bzw. Granulate oder Tabletten noch mit einem festen, den Abrieb oder eine vorzeitige Wirkstofffreisetzung verhinderenden Überzug ("coating") versehen werden.Concentrates (EC, EW), suspensions (SC), soluble concentrates (SL), dispersible concentrates (DC), pastes, pastilles, wettable powders or granules, where the solid formulations are either soluble in water or soluble (water table) could be. Furthermore, appropriate powders or granules or tablets can still have a fixed, abrasion or premature release of the active ingredient preventing coating ("coating") are provided.
Prinzipiell sind unter dem Begriff "Hilfsmittel" folgende Verbindungsklassen zu verstehen: Antischäumungsmittel, Verdicker, Netzmittel, Haftmittel, Dispergiermittel, Emul- giermittel, Bakterizide und/oder thixotrophe Agentien. Die Bedeutung der oben genannten Mittel ist dem Fachmann bekannt.In principle, the term “auxiliary” means the following classes of compounds: anti-foaming agents, thickeners, wetting agents, adhesives, dispersants, emulsifiers, bactericides and / or thixotrophic agents. The meaning of the above-mentioned agents is known to the person skilled in the art.
SLs, EWs und ECs können durch einfaches Mischen der entsprechenden Inhaltsstoffe hergestellt werden, Pulver über Mischen oder Vermählen in speziellen Mühlentypen (z.Bsp. Hammermühlen). DC, SCs und SEs werden üblicherweise über Naßvermahlung ("wet milling") hergestellt, wobei ein SE aus einem SC durch Zugabe einer organischen Phase, die weitere Hilfsmittel oder selektierte Verbindungen enthalten kann, hergestellt werden kann. Die Herstellung ist bekannt. Pulver-, Streu- und Stäubemittel können vorteilhaft durch Mischen oder gemeinsames Vermählen der wirksamen Sub- stanzen mit einem festen Trägerstoff hergestellt werden. Granulate, z.B. Umhüllungs-, Imprägnierungs- und Homogengranulate können durch Bindung der selektierten Verbindungen an feste Trägerstoffe hergestellt werden. Weitere Details der Herstellung sind dem Fachmann bekannt, und z.Bsp. in folgenden Schriften aufgeführt: US 3,060,084, EP-A 707445 (für flüssige Konzentrate), Browning, "Agglomeration", Che- mical Engineering", Dec. 4, 1967, 147-48, Perry's Chemical Engineer's Handbook, 4th Ed., McGraw-Hill, New York, 1963, pages 8-57 und ff. WO 91/13546, US 4,172,714, US 4,144,050, US 3,920,442, US 5,180,587, US 5,232,701 , US 5,208,030, GB 2,095,558, US 3,299,566, Klingman, Weed Control as a Science, John Wiley and Sons, Inc., New York, 1961 , Hance et al., Weed Control Handbook, 8th Ed., Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1989 und Mollet, H., Grubemann, A., Formulation tech- nology, Wiley VCH Verlag GmbH, Weinheim (Federal Republic of Germany), 2001.SLs, EWs and ECs can be produced by simply mixing the corresponding ingredients, powder by mixing or grinding in special mill types (e.g. hammer mills). DC, SCs and SEs are usually produced by wet milling, it being possible to produce an SE from a SC by adding an organic phase which may contain further auxiliaries or selected compounds. The manufacture is known. Powders, materials for broadcasting and dusts can advantageously be prepared by mixing or jointly grinding the active substances with a solid carrier. Granules, for example coated granules, impregnated granules and homogeneous granules, can be prepared by binding the selected compounds to solid carriers. Further details of the production are known to the person skilled in the art, and e.g. listed in the following documents: US 3,060,084, EP-A 707445 (for liquid concentrates), Browning, "Agglomeration", Chemical Engineering " , Dec. 4, 1967, 147-48, Perry's Chemical Engineer's Handbook, 4th Ed., McGraw -Hill, New York, 1963, pages 8-57 and ff. WO 91/13546, US 4,172,714, US 4,144,050, US 3,920,442, US 5,180,587, US 5,232,701, US 5,208,030, GB 2,095,558, US 3,299,566, Klingman, Weed Control as a Science, John Wiley and Sons, Inc., New York, 1961, Hance et al., Weed Control Handbook, 8th Ed., Blackwell Scientific Publications, Oxford, 1989 and Mollet, H., Grubemann, A., Formulation technology , Wiley VCH Verlag GmbH, Weinheim (Federal Republic of Germany), 2001.
Inerte flüssige und/oder feste Trägerstoffe geeignet für die erfindungsgemäßen Formulierungen sind dem Fachman in einer Vielzahl bekannt, wie z.Bsp. flüssige Zusatzstoffe wie Mineralölfraktionen von mittlerem bis hohem Siedepunkt, wie Kerosin oder Dieselöl, ferner Kohlenteeröle sowie Öle pflanzlichen oder tierischen Ursprungs, aliphatische, cyclische und aromatische Kohlenwasserstoffe, z.B. Paraffin, Tetrahydronaphthalin, alkylierte Naphthaline oder deren Derivate, alkylierte Benzole oder deren Derivate, Alkohole wie Methanol, Ethanol, Propanol, Butanol, Cyclohexanol, Ketone wie Cyclo- hexanon oder stark polare Lösungsmittel, z.B. Amine wie N-Methylpyrrolidon oder Wasser.A large number of inert liquid and / or solid carriers suitable for the formulations according to the invention are known to the person skilled in the art, e.g. liquid additives such as medium to high boiling point mineral oil fractions such as kerosene or diesel oil, also coal tar oils as well as oils of vegetable or animal origin, aliphatic, cyclic and aromatic hydrocarbons, e.g. Paraffin, tetrahydronaphthalene, alkylated naphthalenes or their derivatives, alkylated benzenes or their derivatives, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, butanol, cyclohexanol, ketones such as cyclohexanone or strongly polar solvents, e.g. Amines such as N-methylpyrrolidone or water.
Feste Trägerstoffe sind beispielsweise Mineralerden wie Kieselsäuren, Kieselgele, Silikate, Talkum, Kaolin, Kalkstein, Kalk, Kreide, Bolus, Löß, Ton, Dolomit, Diatomee- nerde, Calcium- und Magnesiumsulfat, Magnesiumoxid, gemahlene Kunststoffe, Düngemittel, wie Ammoniumsulfat, Ammoniumphosphat, Ammoniumnitrat, Harnstoffe und pflanzliche Produkte wie Getreidemehl, Baumrinden-, Holz- und Nußschaienmehl, Cellulosepulver oder andere feste Trägerstoffe.Solid carriers are, for example, mineral earths such as silicas, silica gels, silicates, talc, kaolin, limestone, lime, chalk, bolus, loess, clay, dolomite, diatomaceous earth, calcium and magnesium sulfate, magnesium oxide, ground plastics, fertilizers such as ammonium sulfate, ammonium phosphate , Ammonium nitrate, ureas and vegetable products such as cereal flour, tree bark, wood and nutshell flour, cellulose powder or other solid carriers.
Oberflächenaktive Stoffe (Tenside) geeignet für die erfindungsgemäßen Formulierun- gen sind dem Fachman in einer Vielzahl bekannt, wie z.Bsp. Alkali-, Erdalkali-, Ammoniumsalze von aromatischen Sulfonsäuren, z.B. Lignin-, Phenol-, Naphthalin- und Dibutylnaphthalinsulfonsäure, sowie von Fettsäuren, Alkyl- und Alkylarylsulfonaten, Alkyl-, Laurylether- und Fettalkoholsulfaten, sowie Salze sulfatierter Hexa-, Hepta- und Octadecanolen sowie von Fettalkoholglykolether, Kondensationsprodukte von sulfo- niertem Naphthalin und seiner Derivate mit Formaldehyd, Kondensationsprodukte des Naphthalins bzw. der Naphthalinsulfonsäuren mit Phenol und Formaldehyd, Polyoxye- thylenoctylphenolether, ethoxyliertes Isooctyl-, Octyl- oder Nonylphenol, Alkylphenyl-, Tributylphenylpolyglykolether, Alkylarylpolyetheralkohole, Isotridecylalkohol, Fettalko- holethylenoxid-Kondensate, ethoxyliertes Rizinusöl, Polyoxyethylenalkylether oder Polyoxypropylenalkylether, Laurylalkoholpolyglykoletheracetat, Sorbitester, Lignin- Sulfitablaugen oder Methylcellulpse.A large number of surface-active substances (surfactants) suitable for the formulations according to the invention are known to the person skilled in the art, such as, for example. Alkali, alkaline earth, ammonium salts of aromatic sulfonic acids, e.g. Lignin, phenol, naphthalene and dibutylnaphthalenesulfonic acid, as well as of fatty acids, alkyl and alkylarylsulfonates, alkyl, lauryl ether and fatty alcohol sulfates, and salts of sulfated hexa-, hepta- and octadecanols as well as of fatty alcohol glycol ethers, condensation products of sulfonated naphthalene and its Derivatives with formaldehyde, condensation products of naphthalene or naphthalenesulfonic acids with phenol and formaldehyde, polyoxyethylene octylphenol ether, ethoxylated isooctyl, octyl or nonylphenol, alkylphenyl, tributylphenyl polyglycol ether, alkylaryl polyether alcohols, isotridecyl ether, polyethylenalkylene oil, ethoxylated ethoxylated alcohol, fatty alcohol ethoxylate, ethoxylated ethoxylated ethoxylated alcohol, fatty alcohol ethoxylate, ethoxylated ethoxylated alcohol, fatty acid ethoxylated alcohol, fatty acid ethoxylated alcohol, fatty alcohol ethoxylated alcohol, fatty acids , Lauryl alcohol polyglycol ether acetate, sorbitol ester, lignin sulfite waste liquor or methyl cellulose.
Die Applikation der herbiziden Zusammensetzungen bzw. der selektierten Verbindungen kann im Vorauflauf- oder im Nachauflaufverfahren erfolgen. Sind die selektierten Verbindungen für gewisse Kulturpflanzen weniger verträglich, so können Ausbringungstechniken angewandt werden, bei welchen die selektierten Verbindungen mit Hilfe der Spritzgeräte so gespritzt werden, daß die Blätter der empfindlichen Kulturpflanzen nach Möglichkeit nicht getroffen werden, während die selektierten Verbindun-, gen auf die Blätter darunter wachsender unerwünschter Pflanzen oder die unbedeckte Bodenfläche gelangen (post-directed, lay-by).The herbicidal compositions or the selected compounds can be applied pre- or post-emergence. If the selected compounds are less compatible with certain crop plants, application techniques can be used in which the selected compounds are sprayed with the aid of sprayers in such a way that the leaves of the sensitive crop plants are not hit, if possible, while the selected compounds are on the Leaves of unwanted plants growing underneath or the uncovered floor area (post-directed, lay-by).
Die Aufwandmengen an selektierten Verbindungen betragen je nach Bekämpfungsziel, Jahreszeit, Zielpflanzen und Wachstumsstadium 0.001 bis 3.0, vorzugsweise 0.01 bis 1.0 kg/ha.The application rates of selected compounds are 0.001 to 3.0, preferably 0.01 to 1.0 kg / ha, depending on the control target, season, target plants and growth stage.
Die Bereitstellung des herbiziden Targets ermöglicht weiterhin ein Verfahren zur Identifizierung einer Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH , welche nicht oder nur eingeschränkt durch ein Herbizid, welches als Wirkort die Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH hat, z.B. die herbizid wirkenden selektierten Verbindungen, gehemmt wird. Im folgenden wird ein sich derart von der Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH unterscheidendes Protein als MDH -Variante bezeichnet, welches durch eine Nukleinsauresequenz codiert wird, welcheThe provision of the herbicidal target further enables a method for identifying a malate dehydrogenase, preferably MDH, which is not or only to a limited extent by a herbicide which has the malate dehydrogenase, preferably MDH, as the site of action, e.g. the herbicidal selected compounds is inhibited. In the following, a protein that differs from malate dehydrogenase, preferably MDH, is referred to as the MDH variant, which is encoded by a nucleic acid sequence which
i) für ein Polypeptid mit der biologischen Aktivität einer Malat Dehydrogenase kodiert, welche durch nach den oben genannten Verfahren ermittelte Substanzen mit herbizider Wirkung, welche Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH inhibieren, nicht inhibiert wird;i) encodes a polypeptide with the biological activity of a malate dehydrogenase, which is determined by substances determined according to the above-mentioned methods with herbicidal activity, which inhibit malate dehydrogenase, preferably MDH, is not inhibited;
ii) durch ein funktionelles Äquivalent der Nukleinsauresequenz SEQ ID NO:3 mit einer Identität von mindestens 63% zu der SEQ ID NO:3 kodiert werden.ii) are encoded by a functional equivalent of the nucleic acid sequence SEQ ID NO: 3 with an identity of at least 63% to SEQ ID NO: 3.
In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das oben genannte Verfahren zur Erzeugung von Nukleinsäuresequenzen codierend für MDH -Varianten von Nukleinsäuresequenzen umfassen aus folgenden Schritten:In a preferred embodiment, the above-mentioned method for generating nucleic acid sequences coding for MDH variants of nucleic acid sequences comprises the following steps:
a) Expression der von den oben genannten Nukleinsäuren kodierten Proteine in einem heterologen System oder in einem zellfreien System;a) expression of the proteins encoded by the above-mentioned nucleic acids in a heterologous system or in a cell-free system;
b) Randomisierte oder gerichtete Mutagenese des Proteins durch Modifikation der Nukleinsäure;b) Randomized or directed mutagenesis of the protein by modification of the nucleic acid;
c) Messung der Interaktion des veränderten Genprodukts mit dem Herbizid;c) measuring the interaction of the modified gene product with the herbicide;
d) Identifizierung von Derivaten des Proteins die eine geringere Interaktion aufwei- sen;d) identification of derivatives of the protein which have less interaction;
e) Testung der biologischen Aktivität des Proteins nach Applikation des Herbizides;e) testing the biological activity of the protein after application of the herbicide;
f) Auswahl der Nukleinsäuresequenzen, die eine veränderte biologische Aktivität gegenüber dem Herbizid aufweisen.f) Selection of the nucleic acid sequences which have an altered biological activity towards the herbicide.
Das funktionelle Äquivalent der SEQ ID NO:3 gemäß ii) weist eine Homologie mit der SEQ ID No:3 von mindestens 63%, 64%, 65%, 66% vorzugsweise mindestens 67%, 68%, 69%, 70%, 71%, 72%, 73%, 74% vorzugsweise mindestens 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80% bevorzugt mindestens 81 %, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87%, 88%, 89%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93% besonders bevorzugt mindestens 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99% auf.The functional equivalent of SEQ ID NO: 3 according to ii) has a homology with SEQ ID No: 3 of at least 63%, 64%, 65%, 66%, preferably at least 67%, 68%, 69%, 70%, 71 %, 72%, 73%, 74% preferably at least 75%, 76%, 77%, 78%, 79%, 80% preferably at least 81%, 82%, 83%, 84%, 85%, 86%, 87 %, 88%, 89%, 89%, 90%, 91%, 92%, 93% particularly preferably at least 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 99%.
Die nach dem oben beschriebenen Verfahren nach ausgewählten Sequenzen werden vorteilhaft in einen Organismus eingebracht. Deshalb ist ein weiterer Erfindungsgegenstand ein nach diesem Verfahren hergestellter Organismus. Bevorzugt ist der Organismus eine Pflanze, besonders bevorzugt eine der oben definierten Kulturpflanzen. Anschließend erfolgt die Regeneration ganzer Pflanzen und Überprüfung der Resistenz gegenüber der selektierten Verbindung in intakten Pflanzen.The sequences selected according to the method described above are advantageously introduced into an organism. Another object of the invention is therefore an organism produced by this method. The organism is preferably a plant, particularly preferably one of the crop plants defined above. Then whole plants are regenerated and the resistance to the selected compound in intact plants is checked.
Veränderte Proteine und/oder Nukleinsäuren, die in Pflanzen Resistenz gegen die selektierten Verbindungen vermitteln können, können aus den oben genannten Nukleinsäuresequenzen auch Über die sogenannte "site directed mutagenesis" hergestellt werden, durch diese Mutagenese kann beispielsweise die Stabilität und/oder Aktivität des Target Proteins oder die Eigenschaften wie Bindung und Wirkung der oben genannten erfindungsgemäßen Inhibitoren sehr gezielt verbessern bzw. verändert wer- den.Modified proteins and / or nucleic acids which can impart resistance to the selected compounds in plants can also be produced from the above-mentioned nucleic acid sequences by means of the so-called "site directed mutagenesis", for example the stability and / or activity of the target protein by this mutagenesis or the properties such as binding and action of the above-mentioned inhibitors according to the invention can be specifically improved or changed.
Beispielsweise wurde von Zhu et al. (Nature Biotech., Vol. 18, May 2000: 555 - 558) eine "site directed mutagenesis"-Methode in Pflanzen beschrieben, die vorteilhaft verwendet werden kann.For example, Zhu et al. (Nature Biotech., Vol. 18, May 2000: 555-558) describes a "site directed mutagenesis" method in plants which can be used advantageously.
Weiterhin können Veränderungen über die von Spee et al. (Nucleic Acids Research, Vol. 21 , No. 3, 1993: 777- 78) beschriebenen PCR-Methode unter Verwendung von dITP zur zufälligen Mutagenese erzielt werden oder durch die von Rellos et al. (Protein Expr. Purif., 5, 1994 : 270-277) weiter verbessert Methode.Furthermore, changes can be made via the method described by Spee et al. (Nucleic Acids Research, Vol. 21, No. 3, 1993: 777-78), the PCR method described can be achieved using dITP for random mutagenesis or by the method described by Rellos et al. (Protein Expr. Purif., 5, 1994: 270-277) further improved method.
Eine weitere Möglichkeit zur Herstellung dieser veränderten Proteine und/oder von Nukleinsäuren ist eine von Stemmer et al. (Proc. Natl. Acad. Sei. USA, Vol. 91 , 1994: 10747-10751) beschriebene "in vitro" Rekombinationstechnik für die molekulare Evolution oder die von Moore et al. (Nature Biotechnology Vol. 14, 1996: 458-467) beschrie- bene Kombination der PCR- und Rekombinationsmethode.Another possibility for producing these modified proteins and / or nucleic acids is one of Stemmer et al. (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, Vol. 91, 1994: 10747-10751) described "in vitro" recombination technique for molecular evolution or that described by Moore et al. (Nature Biotechnology Vol. 14, 1996: 458-467) described combination of the PCR and recombination method.
Ein weiterer Weg zur Mutagenese von Proteinen wird von Greener et al. in Methods in Molecular Biology (Vol. 57, 1996: 375-385) beschrieben. In EP-A-0 909 821 wird eine Methode zur Veränderung von Proteinen unter Verwendung des Mikroorganismus E. coli XL-1 Red beschrieben. Dieser Mikroorganismus erzeugt bei der Replikation Mutantionen in den eingeführten Nukleinsäuren und führt so zu einer Veränderung der genetischen Information. Über Isolierung der veränderten Nukleinsäuren bzw. der veränderten Proteine und Testung auf Resistenz lassen sich leicht vorteilhafte Nukleinsäuren und die durch sie kodierten Proteine identifizieren. Diese können dann nach Einbringen in Pflanzen dort die Resistenz ausprägen und so zur Resistenz gegen die Herbizide führen.Another route to mutagenesis of proteins is described by Greener et al. in Methods in Molecular Biology (Vol. 57, 1996: 375-385). EP-A-0 909 821 describes a method for changing proteins using the microorganism E. coli XL-1 Red. During replication, this microorganism creates mutations in the introduced nucleic acids and thus leads to a change in the genetic information. By isolating the modified nucleic acids or the modified proteins and testing for resistance, it is easy to identify advantageous nucleic acids and the proteins encoded by them. These can then express resistance there after introduction into plants and thus lead to resistance to the herbicides.
Weitere Methoden der Mutagenese und Selektion sind beispielsweise Methoden wie die in vivo Mutagenese von Samen oder Pollen und Selektion resistenter Allele in Anwesenheit der erfindungsgemäßen Inhibitoren, gefolgt von genetischer und molekularer Identifizierung des veränderten, resistenten Alleis. Weiterhin die Mutagenese und Selektion von Resistenzen in der Zellkultur durch Vermehrung der Kultur in Anwesenheit von sukzessiv steigenden Konzentrationen der erfindungsgemäßen Inhibitoren. Dabei kann die Erhöhung der spontanten Mutationsrate durch chemische/physikalische mutagene Behandlung ausgenutzt werden. Wie vorgehend be- schrieben lassen sich auch mit Mikroorgansimen, die eine endogene oder rekombinante Aktivität der durch die im erfindungsgemäßen Verfahren verwendeten Nukleinsäuren codierten Proteine haben, und die gegenüber den erfindungsgemäß identifizierten Inhibitoren sensitiv sind, veränderte Gene isolieren. Die Anzucht der Mikroorganismen auf Medien mit steigenden Konzentration von erfindungsgemäßen Inhibitoren erlaubt die Selektion und Evolution von resistenten Varianten der erfindungsgemäßen Targets. Die Frequenz der Mutationen kann wiederum durch mutagene Behandlungen erhöht werden.Further methods of mutagenesis and selection are, for example, methods such as the in vivo mutagenesis of seeds or pollen and selection of resistant alleles in the presence of the inhibitors according to the invention, followed by genetic and molecular identification of the modified, resistant alley. Mutagenesis and Selection of resistances in cell culture by increasing the culture in the presence of successively increasing concentrations of the inhibitors according to the invention. The increase in the spontaneous mutation rate can be exploited by chemical / physical mutagenic treatment. As described above, modified genes can also be isolated using microorganisms which have an endogenous or recombinant activity of the proteins coded by the nucleic acids used in the method according to the invention and which are sensitive to the inhibitors identified according to the invention. The cultivation of the microorganisms on media with an increasing concentration of inhibitors according to the invention allows the selection and evolution of resistant variants of the targets according to the invention. The frequency of the mutations can in turn be increased by mutagenic treatments.
Daneben stehen Verfahren zur gezielten Veränderungen von Nukleinsäuren zur Verfü- gung (Zhu et al. Proc. Natl. Acad. Sei. USA, Vol. 96, 8768 - 8773 und Beethem et al., Proc. Natl. Acad. Sei. USA, Vol 96, 8774 - 8778). Diese Methoden ermöglichen es, in den Proteinen solche Aminosäuren, die für die Bindung von Inhibitoren von Bedeutung sind, durch funktioneil analoge Aminosäuren zu ersetzen, die jedoch die Bindung des Inhibitors verhindern.In addition, methods for the targeted modification of nucleic acids are available (Zhu et al. Proc. Natl. Acad. Sei. USA, Vol. 96, 8768-8773 and Beethem et al., Proc. Natl. Acad. Sei. USA, Vol 96, 8774-8778). These methods make it possible to replace those amino acids in the proteins which are important for the binding of inhibitors with functionally analogous amino acids which, however, prevent the inhibitor from binding.
Ein weiterer Erfindungsgegenstand ist deshalb ein Verfahren zur Erstellung von Nukleinsäuresequenzen, welche für Genprodukte kodieren, die eine veränderte biologische Aktivität aufweisen, wobei die biologische Aktivität dahingegen verändert wurde, daß eine erhöhte Aktivität vorliegt. Unter erhöhter Aktivität ist eine gegenüber dem Aus- gangsorganismus bzw. gegenüber dem Ausgangsgenprodukt um mindestens 10% , bevorzugt um mindestens 30%, besonders bevorzugt um mindestens 50%, ganz besonders bevorzugt um mindestens 100% höhere Aktivität zu verstehen. Weiterhin kann die biologische Aktivität dahingegen verändert worden sein, daß die erfindungsgemäßen Substanzen und/oder Mittel nicht mehr oder nicht mehr richtig an die Nukleinsäu- resequenzen und/oder die durch sie kodierten Genprodukte binden. Unter nicht mehr oder nicht mehr richtig ist im Sinne der Erfindung zu verstehen, daß die Substanzen um mindestens 30%, bevorzugt mindestens 50%, besonders bevorzugt um mindestens 70%, ganz besonders bevorzugt um mindestens 80% oder gar nicht mehr an die veränderten Nukleinsäuren und/oder Genprodukte im Vergleich zum Ausgangsgenprodukt oder den Ausgangsnukleinsäuren binden.Another object of the invention is therefore a method for producing nucleic acid sequences which code for gene products which have a changed biological activity, the biological activity being changed in contrast to the fact that there is increased activity. Increased activity is understood to mean an activity which is at least 10%, preferably at least 30%, particularly preferably at least 50%, very particularly preferably at least 100% higher than that of the starting organism or of the starting gene product. Furthermore, the biological activity may have been changed so that the substances and / or agents according to the invention no longer or no longer bind correctly to the nucleic acid sequences and / or the gene products encoded by them. For the purposes of the invention, no longer or no longer correctly means that the substances have at least 30%, preferably at least 50%, particularly preferably at least 70%, very particularly preferably at least 80% or not at all of the modified nucleic acids and / or bind gene products in comparison to the starting gene product or the starting nucleic acids.
Noch ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft deshalb eine transgene Pflanze, welche mit einer Nukleinsauresequenz, welche für ein Genprodukt kodiert, das eine veränderte biologische Aktivität aufweist, oder mit einer Nukleinsauresequenz codierend für eine MDH -Variante transformiert wurde. Verfahren zur Transformation sind dem Fachmann bekannt und beispielhaft weiter oben ausgeführt.Yet another aspect of the invention therefore relates to a transgenic plant which has been transformed with a nucleic acid sequence which codes for a gene product which has an altered biological activity, or with a nucleic acid sequence which codes for an MDH variant. Methods of transformation are known to those skilled in the art known and exemplified above.
Genetisch veränderten transgene Pflanzen, die gegen die nach den erfindungsgemä- ßen Verfahren gefundenen Substanzen und/oder Mittel enthaltend diese Substanzen resistent sind, können auch durch Transformation gefolgt von Überexpression einer erfindungsgemäßen Nukleinsauresequenz erzeugt werden. Deshalb ist ein weiterer Erfindungsgegenstand ein Verfahren zur Erzeugung transgener Pflanzen, die gegen Substanzen, die nach einem erfindungsgemäßen Verfahren gefunden wurden, resistent sind, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Pflanzen Nukleinsäuren codierend für eine Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH überexprimiert werden. Ein ähnliches Verfahren wird beispielhaft in Lermantova et al., Plant Physiol., 122, 2000: 75 - 83 beschrieben.Genetically modified transgenic plants which are resistant to the substances and / or agents containing these substances found by the method according to the invention can also be produced by transformation followed by overexpression of a nucleic acid sequence according to the invention. A further subject of the invention is therefore a process for the production of transgenic plants which are resistant to substances found by a process according to the invention, characterized in that nucleic acids coding for a malate dehydrogenase, preferably MDH, are overexpressed in these plants. A similar method is described by way of example in Lermantova et al., Plant Physiol., 122, 2000: 75-83.
Die oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Erzeugung resistenter Pflanzen ermöglichen die Entwicklung neuer Herbizide, die eine möglichst umfassende Pflanzenspezies unabhängige Wirkung aufweisen (sog. Totalherbizide), in Kombination mit der Entwicklung von gegenüber dem Totalherbizid resistenten Nutzpflanzen. Gegenüber Totalherbiziden resistente Nutzpflanzen sind bereits verschiedentlich beschrieben worden. Dabei können mehrere Prinzipien zur Erzielung einer Resistenz unterschieden werden:The methods according to the invention for producing resistant plants described above enable the development of new herbicides which have the most comprehensive possible plant species independent action (so-called total herbicides), in combination with the development of crop plants resistant to the total herbicide. Useful plants resistant to total herbicides have already been described in various ways. Several principles can be distinguished to achieve resistance:
a) Resistenzerzeugung in einer Pflanze über Mutationsverfahren oder gentechnische Verfahren, indem das als Zielort für das Herbizid dienende Protein deutlich überproduziert wird und indem auf Grund des großen Überschusses des als Zielort für das Herbizid dienende Protein, die von diesem Protein in der Zelle . ausgeübte Funktion auch nach Applikation des Herbizides beibehalten wird.a) Generation of resistance in a plant via mutation or genetic engineering processes, in that the protein serving as the target for the herbicide is clearly overproduced and because of the large excess of the protein serving as the target for the herbicide, which is produced by this protein in the cell. exercised function is maintained even after application of the herbicide.
b) Veränderung der Pflanze dahingehend, daß eine modifizierte Version des als Zielort des Herbizid fungierenden Proteins eingeführt wird und daß das neu ein- geführte modifizierte Protein vom Herbizid nicht in seiner Funktion beeinträchtigt wird.b) Modification of the plant in such a way that a modified version of the protein which acts as the target of the herbicide is introduced and that the function of the newly introduced modified protein is not impaired by the herbicide.
c) Veränderung der Pflanze dahingehend, daß ein neues Protein/ eine neue RNA eingeführt wird welches dadurch gekennzeichnet ist, daß die für die herbizide Wirkung der niedermolekularen Substanz verantwortliche chemische Struktur desc) Modification of the plant in such a way that a new protein / a new RNA is introduced which is characterized in that the chemical structure of the herbicidal action of the low molecular weight substance
Proteins oder der Nukleinsäure wie der RNA oder der DNA so verändert wird, daß durch die veränderte Struktur keine herbizide Wirkung mehr entfaltet werden kann, daß heißt die Interaktion des Herbizids mit dem Zielort nicht mehr erfolgen kann. d) das die Funktion des Targets durch ein neues in die Pflanze eingebrachtes Gen ersetzt wird, und so ein sogenannter "alternativer Pathway" geschaffen wird.Protein or nucleic acid such as RNA or DNA is changed so that the changed structure no longer has a herbicidal effect, that is to say the interaction of the herbicide with the target site can no longer take place. d) that the function of the target is replaced by a new gene introduced into the plant, thus creating a so-called "alternative pathway".
e) Das die Funktion des Targets durch ein anderes in der Pflanze vorhandenes Gen bzw. dessen Genprodukt übernommen wird.e) That the function of the target is taken over by another gene present in the plant or its gene product.
Dem Fachmann sind alternative Verfahren zur Identifizierung von den homologen Nukleinsäuren beispielsweise in anderen Pflanzen mit ähnlichen Sequenzen wie beispielsweise unter Verwendung von Transposons, bekannt. Gegenstand dieser Erfindung ist daher auch die Verwendung von alternativen Insertionsmutagenesever- fahren zur Insertion von fremder Nukleinsäuren in die Nukleinsauresequenz SEQ ID NO:3 in von diesen Sequenzen aufgrund des genetischen Codes abgeleitete Sequenzen und/oder deren Derivate in anderen Pflanzen.Alternative methods for identifying the homologous nucleic acids, for example in other plants with similar sequences such as, for example, using transposons, are known to the person skilled in the art. This invention therefore also relates to the use of alternative insertion mutagenesis methods for inserting foreign nucleic acids into the nucleic acid sequence SEQ ID NO: 3 in sequences derived from these sequences on the basis of the genetic code and / or their derivatives in other plants.
Die Herstellung der transgenen Pflanzen erfolgt mit einer der oben beschrieben Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Expressionskassette nach ebenfalls oben beschriebenen gängigen Transformationsmethoden.The transgenic plants are produced using one of the above-described embodiments of the expression cassette according to the invention using common transformation methods also described above.
Die Wirksamkeit der Expression der transgen exprimierten MDH-Variante kann bei- spielsweise in vitro durch Sproßmeristemvermehrung oder durch einen Keimungstest ermittelt werden.The effectiveness of the expression of the transgenically expressed MDH variant can be determined, for example, in vitro by multiplication of the shoot meristem or by a germination test.
Zudem kann eine in Art und Höhe veränderte Expression des Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH Gens Gens und deren Auswirkung auf die Resistenz gegenüber Hemmstoffen der Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH an Testpflanzen in Gewächshausversuchen getestet werden.In addition, a change in the type and level of expression of the malate dehydrogenase, preferably MDH gene, and its effect on the resistance to inhibitors of malate dehydrogenase, preferably MDH, can be tested on test plants in greenhouse experiments.
Die Erfindung wird durch die nachstehenden Beispiele weiter veranschaulicht, die nicht als beschränkend aufgefaßt werden sollten.The invention is further illustrated by the following examples, which should not be construed as limiting.
Beispiel 1 : Erzeugung einer cDNA-Bibliothek im PflanzentransformationsvektorExample 1: Generation of a cDNA library in the plant transformation vector
Zur Erzeugung einer cDNA-Bibliothek (im folgenden "binäre cDNA-Bank" genannt) in einem Vektor, der direkt für die Transformation von Pflanzen verwendet werden kann, wurde mRNA aus verschiedenen Pflanzengeweben isoliert und mit dem TimeSaver cDNA Synthese Kit (Amersham Pharmacia Biotech, Freiburg) in doppeisträngige cDNA umgeschrieben. Die cDNA-Erststrangsynthese wurde mit T12-18 Oligonucleotiden nach Herstellerangaben durchgeführt. Nach Größenfraktionierung und Ligation von EcoRI-Notl-Adaptern nach Herstellerangaben und Auffüllen der Überhänge mit Pfu DNA Polymerase (Stratagene) wurde die cDNA-Population normalisiert. Hierzu wurde die Methode nach Kohci et al, 1995, Plant Journal 8, 771-776 vorgegangen, wobei die cDNA durch PCR mit dem Oligonukleotid N1 unter den in Tabelle 1 aufgeführten Bedingungen amplifiziert wurde.To generate a cDNA library (hereinafter referred to as "binary cDNA bank") in a vector which can be used directly for the transformation of plants, mRNA was isolated from various plant tissues and analyzed using the TimeSaver cDNA synthesis kit (Amersham Pharmacia Biotech, Freiburg) rewritten into double-stranded cDNA. The first strand cDNA synthesis was carried out with T12-18 oligonucleotides according to the manufacturer's instructions. After size fractionation and ligation of EcoRI-Notl adapters according to the manufacturer's instructions and filling in the overhangs with Pfu DNA polymerase (Stratagene), the cDNA population was normalized. This was done the method according to Kohci et al, 1995, Plant Journal 8, 771-776, the cDNA being amplified by PCR with the oligonucleotide N1 under the conditions listed in Table 1.
Tabelle 1Table 1
Das erhaltene PCR-Produkt wurde an die Säulenmatrix des PCR-Purification Kits (Qiagen, Hilden) gebunden und mit 300 mM NaP-Puffer, pH 7.0, 0.5 mM EDTA, 0.04% SDS eluiert. Die DNA wurde 5 Minuten im kochenden Wasserbad denaturiert und anschließend 24 Stunden bei 60°C renaturiert. 50μl der DNA wurden auf eine Hydroxy- lapathitsäule aufgetragen und diese 3 Mal mit 1 ml 10 mM NaP-Puffer, pH 6.8 gewaschen. Die gebundene Einzelstrang-DNA wurde mit 130 mM NaP-Puffer, pH 6.8 eluiert, mit Ethanol gefällt und in 40μl Wasser gelöst. Hiervon wurden 20μl für eine weitere PCR-Amplifikation wie oben beschrieben verwendet. Nach einer weiteren Anreiche- rung von ssDNA wurde eine dritte PCR-Amplifikation wie oben beschrieben durchgeführt.The PCR product obtained was bound to the column matrix of the PCR purification kit (Qiagen, Hilden) and eluted with 300 mM NaP buffer, pH 7.0, 0.5 mM EDTA, 0.04% SDS. The DNA was denatured in a boiling water bath for 5 minutes and then renatured at 60 ° C. for 24 hours. 50 μl of the DNA were applied to a hydroxylapathite column and this was washed 3 times with 1 ml of 10 mM NaP buffer, pH 6.8. The bound single-stranded DNA was eluted with 130 mM NaP buffer, pH 6.8, precipitated with ethanol and dissolved in 40 μl water. Of these, 20 μl were used for a further PCR amplification as described above. After further enrichment of ssDNA, a third PCR amplification was carried out as described above.
Die Herstellung des Pflanzentransformationsvektors zur Aufnahme der wie oben beschrieben hergestellten cDNA-Population erfolgte über Restriktionsenzym-Verdau des Vektor pUC18 mit Sbfl und BamHI, Reinigung des Vektorfragment gefolgt von Auffüllen der Überhänge mit Pfu DNA Polymerase und Religation mit T4 DNA Ligase (Stratage- ne). Das so hergestellte Konstrukt wird im folgenden als pUC18Sbfl- bezeichnet.The plant transformation vector for recording the cDNA population prepared as described above was produced by restriction enzyme digestion of the vector pUC18 with Sbfl and BamHI, purification of the vector fragment followed by filling in the overhangs with Pfu DNA polymerase and religation with T4 DNA ligase (stratagene) , The construct thus produced is referred to below as pUC18Sbfl-.
Der Vektor pBinAR wurde zunächst mit Notl gespalten, nach Auffüllen der Enden religiert, mit Sbfl gespalten, nach Auffüllen der Enden religiert und im Anschluß mit EcoRI und Hindlll gespalten. Das resultierende Fragment wurde in ein Derivat des binären Pflanzentransformationsvektors pPZP (Hajdukiewicz.P, Svab, Z, Maliga, P., (1994) Plant Mol Biol 25:989-994) ligiert, der eine Transformation von Pflanzen mittels Agrobakterium ermöglich und eine Kanamycinresistenz in transgenen Pflanzen vermit- telt, ligiert. Das hierbei erzeugte Konstrukt wird im folgenden als pSun12/35S bezeichnet.The vector pBinAR was first cleaved with Notl, religated after filling in the ends, cleaved with Sbfl, religated after filling in the ends and then cleaved with EcoRI and HindIII. The resulting fragment was ligated into a derivative of the binary plant transformation vector pPZP (Hajdukiewicz.P, Svab, Z, Maliga, P., (1994) Plant Mol Biol 25: 989-994), which enables a transformation of plants by means of Agrobacterium and a kanamycin resistance mediated in transgenic plants telt, ligated. The construct generated here is referred to below as pSun12 / 35S.
pUC18Sbfl- wurde als Template für eine Polymerase Kettenreaktion (PCR) mit den Oligonucleotiden V1 und V2 (siehe Tabelle 2) und Pfu DNA Polymerase eingesetzt. Das resultierende Fragment wurde in den mit Smal gespalten pSun12/35S ligiert, wodurch pSunblues2 erzeugt wurde. Nach Spaltung mit Notl, Dephosphorylierung mit Shrimp Alkalischer Phosphatase (Röche Diagnostics, Mannheim) und Aufreinigung des Vektorfragmentes wurde pSunblues2 mit der normalisierten und ebenfalls mit Notl gespaltenen cDNA Population ligiert. Nach Transformation in E.coli XMblue (Stratage- ne) wurden die so erzeugte Klone in Mikrotiterplatten abgelegt. Die binäre cDNA-Bank enthält cDNAs in "Sense"- und in "Antisense"-Orientierung unter Kontrolle des Blumenkohlmosaikvirus 35s Promotors, die dementsprechend nach der Transformation in Tabakpflanzen zu "Cosuppressions"- und "Antisene'-Effekten führen können.pUC18Sbfl- was used as a template for a polymerase chain reaction (PCR) with the oligonucleotides V1 and V2 (see Table 2) and Pfu DNA polymerase. The resulting fragment was ligated into the Smal digested pSun12 / 35S to generate pSunblues2. After cleavage with Notl, dephosphorylation with shrimp alkaline phosphatase (Röche Diagnostics, Mannheim) and purification of the vector fragment, pSunblues2 was ligated to the normalized and also NotL-cleaved cDNA population. After transformation in E.coli XMblue (Stratagene), the clones produced in this way were placed in microtiter plates. The binary cDNA library contains cDNAs in "sense" and in "antisense" orientation under the control of the cauliflower mosaic virus 35s promoter, which can accordingly lead to "cosuppression" and "antisene" effects after transformation in tobacco plants.
Tabelle 2: Verwendete OligonukleotideTable 2: Oligonucleotides used
Beipiel 2: Transformation und Analyse von TabakpflanzenExample 2: Transformation and analysis of tobacco plants
Ausgewählte Klone der binären cDNA-Bank wurden in Agrobacterium tumefaciens C58C1:pGV2260 transformiert (Deblaere et al., Nucl. Acids. Res. 13(1984), 4777- 4788) und unter Streptomycin/Spectinomycin-Selektion inkubiert. Zur Transformation von Tabakpflanzen (Nicotiana tabacum cv. Samsun NN mit dem Klon nt002035041r wurde eine in YEB-Medium auf OD600 = 0.8-1.6 verdünnte Übernachtkultur einer positiv transformierten Agrobakterienkolonie benutzt. Blattscheiben steriler Pflanzen (zu je ca. 1 cm2) wurden in einer Petrischale mit der Agrobakterienverdünnung für 5-10 Minuten inkubiert. Es folgte eine 2-tägige Inkubation in Dunkelheit bei 25oC auf Muras- hige-Skoog Medium (Physiol. Plant. 15(1962), 473) mit 2% Saccharose (2MS-Medium) mit 0,8 % Bacto-Agar. Die Kultivierung wurde nach 2 Tagen mit 16 Stunden Licht/8 Stunden Dunkelheit weitergeführt und in wöchentlichem Rhythmus auf MS-Medium mit 500mg/l Claforan (Cefotaxime-Natrium), 50mg/l Kanamycin, 1mg/l Benzylaminopurin (BAP), 0,2mg/l Naphtylessigsäure und 1,6g/l. Glukose weitergeführt. Wachsende Sprossen wurden auf MS-Medium mit 2% Saccharose, 250 mg/1 Claforan und 0,8 % Bacto-Agar überführt. Regenerierte Sprossen wurden auf 2MS-Medium mit Kanamycin und Claforan erhalten. Auf diese Weise wurden transgene Pflanzen der Linie E_0000005869 erzeugt.Selected clones of the binary cDNA library were transformed into Agrobacterium tumefaciens C58C1: pGV2260 (Deblaere et al., Nucl. Acids. Res. 13 (1984), 4777-4788) and incubated with streptomycin / spectinomycin selection. To transform tobacco plants (Nicotiana tabacum cv. Samsun NN with clone nt002035041r), an overnight culture of a positively transformed agrobacterial colony diluted in YEB medium to OD600 = 0.8-1.6 was used. Leaf disks of sterile plants (each about 1 cm2) were placed in a Petri dish incubated with the agrobacterial dilution for 5-10 minutes, followed by a 2-day incubation in the dark at 25 ° C. on Murashige-Skoog medium (Physiol. Plant. 15 (1962), 473) with 2% sucrose (2MS medium) 0.8% Bacto agar The cultivation was continued after 2 days with 16 hours of light / 8 hours of darkness and in a weekly rhythm on MS medium with 500 mg / l claforan (cefotaxime sodium), 50 mg / l kanamycin, 1 mg / l Benzylaminopurin (BAP), 0.2mg / l naphthylacetic acid and 1.6g / l glucose continued Sprouts were transferred to MS medium with 2% sucrose, 250 mg / 1 Claforan and 0.8% Bacto agar. Regenerated sprouts were obtained on 2MS medium with kanamycin and claforan. In this way, transgenic plants of the line E_0000005869 were generated.
Die Integration der cDNA der Klone in das Genom der transgenen Linien wurde über PCR mit den Oligonukleotiden G1 und G2 (siehe Tabelle 2) und genomischer DNA, die aus den entsprechenden transgenen Linien präpariert wurde nachgewiesen. Hierzu wurde vorzugsweise TAKARA Taq-DNA Polymerase nach Herstellerangaben (MoBi- Tee, Göttingen) eingestzt. Als Positivkontrolle diente der jeweils zur Transformation verwendete cDNA-Klon der binären cDNA-Bank als Template für eine PCR-Reaktion. PCR Produkte identischer Größe oder ggf. gleicher Spaltungsmuster, die nach Spaltung mit verschiedenen Restriktionsenzymen erhalten wurden, dienten als Nachweis der Integration der entsprechenden cDNA. Das Insert des Klons nt002035041 r wurde auf diese Weise in den transgenen Pflanzen mit den oben genannten Phänotypen nachgewiesen.The integration of the cDNA of the clones into the genome of the transgenic lines was verified via PCR with the oligonucleotides G1 and G2 (see Table 2) and genomic DNA which was prepared from the corresponding transgenic lines. For this purpose, TAKARA Taq-DNA polymerase was preferably used according to the manufacturer's instructions (MoBi-Tee, Göttingen). The cDNA clone of the binary cDNA bank used for the transformation served as a positive control as a template for a PCR reaction. PCR products of identical size or possibly the same cleavage pattern, which were obtained after cleavage with different restriction enzymes, served as evidence of the integration of the corresponding cDNA. The insert of the clone nt002035041 r was detected in this way in the transgenic plants with the above-mentioned phenotypes.
Nach Transfer der Sprosse in Erde wurden die Pflanzen für 2-20 Wochen im Gewächshaus auf die Ausprägung von Phänotypen beobachtet. Dabei stellte sich heraus, dass transgene Pflanzen der Linie E_0000005869, in welchen das Insert von nt002035041 r nachgewiesen wurde, ähnliche Phänotypen aufwiesen. Diese Pflanzen zeigten nach 2 Wochen starke Wachstumsretardierungen, sowie chlorotische Blätter und vereinzelt Nekrosen.After transfer of the shoots to soil, the plants were observed for 2-20 weeks in the greenhouse for the expression of phenotypes. It turned out that transgenic plants of the line E_0000005869, in which the insert of nt002035041 r was detected, had similar phenotypes. After 2 weeks, these plants showed strong growth retardations, as well as chlorotic leaves and occasional necrosis.
Beispiel 3 Sequenzanalyse des KlonesExample 3 Sequence analysis of the clone
Zu Isolierung einer Volle Länge cDNA-Sequenz von nt002035041r (SEQ ID NO:2) wurde das Smart-RACE kit (Clontech) nach Herstellerangaben eingesetzt. Die SEQ ID NO:2 von 1513 bp Länge codiert auf einem offenen Leseramen (nt 148-1221) von 960 nt Länge für ein Protein von 320 Aminosäuren.To isolate a full length cDNA sequence of nt002035041r (SEQ ID NO: 2) the Smart-RACE kit (Clontech) according to the manufacturer's instructions was used. SEQ ID NO: 2 of 1513 bp in length codes on an open reading name (nt 148-1221) of 960 nt in length for a protein of 320 amino acids.
Hiermit wurde erstmalig und überraschend gezeigt, dass die natürliche Expression von glyoxysomalen MDH codierenden Sequenzen essenziell für Pflanzen ist und eine verringerte Expression zu Schädigungen entsprechend den unter Beispiel 2 aufgeführten Phänotypen führt. Daraus folgt, dass sich Malat Dehydrogenase, bevorzugt MDH als Target für Herbizide eignet.It was shown for the first time and surprisingly that the natural expression of glyoxysomal MDH-coding sequences is essential for plants and that a reduced expression leads to damage in accordance with the phenotypes listed in Example 2. It follows that malate dehydrogenase, preferably MDH, is suitable as a target for herbicides.
Die größte Homologie findet sich zu glyoxysomalen MDHs aus Wassermelone (P19446, Swissprot) mit 77,5 % Identität auf Nukleotidebene (90,7% Ähnlichkeit bzw. 85,4% Identität auf Proteinebene), Gurke, Arabidopsis, Soya und Reis. Die N-termi- nalen 38 Aminosäuren stellen vermutlich eine glyoxysomale Transitsequenz dar.The greatest homology is found with glyoxysomal MDHs from watermelon (P19446, Swissprot) with 77.5% identity at the nucleotide level (90.7% similarity or 85.4% identity at the protein level), cucumber, Arabidopsis, soya and rice. The N-termi- 38 amino acids probably represent a glyoxysomal transit sequence.
Beispiel 4: Expression in E.coliExample 4: Expression in E. coli
Zur Erzeugung aktiven Nt-MDH Proteins mit pflanzlicher MDH-Aktivität wurde die Codierregion von Nt-MDH sowie MDH aus Arabidopsis (Genbank: At2g22780) in E. coli Bakterien überexprimiert. Dazu wurden Nt-MDH-Fragmente mittels spezieller Oligonukleotide und Pfu-Ultra Polymerase (Stratagene) per PCR amplifiziert und in den Expressionsvektor pCR T7/CT TOPO (Invitrogen) ligiert (Konstrukte Nt1 und At1 , Tabelle 7). Auf diese Weise wurden codierte Fusionsproteine mit C-terminalen Hexa- histidin-tag erzeugt. Bei der Klonierung wurde durch die Verwendung der angegebenen Oligonucleotide eine N-terminal verkürzte Version der MDH erzeugt, um die glyoxysomale Transitsequenz, die einer funktionellen Expression entgegenstehen könnte auszuschließen. Dabei wurde von der Transitsequenz der glyoxysomalen MDH aus Was- sermelone ausgegangen (Gietl. Et al. 1996, BBA 1274, 48-58). Die PCR wurde nach Standardbedingungen (z.B. nach Sambrook, J. et al. (1989) "Molecular cloning: A laboratory manual", Cold Spring Harbor Laboratory Press) in 36 Zyklen durchgeführt, wobei die Annealingtemperaturen zwischen 44 und 55oC lagen und für die Polymerisationszeit je 60sec pro 1000bp betrug. Die Template sowie die für die jeweiligen Template verwendeten Primer sowie Annealingtemperaturen sind in Tabelle 7 aufgeführt.To generate active Nt-MDH protein with plant-based MDH activity, the coding region of Nt-MDH and MDH from Arabidopsis (Genbank: At2g22780) was overexpressed in E. coli bacteria. For this purpose, Nt-MDH fragments were amplified by means of special oligonucleotides and Pfu-Ultra Polymerase (Stratagene) by PCR and ligated into the expression vector pCR T7 / CT TOPO (Invitrogen) (constructs Nt1 and At1, Table 7). In this way, encoded fusion proteins with C-terminal hexahistidine tag were generated. During the cloning, an N-terminally shortened version of the MDH was generated by using the specified oligonucleotides in order to exclude the glyoxysomal transit sequence which could hinder functional expression. The transit sequence of the glyoxysomal MDH from watermelon was assumed (Gietl. Et al. 1996, BBA 1274, 48-58). The PCR was carried out according to standard conditions (eg according to Sambrook, J. et al. (1989) "Molecular cloning: A laboratory manual", Cold Spring Harbor Laboratory Press) in 36 cycles, the annealing temperatures being between 44 and 55 ° C and for the polymerization time was 60sec per 1000bp. The templates and the primers used for the respective templates as well as annealing temperatures are listed in Table 7.
Tabelle 7Table 7
(1) Templat: Nicotiana tabacuum cDNA-BAnk(1) Template: Nicotiana tabacuum cDNA-Bank
(2) Templat: Arabidopsis thaliana cDNA-Bank(2) Template: Arabidopsis thaliana cDNA library
Die in der PCR erhaltenen Produkte wurden in den Vektor pCR T7/CT TOP ligiert und in E. coli transformiert. Die Expression wurde in E. coli BL21(DE3) Stämmen wie BL21(DE3)pLysS oder BL21(DE3)pLysE (Invitrogen), BL21-CodonPlus(DE3) oder BL21-CodonPlus(DE3)RIL (Stratagene) nach Induktion mit IPTG durchgeführt. Dazu wurde nach Standardprotokollen (Invitrogen) vorgegangen.The products obtained in the PCR were ligated into the vector pCR T7 / CT TOP and transformed into E. coli. Expression was carried out in E. coli BL21 (DE3) strains such as BL21 (DE3) pLysS or BL21 (DE3) pLysE (Invitrogen), BL21-CodonPlus (DE3) or BL21-CodonPlus (DE3) RIL (Stratagene) after induction with IPTG , To was followed according to standard protocols (Invitrogen).
Die Expressionsprodukte Nt-gMDH-E1 und At-gMDH-E1 wurden über Ni-Agarose affinitätschromatographisch aufgereinigt. Hierzu wurde nach Herstellerangaben (Qia- gen) vorgegangen.The expression products Nt-gMDH-E1 and At-gMDH-E1 were purified by affinity chromatography using Ni agarose. This was done according to the manufacturer's instructions (Qiaagen).
Beispiel 5: in vitro TestsystemeExample 5: in vitro test systems
Die Enzymaktivität der gMDH kann nach Huang et al. (1974, Plant Physiol 54, 364- 368) aus Präparationen pflanzlicher Microbodies gemessen werden. Es bietet sich jedoch an, die wie oben beschreiben in E.coli exprimierten und aufgreinigten Proteine einzusetzen, um Hintergrundaktivitäten cytosolischer und Mitochondrialer MDHs zu minimieren.The enzyme activity of the gMDH can be determined according to Huang et al. (1974, Plant Physiol 54, 364-368) can be measured from preparations of plant microbodies. However, it is advisable to use the proteins expressed and purified in E. coli as described above in order to minimize background activities of cytosolic and mitochondrial MDHs.
Die Messung der enzymatischen Aktivität der gMDH aus Beispiel 3 wurde über die Umsetzung von NAD+ zu NADH erfolgte photometrisch bei 340nm nach Gietl et al. (1996, BBA 1274, 48-58). Dieser Assay kann im Mikrotiterplatten Maßstab durchgeführt werden. The measurement of the enzymatic activity of the gMDH from example 3 was carried out photometrically at 340 nm by the conversion of NAD + to NADH according to Gietl et al. (1996, BBA 1274, 48-58). This assay can be carried out on a microtiter plate scale.

Claims

Patentansprüche claims
1. Verwendung von Malat Dehydrogenase in einem Verfahren zur Identifizierung von Herbiziden.1. Use of malate dehydrogenase in a method of identifying herbicides.
2. Verwendung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Malat Dehydrogenase durch eine Nukleinsauresequenz kodiert wird, welche:2. Use according to claim 1, characterized in that the malate dehydrogenase is encoded by a nucleic acid sequence which:
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:1 dargestellten Nuklein- säuresequenz; odera) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; or
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:2 dargestellten Nukleinsauresequenz; odera) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2; or
b) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung aus der in SEQ ID NO:3 dargestellten Aminosäuresequenz ableiten läßt; oderb) a nucleic acid sequence which can be derived from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 on the basis of the degenerate genetic code by back-translation; or
c) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten geneti- sehen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 63% aufweist, ableiten läßt;c) a nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3 which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 63%;
umfasst.includes.
3. Verwendung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Malat Dehydrogenase um eine glyoxysomalen Malat Dehydrogenase handelt, welche durch eine Nukleinsauresequenz kodiert wird umfassend:3. Use according to claim 1 or 2, characterized in that the malate dehydrogenase is a glyoxysomal malate dehydrogenase which is encoded by a nucleic acid sequence comprising:
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:1 dargestelltena) a nucleic acid sequence with that shown in SEQ ID NO: 1
Nukleinsauresequenz; odernucleic acid sequence; or
b) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:2 dargestellten Nukleinsauresequenz; oderb) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2; or
c) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung aus der in SEQ ID NO:3 dargestellten Aminosäuresequenz ableiten läßt; oderc) a nucleic acid sequence which can be derived from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 on the basis of the degenerate genetic code by back-translation; or
d) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identität mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 66% aufweist, ableiten läßt.d) a nucleic acid sequence which can be determined on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with the SEQ ID NO: 3 of at least 66%, can be derived.
4. Pflanzliche Nukleinsäuresequenzen kodierend für eine glyoxysomalen Malat Dehydrogenase umfassend:4. Plant nucleic acid sequences encoding a glyoxysomal malate dehydrogenase comprising:
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:1 dargestellten Nukleinsauresequenz; odera) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 1; or
a) eine Nukleinsauresequenz mit der in SEQ ID NO:2 dargestellten Nukleinsauresequenz; odera) a nucleic acid sequence with the nucleic acid sequence shown in SEQ ID NO: 2; or
b) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung aus der in SEQ ID NO:3 dargestellten Aminosäuresequenz ableiten läßt; oderb) a nucleic acid sequence which can be derived from the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 on the basis of the degenerate genetic code by back-translation; or
c) funktionelle Äquivalente der Nukleinsauresequenz SEQ ID NO:2 mit einer Identität von mindestens 79% zu der SEQ ID NO:2; oderc) functional equivalents of the nucleic acid sequence SEQ ID NO: 2 with an identity of at least 79% to SEQ ID NO: 2; or
d) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten geneti- sehen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 87% aufweist, ableiten läßt.d) a nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 87%.
5. Polypeptid mit der biologischen Aktivität einer glyoxysomalen Malat Dehydroge- nase als Target für Herbizide kodiert von einem Nukleinsäurem.olekül nach Anspruch 4.5. polypeptide with the biological activity of a glyoxysomal malate dehydrogenase as a target for herbicides encoded by a nucleic acid molecule according to claim 4.
6. Verfahren zur Detektion funktioneller Analoga der SEQ ID NO:26. Method for the detection of functional analogues of SEQ ID NO: 2
a) durch Herstellung einer Sonde gefolgt von anschließenden Durchsuchen einer genomischen oder cDNA Bank der entsprechenden Spezies; odera) by preparation of a probe followed by subsequent searching of a genomic or cDNA library of the corresponding species; or
b) einer Computer-Recherche nach analogen Sequenzen in elektronischen Datenbanken.b) a computer search for analog sequences in electronic databases.
7. Expressionskassette umfassend7. Includes expression cassette
a) genetische Kontrollsequenzen in funktioneller Verknüpfung mit einer Nukleinsauresequenz gemäß Anspruch 4; odera) genetic control sequences in functional linkage with a nucleic acid sequence according to claim 4; or
b) zusätzliche Funktionselemente; oder c) eine Kombination aus a) und b).b) additional functional elements; or c) a combination of a) and b).
8. Vektor umfassend eine Expressionskassette nach Anspruch 7.8. Vector comprising an expression cassette according to claim 7.
9. Transgener Organismus umfassend mindestens eine Nukleinsauresequenz kodierend für ein Polypeptid mit der biologischen Aktivität einer glyoxysomalen Malat Dehydrogenase gemäß Anspruch 4, eine Expressionskassette gemäß Anspruch 7 oder einen Vektor gemäß Anspruch 8 ausgewählt aus Bakterien, Hefen, Pilzen, tierischen oder pflanzlichen Zellen.9. Transgenic organism comprising at least one nucleic acid sequence coding for a polypeptide with the biological activity of a glyoxysomal malate dehydrogenase according to claim 4, an expression cassette according to claim 7 or a vector according to claim 8 selected from bacteria, yeast, fungi, animal or plant cells.
10. Verfahren zur Identifizierung von Substanzen mit herbizider Wirkung umfassend die folgenden Schritte:10. A method for identifying substances with herbicidal activity comprising the following steps:
i. Inkontaktbringen von Malat Dehydrogenase mit einer oder mehreren Test- Verbindungen unter Bedingungen, die die Bindung der Testverbindung(en) an das Nukleinsäuremolekül oder an die glyoxysomalen Malat Dehydrogenase erlauben; undi. Contacting malate dehydrogenase with one or more test compounds under conditions which allow the test compound (s) to bind to the nucleic acid molecule or to the glyoxysomal malate dehydrogenase; and
ii. Nachweis, ob die Testverbindung an die Malat Dehydrogenase aus i) bindet; oderii. Evidence of whether the test compound binds to the malate dehydrogenase from i); or
iii. Nachweis, ob die Testverbindung die enyzmatische oder biologische Aktivität der Malat Dehydrogenase aus i) reduziert oder blockiert; oderiii. Evidence of whether the test compound reduces or blocks the enzymatic or biological activity of the malate dehydrogenase from i); or
iv. Nachweis, ob die Testverbindung die Transkription,. Translation oder Expression der Malat Dehydrogenase aus i) reduziert oder blockiert.iv. Evidence of whether the test compound has transcription. Translation or expression of the malate dehydrogenase from i) reduced or blocked.
11. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Malat Dehydrogenase durch eine Nukleinsauresequenz kodiert wird, welche11. The method according to claim 10, characterized in that the malate dehydrogenase is encoded by a nucleic acid sequence which
a) eine Nukleinsauresequenz gemäß Anspruch 4; odera) a nucleic acid sequence according to claim 4; or
b) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funk- tionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ IDb) a nucleic acid sequence which, owing to the degenerate genetic code, is converted back by translating the amino acid sequence into a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID
NO:3 von mindestens 63% aufweist, ableiten läßt;NO: 3 of at least 63%, can be derived;
umfasst.includes.
12. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, dass die Malat Dehydrogenase eine glyoxysomale Malat Dehydrogenase ist und durch eine Nukleinsäu- resequenz kodiert wird, welche12. The method according to claim 10, characterized in that the malate dehydrogenase is a glyoxysomal malate dehydrogenase and by a nucleic acid which sequence is encoded
a) eine Nukleinsauresequenz gemäß Anspruch 4; odera) a nucleic acid sequence according to claim 4; or
b) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 66% aufweist, ableiten läßt;b) a nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 66%;
umfasst.includes.
13. Verfahren nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine Testverbindung selektiert wird, welche die enzymatische oder biologische Aktivität der glyoxysomalen Malat Dehydrogenase reduziert oder blockiert.13. The method according to claim 10, 11 or 12, characterized in that a test compound is selected which reduces or blocks the enzymatic or biological activity of the glyoxysomal malate dehydrogenase.
14. Verfahren nach Anspruch 10, 11, 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass14. The method according to claim 10, 11, 12 or 13, characterized in that
i. Malat Dehydrogenase entweder in einem transgenen Organismus exprimiert wird oder ein Organismus, der naturgemäß Malat Dehydrogenase enthält, kultiviert wird;i. Malate dehydrogenase is either expressed in a transgenic organism or an organism which naturally contains malate dehydrogenase is cultivated;
ii. die Malat Dehydrogenase aus Schritt i) im Zellaufschluss des transgenen bzw. nicht transgenen Organismus, in partiell gereinigter Form oder in zur Homogenität gereinigten Form mit einer Testverbindung in Kontakt ge- bracht wird; undii. the malate dehydrogenase from step i) is brought into contact with a test compound in the cell disruption of the transgenic or non-transgenic organism, in partially purified form or in a form purified to homogeneity; and
iii. eine Testverbindung selektiert wird, welche die enzymatische Aktivität der Malat Dehydrogenase aus Schritt a) reduziert oder blockiert.iii. a test compound is selected which reduces or blocks the enzymatic activity of the malate dehydrogenase from step a).
15. Verfahren nach Anspruch 10, 11, 12, 13 oder 14 dadurch gekennzeichnet, dass es die folgende Schritte umfasst:15. The method according to claim 10, 11, 12, 13 or 14, characterized in that it comprises the following steps:
i. Herstellung eines transgenen Organismus nach Anspruch 7 oder eines transgenen Organismus enthaltend eine Nukleinsauresequenz kodierend für eine Malat Dehydrogenase umfassend eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identität mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 63% ableiten läßt;i. Production of a transgenic organism according to claim 7 or a transgenic organism containing a nucleic acid sequence coding for a malate dehydrogenase comprising a nucleic acid sequence which, owing to the degenerate genetic code, is converted back by the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 derives from at least 63%;
wobei in dem transgenen Organismus Malat Dehydrogenase überexpri- miert wird; ii. Aufbringen einer Testsubstanz auf den transgenen Organismus nach i) und auf einen nicht-transgenen Organismus des gleichen Genotyps; undwherein malate dehydrogenase is overexpressed in the transgenic organism; ii. Applying a test substance to the transgenic organism according to i) and to a non-transgenic organism of the same genotype; and
iii. Bestimmen des Wachstums oder der Überlebensfähigkeit des transgenen und des nicht transgenen Organismus nach der Aufbringung der Testsubstanz; undiii. Determining the growth or viability of the transgenic and non-transgenic organisms after application of the test substance; and
iv. Selektion von Testsubstanzen, die ein vermindertes Wachstum oder eine eingeschränkte Überlebensfähigkeit des nicht-transgenen Organismus bewirken verglichen mit dem Wachstum des transgenen Organismus.iv. Selection of test substances that cause a reduced growth or a limited survivability of the non-transgenic organism compared to the growth of the transgenic organism.
16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass es in einem pflanzlichen Organismus, einem Cyanobakterium oder einem Proteobakterium durch- geführt wird.16. The method according to claim 15, characterized in that it is carried out in a plant organism, a cyanobacterium or a proteobacterium.
17. Verfahren zur Identifizierung von Substanzen mit wachstumsregulatorischer Wirkung, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgende Schritte umfasst:17. A method for identifying substances with a growth regulatory effect, characterized in that it comprises the following steps:
i. Herstellung einer transgenen Pflanze enthaltend eine Nukleinsauresequenz kodierend für ein Polypeptid mit der biologischen Aktivität einer glyoxysomalen Malat Dehydrogenase umfassendi. Production of a transgenic plant comprising a nucleic acid sequence coding for a polypeptide with the biological activity of a glyoxysomal malate dehydrogenase comprising
a) eine Nukleinsauresequenz gemäß Anspruch 4; odera) a nucleic acid sequence according to claim 4; or
b) eine Nukleinsauresequenz, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 63% aufweist, ableiten läßt;b) a nucleic acid sequence which can be derived on the basis of the degenerate genetic code by back-translating the amino acid sequence of a functional equivalent of SEQ ID NO: 3 which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 63%;
wobei in dem transgenen Organismus Malat Dehydrogenase überexpri- miert wird; ii. Aufbringen einer Testsubstanz auf die transgene Pflanze nach i) und auf eine nicht-transgene Pflanze der gleichen Sorte;wherein malate dehydrogenase is overexpressed in the transgenic organism; ii. Applying a test substance to the transgenic plant according to i) and to a non-transgenic plant of the same variety;
iii. Bestimmen des Wachstums oder der Überlebensfähigkeit der transgenen und der nicht transgenen Pflanze nach dem Aufbringen der Testsubstanz; undiii. Determining the growth or viability of the transgenic and non-transgenic plants after application of the test substance; and
iv. Selektion von Testsubstanzen, die ein verändertes Wachstum der nicht- transgenen Pflanze bewirken verglichen mit dem Wachstum der transge- nen Pflanze.iv. Selection of test substances that cause an altered growth of the non-transgenic plant compared to the growth of the transgenic a plant.
18. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierung der Substanzen in einem High-Throughput-Screening durchge- führt wird.18. The method according to any one of claims 10 to 17, characterized in that the identification of the substances is carried out in a high-throughput screening.
19. Träger, der eines oder mehrere der Nukleinsäuremoleküle nach Anspruch 4, oder eine oder mehrere Expressionskassetten nach Anspruch 7, einen oder mehrere Vektoren nach Anspruch 8, einen oder mehrere Organismen nach An- spruch 9 oder eines oder mehrere (Poly)peptide nach Anspruch 5 aufweist.19. Carrier containing one or more of the nucleic acid molecules according to claim 4, or one or more expression cassettes according to claim 7, one or more vectors according to claim 8, one or more organisms according to claim 9 or one or more (poly) peptides according to claim 5 has.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Identifizierung der Substanzen in einem High-Throughput-Screening durchgeführt wird unter Verwendung eines Trägers gemäß Anspruch 19.20. The method according to any one of claims 10 to 18, characterized in that the identification of the substances is carried out in a high-throughput screening using a carrier according to claim 19.
21. Verbindungen mit herbizider Wirkung identifiziert über eines der Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 1.6, 18 und 20.21. Compounds with herbicidal activity identified via one of the methods according to one of claims 10 to 1 . 6, 18 and 20.
22. Verbindungen mit wachstumsregulatorischer Wirkung identifiziert über das Ver- fahren nach Anspruch 17, 18 oder 20.22. Compounds with growth regulatory activity identified by the method according to claim 17, 18 or 20.
23. Verfahren zur Herstellung einer agrochemischen Zusammensetzung, dadurch gekennzeichnet dass man23. A method for producing an agrochemical composition, characterized in that
a) eine Verbindung mit herbizider Wirkung über eines der Verfahren nach dena) a compound with herbicidal activity via one of the processes according to
Ansprüchen 10 bis 16, 18 und 20 oder eine Verbindung mit wachstumsregulatorischer Wirkung nach Anspruch 17, 18 oder 20 identifiziert; undClaims 10 to 16, 18 and 20 or a compound with growth regulatory activity according to claim 17, 18 or 20 identified; and
b) diese Verbindung zusammen mit geeigneten Hilfsmitteln zu Pflanzen- Schutzmitteln mit herbizider oder wachstumsregulatorischer Wirkung formuliert.b) this compound is formulated together with suitable auxiliaries to give crop protection agents having a herbicidal or growth-regulating action.
24. Verfahren zur Bekämpfung von unerwünschtem Pflanzenwuchs und/oder zur Regulation des Wachstums von Pflanzen, dadurch gekennzeichnet, daß man mindestens einen Inhibitor der Malat-Dehydrogenase gemäß Anspruch 21 oder24. A method for controlling undesirable plant growth and / or for regulating the growth of plants, characterized in that at least one malate dehydrogenase inhibitor according to claim 21 or
22 oder eine agrochemische Zusammensetzung enthaltend einen Inhibitor der Malat-Dehydrogenase gemäß Anspruch 21 oder 22 auf Pflanzen, deren Lebensraum und/oder auf Samen einwirken läßt.22 or an agrochemical composition containing an inhibitor of malate dehydrogenase according to claim 21 or 22 on plants, their habitat and / or on seeds.
25. Verwendung eines Inhibitor der Malat-Dehydrogenase gemäß Anspruch 21 oder 22 oder einer agrochemische Zusammensetzung enthaltend einen Inhibitor der Malat-Dehydrogenase gemäß Anspruch 21 oder 22 in einem Verfahren nach Anspruch 24.25. Use of an inhibitor of malate dehydrogenase according to claim 21 or 22 or an agrochemical composition containing an inhibitor of Malate dehydrogenase according to claim 21 or 22 in a method according to claim 24.
26. Verfahren zur Erzeugung von Nukleinsäuresequenzen, welche für Malat De- > hydrogenase kodieren, die durch Substanzen nach Anspruch 21 nicht inhibiert wird, wobei die Nukleinsauresequenz eine Nukleinsauresequenz umfasst, die sich aufgrund des degenerierten genetischen Codes durch Rückübersetzung der Aminosäuresequenz eines funktionellen Äquivalents der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 63% aufweist, ableiten läßt;26. A method for generating nucleic acid sequences which code for malate de-> hydrogenase, which is not inhibited by substances according to claim 21, wherein the nucleic acid sequence comprises a nucleic acid sequence which, based on the degenerate genetic code, is converted back by the amino acid sequence of a functional equivalent of the SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 63%, can be derived;
dadurch gekennzeichnet, daß es folgende Prozessschritte umfaßt:characterized in that it comprises the following process steps:
a) Expression des von der Nukleinsauresequenz gemäß i) kodierten Proteins in einem heterologen System oder in einem zellfreien System;a) expression of the protein encoded by the nucleic acid sequence according to i) in a heterologous system or in a cell-free system;
b) Randomisierte oder gerichtete Mutagenese des Proteins durch Modifikation der Nukleinsäure;b) Randomized or directed mutagenesis of the protein by modification of the nucleic acid;
c) Messung der Interaktion des veränderten Genprodukts mit dem Herbizid;c) measuring the interaction of the modified gene product with the herbicide;
d) Identifizierung von Derivaten des Proteins die eine geringere Interaktion aufweisen;d) identification of derivatives of the protein which have less interaction;
e) Testung der biologischen Aktivität des Proteins nach Applikation des Herbi- zides; unde) testing the biological activity of the protein after application of the herbicide; and
f) Auswahl der Nukleinsäuresequenzen, die eine veränderte biologische Aktivität gegenüber dem Herbizid aufweisen.f) Selection of the nucleic acid sequences which have an altered biological activity towards the herbicide.
27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die gemäß Anspruch 26 f) ausgewählten Sequenzen in einen Organismus eingebracht werden.27. The method according to claim 26, characterized in that the sequences selected according to claim 26 f) are introduced into an organism.
28. Verfahren zur Erzeugung transgener Pflanzen, die gegen Substanzen nach Anspruch 21 resistent sind, dadurch gekennzeichnet, daß in diesen Pflanzen eine Nukleinsauresequenz codierend für eine Malat Dehydrogenase, welche28. A method for producing transgenic plants which are resistant to substances according to claim 21, characterized in that in these plants a nucleic acid sequence coding for a malate dehydrogenase, which
a) eine Nukleinsauresequenz gemäß Anspruch 4; odera) a nucleic acid sequence according to claim 4; or
b) ein funktionelles Äquivalente der Nukleinsauresequenz der SEQ ID NO:3, das eine Identitiät mit der SEQ ID NO:3 von mindestens 63% aufweist; oder umfasst, überexprimiert wird.b) a functional equivalent of the nucleic acid sequence of SEQ ID NO: 3, which has an identity with SEQ ID NO: 3 of at least 63%; or includes, is overexpressed.
29. Transgene Pflanze hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 28. 29. Transgenic plant produced by a method according to claim 28.
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