FI85286C - Cold resistance enhancing recombinant DNA molecules - Google Patents

Cold resistance enhancing recombinant DNA molecules Download PDF

Info

Publication number
FI85286C
FI85286C FI895614A FI895614A FI85286C FI 85286 C FI85286 C FI 85286C FI 895614 A FI895614 A FI 895614A FI 895614 A FI895614 A FI 895614A FI 85286 C FI85286 C FI 85286C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
recombinant dna
protein
cold
dna molecule
gene
Prior art date
Application number
FI895614A
Other languages
Finnish (fi)
Swedish (sv)
Other versions
FI85286B (en
FI895614L (en
FI895614A0 (en
Inventor
Sirpa Kurkela
Marianne Franck
Original Assignee
Kemira Oy
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 Kemira Oy filed Critical Kemira Oy
Publication of FI895614A0 publication Critical patent/FI895614A0/en
Priority to FI895614A priority Critical patent/FI85286C/en
Priority to JP2515792A priority patent/JPH04503013A/en
Priority to FI913157A priority patent/FI913157A7/en
Priority to PCT/FI1990/000284 priority patent/WO1991008292A1/en
Priority to EP90917004A priority patent/EP0497892A1/en
Priority to CA002044606A priority patent/CA2044606A1/en
Publication of FI895614L publication Critical patent/FI895614L/en
Priority to NO912861A priority patent/NO912861D0/en
Publication of FI85286B publication Critical patent/FI85286B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI85286C publication Critical patent/FI85286C/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07KPEPTIDES
    • C07K14/00Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof
    • C07K14/415Peptides having more than 20 amino acids; Gastrins; Somatostatins; Melanotropins; Derivatives thereof from plants
    • 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
    • C12N15/8273Phenotypically 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 drought, cold, salt resistance

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Plant Pathology (AREA)
  • Cell Biology (AREA)
  • Botany (AREA)
  • Gastroenterology & Hepatology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Proteomics, Peptides & Aminoacids (AREA)
  • Breeding Of Plants And Reproduction By Means Of Culturing (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

1 852861 85286

Kylmänkestävyyttä parantavat rekombinantti-DNA-molekyylltCold resistance is enhanced by the recombinant DNA molecule

Esillä oleva keksintö koskee uutta kylmältä suojaavaa gee-5 niä, joka on eristetty kasvista Arabidopsis thallana L..The present invention relates to a novel cold-protective gee-5 isolated from the plant Arabidopsis thallana L.

Kasvien kylmänkestävyydestä on olemassa paljon biokemiallista ja fysiologista tietoa, mutta siitä huolimatta ei vielä täysin ymmärretä, mitä kasville todella tapahtuu kyl-10 mässä. Esimerkiksi sitä, minkä takia jotkin kasvit kestävät jäätymistä ja toiset eivät, ei tiedetä tai sitä, mikä on pääasiallisin syy kylmävaurioihin. Mikäli kasvien kylmänkestävyyttä kyettäisiin parantamaan, saavutettaisiin maapallon kylmillä alueilla huomattavia etuja maanviljelyksessä.There is a lot of biochemical and physiological information on the cold resistance of plants, but nevertheless it is not yet fully understood what actually happens to plants in cold weather. For example, what makes some plants resistant to freezing and others do not is unknown or what is the main cause of cold damage. If the cold resistance of plants could be improved, considerable advantages in agriculture would be achieved in the cold regions of the world.

1515

Kasvin kylmänkestävyys ei ole pysyvä tila, vaan kehittyy altistettaessa kasvi alhaisille, jäätymispisteen yläpuolella oleville lämpötiloille (= akklimaatio). Vaikkakin mRNA:ssa ja polypeptidiprofiileissa on havaittu useita kylmäakklimaa-20 tiolle spesifisiä muutoksia, hyvin vähän tiedetään näiden kylmäindusoituvien proteiinien toiminnasta tai näitä muutoksia säätelevistä mekanismeista. Tähän mennessä ei akklimaa-tiospesifisiä geenejä ole eristetty.The cold resistance of a plant is not a permanent state, but develops when the plant is exposed to low temperatures above the freezing point (= acclimatization). Although several changes specific to cold acclimatization have been observed in mRNA and polypeptide profiles, very little is known about the function of these cold-inducible proteins or the mechanisms that regulate these changes. To date, no acclimatization-specific genes have been isolated.

25 Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on siten eristää kylmänkestävyyttä edistävä geeni, joka voidaan siirtää geenitekniikan menetelmin johonkin hyötykasviin ja indusoida geeni tuottamaan proteiinia, joka parantaa kasvin vastustuskykyä kylmyyttä vastaan.It is therefore an object of the present invention to isolate a gene that promotes cold resistance, which can be transferred to a useful plant by genetic engineering methods, and to induce the gene to produce a protein that enhances the plant's resistance to cold.

3030

Lisätietojen saamiseksi kasvien kylmänkestävyysprosessin geneettisestä ja molekulaarisesta perustasta tutkittiin esillä olevan keksinnön yhteydessä kylmäakklimaatiospesifi-siä geenejä Arabidopsis thalianasta. Havaittiin, että Arabi-35 dopsis on kylmää kestävä ja että tämä kylmänkestävyys on yhteydessä useisiin muutoksiin geeniekspressiotasolla.In order to obtain further information on the genetic and molecular basis of the cold resistance process in plants, cold acclimatization-specific genes from Arabidopsis thaliana were studied in the context of the present invention. It was found that Arabi-35 dopsis is cold-resistant and that this cold-resistance is associated with several changes at the gene expression level.

2 852862 85286

Esillä oleva keksintö koskee uutta geeniä, joka eristettiin kasvista Arabidopsls thaliana L.. Yksityiskohtaisemmin, esillä oleva keksintö koskee DNA-molekyyliä, joka käsittää rakennegeenin, joka koodaa kylmänkestävyyttä edistävää 5 proteiinia, tai proteiinia, jolla on samanlaiset biologiset ominaisuudet ja joka on oleellisesti homologinen mainitun proteiinin kanssa, sekä sen säätelyalueen, joka reagoi lämpötilan laskuun. Keksinnön oleelliset tunnusmerkit on esitetty oheisissa patenttivaatimuksissa.The present invention relates to a novel gene isolated from the plant Arabidopsls thaliana L. More particularly, the present invention relates to a DNA molecule comprising a structural gene encoding a cold tolerance promoting protein or a protein having similar biological properties and substantially homologous to said plant. protein, as well as its regulatory region, which responds to a decrease in temperature. The essential features of the invention are set out in the appended claims.

1010

Geenin, kinl, havaittiin indusoituvan +4°C:ssa kuudessa tunnissa ja toimivan niin kauan kuin kasvia pidetään kylmässä ja menevän pois päältä 12 h:ssa, kun kasvi siirretään takaisin kontrollilämpötilaan. Geeni indusoituu myös vesi-15 ja suolastressillä sekä abskisiinihapolla (ΑΒΑ). ABA on kasvihormoni, joka toimii välittäjänä erilaisissa kasvin stressitilanteissa ja sen on osoitettu ottavan osaa myös kasvien kylmäakklimaatioon. ABA:n (50 μΜ) on havaittu nostavan induktiotason yhtä korkealle kuin kylmä.The gene, kinl, was found to be induced at + 4 ° C for six hours and to function as long as the plant is kept cold and turned off at 12 h when the plant is brought back to the control temperature. The gene is also induced by water-15 and salt stress as well as abscisic acid (ΑΒΑ). ABA is a plant hormone that acts as a mediator in various plant stress situations and has also been shown to play a role in cold acclimatization of plants. ABA (50 μΜ) has been found to raise the induction level as high as cold.

2020

Geenikirjasto rakennettiin λ EMBL3:een ja kylmällä indusoituvat geenit identifioitiin differentiaalihybridisaation avulla. Yksi geeni, se, joka selvimmin indusoitui, valittiin lisäkarakterisointiin. Genomista kloonia käytettiin koetti-25 mena vastaavan cDNA-kloonin löytämiseksi rikastetusta kirjastosta, joka oli rakennettu plasmidiin pUEXl. Molemmat kloonit sekventoitiin, transkription aloituskohta määritettiin "primer extension" -menetelmällä, ja polyadenylaatio-kohta cDNA-sekvensseistä. Genomisen kloonin nukleotidijär-30 jestys on esitetty kuviossa 1. Geenin oletettu säätelyalue on alleviivattu alkaen emäsparista 720 ja päättyen emäspa-riin 2132. Tämän emäsparin jälkeen alkaa DNA-molekyylin varsinainen rakennegeeni. cDNA-sekvenssi ja sitä vastaava aminohapposekvenssi on esitetty kuviossa 2 alleviivattu-35 na.A gene library was constructed in λ EMBL3 and cold-inducible genes were identified by differential hybridization. One gene, the one most clearly induced, was selected for further characterization. The genomic clone was used as a probe-25 to find the corresponding cDNA clone from the enriched library constructed on plasmid pUEX1. Both clones were sequenced, the transcription start site was determined by the "primer extension" method, and the polyadenylation site from the cDNA sequences. The nucleotide sequence of the genomic clone is shown in Figure 1. The putative regulatory region of the gene is underlined starting at base pair 720 and ending at base pair 2132. After this base pair, the actual structural gene of the DNA molecule begins. The cDNA sequence and the corresponding amino acid sequence are shown in Figure 2 as underlined.

cDNA-sekvenssin pisin avoin luku jakso (ORF =* open reading frame), alkaen ensimmäisestä ATGrstä alavirtaan transkripti- 3 85286 on aloituskohdasta koodaa 65 aminohapon pituista proteiinia, jonka ennustettu molekyylimassa on 6478 ja isoelektrinen piste 7,2. Proteiinin aminohappojärjestys on esitetty kuviossa 3. Hybridiselektiokokeet osoittivat, että cinl-klooni 5 hybridisoituu mRNArhin, jotka koodaavat samankokoista poly-peptidiä. Proteiini on melko hydrofiilinen ja sillä on paljon α-helikaalista rakennetta. Sen aminohappokoostumus on melko epätavallinen: 22,4 % Ala, 13,4 % Gly ja 13,4 %The longest open reading frame (ORF = * open reading frame) of the cDNA sequence, from the first ATG downstream of the transcript 3 85286, encodes a 65 amino acid protein with a predicted molecular mass of 6478 and an isoelectric point of 7.2. The amino acid sequence of the protein is shown in Figure 3. Hybrid selection experiments showed that cin1 clone 5 hybridizes to mRNAs encoding a polypeptide of the same size. The protein is quite hydrophilic and has a lot of α-helical structure. Its amino acid composition is quite unusual: 22.4% Ala, 13.4% Gly and 13.4%

Ser. Geeni sisältää 62 ja 117 nukleotidin 5' ja 3' transla-10 toitumattomat alueet, vastaavasti, ja kaksi intronia.Ser. The gene contains the 5 'and 3' untranslated regions of 62 and 117 nucleotides, respectively, and two introns.

Seuraavassa keksintöä on kuvattu yksityiskohtaisemmin.The invention is described in more detail below.

1) Kylmäindusoituvan geenin eristäminen Arabidopsis thaliana 15 -kasvin genomisesta kirjastosta1) Isolation of a cold-inducible gene from the genid library of Arabidopsis thaliana 15

Genomista kirjastoa varten Arabidopsis thaliana -kasvin totaali-DNA pilkottiin partiaalisesti Sau3a-restriktioent-syymillä ja eristettiin agaroosigeelistä 15-20 kb:n pituiset fragmentit. Fragmentit ligoitiin EMBL3-vektorin BamHl-ent- 20 syymillä katkaistuihin käsivarsiin, ja ligaatioseos in vitro -pakattiin -partikkeleiden sisään sinänsä tunnettua menetelmää käyttäen (Maniatis et ai., Molecular cloning, a laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York, 1982 ). -partikkeleilla infektoi-25 tiin E.coli-isäntä, ja kylmäindusoituvan geenin sisältävät rekombinanttifaagit etsittiin ns. differentiaalihybridisaa-tion avulla (faagit muodostivat maljalle plakkeja, joista DNA siirrettiin Maniatiksen et ai. mukaisesti hybridisaa-tiossa käytettäville filttereille). Differentiaalihybri-30 disaatiossa koettimina käytettiin kontrollikasveista eristetystä RNA:sta tehtyä cDNA:ta. Jatkoon valittiin rekombinant-ti, joka antoi hybridisaatiossa signaalin kylmä-cDNA:11a, muttei kontrolli-cDNA:11a. Geenin sisältämä fragmentti siirrettiin -vektorista pUCl8-vektoriin, ja geenin tarkempi 35 sijainti fragmentissa määritettiin differentiaalihybridisaa-tion avulla. 4369 kb:n pituinen fragmentti sekventoitiin.For the genomic library, total DNA of Arabidopsis thaliana was partially digested with Sau3a restriction enzyme and fragments of 15-20 kb were isolated from an agarose gel. The fragments were ligated into the BamHI-digested arms of the EMBL3 vector, and the ligation mixture was packaged inside the in vitro particles using a method known per se (Maniatis et al., Molecular Cloning, a laboratory manual, Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, New York, 1982). particles infected E. coli host, and recombinant phages containing the cold-inducible gene were searched for so-called by differential hybridization (phages formed plaques on a plate from which DNA was transferred according to Maniatis et al. to filters used in hybridization). CDNA made from RNA isolated from control plants was used as probes in the differential hybrid-30 dissection. Further, a recombinant was selected that gave a signal for cold cDNA in hybridization but not for control cDNA. The fragment contained in the gene was transferred from the vector to the pUC18 vector, and the exact location of the gene in the fragment was determined by differential hybridization. The 4369 kb fragment was sequenced.

2) cDNA:n valmistaminen2) preparation of cDNA

Genomista kloonia vastaava cDNA pyydystettiin kylmä-RNA:sta 40 tehdystä cDNA-kirjastosta. cDNA:n synteesi lähetti-RNA:sta 4 85286 ja kloonaus pUEXl-vektoriin tehtiin käyttämällä Amershamin kittejä (RPN 1256 ja RPN 1282). Koettimena hybridisoinnissa käytettiin genomista kloonia. cDNA sekvensoitiin (kuvio 2).The cDNA corresponding to the genomic clone was captured from 40 cDNA libraries of cold RNA. Synthesis of cDNA from messenger RNA 4 85286 and cloning into the pUEX1 vector was performed using Amersham kits (RPN 1256 and RPN 1282). A genomic clone was used as a probe for hybridization. The cDNA was sequenced (Figure 2).

5 3) DNA:n "Southern blotting"-analyysi "Southern blotting"-analyysi suoritettiin Maniatiksen et ai.3) DNA "Southern blotting" analysis "Southern blotting" analysis was performed according to Maniatis et al.

(1982) menetelmän mukaan. Genomisen "Southern blotting"-kokeen tulokset ja ristiinhybridisoituvien cDNA-kloonien sekvenssianalyysi osoittaa, että geeni esiintyy kahtena 10 kopiona Arabidopsiksen genomissa.(1982) method. The results of the genomic "Southern blotting" experiment and the sequence analysis of the cross-hybridizing cDNA clones show that the gene is present in two copies in the Arabidopsis genome.

4) RNA:n "Northern blotting"-analyysi kinl-geenin kylmäindusoituvuus osoitettiin "Northern blotting" -analyysiä käyttäen. "Northern blotting"-analyysi 15 suoritettiin Maniatiksen et ai. (1982) menetelmän mukaan.4) "Northern blotting" analysis of RNA The cold inducibility of the kin1 gene was demonstrated using "Northern blotting" analysis. Northern blotting analysis was performed according to Maniatis et al. (1982) method.

"Northern blotting"-menetelmää käytettiin analysoimaan kinl mRNA:n "steady-state"-tasoja akklimaation aikana. Kontrolli-kasveista ja kylmässä pidetyistä kasveista eristettiin totaali-RNA menetelmällä, joka on kuvattu julkaisussa Jones 20 et ai., High level expression of introduced chimeric genes in regenerated transformed plants, EMBO J. 4, s. 2411-2418. Totaali-RNA analysoitiin tarkoin Maniatiksen et ai., 1982, menetelmän mukaan. Tulokset on esitetty kuviossa 4. Kuvasta näkyy, että kylmässä kinl-geeniä vastaavaa RNA:ta on so-25 luissa n. 15-20 kertaa enemmän kuin kontrollilämpötilassa +22°C, mikä tarkoittaa, että geeni indusoituu kylmässä.The "Northern blotting" method was used to analyze the "steady-state" levels of kinl mRNA during acclimatization. Total RNA was isolated from control and refrigerated plants by the method described in Jones 20 et al., High level expression of introduced chimeric genes in Regenerated transformed plants, EMBO J. 4, pp. 2411-2418. Total RNA was carefully analyzed according to the method of Maniatis et al., 1982. The results are shown in Figure 4. The figure shows that in the cold there is about 15-20 times more RNA corresponding to the kin1 gene in the cells than at the control temperature of + 22 ° C, which means that the gene is induced in the cold.

kinl mRNA oli detektoitavissa 6 tuntia kylmään siirtämisen jälkeen ja taso pysyi korkeana koko akklimaatiovaiheen aika-30 na, joka kesti 7 päivää. Induktion havaittiin olevan kylmä-spesifinen eli kun kasvit siirrettiin takaisin kontrolli-lämpötilaan, kinl mRNA:n määrä putosi 12 tunnissa.kinl mRNA was detectable 6 hours after cold transfer and the level remained high throughout the acclimatization phase at 30 days. The induction was found to be cold-specific, i.e. when the plants were returned to the control temperature, the amount of kinl mRNA dropped in 12 hours.

5) Kylmägeenin induktio-ominaisuuksien tutkiminen 35 a) Abskisiinihappo (ABA)5) Investigation of the induction properties of the cold gene 35 a) Abscisic acid (ABA)

Koska ulkopuolinen abskisiinihapon (ABA) lisääminen indusoi kylmäresistenssiä useissa kasvilajeissa, jotka ovat kylmän-kestäviä, ja tänä aikana on havaittu endogeenisten ABA- 5 85286 tasojen kasvua, tutkittiin reagoiko kinl-geeni ABA:aan.Because external addition of abscisic acid (ABA) induced cold resistance in several plant species that are cold-resistant, and an increase in endogenous ABA-858528 levels has been observed during this time, the response of the kin1 gene to ABA was investigated.

Koe suoritettiin kuten kohdassa 4 käyttämällä "Northern 0 blotting"-analyysiä. Koettimena käytettiin kinl-cDNA;ta. Kuviossa 5 on esitetty tulokset ABA:n (10 mM ja 100 mM) 5 vaikutuksesta kinl-geenin ilmentymiseen. Havaittiin, että sekä Arabidopsiksen suihkuttaminen 100 μΜ ΑΒΑ:11a että kastelemalla sitä 10 μΜ ΑΒΑ:11a sai aikaan kinl-geenin indusoitumisen. Ensimmäistä kertaa havaittiin suoria moleku-laarisia todisteita ABA:n roolista kylmäakklimaatiossa.The experiment was performed as in step 4 using "Northern 0 blotting" analysis. Kin1 cDNA was used as a probe. Figure 5 shows the results of the effect of ABA (10 mM and 100 mM) on kin1 gene expression. It was found that both spraying Arabidopsis with 100 μΜ ΑΒΑ and irrigating it with 10 μΜ ΑΒΑ caused induction of the kinl gene. For the first time, direct molecular evidence for the role of ABA in cold acclimatization was observed.

10 b) Vesistressi10 b) Water stress

Tutkittiin, indusoituuko kinl-geeni vesistressillä. Tavallista tälle stressille on solun vesipotentiaalin aleneminen. On näytetty toteen, että kuihtuminen aiheuttaa pinaa-15 tinlehdille samanlaisia vaurioita kuin jäätymisestä johtuva dehydraatio. On myöskin ajateltu, että kestävyys jäätymistä vastaan johtuu jäätymisen aiheuttaman dehydraation välttämisestä tai kestämisestä. Dehydraatio johtuu siitä, että solujen väliseen tilaan muodostuva jää "imee" veden solun 20 sisästä. On todettu lisäksi, että kylmänkestävyys voidaan indusoida kasveissa pelkällä kuivastressillä ilman altistamista alhaisille lämpötiloille. Kun kasvit altistettiin eri asteiselle kuivuudelle, havaittiin, että kuihtuminen todellakin indusoi kinl-geeniä.It was investigated whether the kin1 gene is induced by water stress. Common to this stress is a decrease in the water potential of the cell. It has been shown that withering causes damage to the tin-15 tin leaves similar to dehydration due to freezing. It has also been thought that resistance to freezing is due to the avoidance or persistence of dehydration caused by freezing. Dehydration is due to the fact that the ice formed in the intercellular space "absorbs" water from inside the cell 20. It has further been found that cold resistance can be induced in plants by dry stress alone without exposure to low temperatures. When plants were exposed to varying degrees of drought, it was found that withering indeed induced the kin1 gene.

25 c) Suolastressi25 c) Salt stress

Korkea ulkoinen suolapitoisuus johtaa veden poistumiseen solusta seurauksena dehydraatio. Tutkittiin, indusoituuko kinl-geeni suolastressillä (300 mM NaCl). "Northern blot-30 ting" -analyysin tulos osoittaa, että kinl-geeni indusoituu myös suolastressillä (Kuvio 6).High external salinity results in the removal of water from the cell as a result of dehydration. It was examined whether the kin1 gene is induced by salt stress (300 mM NaCl). The result of the "Northern blot-30 Ting" analysis shows that the kin1 gene is also induced by salt stress (Figure 6).

6) Kasvissa toimivien DNA-konstruktioiden tekeminen ja siirto kasveihin 35 kinl-geenin toimintaa tutkittiin kylmäherkässä ei-akklimoi-tuvassa tupakassa (Nicotiana tabacum SRI) ja Arabldopsikses-sa kahden eri DNA-konstruktion avulla. Ensimmäinen konstruktio (p35S-sense-kinl) sisältää kinl-geenin cDNA oikeinpäin 6 85286 (ns. sense) vahvan aina toimivan kukkakaalimosaiikki-viruk-sen 35 S transkriptin säätelyalueen (p35S; Fromm M. et ai., 1985. Proc. Natl. Acad. Sei. USA, 82:5824-5828) ohjaamana. Tällä tavalla kinl-geenin vaikutus on lämpötilasta riippuma-5 ton kasvin kaikissa osissa sekä muissa kasvilajeissa toimiva. Toisessa konstruktiossa (p35S-antisense-kinl), kinl-geenin cDNA on väärinpäin (ns. antisense) p35S:n säätelemänä. Siirtämällä tämä konstruktio Arabidopsikseen, josta kinl on eristetty, voidaan eliminoida kinl-geenin vaikutus. 10 Näin selviää, onko kinl-geeni välttämätön Arabldopsiksen akklimaatiossa ja kylmänkestävyydessä.6) Construction of plant DNA constructs and transfer to plants The function of 35 kin1 genes was studied in cold-sensitive non-acclimatizing tobacco (Nicotiana tabacum SRI) and Arabldopsis using two different DNA constructs. The first construct (p35S-sense-kin1) contains the cDNA of the kin1 gene upstream of the 85 S transcript regulatory region of the potent ever-acting cauliflower mosaic virus 35 p transcript (p35S; Fromm M. et al., 1985. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82: 5824-5828). In this way, the effect of the kin1 gene is functional in all parts of the temperature-5 ton plant as well as in other plant species. In another construction (p35S-antisense-kin1), the cDNA of the kin1 gene is upside down (so-called antisense) regulated by p35S. By transferring this construct to an Arabidopsis from which kin1 has been isolated, the effect of the kin1 gene can be eliminated. 10 Thus, it becomes clear whether the kinl gene is essential for Arabldopsis acclimatization and cold tolerance.

a) p35S-sense-kinl pUEXl-cDNA-kloonin BamHI-BclI-fragmentti ligoitiin BamHI-15 digestoituun plasmidiin pHTT203. Tuloksena on plasmidi pSKHIOO (Kuvio 7), jossa kinl cDNA on oikeinpäin p35S-sääte-lyn alla ja jossa on selektoitavana markkerina käytettävä tunnettu neomysiinifosfotransferaasi 2 nopaliinisyntetaasi-geenin säätelyalueeseen fuusiota (pnos-npt2) varten sekä 20 tunnetut T-DNA:n reuna-alueet, joita tarvitaan DNA:n siirtoon kasviin.a) The BamHI-BclI fragment of the p35S-sense-kin1 pUEX1 cDNA clone was ligated into the BamHI-15 digested plasmid pHTT203. The result is plasmid pSKHIOO (Figure 7), in which the kin1 cDNA is upstream under p35S regulation and in which the known neomycin phosphotransferase 2 to the regulatory region of the nopaline synthetase gene for fusion (pnos-npt2) and 20 known T-DNAs are used as selectable markers. areas required for DNA transfer to a plant.

b) p35S-antisense-kinl pUEXl-cDNA-kloonin Ncol-fragmentti ligoitiin BamHI-diges-25 toituun plasmidiin pHTT203. Tuloksena on plasmidi pSKH107 (Kuvio 8), jossa kinl cDNA on nurinpäin p35S-säätelyn alla ja jossa on selektoitavana markkerina käytettävä pnos-npt2-geeni sekä tunnetut T-DNA:n reuna-alueet.b) The NcoI fragment of the p35S antisense kin1 pUEX1 cDNA clone was ligated into the BamHI-Diges-25 fed plasmid pHTT203. The result is plasmid pSKH107 (Figure 8), in which the kin1 cDNA is upside down under p35S regulation and has the pnos-npt2 gene to be used as a selectable marker and known T-DNA flanking regions.

30 p35S-sense-kinl-konstruktio siirrettiin tupakkaan ja p35S- antisense-kinl^-konstruktio Arabidopsis-kasveihin käyttäen tunnettua Agrobacterium-välitteistä siirtomenetelmää (Her-nalsteens J.P. et ai., 1980, Nature 287:654-656; Valvetens D. et ai., 1988, Proc. Natl. Acad. Sei. USA, 85:5536-5540). 35 7 85286 7) Kylmägeenin toiminnan tutkiminen a) TupakassaThe p35S-sense-kin1 construct was transferred to tobacco and the p35S-antisense-kin1 construct to Arabidopsis plants using a known Agrobacterium-mediated transfer method (Hernalsteens JP et al., 1980, Nature 287: 654-656; Valvetens D. et. et al., 1988, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 85: 5536-5540). 35 7 85286 7) Investigation of cold gene function a) In tobacco

Tupakalla ei ole kinl-geeniä luonnostaan. Transgeenisissä kasveissa, joihin on siirretty konstruktio p35S-sense-kinl, 5 havaittiin, että siirretty rekombinanttigeeni on läsnä ja ilmentyy "Northern blot" -analyysillä (Kuvio 9). Kylmänkes-tävyyskokeessa tupakan lehtipalojen ionivuotoa mitataan lämpötilan funktiona tunnetulla menetelmällä (Sukumaran & Weiser, 1972, Hortscience 7:467-468). Kasvit katsotaan 10 kuolleiksi, kun 50 % ionivuoto tapahtuu. Havaittiin, että transgeenisellä tupakalla on noin 1,2 asteen verran suurempi kylmänkestävyys kuin kontrollikasvilla (Kuvio 10). Tämä osoittaa sen, että kinl-geeni siirrettynä kylmäherkkään kasviin parantaa kyseisen kasvin kylmänkestävyyttä.Tobacco does not have the kinl gene naturally. In transgenic plants grafted with the construct p35S-sense-kin1, it was found that the transferred recombinant gene was present and expressed by Northern blot analysis (Figure 9). In the cold endurance test, the ion leakage of tobacco leaf pieces is measured as a function of temperature by a known method (Sukumaran & Weiser, 1972, Hortscience 7: 467-468). Plants are considered dead when 50% ion leakage occurs. It was found that transgenic tobacco has about 1.2 degrees greater cold resistance than control plants (Figure 10). This indicates that the kin1 gene, when transferred to a cold-sensitive plant, improves the cold tolerance of that plant.

15 b) Arabldopsiksessa p35S-antlsense-kinl-konstruktiot tutkittiin Arabidopsikses-sa. Transgeenisten kasvien kylmänkestävyyskoe (Kuvio 11) näyttää, että p35S-antisense-kinl-kasvien akklimaatiokyky 20 on alentunut merkittävästi. Nämä havainnot osoittavat sen, että kinl-geeni vaikuttaa Arabidopsiksen kylmänkestävyyteen ja on välttämätön sille.B) In Arabidopsis p35S antlsense-kinl constructs were examined in Arabidopsis. The cold resistance test of transgenic plants (Figure 11) shows that the acclimatization capacity of p35S antisense kinl plants is significantly reduced. These findings indicate that the kin1 gene affects and is essential for the cold hardiness of Arabidopsis.

8) Säätelyalueen tutkiminen 25 Genomisen kloonin säätelyaluetta sisältävä Hind3-BsmI-frag-mentti liitettiin glukuronidaasigeeniin (gusA; Jefferson R.A. et ai., 1987, J. EMBO 6:3901-3907) ja tämä fuusio siirrettiin tunnettuun vektoriin, joka sisältää selektoita-van markkerin puos-npt2 ja T-DNA:n reuna-alueet. Näin saatu 30 konstruktio pkinl-gusA plasmidissa pMEG3 (Kuvio 12) siirrettiin Agrobakteerin välityksellä tupakkaan.8) Investigation of the regulatory region A Hind3-BsmI fragment containing the regulatory region of a genomic clone was inserted into the glucuronidase gene (gusA; Jefferson RA et al., 1987, J. EMBO 6: 3901-3907) and this fusion was transferred to a known vector containing a selectable gene. the edge regions of the marker Puos-npt2 and T-DNA. The construct 30 thus obtained in plasmid pkinEG-gusA pMEG3 (Figure 12) was transferred to tobacco via Agrobacterium.

Konstruktion läsnäolo tupakassa ja sen toimivuus tutkittiin määrittämällä tunnetulla menetelmällä gus-aktiivisuus.The presence of the construct in tobacco and its functionality were examined by determining gus activity by a known method.

- 35 Taulukosta 1 käy ilmi, että pkinl toimii säätelyalueena tupakassa ja että sen toiminta on suurempi alhaisessa lämpötilassa.- 35 Table 1 shows that pkin1 acts as a regulatory region in tobacco and has a higher activity at low temperatures.

β 85286β 85286

Taulukko 1 A415nmTable 1 A415nm

+22°C +4°C+ 22 ° C + 4 ° C

kontrolli 0,01 0,01 5 pkinl-gusA 0,281 0,830control 0.01 0.01 5 pkinl-gusA 0.281 0.830

Claims (5)

9 852869 85286 1. Rekombinant-DNA-molekyl, kännetecknad av att den innefattar en strukturgen, som kodar ett protein, 30 och har bassekvens motsvarande baser 2136-3100 i figur 1, ooh dess regleringsomräde med bassekvens motsvarande baser 720-2132 i figur 1.A recombinant DNA molecule comprising the structure of a protein comprising a protein of 30 and a base sequence of base 2136-3100 in Figure 1, further comprising a base sequence of base sequence 720-2132 in Figure 1. 1. Rekombinantti-DNA-molekyyli, tunnettu siitä, että se käsittää kylmänkestävyyttä edistävää proteiinia koodaavan rakennegeenin, jolla on emäsjärjestys, joka vastaa 5 emäksiä 2136-3100 kuviossa 1, ja sen säätelyalueen, jolla on emäsjärjestys, joka vastaa emäksiä 720-2132 kuviossa 1.A recombinant DNA molecule, characterized in that it comprises a structural gene encoding a cold-tolerance-promoting protein having a base sequence corresponding to 5 bases 2136-3100 in Figure 1 and a regulatory region having a base sequence corresponding to bases 720-2132 in Figure 1. . 2. Rekombinant-DNA-molekyl enligt patentkrav 1, k ä n n e-35 tecknad av att strukturgenen kodar ett köldbestän- dighet förbättrande protein isolerat frän Arabldopsis thaliana L. —växt. 10 852862. A recombinant DNA molecule according to claim 1, wherein the recombinant DNA molecule comprises a structural coding and a protein for isolating the protein from Arabldopsis thaliana L. 10 85286 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen rekombinantti-DNA-mole-kyyli, tunnettu siitä, että rakennegeeni koodaaRecombinant DNA molecule according to Claim 1, characterized in that the structural gene encodes 10 Arabldopsis thaliana L. -kasvista eristettyä kylmänkestävyyttä edistävää proteiinia.10 Cold tolerance protein isolated from Arabldopsis thaliana L. 3. Rekombinant-DNA-molekyl enligt patervtkravet 1 eller 2, kännetecknad av att den har i figur 1 beskriven bassekvens.3. A recombinant DNA molecule according to any one of claims 1 or 2, which comprises the basal sequence of Figure 1. 3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen rekombinantti-DNA-molekyyli, tunnettu siitä, että sillä on kuviossa 15. esitetty emäsjärjestys.Recombinant DNA molecule according to Claim 1 or 2, characterized in that it has the base sequence shown in Figure 15. 4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen mukainen rekom-binantti-DNA-molekyyli, tunnettu siitä, että sen rakennegeeni koodaa proteiinia, jonka aminohapposekvenssi 20 on esitetty kuviossa 3, tai sille biologiselta aktiivisuudeltaan ekvivalenttia proteiinia, jolla on oleellisesti kuviossa 3 esitetty aminohapposekvenssi. 5. cDNA-molekyyli, tunnettu siitä, että sillä on 25 emäsjärjestys, joka on esitetty alleviivattuna kuviossa 2.Recombinant DNA molecule according to any one of the preceding claims, characterized in that its structural gene encodes a protein having the amino acid sequence 20 shown in Figure 3, or a protein having an equivalent biological activity, having the amino acid sequence shown in Figure 3. 5. A cDNA molecule, characterized in that it has the 25 base sequence shown underlined in Figure 2. 4. Rekombinant-DNA-molekyl enligt nägot av patentkraven ovan, kännetecknad av att dess strukturgen kodar ett protein, vars aminosyrasekvens är beskriven i figur 3, eller ett med det till sin biologisk aktivitet ekvivalent protein, som har väsentligen en i figur 3 beskriven amino-10 syrasekvens.4. A recombinant DNA molecule having the appearance of a structurally encoded protein, the amino acid sequence of which is shown in Figure 3, or having a protein having equivalent activity to that of the biological activity, and having the same amino acid in Figure 3. -10 syrasequence. 5. cDNA-molekyl, kännetecknad av att den har en i figur 2 beskriven understreckad bassekvens.5. A cDNA molecule that has been shown in Figure 2 as a subcutaneous bass sequence.
FI895614A 1989-11-23 1989-11-23 Cold resistance enhancing recombinant DNA molecules FI85286C (en)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI895614A FI85286C (en) 1989-11-23 1989-11-23 Cold resistance enhancing recombinant DNA molecules
JP2515792A JPH04503013A (en) 1989-11-23 1990-11-23 Improved cold-resistant DNA molecules
FI913157A FI913157A7 (en) 1989-11-23 1990-11-23 DNA molecules that improve cold resistance
PCT/FI1990/000284 WO1991008292A1 (en) 1989-11-23 1990-11-23 Dna molecules improving cold-resistance
EP90917004A EP0497892A1 (en) 1989-11-23 1990-11-23 Dna molecules improving cold-resistance
CA002044606A CA2044606A1 (en) 1989-11-23 1990-11-23 Dna molecules improving cold-resistance
NO912861A NO912861D0 (en) 1989-11-23 1991-07-22 DNA MOLECULES GIVING COLD RESISTANCE.

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI895614A FI85286C (en) 1989-11-23 1989-11-23 Cold resistance enhancing recombinant DNA molecules
FI895614 1989-11-23

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI895614A0 FI895614A0 (en) 1989-11-23
FI895614L FI895614L (en) 1991-05-24
FI85286B FI85286B (en) 1991-12-13
FI85286C true FI85286C (en) 1992-03-25

Family

ID=8529413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI895614A FI85286C (en) 1989-11-23 1989-11-23 Cold resistance enhancing recombinant DNA molecules

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP0497892A1 (en)
JP (1) JPH04503013A (en)
CA (1) CA2044606A1 (en)
FI (1) FI85286C (en)
WO (1) WO1991008292A1 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5837545A (en) * 1993-01-21 1998-11-17 Research Corporation Technologies, Inc. Genes, polypeptides, and compositions for cold tolerance in plants
CA2146712C (en) * 1995-04-10 2002-06-25 Jas Singh Cold induced promoter from winter brassica napus
EP0843010A1 (en) 1996-11-19 1998-05-20 Unilever Plc Carrot anti-freeze polypeptides

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
HUT55052A (en) * 1988-03-24 1991-04-29 Gen Hospital Corp Process for producing artificial chromosome vector

Also Published As

Publication number Publication date
CA2044606A1 (en) 1991-05-24
JPH04503013A (en) 1992-06-04
FI85286B (en) 1991-12-13
EP0497892A1 (en) 1992-08-12
FI895614L (en) 1991-05-24
FI895614A0 (en) 1989-11-23
WO1991008292A1 (en) 1991-06-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Huang et al. A novel rice C2H2-type zinc finger protein lacking DLN-box/EAR-motif plays a role in salt tolerance
Shinwari et al. AnArabidopsisgene family encoding DRE/CRT binding proteins involved in low-temperature-responsive gene expression
Van der Zaal et al. Promoters of auxin-induced genes from tobacco can lead to auxin-inducible and root tip-specific expression
CA2319714C (en) Plant having altered environmental stress tolerance
Ellis et al. Does the ocs‐element occur as a functional component of the promoters of plant genes?
US8030472B2 (en) Compositions and methods for the modification of gene expression
CN116751809A (en) Salt tolerance-related protein GmXTH32 and its related biological materials and applications
Taniguchi et al. The promoter for the maize C4 pyruvate, orthophosphate dikinase gene directs cell-and tissue-specific transcription in transgenic maize plants
Zhang et al. Kiwifruit (Actinidia chinensis) R1R2R3-MYB transcription factor AcMYB3R enhances drought and salinity tolerance in Arabidopsis thaliana
Velasco et al. Gene structure and expression analysis of the drought-and abscisic acid-responsive CDeT11-24 gene family from the resurrection plant Craterostigma plantagineum Hochst
Hu et al. Functional roles of the birch BpRAV1 transcription factor in salt and osmotic stress response
AU762816B2 (en) Cyclin-dependent kinase inhibitors as plant growth regulators
CN101679968B (en) Polypeptide capable of improving tolerance to iron deficiency in plant, and use thereof
US7211711B2 (en) Compositions and methods for the modification of gene expression
ES2584320T3 (en) Preferred promoters of cambium / xylem and uses thereof
FI85286C (en) Cold resistance enhancing recombinant DNA molecules
Zhou et al. CHB2, a member of the SWI3 gene family, is a global regulator in Arabidopsis
CN111072762B (en) A senescence-related NAP transcription factor in Phyllostachys pubescens and its encoding gene and application
JPWO2004085641A1 (en) Stress-inducible promoter and method of using the same
WO2006006236A1 (en) Regulation of environmental stress-tolerance in plants using modified dreb2a gene
KR100360305B1 (en) How to shorten the node spacing of flowering following the introduction of SPEL 2 to the warrior petpet obtained from Petunia
Fridlender et al. Repression of the Ac‐transposase gene promoter by Ac transposase
Lee et al. Promoter activity of a soybean gene encoding a seed maturation protein, GmPM9
Neuteboom et al. Interaction between the tobacco DNA‐binding activity CBF and the cyt‐1 promoter element of the Agrobacterium tumefaciens T‐DNA gene T‐CYT correlates with cyt‐1 directed gene expression in multiple tobacco tissue types
JP2002524044A (en) Plant disease resistance signaling gene: Materials and methods related thereto

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed
MM Patent lapsed

Owner name: KEMIRA OY