JP2001327288A - Plastid sigma factor-binding protein - Google Patents

Plastid sigma factor-binding protein

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JP2001327288A
JP2001327288A JP2000148565A JP2000148565A JP2001327288A JP 2001327288 A JP2001327288 A JP 2001327288A JP 2000148565 A JP2000148565 A JP 2000148565A JP 2000148565 A JP2000148565 A JP 2000148565A JP 2001327288 A JP2001327288 A JP 2001327288A
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JP
Japan
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gene
protein
present
polypeptide
promoter
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JP2000148565A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuya Morikawa
一也 森川
Takashi Shiina
隆 椎名
Yoshinori Toyoshima
喜則 豊島
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Original Assignee
Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for enhancing the expression of a protein in a chloroplast. SOLUTION: The subject protein is (a) a polypeptide having a specific sequence, or (b) a polypeptide that comprises a polypeptide modified by substituting, deleting or adding one amino acid or more in, from or to polypeptide (a) and has a plastid σ factor-binding activity.

Description

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

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、プラスチドシグマ
因子結合タンパク質、該タンパク質をコードする遺伝
子、葉緑体ゲノム、形質転換植物源、葉緑体内での異種
蛋白の発現方法に関する。
The present invention relates to a plastid sigma factor binding protein, a gene encoding the protein, a chloroplast genome, a source of a transformed plant, and a method for expressing a heterologous protein in chloroplasts.

【0002】[0002]

【従来の技術】葉緑体は植物の葉に多数存在し、光合成
に関与する細胞小器官であり、植物細胞内には1〜数百
個程度含まれる。
2. Description of the Related Art Chloroplasts are abundant in plant leaves and are organelles involved in photosynthesis, and are contained in plant cells in an amount of one to several hundreds.

【0003】また、葉緑体ゲノムはゼニゴケ、タバコ、
イネ、マツ、シロイヌナズナなどにおいて全構造が決定
され、該ゲノムはいくつかのタイプに分かれるが、植物
において普遍的であることが見出されている。
[0003] The chloroplast genome is derived from mosses, tobacco,
The entire structure has been determined in rice, pine, Arabidopsis and the like, and the genome is divided into several types, but has been found to be universal in plants.

【0004】さらに、葉緑体ゲノムは原核生物型であ
り、大腸菌遺伝子との相同性もあることから、葉緑体に
おけるタンパク質合成の制御機構、特にタンパク質発現
を増大する機構を解明すれば、有用タンパク質を多量に
産生することが可能になり、高等植物及び藻類のみなら
ず、藍藻類などの原核生物にも応用することが期待され
る。
Furthermore, since the chloroplast genome is of a prokaryotic type and has homology to Escherichia coli genes, it is useful to elucidate the mechanism of controlling protein synthesis in chloroplasts, especially the mechanism of increasing protein expression. The protein can be produced in a large amount, and is expected to be applied not only to higher plants and algae, but also to prokaryotes such as cyanobacteria.

【0005】本発明の目的は、葉緑体における有用タン
パク質発現を増大する技術を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a technique for increasing the expression of a useful protein in chloroplasts.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】過剰の光が植物に当たる
と、葉緑体光化学系IIの反応中心複合体を形成するD1
及びD2タンパク質が障害を受けることが知られている
が、その光に起因する障害の影響を回避するメカニズム
は十分明らかにされていなかった。
SUMMARY OF THE INVENTION When excess light hits a plant, D1 forms a reaction center complex of chloroplast photosystem II.
And D2 protein are known to be damaged, but the mechanism of avoiding the effects of the damage caused by the light has not been sufficiently clarified.

【0007】本発明者は、D1及びD2蛋白が過剰な光
の存在下で障害を受けたときに、これらタンパク質をコ
ードする遺伝子の転写が促進されることに注目し、該タ
ンパク質遺伝子の転写促進因子を探索した結果、意外に
も配列番号2に示される新規なタンパク質が光刺激によ
り産生され、該タンパク質がRNAポリメラーゼ(Plas
tid-encoded plastid RNA polymerase:PEP)のプラ
スチドシグマ因子に結合しRNAポリメラーゼによるD
1及びD2蛋白質、特にD2蛋白質の遺伝子のプロモー
タに対するプラスチドシグマ因子、すなわちPEPの親
和性を飛躍的に高め、D2蛋白遺伝子の発現を6000
倍程度増強することを見出した。
The present inventors have noticed that when the D1 and D2 proteins are damaged in the presence of excessive light, the transcription of genes encoding these proteins is promoted. As a result of searching for factors, a novel protein shown in SEQ ID NO: 2 was unexpectedly produced by light stimulation, and the protein was converted to RNA polymerase (Plas
tid-encoded plastid RNA polymerase (PEP)
The affinity of plastid sigma factor, ie, PEP, for the promoters of the D1 and D2 proteins, particularly the D2 protein gene, is dramatically increased, and the expression of the D2 protein gene is increased by 6000.
It was found that the enhancement was about twice.

【0008】本発明は、以下の(a)または(b)のポ
リペプチド: (a)配列番号2で表されるポリペプチド; (b)ポリペプチド(a)において1又は複数個のアミノ
酸が置換、欠失又は付加したポリペプチドを含み、プラ
スチドシグマ因子結合活性を有するポリペプチドに関す
る。
The present invention relates to a polypeptide of the following (a) or (b): (a) a polypeptide represented by SEQ ID NO: 2; (b) one or more amino acids in the polypeptide (a) are substituted. And polypeptides having a plastidic sigma factor binding activity.

【0009】また、本発明は、以下の(a)及び(b)
のいずれかのポリヌクレオチドからなる遺伝子: (a)配列番号:1で示される塩基配列又はそれらの相
補鎖、(b)上記(a)の塩基配列からなるポリヌクレ
オチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズす
るポリヌクレオチドに関する。
Further, the present invention provides the following (a) and (b)
A gene consisting of any of the following polynucleotides: (a) a base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or a complementary strand thereof, and (b) a polynucleotide consisting of the above base sequence (a) hybridized under stringent conditions. A soybean polynucleotide.

【0010】さらに、本発明は、D1又はD2タンパク
質遺伝子のプロモータまたはその類縁体の下流に有用ポ
リペプチドをコードする遺伝子を含む発現カセットを有
する葉緑体ゲノム;該ゲノムを有する形質転換植物源;
該形質転換植物源を栽培する有用タンパク質の発現方法
に関する。
Further, the present invention provides a chloroplast genome having an expression cassette containing a gene encoding a useful polypeptide downstream of a promoter of the D1 or D2 protein gene or an analog thereof; a source of a transformed plant having the genome;
The present invention relates to a method for expressing a useful protein for cultivating the transformed plant source.

【0011】さらに、本発明は、前記プラスチドシグマ
因子結合タンパク質の、植物細胞、微生物または動物細
胞内、特に植物内で有用タンパク質の発現を促進するた
めの使用に関する。
Furthermore, the present invention relates to the use of the above-mentioned plastid sigma factor-binding protein for promoting the expression of a useful protein in plant cells, microorganisms or animal cells, particularly in plants.

【0012】さらに本発明は、色素体ゲノムのプロモー
タを色素体RNAポリメラーゼに結合することにより活性
化することができるタンパク質にも関する。
The present invention further relates to proteins that can be activated by binding a plastid genome promoter to a plastid RNA polymerase.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】本発明のプラスチドシグマ因子結
合タンパク質としては、配列番号2で表されるポリペプ
チドが挙げられ、該配列は、プラスチドシグマ因子結合
活性を保持する限りにおいて1又は数個ないし複数個の
アミノ酸が置換、欠失又は付加したポリペプチドを含
む。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The plastid sigma factor-binding protein of the present invention includes a polypeptide represented by SEQ ID NO: 2, and the sequence may be one or several as long as it retains plastid sigma factor binding activity It includes polypeptides in which a plurality of amino acids have been substituted, deleted or added.

【0014】「アミノ酸の欠失、置換又は付加」の程度
及びそれらの位置などは、改変されたポリペプチドが、
プラスチドシグマ因子結合活性、ひいてはD1又はD2
のプロモータ,好ましくはD2のプロモータに対するプ
ラスチドRNAポリメラーゼの親和性を高める活性を有
する限り特に制限されない。本発明において「プラスチ
ドシグマ因子結合活性」とは、配列番号1で示したタン
パク質ないしポリペプチドが、プラスチドシグマ因子に
結合する活性を意味し、これによりD1又はD2のプロ
モータを活性化し、該プロモータの後に組み込まれた有
用タンパク質の発現効率を高めることができる。
[0014] The degree of "deletion, substitution or addition of amino acids" and their positions are determined by the modified polypeptide.
Plastid sigma factor binding activity, and thus D1 or D2
The promoter is not particularly limited as long as it has an activity of increasing the affinity of plastid RNA polymerase for the promoter of D2, preferably the promoter of D2. In the present invention, the term “plastid sigma factor binding activity” refers to an activity in which the protein or polypeptide represented by SEQ ID NO: 1 binds to a plastid sigma factor, thereby activating the D1 or D2 promoter, The expression efficiency of the useful protein incorporated later can be increased.

【0015】置換・付加・欠失の具体的手段としては、
該ペプチドをコードするDNAを経由して行う場合に
は、例えばサイトスペシフィック・ミュータゲネシス
〔Methods in Enzymology, 154, 350, 367-382 (198
7);同 100, 468 (1983);Nucleic Acids Res., 12, 94
41 (1984);続生化学実験講座1「遺伝子研究法II」、
日本生化学会編, p105 (1986)〕などの遺伝子工学的手
法、リン酸トリエステル法やリン酸アミダイト法などの
化学合成手段〔J. Am. Chem. Soc., 89, 4801 (1967);
同 91, 3350 (1969);Science, 150, 178 (1968);Tetr
ahedron Lett., 22, 1859 (1981);同 24, 245 (198
3)〕及びそれらの組合せ方法などが例示できる。より具
体的には、DNAの合成は、ホスホルアミダイト法また
はトリエステル法による化学合成によることもでき、市
販されている自動オリゴヌクレオチド合成装置上で行う
こともできる。二本鎖断片は、相補鎖を合成し、適当な
条件下で該鎖を共にアニーリングさせるか、または適当
なプライマー配列と共にDNAポリメラーゼを用い相補
鎖を付加するかによって、化学合成した一本鎖生成物か
ら得ることもできる。さらに、本発明のポリペプチド
は、ペプチド合成機を用いて固相合成法により合成する
こともでき、置換・付加・欠失は、ペプチド合成機を用
いる場合には保護アミノ酸の種類を変えることにより容
易に行うことができる。又、D−アミノ酸やサルコシン
(N-メチルグリシン)等の特殊なアミノ酸を導入するこ
ともできる。
Specific means for substitution, addition, and deletion include:
When the method is carried out via DNA encoding the peptide, for example, cytospecific mutagenesis [Methods in Enzymology, 154, 350, 367-382 (198
7); ibid., 100, 468 (1983); Nucleic Acids Res., 12, 94
41 (1984); Laboratory of Seismic Chemistry Experiment 1, Genetic Research Method II,
Genetic engineering techniques such as the Japanese Biochemical Society, p105 (1986)], and chemical synthesis means such as the phosphate triester method and the phosphate amidite method [J. Am. Chem. Soc., 89, 4801 (1967);
Id. 91, 3350 (1969); Science, 150, 178 (1968); Tetr
ahedron Lett., 22, 1859 (1981); 24, 245 (198
3)] and methods of combining them. More specifically, the synthesis of DNA can be performed by a chemical synthesis using a phosphoramidite method or a triester method, or can be performed on a commercially available automatic oligonucleotide synthesizer. The double-stranded fragment is synthesized chemically to produce a single-stranded fragment, either by synthesizing the complementary strand and annealing the strands together under appropriate conditions, or adding the complementary strand using a DNA polymerase with the appropriate primer sequences. It can also be obtained from things. Furthermore, the polypeptide of the present invention can also be synthesized by solid phase synthesis using a peptide synthesizer, and substitution, addition, and deletion can be performed by changing the type of protected amino acid when using a peptide synthesizer. It can be done easily. Special amino acids such as D-amino acids and sarcosine (N-methylglycine) can also be introduced.

【0016】D1またはD2プロモータ(特にD2プロ
モータ)またはその類縁体の後ろに組み込まれる有用タ
ンパク質としては特に限定されず、植物自身に有用なタ
ンパク質〔例えば植物の成長を促進するタンパク質、病
害虫や病原菌に対する抵抗性を高めるタンパク質(抗菌
性タンパク質、抗ウイルス性タンパク質、有害虫忌避タ
ンパク質などを含む)、植物の栄養状態を改善するタン
パク質など〕、植物を摂取するヒトや動物にとって有用
なタンパク質(はしか等のワクチンを含むタンパク質性
医薬、必須アミノ酸(例えばリジン)などの有用物質に
富む植物を得るための有用物質の合成に関与する一群の
酵素)などが例示される。また、本発明遺伝子の使用に
より、特定の遺伝子(群)を色素体にて発現させ、光合
成能、炭酸固定能、窒素同化能、ストレス耐性などを改
変することも、本発明の範疇である。
The useful protein incorporated after the D1 or D2 promoter (especially the D2 promoter) or an analog thereof is not particularly limited, and may be a useful protein for the plant itself (eg, a protein that promotes plant growth, a pest or a pathogen). Proteins that increase resistance (including antibacterial proteins, antiviral proteins, pest repellent proteins, etc.), proteins that improve the nutritional status of plants, etc.), and proteins that are useful to humans and animals that consume plants (measles, etc.) And a group of enzymes involved in the synthesis of a useful substance for obtaining a plant rich in a useful substance such as an essential amino acid (for example, lysine). Further, the use of the gene of the present invention to express a specific gene (group) in a plastid and modify photosynthetic ability, carbonic acid fixing ability, nitrogen assimilation ability, stress tolerance, etc. is also within the scope of the present invention.

【0017】本発明の遺伝子は、配列番号:1で示され
る151アミノ酸をコードするオープンリーディングフ
レームを有する遺伝子として特定される。
The gene of the present invention is specified as a gene having an open reading frame encoding 151 amino acids represented by SEQ ID NO: 1.

【0018】本発明のポリペプチドは、プラスチドシグ
マ因子と結合する性質を有しており、例えばT3K9.5(ge
nebank accession no. AC004261;配列番号4)は、プ
ラスチドシグマ因子と結合することを確認した。
The polypeptide of the present invention has a property of binding to a plastid sigma factor, for example, T3K9.5 (ge
nebank accession no. AC004261; SEQ ID NO: 4) was confirmed to bind to a plastid sigma factor.

【0019】本発明のタンパク質ないし遺伝子が適用さ
れる植物には、コケ類、シダ類、裸子植物、被子植物等
のすべての植物及びシアノバクテリアなどが包含され
る。例えば各種の野菜や果物、花卉、樹木、牧草、穀類
などが例示される。
Plants to which the protein or gene of the present invention is applied include all plants such as mosses, ferns, gymnosperms and angiosperms, and cyanobacteria. For example, various vegetables, fruits, flowers, trees, grasses, cereals and the like are exemplified.

【0020】本明細書において、形質転換植物源として
は、種子、苗、カルス、培養細胞、などが挙げられる。
また植物源の他に光合成能を有するクロレラなどの単細
胞生物や、藍藻などの原核生物も含まれる。
In the present specification, the transformed plant source includes seeds, seedlings, calli, cultured cells, and the like.
In addition to plant sources, unicellular organisms having photosynthetic ability, such as chlorella, and prokaryotes, such as cyanobacteria, are also included.

【0021】本明細書におけるアミノ酸、ペプチド、塩
基配列、核酸などの略号による表示は、IUPAC、I
UBの規定、「塩基配列又はアミノ酸配列を含む明細書
等の作成のためのガイドライン」(特許庁編)及び当該
分野における慣用記号に従うものとする。
In the present specification, abbreviations for amino acids, peptides, base sequences, nucleic acids, and the like are used for IUPAC, IUPAC
The rules of UB, “Guidelines for preparation of specifications including base sequence or amino acid sequence” (Japan Patent Office), and commonly used symbols in the art shall be followed.

【0022】また、本発明において遺伝子(DNA)とは、
2本鎖DNAのみならず、それを構成するセンス鎖及び
アンチセンス鎖といった各1本鎖DNAを包含する趣旨
であり、またその長さに何ら制限されるものではない。
In the present invention, a gene (DNA) is
It is intended to include not only double-stranded DNA but also single-stranded DNAs such as a sense strand and an antisense strand constituting the double-stranded DNA, and the length is not limited at all.

【0023】本発明の遺伝子しては、例えば配列番
号:1に示されるアミノ酸配列からなる蛋白質をコード
する塩基配列を有する遺伝子を挙げることができるが、
特にこれに限定されることなく、当該遺伝子の相同物も
包含される。
[0023] In the gene of the present invention, for example SEQ ID NO: gene can be exemplified having a nucleotide sequence encoding a protein comprising the amino acid sequence shown in 1,
Without being particularly limited to this, homologues of the gene are also included.

【0024】ここで「遺伝子の相同物」とは、本発明遺
伝子(又はその遺伝子産物)と配列相同性を有し、上記
構造的特徴、及び上記したようなその生物学的機能の類
似性によりひとつの遺伝子ファミリーと認識される一連
の関連遺伝子を意味し、該遺伝子のアレル体(対立遺伝
子)も当然含まれる。
The term "homologous gene" as used herein means having sequence homology to the gene of the present invention (or a gene product thereof), and having the above-mentioned structural characteristics and similarity of its biological function as described above. It refers to a series of related genes recognized as one gene family, and naturally includes alleles (alleles) of the gene.

【0025】具体的には、配列番号:1で示される特定
のアミノ酸配列において、一定の改変を有する蛋白質で
あって、且つ該特定のアミノ酸配列を有する蛋白質と同
様のシグマ因子結合活性、ひいてはD1ないしD2のプ
ロモータを活性化し、該プロモータの下流に配置された
遺伝子の発現を増大させる性質を有する蛋白質をコード
する遺伝子を挙げることができる。
Specifically, a protein having a certain modification in the specific amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and having the same sigma factor binding activity as that of the protein having the specific amino acid sequence, and And a gene encoding a protein having the property of activating the promoter of D2 and increasing the expression of a gene arranged downstream of the promoter.

【0026】尚、上記アミノ酸配列における相同性は、
Genome Net:ゲノム・ネットを使用するFASTAプロ
グラムを使用した測定(Clustal,V., Methods Mol.Bio
l., 25, 307-318 (1994))において、通常、アミノ酸配
列の全体で約45%以上、好ましくは約50%以上であ
ることができる。
The homology in the above amino acid sequence is as follows:
Genome Net: Measurement using the FASTA program using Genome Net (Clustal, V., Methods Mol. Bio
l., 25, 307-318 (1994)), the total amino acid sequence can usually be about 45% or more, preferably about 50% or more.

【0027】上記アミノ酸配列の改変(変異)などは、
天然において、例えば突然変異や翻訳後の修飾などによ
り生じることもあるが、天然由来の遺伝子に基づいて人
為的に改変することもできる。本発明は、このような改
変・変異の原因及び手段などを問わず、上記特性を有す
る全ての改変遺伝子を包含する。
The modification (mutation) of the amino acid sequence is
Although it may occur in nature due to, for example, mutation or post-translational modification, it can also be artificially modified based on a naturally-occurring gene. The present invention encompasses all modified genes having the above-mentioned properties, irrespective of the cause and means of such modification / mutation.

【0028】本発明遺伝子の具体的態様としては、配列
番号:3に示される塩基配列を有する遺伝子を例示でき
る。この塩基配列中のコーディング領域は、配列番号:
1に示されるアミノ酸配列の各アミノ酸残基を示すコド
ンの一つの組合せ例を示している。本発明の遺伝子は、
かかる特定の塩基配列を有する遺伝子に限らず、各アミ
ノ酸残基に対して任意のコドンを組合せ、選択した塩基
配列を有することも可能である。コドンの選択は、常法
に従うことができ、例えば利用する宿主のコドン使用頻
度などを考慮することができる〔Nucleic Acids Res.,
9, 43 (1981)〕。
As a specific embodiment of the gene of the present invention, a gene having the base sequence shown in SEQ ID NO: 3 can be exemplified. The coding region in this nucleotide sequence corresponds to SEQ ID NO:
1 shows an example of one combination of codons indicating each amino acid residue of the amino acid sequence shown in FIG. The gene of the present invention
Not only the gene having such a specific base sequence but also a base sequence selected by combining arbitrary codons for each amino acid residue is also possible. Codon selection can be performed according to a conventional method, for example, considering the codon usage frequency of the host to be used (Nucleic Acids Res.,
9, 43 (1981)].

【0029】また、本発明DNA分子は、前記のとおり、
配列番号:3に示される塩基配列と一定の相同性を有す
る塩基配列からなるものも包含する。
Further, as described above, the DNA molecule of the present invention
Also included are those consisting of a base sequence having a certain homology with the base sequence shown in SEQ ID NO: 3.

【0030】上記相同性は、配列番号2で示されるアミ
ノ酸配列を含んでいるポリペプチドをコードするポリヌ
クレオチド又は配列番号:3に示される塩基配列と少な
くとも70%の同一性、好ましくは少なくとも90%の
同一性、より好ましくは少なくとも95%、更に最も好
ましくは少なくとも97%の同一性を有するポリヌクレ
オチドおよびその相補鎖ポリヌクレオチドを言う。
The above homology is at least 70% identity, preferably at least 90%, to a polynucleotide encoding a polypeptide containing the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or the base sequence shown in SEQ ID NO: 3. And more preferably at least 95%, even most preferably at least 97%, and its complementary strand polynucleotide.

【0031】かかる遺伝子としては、例えば、0.1%
SDSを含む0.2×SSC中50℃又は0.1%SD
Sを含む1×SSC中60℃のストリンジェントな条件
下で配列番号:1に示される塩基配列中、14−469
の塩基配列からなるDNAとハイブリダイズする塩基配
列を有する遺伝子を例示することもできる。
As such a gene, for example, 0.1%
50 ° C. or 0.1% SD in 0.2 × SSC containing SDS
14-469 in the base sequence shown in SEQ ID NO: 1 under stringent conditions at 60 ° C. in 1 × SSC containing S
And a gene having a nucleotide sequence that hybridizes with a DNA consisting of the following nucleotide sequence.

【0032】本発明の配列番号2のタンパク質は、葉緑
体ゲノムのD1ないしD2プロモータのみでなく、rR
NAなどの他のプロモータを活性化することが本発明者
の研究によって示唆されており(データは示さない)、
本発明タンパク質は色素体RNAポリメラーゼに結合する
ことにより葉緑体ゲノムの各種プロモータを活性化する
ことができる。
The protein of SEQ ID NO: 2 of the present invention includes not only the D1 and D2 promoters of the chloroplast genome but also the rR
Activating other promoters such as NA has been suggested by the inventors' studies (data not shown),
The protein of the present invention can activate various promoters of chloroplast genome by binding to plastid RNA polymerase.

【0033】また、本発明のタンパク質の葉緑体移行シ
グナルをRbcSなどの葉緑体移行シグナルで置き換え
たり、本発明のタンパク質のN末端側に更にRbcSな
どの葉緑体移行シグナルを付加することもできる。ま
た、本発明のタンパク質に、DNA結合活性など本タンパ
ク質機能以外の機能を有するポリペプチドを付加、挿入
して使用することもできる。
Further, the chloroplast translocation signal of the protein of the present invention is replaced with a chloroplast translocation signal such as RbcS, or a chloroplast translocation signal such as RbcS is further added to the N-terminal side of the protein of the present invention. Can also. In addition, a polypeptide having a function other than the function of the present protein such as DNA binding activity can be added to and inserted into the protein of the present invention.

【0034】本発明により、本発明タンパク質がD1遺
伝子のプロモータ、D2遺伝子のプロモータなどの葉緑
体プロモータを活性化することが初めて見出されたもの
であり、本発明タンパク質をこれらプロモータの活性化
に使用することは、すべて本発明の範囲内である。本発
明のタンパク質をD1遺伝子のプロモータ、D2遺伝子
のプロモータなどの葉緑体プロモータの活性化に使用す
る場合、以下のような条件で本発明タンパク質ないし遺
伝子を使用するのが好ましい。
According to the present invention, it has been found for the first time that the protein of the present invention activates chloroplast promoters such as the promoter of D1 gene and the promoter of D2 gene. Are all within the scope of the present invention. When the protein of the present invention is used for activating a chloroplast promoter such as the promoter of D1 gene and the promoter of D2 gene, it is preferable to use the protein or gene of the present invention under the following conditions.

【0035】本発明遺伝子は、核ゲノムあるいは色素体
ゲノムに組み込んで発現させるのが簡便だが(下記参
照)、色素体内(または藍藻などの原核生物内)で機能
する複製起点をもつ自己複製可能なプラスミドに本発明
遺伝子の発現カセットを組み込み、色素体に導入しても
良い。また、植物感染性のウイルス(CMV, TMVなどが例
示できる)のゲノム及びその類縁体に組み込み、ウイル
スを感染させることで本発明遺伝子を発現させることも
考え得る。本発明遺伝子の発現のためのプロモータは恒
常的なもの(核側ではCaMV35Sプロモータなど)でも、
また、本発明遺伝子の発現をある時期、ある組織に特定
する必要がある場合はホルモンや光などで誘導できるも
のや組織特異性を示すプロモータでも良い。後者の場合
には、在来の本発明遺伝子が欠失しているものを用いる
ことで、在来の本発明遺伝子の発現を無くすことができ
る。かかる欠失体は、例えば高等植物ではT-DNA、トラ
ンスポゾンが本発明遺伝子内に挿入したものを検索する
ことにより得られ、また、藍藻などでは常法により特定
遺伝子を欠失する技術が確立されている。本発明遺伝子
自体の発現にはプロモータの選択以外にも、当然、転写
ターミネイターや転写後制御としてのpoly-Aシグナル、
翻訳活性化配列、mRNA安定化配列などが使用できる。さ
らには、本発明遺伝子内にイントロン配列を導入し、成
熟mRNA生成過程での制御などを適用することも考えられ
る。本発明遺伝子を色素体内で発現させる場合は、本発
明遺伝子のアデニン、チミン含量を色素体のそれに相当
すべく変更することができ、また葉緑体移行シグナルを
コードする領域を省くことが望ましい。発現する量、時
期、組織を調節するには適当なプロモータ、翻訳制御配
列、mRNA安定性制御配列等を、選択、使用することがで
きる。また、エディティングによる発現制御を応用する
ことも考えられる。本発明遺伝子を葉緑体ゲノム上のプ
ロモータの活性化に使用する際は、標的となるシグマ因
子の発現を、本発明遺伝子の発現の手法と同様にして調
節することが望ましいと思われる。この際のシグマ因子
発現カセットの導入位置は限定されず、核ゲノム、葉録
体ゲノムに挿入する事もでき、また葉緑体内で自己複製
するプラスミドに組み込んで葉緑体に導入することもで
き、また、植物感染性のウイルスのゲノム及びその類縁
体に組み込み使用することもできる。標的となるシグマ
因子の発現を特定の期間、組織、条件で抑制しておきた
い場合は、本発明遺伝子の欠失体を得る方法と同様の方
法にて該シグマ因子遺伝子の欠失体を得、それに、上記
の方法等によりシグマ因子を発現させればよい。また、
標的とならないシグマ因子遺伝子の発現をなくす場合に
も同様の手法が適用できる。あるいは、標的とならない
シグマ因子遺伝子のアンチセンスRNA、又は二本鎖RNA
(ループを形成するRNA)を発現させることによってもそ
れの発現を抑制する事ができると期待できる。
The gene of the present invention can be conveniently expressed by incorporating it into the nuclear genome or plastid genome (see below), but it is self-replicatable having a replication origin that functions in plastids (or in prokaryotes such as cyanobacteria). The expression cassette of the gene of the present invention may be incorporated into a plasmid and introduced into a plastid. It is also conceivable that the gene of the present invention is expressed by integrating it into the genome of plant-infectious virus (eg, CMV, TMV, etc.) and its analogs and infecting the virus. The promoter for expression of the gene of the present invention may be a constant promoter (CaMV35S promoter or the like on the nuclear side),
When it is necessary to identify the expression of the gene of the present invention at a certain time in a certain tissue, a promoter which can be induced by hormones or light or a promoter which shows tissue specificity may be used. In the latter case, expression of the native gene of the present invention can be eliminated by using a gene in which the native gene of the present invention is deleted. Such a deletion is obtained, for example, by searching T-DNA and transposon inserted in the gene of the present invention in higher plants, and a technology for deleting a specific gene by a conventional method has been established in cyanobacteria and the like. ing. In addition to selecting a promoter for expression of the gene of the present invention itself, naturally, a poly-A signal as a transcription terminator or post-transcriptional control,
A translation activating sequence, an mRNA stabilizing sequence and the like can be used. Furthermore, it is conceivable to introduce an intron sequence into the gene of the present invention and apply control during the process of producing mature mRNA. When the gene of the present invention is expressed in plastids, the adenine and thymine contents of the gene of the present invention can be changed to correspond to those of the plastid, and it is desirable to omit the region encoding the chloroplast translocation signal. In order to control the expression amount, timing and tissue, an appropriate promoter, translation control sequence, mRNA stability control sequence and the like can be selected and used. It is also conceivable to apply expression control by editing. When the gene of the present invention is used to activate a promoter on the chloroplast genome, it may be desirable to regulate the expression of the target sigma factor in the same manner as in the method of expressing the gene of the present invention. At this time, the introduction position of the sigma factor expression cassette is not limited, and it can be inserted into the nuclear genome or chloroplast genome, or can be introduced into the chloroplast by incorporating it into a plasmid that replicates itself in the chloroplast. It can also be used by integrating it into the genome of plant-infectious virus and its analogs. When it is desired to suppress the expression of the target sigma factor for a specific period, tissue, or condition, a deletion of the sigma factor gene is obtained in the same manner as the method for obtaining a deletion of the gene of the present invention. Then, the sigma factor may be expressed by the above-described method or the like. Also,
A similar technique can be applied to the case where the expression of a sigma factor gene that is not a target is eliminated. Alternatively, non-targeted sigma factor gene antisense RNA or double-stranded RNA
It can be expected that expression of (loop-forming RNA) can also suppress its expression.

【0036】本発明遺伝子は、本発明により開示された
本発明遺伝子の具体例についての配列情報に基づいて、
一般的遺伝子工学的手法により容易に製造・取得するこ
とができる〔Molecular Cloning 2d Ed, Cold Spring H
arbor Lab. Press (1989);続生化学実験講座「遺伝子
研究法I、II、III」、日本生化学会編(1986)など参
照〕。
The gene of the present invention can be prepared based on the sequence information of a specific example of the gene of the present invention disclosed by the present invention.
It can be easily produced and obtained by general genetic engineering techniques [Molecular Cloning 2d Ed, Cold Spring H
arbor Lab. Press (1989); see Seismic Chemistry Laboratory Course "Gene Research Methods I, II, III", edited by The Biochemical Society of Japan (1986), etc.)

【0037】具体的には、本発明遺伝子が発現される適
当な植物起源より、常法に従ってcDNAライブラリー
を調製し、該ライブラリーから、本発明遺伝子に特有の
適当なプローブや抗体を用いて所望クローンを選択する
ことにより実施できる〔Proc. Natl. Acad. Sci., US
A., 78, 6613 (1981);Science, 222, 778 (1983)な
ど〕。
Specifically, a cDNA library is prepared from an appropriate plant source in which the gene of the present invention is expressed in accordance with a conventional method, and the library is prepared from the library by using an appropriate probe or antibody specific to the gene of the present invention. Acad. Sci., US Proc. Natl. Acad.
A., 78, 6613 (1981); Science, 222, 778 (1983)].

【0038】上記において、cDNAの起源としては、
本発明の遺伝子を発現する各種の細胞、組織やこれらに
由来する培養細胞などが例示される。また、これらから
の全RNAの分離、mRNAの分離や精製、cDNAの
取得とそのクローニングなどはいずれも常法に従って実
施することができる。
In the above, the origin of the cDNA is as follows:
Examples include various cells and tissues expressing the gene of the present invention, and cultured cells derived therefrom. Separation of total RNA therefrom, separation and purification of mRNA, acquisition of cDNA, and cloning thereof can all be carried out according to conventional methods.

【0039】本発明の遺伝子をcDNAライブラリーか
らスクリーニングする方法も、特に制限されず、通常の
方法に従うことができる。
The method for screening the gene of the present invention from a cDNA library is not particularly limited, either, and any conventional method can be used.

【0040】ここで用いられるプローブとしては、本発
明の遺伝子の塩基配列に関する情報をもとにして化学合
成されたDNAなどが一般的に使用できるが、既に取得
された本発明遺伝子やその断片も良好に利用できる。ま
た、本発明遺伝子の塩基配列情報に基づき設定したセン
ス・プライマー、アンチセンス・プライマーをスクリー
ニング用プローブとして用いることもできる。
As the probe used herein, DNA or the like chemically synthesized based on the information on the nucleotide sequence of the gene of the present invention can be generally used, but the gene of the present invention or a fragment thereof which has already been obtained can also be used. Good use. In addition, sense primers and antisense primers set based on the nucleotide sequence information of the gene of the present invention can be used as screening probes.

【0041】前記プローブとして用いられるヌクレオチ
ド配列は、配列番号2に対応する部分ヌクレオチド配列
であって、少なくとも15個の連続した塩基、好ましく
は20個の連続した塩基、より好ましくは30個の連続
した塩基、最も好ましくは50個の連続した塩基を有す
るものも含まれる、或いは前記配列を有する陽性クロー
ンそれ自体をプローブとして用いることも出来る。
The nucleotide sequence used as the probe is a partial nucleotide sequence corresponding to SEQ ID NO: 2, and comprises at least 15 continuous bases, preferably 20 continuous bases, more preferably 30 continuous bases. Bases, most preferably those having 50 contiguous bases, are also included, or the positive clones themselves having the above sequences can also be used as probes.

【0042】本発明の遺伝子の取得に際しては、PCR
法〔Science, 230, 1350 (1985)〕によるDNA/RN
A増幅法が好適に利用できる。殊に、ライブラリーから
全長のcDNAが得られ難いような場合には、RACE
法〔Rapid amplification ofcDNA ends;実験医学、12
(6), 35 (1994)〕、特に5'-RACE法〔M.A. Frohma
n, et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA., 8, 8998
(1988)〕などの採用が好適である。
When obtaining the gene of the present invention, PCR
DNA / RN by the method [Science, 230, 1350 (1985)]
The A amplification method can be suitably used. Particularly, when it is difficult to obtain a full-length cDNA from the library, RACE
Method [Rapid amplification of cDNA ends; Experimental Medicine, 12
(6), 35 (1994)], especially the 5′-RACE method [MA Frohma
n, et al., Proc. Natl. Acad. Sci., USA., 8, 8998
(1988)].

【0043】かかるPCR法の採用に際して使用される
プライマーは、本発明によって明らかにされた本発明の
遺伝子の配列情報に基づいて適宜設定でき、これは常法
に従って合成できる。尚、増幅させたDNA/RNA断
片の単離精製は、前記の通り常法に従うことができ、例
えばゲル電気泳動法などによればよい。
The primers used when employing the PCR method can be appropriately set based on the sequence information of the gene of the present invention revealed by the present invention, and can be synthesized according to a conventional method. The isolation and purification of the amplified DNA / RNA fragment can be carried out according to a conventional method as described above, for example, by gel electrophoresis.

【0044】また、上記で得られる本発明遺伝子或いは
各種DNA断片は、常法、例えばジデオキシ法〔Proc.
Natl. Acad. Sci., USA., 74, 5463 (1977)〕やマキサ
ム−ギルバート法〔Methods in Enzymology, 65, 499
(1980)〕などに従って、また簡便には市販のシークエン
スキットなどを用いて、その塩基配列を決定することが
できる。
The gene of the present invention or various DNA fragments obtained above can be obtained by a conventional method, for example, the dideoxy method [Proc.
Natl. Acad. Sci., USA., 74, 5463 (1977)) and the Maxam-Gilbert method (Methods in Enzymology, 65, 499).
(1980)], or simply using a commercially available sequencing kit or the like.

【0045】このようにして得られる本発明の遺伝子に
よれば、例えば該遺伝子の一部又は全部の塩基配列を利
用することにより、個体もしくは各種組織における本発
明遺伝子の発現の有無を特異的に検出することができ
る。
According to the gene of the present invention thus obtained, the presence or absence of the expression of the gene of the present invention in an individual or various tissues can be specifically determined by using, for example, a part or the entire nucleotide sequence of the gene. Can be detected.

【0046】かかる検出は常法に従って行うことがで
き、例えばRT−PCR〔Reverse transcribed-Polyme
rase chain reaction; E.S. Kawasaki, et al., Amplif
ication of RNA. In PCR Protocol, A Guide to method
s and applications, AcademicPress,Inc.,SanDiego, 2
1-27 (1991)〕によるRNA増幅やノーザンブロッティ
ング解析〔Molecular Cloning, Cold Spring Harbor La
b. (1989)〕、in situRT−PCR〔Nucl. Acids Re
s., 21, 3159-3166 (1993)〕や in situ ハイブリダイ
ゼーションなどを利用した細胞レベルでの測定、NAS
BA法〔Nucleicacid sequence-based amplification,
Nature, 350, 91-92 (1991)〕及びその他の各種方法を
挙げることができる。好適には、RT−PCRによる検
出法を挙げることができる。尚、ここでPCR法を採用
する場合に用いられるプライマーとしては、本発明遺伝
子のみを特異的に増幅できる該遺伝子特有のものである
限り、特に制限はなく、本発明遺伝子の配列情報に基い
て適宜設定することができる。通常プライマーとして1
0〜35程度のヌクレオチド、好ましくは15〜30ヌ
クレオチド程度の長さを有する本発明遺伝子の部分配列
を有するものを挙げることができる。本発明遺伝子ある
いは上記で取得される該遺伝子の相同遺伝子、改変遺伝
子は、植物あるいは藍藻等の核ゲノムに組み込むことに
より使用することができる。あるいはシダ類、コケ類を
含む高等植物(葉緑体ゲノムを持つもの)の場合は葉緑
体ゲノムに組み込むことによる使用もできる。また、葉
緑体で機能する複製起点を持つプラスミドに本遺伝子の
発現カセットを組み込み、葉緑体に導入することも考え
られる。また、植物感染性のウイルスゲノムに組み込
み、使用することもできる。標的となるシグマ因子の発
現を特定の期間、組織、条件で抑制しておきたい場合
は、本発明遺伝子の欠失体を得る方法と同様の方法にて
該シグマ因子遺伝子の欠失体を得、それに、上記の方法
等によりシグマ因子を発現させればよい。また、標的と
ならないシグマ因子遺伝子の発現をなくす場合にも同様
の手法が適用できる。あるいは、標的とならないシグマ
因子遺伝子のアンチセンスRNA、又は二本鎖RNA(ループ
を形成するRNA)を発現させることによってもそれの発現
を抑制する事ができると期待できる。一方、葉緑体ゲノ
ム(藍藻などの場合には葉緑体ゲノムはないので核ゲノ
ムに組み込むことになる)に、D2又はD1タンパク質遺伝
子のプロモータの下流に任意の有用タンパク質ないしポ
リペプチドをコードする遺伝子をつないだ発現カセット
を組み込むことができる。または葉緑体で機能する複製
起点を持つプラスミドに、該発現カセットを組み込み葉
緑体に導入することもできる。また、植物感染性のウイ
ルスゲノムに組み込み、使用することもできる。標的と
なるシグマ因子の発現を特定の期間、組織、条件で抑制
しておきたい場合は、本発明遺伝子の欠失体を得る方法
と同様の方法にて該シグマ因子遺伝子の欠失体を得、そ
れに、上記の方法等によりシグマ因子を発現させればよ
い。また、標的とならないシグマ因子遺伝子の発現をな
くす場合にも同様の手法が適用できる。あるいは、標的
とならないシグマ因子遺伝子のアンチセンスRNA、又は
二本鎖RNA(ループを形成するRNA)を発現させることによ
ってもそれの発現を抑制する事ができると期待できる。
好適にはシグマ因子結合タンパク質による在来のD2また
はD1タンパク質の発現増加を防ぐために、在来のD2また
はD1タンパク質をコードする遺伝子のプロモータを他の
プロモータ(rrn16, rbcL 等のプロモータ)に置換す
る。以上のような形質転換植物によれば、葉緑体内での
任意の有用遺伝子の高効率の発現が実現され得る。核ゲ
ノムへの組み込みは常法(Plant molecular biology a p
ractical approach,edited by C H Shaw, IRL press, 1
31-220 (1988); 細胞工学別冊、植物細胞工学シリーズ
4,モデル植物の実験プロトコール、イネ・シロイヌナ
ズナ編、島本功、岡田清孝、監修、秀潤社、78-140等参
照)に従って行うことができ、例えばアグロバクテリア
による形質転換〔上記文献及び、Plant Journal, 6, 27
1-282(1994); Plant Journal 5, 551-558 (1994); Meth
ods in Plant Molecular Biology, Mary A. Schuler &
Raymond E. Zielinski, Academic Press 145-156 (198
9)等参照〕や、エレクトロポーレイション法、原核・真
核生物間接合伝達法、DEADデキストラン法、リン酸カル
シウム法、ポリエチレングリコール法、パーティクルガ
ン(遺伝子銃)法、等を用いた細胞へのDNA直接導入法
〔上記文献及びPlant Physiology, 93, 857-863 (199
0), Theor. Appl. Genet., 53, 57-63 (1978), Virolog
y, 52, 456 (1973), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 86,
6077 (1989),Jpn. J. Genet., 65, 323 (1990), Curr.
Genet., 21, 101 (1992) 等参照〕を挙げることができ
る。組み込む発現カセットは公知のプラスミド(上記文
献参照、例えばpBI121, Clontech社、; pMAT (Proc.
Natl. Acad. Sci. USA, 88, 834-83 (1991) 等参
照)等)を用い、常法により作製する事ができる。実際
には、以下に述べる配列は、該遺伝子を除き、既にこれ
らのプラスミドに組み込まれているので、最も簡便には
これらのプラスミドにシグマ因子結合タンパク質をコー
ドする配列を組み込むことにより形質転換用プラスミド
が得られる。プラスミド内には核ゲノムへの組み込みに
必要な遺伝子(ver遺伝子など)がすでに入っている。
また核ゲノムに組み込まれる部分は、そのための配列
(T-DNAのRightborder(RB), Left border(LB)等)に挟
まれた形になっている。この領域に該遺伝子の発現カセ
ットが入ることになる。このカセットでは、該遺伝子
は、プロモータ(例えばCaMV35Sプロモータ、ホルモン
誘導型プロモータ等、また藍藻などの原核生物での場合
は原核生物型プロモータ)の下流につながれ、転写ター
ミネイター、poly-A シグナル(T-NOS等)が該遺伝子の
下流につながれる(poly-Aシグナルは真核生物の場合の
み)。またこの組み込まれる領域(RBとLBに挟まれた領
域)には、形質転換体選抜のための薬剤耐性遺伝子(例
えばカナマイシン耐性遺伝子やハイグロマイシン耐性遺
伝子など)の発現カセットを含むことができる。この薬
剤耐性遺伝子は上記のプラスミドに多くの場合組み込ま
れているが、これの除去または他の耐性遺伝子との置換
は常法により行うことができる。形質転換体を選抜する
ための薬剤耐性遺伝子を組み込んである場合は簡便には
適当な薬剤存在下で生育するものを選択することにより
行う。形質転換体の確認及び薬剤耐性遺伝子を入れてい
ない場合の形質転換体の選抜には、サザンハイブリダイ
ゼーション、ウエスタンブロッティング、PCR法などの
常法を用いることができる。選抜された植物体はヘテロ
である場合が多いが、自家受粉などにより、ホモ個体を
得ることができる。シグマ因子結合タンパク質遺伝子を
核ではなく色素体(葉緑体)ゲノムに組み込む場合は、
色素体ゲノムへの導入は、DNA直接導入法(ポリエチレ
ングリコール法やパーティクルガンを用いた方法(Pro
c. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 913-917 (1993))、実
施例参照)の常法により行うことができる(実施例参
照)。この場合は発現カセット内の該遺伝子を発現させ
るプロモータとして葉緑体で機能するプロモータ(rrn1
6、psbA, rbcL等の遺伝子のプロモータ)、及びSD配列
などの葉緑体で機能する翻訳開始配列を用い、好適には
葉緑体で機能するターミネイター(葉緑体遺伝子psbA,
rps16等のターミネイター、または原核生物型のターミ
ネイター等)を用いる。また、薬剤耐性遺伝子として、
スペクチノマイシン耐性遺伝子なども含むことができる
(実施例参照)。この発現カセットが葉緑体ゲノムに相
同組み替えにより組み込まれるように、葉緑体ゲノムの
適当な位置(組み込みたい位置)の配列を、本発現カセ
ットの両側に付加する(実施例参照)。該発現カセット
を含む形質転換体を薬剤存在下での培養で選抜し(Pro
c. Natl.Acad. Sci. USA, 87, 8526-8530 (1990))、サ
ザンハイブリダイゼーション、ノザンハイブリダイゼー
ション、ウエスタンブロッティング、PCR法などの常法
により形質転換体を確認する。得られる形質転換体は色
素体ゲノムのうちの何割かが形質転換されたヘテロな植
物体であることが多いので、必要であれば薬剤による選
抜を繰り返し、全ての色素体ゲノムが形質転換されたホ
モ個体を得る。またシグマ因子結合タンパク質遺伝子を
色素体内で自立的に複製するプラスミドとして葉緑体に
導入する場合は、該プラスミドに上記の発現カセットを
組み込み例えば原核・真核生物接合伝達法やパーティク
ルガン法などの上記のDNA直接導入法を用いる。この際
は、本プラスミドに形質転換体選抜用の薬剤耐性遺伝子
を含むことが望ましい。任意の有用タンパク質遺伝子の
葉緑体ゲノムへの組み込み(藍藻などの場合は核ゲノム
に上記の方法で組み込む)は、D2またはD1プロモータな
どの葉緑体プロモータ、(あるいはその類似配列)及び
SD配列などの翻訳開始配列の下流に、任意の有用タンパ
ク質をコードする遺伝子をつなぎ、好適にはその下流に
転写ターミネイターをつなぐことにより行うことができ
る。さらに好適には、mRNA安定化配列及び翻訳活性化配
列(葉緑体遺伝子rbcL等の5'UTR、3'UTR等)を所望遺伝
子の非翻訳領域、あるいは翻訳領域に機能的につなぐ。
また、該遺伝子のコドンは葉緑体での使用頻度にあわせ
て改変しておくことが大量発現の目的では望ましく、ア
デニン・チミン含量を宿主(葉緑体、藍藻)のそれに相
当すべく変更することもできる。また以上の配列を含む
プラスミドの作製は常法により行うことができる。この
プラスミドを上記の手法により葉緑体ゲノムに組み込み
形質転換体を得る。尚、シグマ因子結合タンパク質を葉
緑体ゲノムに組み込む場合は、その発現カセットに本発
現カセットをつなぎ、形質転換体を一回の操作で作製す
ることも可能である。また所望遺伝子の上記発現カセッ
トを葉緑体で自立的に複製するプラスミドに組み込み、
葉緑体に導入することも可能である。また、シグマ因子
結合タンパク質の発現カセットも本プラスミドに同時に
組み込んでおくことも可能である。また、葉緑体ゲノム
に在来のD2又はD1タンパク質遺伝子のプロモータを置換
する場合には、在来のD2またはD1タンパク質をコードす
る遺伝子のプロモータを他のプロモータに置換した葉緑
体ゲノム断片を調製し、これらのプロモータが存在する
ゲノム位置に相同組み替えにより導入する。この場合、
本葉緑体ゲノム断片にシグマ因子結合タンパク質発現カ
セット(葉緑体に組み込む場合)及び/又は有用タンパ
ク質遺伝子発現カセットを組み込み、形質転換体を一回
の操作で得ることも可能である。藍藻のゲノムに在来の
上記プロモータを置換する場合には常法の遺伝子操作、
相同組み替えにより行うことができる。以上のようにし
て得られた形質転換体は、シグマ因子結合タンパク質を
強発現または誘導発現する事ができ、その結果、D1また
はD2タンパク質遺伝子のプロモータにつないだ有用タン
パク質遺伝子の転写、ひいてはその発現を劇的に増大さ
せることが期待される。
Such detection can be carried out according to a conventional method. For example, RT-PCR [Reverse transcribed-Polyme
rase chain reaction; ES Kawasaki, et al., Amplif
ication of RNA.In PCR Protocol, A Guide to method
s and applications, AcademicPress, Inc., SanDiego, 2
RNA amplification and Northern blotting analysis [Molecular Cloning, Cold Spring Harbor La.
b. (1989)], in situ RT-PCR [Nucl.
s., 21, 3159-3166 (1993)] and cell-level measurements using in situ hybridization, NAS
BA method (Nucleic acid sequence-based amplification,
Nature, 350, 91-92 (1991)] and various other methods. Preferably, a detection method by RT-PCR can be mentioned. The primer used in the case of employing the PCR method is not particularly limited as long as it is specific to the gene of the present invention and can specifically amplify only the gene of the present invention. It can be set appropriately. Usually 1 as primer
Those having a partial sequence of the gene of the present invention having a length of about 0 to 35 nucleotides, preferably about 15 to 30 nucleotides can be mentioned. The gene of the present invention or a homologous gene or a modified gene of the gene obtained above can be used by integrating it into a nuclear genome of a plant or a cyanobacterium. Alternatively, in the case of a higher plant (having a chloroplast genome) containing ferns and mosses, it can be used by incorporating it into the chloroplast genome. It is also conceivable to incorporate the expression cassette of the present gene into a plasmid having an origin of replication that functions in chloroplasts, and to introduce it into chloroplasts. It can also be incorporated into a plant-infectious viral genome and used. When it is desired to suppress the expression of the target sigma factor for a specific period, tissue, or condition, a deletion of the sigma factor gene is obtained in the same manner as the method for obtaining a deletion of the gene of the present invention. Then, the sigma factor may be expressed by the above-described method or the like. A similar technique can be applied to the case where the expression of a non-target sigma factor gene is eliminated. Alternatively, it can be expected that the expression of antisense RNA or double-stranded RNA (RNA forming a loop) of a sigma factor gene that is not a target can also be suppressed. On the other hand, in the chloroplast genome (in the case of cyanobacteria, etc., there is no chloroplast genome, so it will be incorporated into the nuclear genome), which encodes any useful protein or polypeptide downstream of the D2 or D1 protein gene promoter. An expression cassette connecting the genes can be incorporated. Alternatively, the expression cassette can be integrated into a plasmid having an origin of replication that functions in the chloroplast and introduced into the chloroplast. It can also be incorporated into a plant-infectious viral genome and used. When it is desired to suppress the expression of the target sigma factor for a specific period, tissue, or condition, a deletion of the sigma factor gene is obtained in the same manner as the method for obtaining a deletion of the gene of the present invention. Then, the sigma factor may be expressed by the above-described method or the like. A similar technique can be applied to the case where the expression of a non-target sigma factor gene is eliminated. Alternatively, expression of antisense RNA or double-stranded RNA (RNA forming a loop) of a sigma factor gene that is not a target can be expected to suppress the expression thereof.
Preferably, the promoter of the gene encoding the native D2 or D1 protein is replaced with another promoter (promoter such as rrn16, rbcL) in order to prevent the expression of the native D2 or D1 protein from being increased by the sigma factor binding protein. . According to the transformed plant as described above, highly efficient expression of any useful gene in chloroplasts can be realized. Integration into the nuclear genome can be performed by a standard method (Plant molecular biology ap
ractical approach, edited by CH Shaw, IRL press, 1
31-220 (1988); see Cell Engineering Separate Volume, Plant Cell Engineering Series 4, Experimental Protocols for Model Plants, edited by Rice and Arabidopsis, edited by Isao Shimamoto, Kiyotaka Okada, Supervisor, Shujunsha, 78-140, etc.) For example, transformation with Agrobacteria [see the above literature and Plant Journal, 6, 27
1-282 (1994); Plant Journal 5, 551-558 (1994); Meth
ods in Plant Molecular Biology, Mary A. Schuler &
Raymond E. Zielinski, Academic Press 145-156 (198
9) etc.] and direct DNA to cells using electroporation, prokaryotic / eukaryotic conjugation transfer, DEAD dextran method, calcium phosphate method, polyethylene glycol method, particle gun (gene gun) method, etc. Introduction method [References and Plant Physiology, 93, 857-863 (199
0), Theor.Appl.Genet., 53, 57-63 (1978), Virolog
y, 52, 456 (1973), Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 86,
6077 (1989), Jpn.J. Genet., 65, 323 (1990), Curr.
Genet., 21, 101 (1992), etc.]. The expression cassette to be incorporated is a known plasmid (see the above-mentioned literature, for example, pBI121, Clontech, pMAT (Proc.
Natl. Acad. Sci. USA, 88, 834-83 (1991), etc.)) and the like, and can be produced by a conventional method. Actually, since the sequences described below have already been incorporated into these plasmids except for the gene, it is most convenient to incorporate the sequence encoding the sigma factor-binding protein into these plasmids. Is obtained. The plasmid already contains the genes required for integration into the nuclear genome (such as the ver gene).
The portion to be integrated into the nuclear genome is sandwiched between sequences for that purpose (T-DNA Rightborder (RB), Left border (LB), etc.). The expression cassette of the gene will be inserted into this region. In this cassette, the gene is tethered downstream of a promoter (eg, a CaMV35S promoter, a hormone-inducible promoter, or in the case of prokaryotes such as cyanobacteria, a prokaryotic promoter), a transcription terminator, a poly-A signal (T- NOS, etc.) are linked downstream of the gene (poly-A signal is only for eukaryotes). The integrated region (the region between RB and LB) can contain an expression cassette for a drug resistance gene (for example, a kanamycin resistance gene or a hygromycin resistance gene) for selecting a transformant. Although this drug resistance gene is often integrated into the above-mentioned plasmid, its removal or replacement with another resistance gene can be performed by a conventional method. When a drug resistance gene for selecting a transformant has been incorporated, it is simply performed by selecting a plant that grows in the presence of an appropriate drug. Conventional methods such as Southern hybridization, Western blotting, and PCR can be used for confirming the transformants and selecting the transformants in which the drug resistance gene is not inserted. The selected plants are often heterozygous, but homologous individuals can be obtained by self-pollination or the like. If you integrate the sigma factor binding protein gene into the plastid (chloroplast) genome instead of the nucleus,
The introduction into the plastid genome can be performed by the direct DNA introduction method (polyethylene glycol method or particle gun method (Pro
c. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 913-917 (1993)); see Examples) (see Examples). In this case, a promoter (rrn1) that functions in the chloroplast as a promoter for expressing the gene in the expression cassette
6, using a translation initiation sequence that functions in chloroplasts such as psbA, rbcL, etc., and an SD sequence, preferably a terminator that functions in chloroplasts (chloroplast gene psbA,
terminator such as rps16 or a prokaryotic type terminator). In addition, as a drug resistance gene,
It can also contain a spectinomycin resistance gene and the like (see Examples). In order to integrate this expression cassette into the chloroplast genome by homologous recombination, a sequence at an appropriate position in the chloroplast genome (position to be integrated) is added to both sides of the present expression cassette (see Examples). Transformants containing the expression cassette were selected by culturing in the presence of the drug (Pro
c. Natl. Acad. Sci. USA, 87, 8526-8530 (1990)), Southern hybridization, Northern hybridization, Western blotting, PCR method and the like, and confirm the transformant. In many cases, the resulting transformants are heterozygous plants in which some of the plastid genomes have been transformed.If necessary, selection with a drug was repeated, and all plastid genomes were transformed. Obtain homozygous individuals. When the sigma factor-binding protein gene is introduced into a chloroplast as a plasmid that replicates autonomously in plastids, the above-described expression cassette is incorporated into the plasmid, for example, a prokaryotic / eukaryotic conjugation transfer method or a particle gun method. The above-described direct DNA transfer method is used. In this case, it is desirable that the present plasmid contains a drug resistance gene for selecting a transformant. Incorporation of any useful protein gene into the chloroplast genome (in the case of cyanobacteria, etc. into the nuclear genome by the above-mentioned method), the chloroplast promoter such as D2 or D1 promoter (or a similar sequence thereof) and
It can be carried out by connecting a gene encoding any useful protein downstream of a translation initiation sequence such as an SD sequence, and preferably connecting a transcription terminator downstream thereof. More preferably, the mRNA stabilizing sequence and the translation activating sequence (5′UTR, 3′UTR, etc. of the chloroplast gene rbcL, etc.) are functionally linked to the untranslated region or translated region of the desired gene.
In addition, it is desirable that the codon of the gene be modified in accordance with the frequency of use in chloroplasts for the purpose of mass expression, and the adenine / thymine content is changed to correspond to that of the host (chloroplast, cyanobacterium). You can also. The plasmid containing the above sequence can be prepared by a conventional method. This plasmid is integrated into the chloroplast genome by the above-mentioned method to obtain a transformant. When a sigma factor-binding protein is incorporated into the chloroplast genome, the expression cassette can be connected to the expression cassette, and a transformant can be prepared by a single operation. Also, the expression cassette of the desired gene is incorporated into a plasmid that autonomously replicates in chloroplasts,
It can also be introduced into chloroplasts. In addition, an expression cassette for a sigma factor-binding protein can be simultaneously incorporated into the present plasmid. When replacing the promoter of the native D2 or D1 protein gene in the chloroplast genome, a chloroplast genome fragment obtained by replacing the promoter of the gene encoding the native D2 or D1 protein with another promoter is used. Prepared and introduced by homologous recombination into the genomic location where these promoters are present. in this case,
It is also possible to incorporate a sigma factor-binding protein expression cassette (when incorporated into a chloroplast) and / or a useful protein gene expression cassette into the chloroplast genome fragment, and obtain a transformant by a single operation. When replacing the above-mentioned native promoter in the cyanobacterial genome, a conventional method of genetic manipulation,
It can be performed by homologous recombination. The transformant obtained as described above can strongly or inducibly express the sigma factor-binding protein, and as a result, transcription of the useful protein gene linked to the promoter of the D1 or D2 protein gene, and furthermore, its expression Is expected to increase dramatically.

【0047】本発明の遺伝子によれば、通常の遺伝子工
学的手法を用いることにより、該遺伝子産物又はこれを
含む蛋白質を容易に大量に、安定して製造することがで
きる。
According to the gene of the present invention, the gene product or a protein containing the gene product can be easily and stably produced in a large amount by using ordinary genetic engineering techniques.

【0048】本発明の蛋白質は、本発明により提供され
る遺伝子の配列情報に基づいて、常法の遺伝子組換え技
術〔例えば、Science, 224, 1431 (1984) ; Biochem. B
iophys. Res. Comm., 130, 692 (1985);Proc. Natl. A
cad. Sci., USA., 80, 5990(1983)など参照〕に従って
調製することができる。
The protein of the present invention can be prepared by a conventional gene recombination technique (eg, Science, 224, 1431 (1984); Biochem. B) based on the sequence information of the gene provided by the present invention.
iophys. Res. Comm., 130, 692 (1985); Proc. Natl. A
cad. Sci., USA., 80, 5990 (1983) and the like].

【0049】該蛋白質の製造は、より詳細には、該所望
の蛋白をコードする遺伝子が宿主細胞中で発現できる組
換えDNA(発現ベクター)を作成し、これを宿主細胞
に導入して形質転換し、該形質転換体を培養し、次いで
得られる培養物から回収することにより行なわれる。
More specifically, the production of the protein is carried out by preparing a recombinant DNA (expression vector) capable of expressing a gene encoding the desired protein in a host cell, and introducing this into a host cell for transformation. Then, the transformant is cultured, and then recovered from the resulting culture.

【0050】上記宿主細胞としては、原核生物及び真核
生物のいずれも用いることができ、例えば原核生物の宿
主としては、好適には大腸菌、とりわけエシェリヒア・
コリ(Escherichia coli)K12株に含まれるものを例
示できる。また、真核生物の宿主細胞には、脊椎動物、
酵母、植物等の細胞が含まれる。
As the host cell, any of prokaryote and eukaryote can be used. For example, as a prokaryote host, Escherichia coli, especially Escherichia
Escherichia coli K12 strain can be exemplified. Eukaryotic host cells also include vertebrates,
Cells such as yeast and plants are included.

【0051】原核生物細胞を宿主とする場合は、該宿主
細胞中で複製可能なベクターを用いて、このベクター中
に本発明遺伝子が発現できるように該遺伝子の上流にプ
ロモータ及びSD塩基配列、更に蛋白合成開始に必要な
開始コドン(例えばATG)を付与した発現プラスミド
を好適に利用できる。上記ベクターとしては、一般に大
腸菌由来のプラスミド、例えばpBR322、pBR3
25、pUC12、pUC13などがよく用いられる。
When a prokaryotic cell is used as a host, a promoter and an SD base sequence, as well as a promoter and an SD base sequence, are arranged upstream of the vector so that the gene of the present invention can be expressed in the vector using a vector that can be replicated in the host cell. An expression plasmid having an initiation codon (eg, ATG) required for initiation of protein synthesis can be suitably used. As the vector, generally, a plasmid derived from Escherichia coli, for example, pBR322, pBR3
25, pUC12, pUC13 and the like are often used.

【0052】植物を宿主とし、細胞質で発現させる場合
の発現ベクターの具体例としては、CaMV35Sプロモータ
を持つ各種ベクター(例えばpBI121ベクター(Toyobo
社)、p35S-CAT (Plant Journal, 5, 421-427 (1994)) p
CaMV35S-sGFP(S65T)-NOS3'(Proc. Natl. Acad. Sci. U
SA, 94, 14948-14953 (1997)など)やホルモン誘導型プ
ロモータが例示できる。
Specific examples of expression vectors for expression in the cytoplasm using a plant as a host include various vectors having the CaMV35S promoter (for example, pBI121 vector (Toyobo
P35S-CAT (Plant Journal, 5, 421-427 (1994)) p
CaMV35S-sGFP (S65T) -NOS3 '(Proc. Natl. Acad. Sci. U
SA, 94, 14948-14953 (1997)) and hormone-inducible promoters.

【0053】プロモータとしても特に限定なく、エッシ
ェリヒア属菌を宿主とする場合は、例えばトリプトファ
ン(trp)プロモータ、lppプロモータ、lacプロモータ、r
ecAプロモータ、PL/PRプロモータなどを好ましく利用で
きる。
The promoter is not particularly limited. When Escherichia is used as a host, for example, tryptophan (trp) promoter, lpp promoter, lac promoter, r
An ecA promoter, a PL / PR promoter and the like can be preferably used.

【0054】宿主が植物の場合には、CaMV35Sプロモー
タが一般的である。色素体内で発現させる場合は本発明
に示すように、D1及びD2タンパク質のプロモータ、
特にD2タンパク質のプロモータを好適に用いることが
できる。また、psbAやrbcLなどの葉緑体遺伝子のプロモ
ータや、原核生物型のプロモータも使うことができる。
When the host is a plant, the CaMV35S promoter is generally used. When expressed in plastids, as shown in the present invention, D1 and D2 protein promoters,
In particular, the promoter of the D2 protein can be suitably used. Also, promoters of chloroplast genes such as psbA and rbcL, and prokaryotic promoters can be used.

【0055】所望の組換えDNA(発現ベクター)の宿
主細胞への導入法及びこれによる形質転換法としては、
特に限定されず、一般的な各種方法を採用することがで
きる。
A method for introducing a desired recombinant DNA (expression vector) into a host cell and a transformation method using the same include:
There is no particular limitation, and various general methods can be employed.

【0056】また得られる形質転換体は、常法に従い培
養でき、該培養により所望のように設計した遺伝子によ
りコードされる本発明の目的蛋白質が、形質転換体の細
胞内、細胞外又は細胞膜上に発現、生産(蓄積、分泌)
される。
The obtained transformant can be cultured according to a conventional method, and the target protein of the present invention encoded by a gene designed as desired by the culture can be cultured in the cell, extracellularly or on the cell membrane of the transformant. Expression, production (accumulation, secretion)
Is done.

【0057】該培養に用いられる培地としては、採用し
た宿主細胞に応じて慣用される各種のものを適宜選択利
用でき、培養も宿主細胞の生育に適した条件下で実施で
きる。
As the medium to be used for the culture, various media commonly used depending on the host cell used can be appropriately selected and used, and the culture can be carried out under conditions suitable for the growth of the host cell.

【0058】かくして得られる本発明の組換え蛋白質
は、所望により、その物理的性質、化学的性質などを利
用した各種の分離操作〔「生化学データーブックII」、
1175-1259 頁、第1版第1刷、1980年 6月23日株式会社
東京化学同人発行;Biochemistry, 25(25), 8274 (198
6); Eur. J. Biochem., 163, 313 (1987)など参照〕に
より分離、精製できる。
The thus obtained recombinant protein of the present invention can be subjected to various separation operations utilizing its physical properties, chemical properties, etc. [Biochemical Data Book II,
1175-1259, 1st edition, 1st printing, June 23, 1980, published by Tokyo Chemical Co., Ltd .; Biochemistry, 25 (25), 8274 (198
6); Eur. J. Biochem., 163, 313 (1987)].

【0059】該方法としては、具体的には、通常の再構
成処理、蛋白沈澱剤による処理(塩析法)、遠心分離、
浸透圧ショック法、超音波破砕、限外濾過、分子篩クロ
マトグラフィー(ゲル濾過)、吸着クロマトグラフィ
ー、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティクロ
マトグラフィー、高速液体クロマトグラフィー(HPL
C)などの各種液体クロマトグラフィー、透析法、これ
らの組合せが例示でき、特に好ましい方法としては、本
発明蛋白質に対する特異的な抗体を結合させたカラムを
利用したアフィニティクロマトグラフィーなどを例示す
ることができる。
Specific examples of the method include ordinary reconstitution treatment, treatment with a protein precipitant (salting out method), centrifugation,
Osmotic shock method, sonication, ultrafiltration, molecular sieve chromatography (gel filtration), adsorption chromatography, ion exchange chromatography, affinity chromatography, high-performance liquid chromatography (HPL
Various types of liquid chromatography such as C), dialysis, and combinations thereof can be exemplified. Particularly preferred methods include affinity chromatography using a column to which a specific antibody against the protein of the present invention is bound. it can.

【0060】また、遺伝子でコードされるアミノ酸配列
において、その一部のアミノ酸残基ないしはアミノ酸配
列を置換、欠失、付加などにより改変する場合には、例
えばサイトスペシフィック・ミュータゲネシスなどの前
記した各種方法により行うことができる。
In addition, in the amino acid sequence encoded by the gene, when a part of the amino acid residues or the amino acid sequence is modified by substitution, deletion, addition, etc., the amino acid sequence may be modified by various methods described above such as cytospecific mutagenesis. It can be done by a method.

【0061】本発明蛋白質は、また、配列番号:1に示
すアミノ酸配列に従って、一般的な化学合成法により製
造することができる。該方法には、通常の液相法及び固
相法によるペプチド合成法が包含される。
The protein of the present invention can be produced by a general chemical synthesis method according to the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. The method includes a conventional liquid phase method and a solid phase method for peptide synthesis.

【0062】かかるペプチド合成法は、より詳しくは、
アミノ酸配列情報に基づいて、各アミノ酸を1個ずつ逐
次結合させて鎖を延長させていく所謂ステップワイズエ
ロンゲーション法と、アミノ酸数個からなるフラグメン
トを予め合成し、次いで各フラグメントをカップリング
反応させるフラグメント・コンデンセーション法とを包
含し、本発明蛋白質の合成は、そのいずれによってもよ
い。
The peptide synthesis method is described in more detail
Based on the amino acid sequence information, a so-called stepwise elongation method in which each amino acid is sequentially linked one by one to extend the chain, a fragment consisting of several amino acids is synthesized in advance, and then each fragment is subjected to a coupling reaction. And the fragment condensation method, and the synthesis of the protein of the present invention may be carried out by any of them.

【0063】かくして得られる本発明蛋白質は、前記し
た各種の方法、例えばイオン交換樹脂、分配クロマトグ
ラフィー、ゲルクロマトグラフィー、向流分配法などの
ペプチド化学の分野で汎用される方法に従って、適宜精
製を行うことができる。
The protein of the present invention thus obtained is appropriately purified according to the above-mentioned various methods, for example, a method widely used in the field of peptide chemistry such as ion exchange resin, partition chromatography, gel chromatography, and countercurrent partition method. It can be carried out.

【0064】[0064]

【発明の効果】本発明によれば、本発明で初めて見出さ
れたタンパク質及び/又は遺伝子を利用し、特に植物内
で任意の有用タンパク質を高い効率で発現させることが
できる。
According to the present invention, proteins and / or genes discovered for the first time in the present invention can be used to express any useful protein in plants with high efficiency.

【0065】[0065]

【実施例】以下、実施例についてさらに詳しく説明する
が、本発明はこれらの実施例になんら限定されるもので
はない。(1)GFPの葉緑体内での発現−葉緑体形質転換技術 本発明者はpsbAプロモータとGFP(green fluorescent pr
otein: 緑色蛍光タンパク質)遺伝子の融合遺伝子を葉緑
体ゲノムに保持する安定形質転換体を得、葉緑体内での
GFP発現に成功した(Plant Cell Physiology, 4, 367-3
71 (2000))。タバコのpsbAプロモータを、SD配列、gfp
遺伝子、Trps16(ターミネイター)からなるGFPカセッ
トの上流につないだ。ここでのgfp遺伝子はクロモフォ
ア領域に変異を導入した(Phe64Ser65 をLeu64Thr65に
置換)ものである。これをpRV112A(Nucl. Acids. Res.
22, 3819-3824) に準じて作製した葉緑体形質転換用ベ
クターpKH5プラスミドに組み込んだ。pKH5プラスミドは
スペクチノマイシン耐性遺伝子aadAを含むaadAカセット
を持つ。aadAカセットは[16SrDNAのプロモータ::aadA::
psbAのターミネイター]よりなるもので、pCT08(Proc. N
atl. Acad. Sci. USA, 95, 9705-9709 (1998))より切り
出して使用した。タバコ葉緑体形質転換は、上記の様に
作製したプラスミドをパーティクルガンで無菌状態の葉
に打ち込むことにより行った(Biorad社、PDS1000He Bi
olistic gun; Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 913-9
17 (1993))。続いてスペクチノマイシンを含む培地等
で形質転換シュートを選抜した(Proc. Natl. Acad. Sc
i. USA, 87, 8526-8530 (1990))。形質転換体の確認は
サザンハイブリダイゼーションにより行い、目的の位置
に正しく挿入配列を持つ形質転換体であることを確認し
た。また、全ての葉緑体ゲノムが形質転換されたホモ個
体を得ることができた。gfpのmRNAの発現はノザンハイ
ブリダイゼーションにより確認された。GFPの発現は共
焦点レーザー顕微鏡(BioRad社、MRC600 Z 又はmicro-R
adiance)を用いて観察した。GFPは葉緑体内のみに蓄積
し、管状構造などが観察された。
The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, but it should not be construed that the present invention is limited to these Examples. (1) Expression of GFP in chloroplast-chloroplast transformation technique The present inventors have studied psbA promoter and GFP (green fluorescent pr
otein: green fluorescent protein) to obtain a stable transformant carrying the fusion gene in the chloroplast genome.
GFP was successfully expressed (Plant Cell Physiology, 4, 367-3
71 (2000)). Tobacco psbA promoter, SD sequence, gfp
It was connected upstream of a GFP cassette consisting of the gene, Trps16 (terminator). Here, the gfp gene has a mutation introduced into the chromophore region (Phe64Ser65 is replaced with Leu64Thr65). This is called pRV112A (Nucl. Acids. Res.
22, 3819-3824), which was incorporated into a chloroplast transformation vector pKH5 plasmid. The pKH5 plasmid has an aadA cassette containing the spectinomycin resistance gene aadA. The aadA cassette is [promoter of 16S rDNA :: aadA ::
psbA terminator], pCT08 (Proc. N
Atl. Acad. Sci. USA, 95, 9705-9709 (1998)). Transformation of tobacco chloroplasts was performed by injecting the plasmid prepared as described above into a sterile leaf with a particle gun (Biorad, PDS1000He Bi
olistic gun; Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 913-9
17 (1993)). Subsequently, transformation shoots were selected on a medium containing spectinomycin (Proc. Natl. Acad. Sc).
i. USA, 87, 8526-8530 (1990)). The transformant was confirmed by Southern hybridization, and it was confirmed that the transformant had the correct inserted sequence at the target position. In addition, homozygotes in which all chloroplast genomes were transformed could be obtained. The expression of gfp mRNA was confirmed by Northern hybridization. Expression of GFP was determined by confocal laser microscopy (BioRad, MRC600 Z or micro-R
adiance). GFP was accumulated only in the chloroplast, and a tubular structure was observed.

【0066】以上の結果は、葉緑体内に外来遺伝子を組
み込み発現させることが可能であることを証明する。(2)シグマ因子結合タンパク質の同定および機能解析 本発明者は、真核生物では見出されていないシグマ因子
結合タンパク質を標的にした。
The above results demonstrate that a foreign gene can be incorporated and expressed in chloroplasts. (2) Identification and functional analysis of sigma factor binding protein The present inventors targeted a sigma factor binding protein that has not been found in eukaryotes.

【0067】現在までに報告されているプラスチドシグ
マ因子は、大腸菌 σ70を含む細菌のクラスI及びIIの
ものと相同である4つの保存配列(領域1から領域4)
を有する。特に、D1及びD2タンパク質をコードする遺伝
子psbA及びpsbDのプロモータでは、−35エレメントは
光応答転写には必要でない、あるいは存在しないので、
本発明者は、大腸菌 σ70において−35エレメントを
認識することが知られている領域4に注目した。
[0067] plastid sigma factor that is reported to date, four conserved sequences are those homologous to class I and II of bacteria, including E. coli sigma 70 (region from the region 1 4)
Having. In particular, in the promoters of the genes psbA and psbD encoding the D1 and D2 proteins, the -35 element is not required or not present for light-responsive transcription,
The present inventors have focused on a region 4 which is known to recognize -35 elements in E. coli sigma 70.

【0068】本発明者は、yeast two-hybrid法(Clonte
ch社、Yeast Protocols Handbook(PT3024-1),Matchmake
r Gal4 two-hybrid user manual(PT3061-1)等参照)に
よりプラスチドシグマ因子であるシロイヌナズナ SigA
(FEBS Letters, 413, 309-313 (1997), Proc. Natl. A
cad. Sci. USA, 94, 14948-14953 (1997)等参照)の領
域4と相互作用するタンパク質を探索した。2つの陽性
クローンを2×106クローンから得たが、それらは同
じタンパク質をコードしていた。
The present inventors have proposed the yeast two-hybrid method (Clonte
ch, Yeast Protocols Handbook (PT3024-1), Matchmake
r See the Gal4 two-hybrid user manual (PT3061-1), etc.) to determine the plastid sigma factor Arabidopsis thaliana SigA
(FEBS Letters, 413, 309-313 (1997), Proc. Natl. A
cad. Sci. USA, 94, 14948-14953 (1997), etc.). Two positive clones were obtained from 2 × 10 6 clones, which encoded the same protein.

【0069】シロイヌナズナ cDNAライブラリーは、上
記の陽性クローンから得たcDNAフラグメントを用いてス
クリーニングされ、全長cDNAを同定した。最長のcDNAの
最大のオープンリーディングフレームは、151個のア
ミノ酸配列をコードしていた(図1および配列番号
2)。このタンパク質を「SibI」と略す。データベース
検索の結果、SibIは公知の機能を有するすべてのタンパ
ク質と相同でないことが明らかになった。しかしなが
ら、56.3%の相同性を有する1つのホモログがシロ
イヌナズナにおいて見出された(T3K9.5、genebank acce
ssion no.AC004261及び配列番号4)。
The Arabidopsis thaliana cDNA library was screened using cDNA fragments obtained from the positive clones described above, and a full-length cDNA was identified. The largest open reading frame of the longest cDNA encoded a 151 amino acid sequence (FIG. 1 and SEQ ID NO: 2). This protein is abbreviated as “SibI”. Database search revealed that Sibl was not homologous to any protein with a known function. However, one homolog with 56.3% homology was found in Arabidopsis (T3K9.5, genebank acce).
ssion no. AC004261 and SEQ ID NO: 4).

【0070】SibIのN末端領域は正に荷電され、水酸基
を有するアミノ酸残基が豊富であり(配列番号1)、こ
れは葉緑体移行シグナル、トランジットペプチド(trans
it peptide)の特徴である。一方、PSORT(タンパク質分
類用プログラム, http://psort.nibb.ac.jp)はこのN
末端領域内に核局在化シグナルを予測する。SibIの葉緑
体内への輸送を調べるために、2つのプラスミドをCaMV
35S-プロモータの制御下にSibIのN末端の40個のアミ
ノ酸(TP40)または92個のアミノ酸(TP92)と融合したGF
P( K.Isono et al., Proc.Natl.Acad.Sci.USA 94, 149
48(1997))を発現するために構築した(それぞれのGFP融
合タンパク質をTP40, TP92と呼ぶことにする)。GFPの
み又はRbcSトランジットペプチド(W.-L.Chiu et al., C
urr Biol., 6, 325(1996))と融合したGFPを発現するプ
ラスミドが、各々葉緑体輸送陰性及び陽性コントロール
として使用された(それぞれGFP,RBCSと呼ぶ)。シロイ
ヌナズナ ロゼット葉から調製されたプロトプラストを
ポリエチレングリコール法(S.Abel, A.Theologis, Plan
t J. 5, 421(1994))により各プラスミドで形質転換し、
GFP蛍光の位置を調べた(図2)。
The N-terminal region of Sibl is positively charged and rich in amino acid residues having a hydroxyl group (SEQ ID NO: 1), which is a chloroplast translocation signal, a transit peptide (trans
It peptide). On the other hand, PSORT (protein classification program, http://psort.nibb.ac.jp)
Predict a nuclear localization signal within the terminal region. To examine the transport of SibI into chloroplasts, two plasmids were
GF fused to the N-terminal 40 amino acids (TP40) or 92 amino acids (TP92) of Sibl under the control of the 35S-promoter
P (K. Isono et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94, 149
48 (1997)) (each GFP fusion protein will be referred to as TP40, TP92). GFP only or RbcS transit peptide (W.-L. Chiu et al., C
Plasmids expressing GFP fused with urr Biol., 6, 325 (1996)) were used as chloroplast transport negative and positive controls, respectively (referred to as GFP and RBCS, respectively). Protoplasts prepared from Arabidopsis rosette leaves were subjected to the polyethylene glycol method (S. Abel, A. Theologis, Plan
t J. 5, 421 (1994)).
The position of GFP fluorescence was examined (FIG. 2).

【0071】GFPを発現する陰性コントロールにおい
て、GFPシグナルは葉緑体中には観察されず、GFPはトラ
ンジットペプチドなしには葉緑体に輸送されないことを
示す。TP92及びRBCS(陽性コントロール)の場合、形質
転換された細胞は葉緑体からのGFP蛍光を示したが、GFP
の葉緑体輸送はTP40を発現する細胞では検出されなかっ
た。これらの結果は、N末端の92アミノ酸はトランジ
ットペプチドとして機能するが、N末端の40アミノ酸
はトランジットペプチドとして機能しないことを示す。
しかしながら、内在性SibIの細胞内分布が明らかにされ
るべきである。というのはTP40及びTP92ではコントロー
ルGFPよりも核あるいはその周辺に局在化する傾向が高
いからである(データは示さない)。
In the negative control expressing GFP, no GFP signal was observed in the chloroplast, indicating that GFP was not transported to the chloroplast without the transit peptide. In the case of TP92 and RBCS (positive control), the transformed cells showed GFP fluorescence from chloroplasts,
Chloroplast transport was not detected in cells expressing TP40. These results indicate that the N-terminal 92 amino acids function as a transit peptide, but the N-terminal 40 amino acids do not function as a transit peptide.
However, the subcellular distribution of endogenous SibI should be determined. This is because TP40 and TP92 have a higher tendency to localize at or around the nucleus than control GFP (data not shown).

【0072】プラスチド遺伝子転写におけるSibIの機能
を明らかにするために、本発明者は形質転換プロトプラ
ストを利用した葉緑体転写ラン−オンアッセイ系を確立
した。7週齢のロゼット葉から調製されたプロトプラス
トをCaMV35Sプロモータの制御下にSibIの全コード化領
域を発現するように構築されたプラスミドで形質転換し
た。全長SibIの代わりにTP92を発現するプラスミド(図
2)をコントロール実験のために使用した。形質転換さ
れたプロトプラストはCBS(0.3M ソルビトール、50mM He
pes-NaOH, pH7.6, 2mM EDTA)中に懸濁し、クロロフィル
濃度を2.5mg/mlとした。このプロトプラスト懸濁液をラ
ン−オン混合液(37.5mM Hepes-NaOH, pH7.9, 12.5mM Mg
Cl2, 50mM KCl, 25μg/mlヘパリン、各625μMのATP, CT
P及びGTP, 62.5μMのUTP, 200μCi[α-32P]UTP, 240U R
Naseの阻害剤)に直接加え、標識された転写物を代表的
な葉緑体遺伝子のDNAを用いてドット−ブロットされた
膜にハイブリダイズすることにより分析した。図3は得
られた転写パターンを3つの異なる方法で処理したプロ
トプラストで比較する。形質転換されていないプロトプ
ラストにおいて、葉緑体遺伝子中でrrn16, rbcL,及びps
bAの比較的高い転写が、以前の研究(J. Biol. Chem. 26
7, 21404-21411 (1992), Plant Physiol. 109, 105-112
(1995))の観察と一致して検出された。驚くべきこと
に、psbD転写の劇的な活性化とpsbA転写の強い増強がSi
bI発現プロトプラストにおいて見出されたが、TP92発現
プロトプラストにおいては見出されなかった。他のプラ
スチド遺伝子の転写はSibIによりほとんど影響されなか
った。これらの結果は、転写の増強がSibIにより誘導さ
れ、psbD及びpsbAプロモータに特異的であることを示
す。
In order to elucidate the function of SibI in plastid gene transcription, the present inventors have established a chloroplast transcription run-on assay system using a transformed protoplast. Protoplasts prepared from 7-week-old rosette leaves were transformed with a plasmid constructed to express the entire coding region of Sibl under the control of the CaMV35S promoter. A plasmid expressing TP92 instead of full-length Sibl (Figure 2) was used for control experiments. The transformed protoplasts were CBS (0.3 M sorbitol, 50 mM He
pes-NaOH, pH 7.6, 2 mM EDTA) to give a chlorophyll concentration of 2.5 mg / ml. This protoplast suspension was mixed with a run-on mixture (37.5 mM Hepes-NaOH, pH 7.9, 12.5 mM Mg
Cl 2 , 50 mM KCl, 25 μg / ml heparin, 625 μM each ATP, CT
P and GTP, 62.5 μM UTP, 200 μCi [α- 32 P] UTP, 240 U R
Nase inhibitors) and the labeled transcripts were analyzed by hybridizing to a dot-blotted membrane with DNA of a representative chloroplast gene. FIG. 3 compares the resulting transfer patterns with protoplasts treated in three different ways. In untransformed protoplasts, rrn16, rbcL, and ps in the chloroplast gene
The relatively high transcription of bA has been reported in previous studies (J. Biol. Chem. 26
7, 21404-21411 (1992), Plant Physiol. 109, 105-112
(1995)). Surprisingly, dramatic activation of psbD transcription and strong enhancement of psbA transcription
Found in bI-expressing protoplasts, but not in TP92-expressing protoplasts. Transcription of other plastid genes was hardly affected by Sibl. These results indicate that transcriptional enhancement is induced by Sibl and is specific for the psbD and psbA promoters.

【0073】SibIのSigAに対する特異的結合を試験する
ために、SibIとシロイヌナズナの他のシグマ因子(SigB,
SigD及びSigE)の間の相互作用をyeast two-hybrid 法
により調べた結果、相互作用はSigAを除いて観察されな
かった(データは示さない)。SibIとSigA領域4の直接
的な相互作用を確認するために、GST pull-downアッセ
イを図4に示すように行った。
To test the specific binding of SibI to SigA, SibI and other sigma factors in Arabidopsis (SigB,
Examination of the interaction between SigD and SigE) by the yeast two-hybrid method showed that no interaction was observed except for SigA (data not shown). In order to confirm the direct interaction between SibI and SigA region 4, a GST pull-down assay was performed as shown in FIG.

【0074】MBP-SibI(SibIとmaltose binding protei
n (MBP) の融合タンパク質)はGST-SigAR4(SigA領域4
とglutathione-S-transferase(GST)との融合タンパク
質)とのみ相互作用し(レーン5)、GST(レーン6)及
びGST-SigBR4(レーン4)とはいずれも反応しない。図
4に示す結果は、該相互作用が直接的であり、相互作用
部分がSibIとSigA領域4の部分上にあることを示す。
MBP-SibI (SibI and maltose binding protein
n (MBP) fusion protein) is GST-SigAR4 (SigA region 4
Interacts only with GST (Glutathione-S-transferase (GST)) (lane 5), and does not react with GST (lane 6) or GST-SigBR4 (lane 4). The results shown in FIG. 4 indicate that the interaction is direct and that the interacting moiety is on a portion of SibI and SigA region 4.

【0075】yeast two-hybridアッセイの結果と一致し
て、pull-downアッセイの結果は、SibIとSigA領域4が
直接かつ特異的に相互作用することを明瞭に示す。
Consistent with the results of the yeast two-hybrid assay, the results of the pull-down assay clearly show that SibI and SigA region 4 interact directly and specifically.

【0076】なお、SibIに代えてT3K9.5を用いて同様の
実験を行うことにより、T3K9.5はSibIと同様にSigA
と結合することを確認した(データは示さない)。
By performing the same experiment using T3K9.5 in place of SibI, T3K9.5 was found to have SigA in the same manner as SibI.
(Data not shown).

【0077】最後に、本発明者は、psbDプロモータがSi
bIと組み合わされて、所望の有用タンパク質の葉緑体工
場の構築において非常に強力なプロモータになり得る非
常に高い可能性を提供することを強調する。(3)シグマ因子結合タンパク質遺伝子(SibI, T3K9.5
遺伝子)の核ゲノムへの組み込み 本発明者はSibI及びT3K9.5遺伝子のセンス(及びアンチ
センス)鎖を発現する形質転換植物体の作製を行った。
本実験は植物体内でSibIまたはT3K9.5の大量発現、(及
び発現抑制)を試みる目的で行われた。pBI121プラスミ
ド(バイナリーベクター、Clontech社)にこれら遺伝子
をCaMV35Sプロモータのもとでセンス鎖(及びアンチセ
ンス鎖)を発現するように、またnos3'領域を下流に配
置するように組み込み、アグロバクテリアに形質転換し
た。アグロバクテリアの形質転換体の選抜にはカナマイ
シンを用いた。この形質転換アグロバクテリアを減圧浸
透法(細胞工学別冊、植物細胞工学シリーズ4,モデル
植物の実験プロトコール、イネ・シロイヌナズナ編、島
本功岡田清孝 監修、秀潤社 109-113)によりシロイ
ヌナズナに感染させた。感染植物体より種子を回収し、
カナマイシンを含む選抜培地に播種し、形質転換体を得
ることが出来た。またそれらの次世代の種子を回収する
ことも可能であった。以上の結果はSibIやT3K9.5の過剰
発現株及び発現抑制株は、なんら生殖機能には異常ない
ことを示唆する。
Finally, the present inventor has reported that the psbD promoter is Si
It emphasizes that in combination with bI, it offers a very high potential to be a very strong promoter in the construction of a chloroplast factory of the desired useful protein. (3) Sigma factor binding protein gene (SibI, T3K9.5
The present inventors have prepared a transformed plant that expresses the sense (and antisense) strands of the Sibl and T3K9.5 genes.
This experiment was performed for the purpose of trying to express large amounts of SibI or T3K9.5 in a plant body (and to suppress the expression). These genes were incorporated into a pBI121 plasmid (binary vector, Clontech) so as to express the sense strand (and antisense strand) under the CaMV35S promoter, and to place the nos3 'region downstream, and to transform Agrobacteria. Converted. Kanamycin was used for selection of Agrobacterium transformants. Arabidopsis was infected with the transformed Agrobacteria by vacuum infiltration (Cell Engineering Separate Volume, Plant Cell Engineering Series 4, Experimental Protocol for Model Plants, Rice and Arabidopsis thaliana, edited by Isamu Shimamoto, supervised by Kiyotaka Okada, Shujunsha 109-113) . Recovering seeds from infected plants,
The cells were seeded on a selection medium containing kanamycin to obtain a transformant. It was also possible to collect those next-generation seeds. The above results suggest that strains overexpressing and suppressing SibI or T3K9.5 have no abnormality in reproductive function.

【0078】[0078]

【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> KANSAI TLO Co., ltd. <120> Plastid Sigma Factor Binding Protein <130> 10F00JP <160> 4 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 754 <212> DNA <213> Arabidopsis thalina <400> 1 acaggaaccg aac atg gag tca tca tcg tcg act ttt ctc acc acg aca 49 Met Glu Ser Ser Ser Ser Thr Phe Leu Thr Thr Thr 1 5 10 agc tta gac aag aaa aaa cca tct ccg gtt tca aga aaa tca cca aag 97 Ser Leu Asp Lys Lys Lys Pro Ser Pro Val Ser Arg Lys Ser Pro Lys 15 20 25 caa aag aag aag acg act tcg acg aat aaa ccc atc aaa gtt cgt tac 145 Gln Lys Lys Lys Thr Thr Ser Thr Asn Lys Pro Ile Lys Val Arg Tyr 30 35 40 atc tca aac ccc atg aga gtt caa act tgt gct tct aag ttc aga gag 193 Ile Ser Asn Pro Met Arg Val Gln Thr Cys Ala Ser Lys Phe Arg Glu 45 50 55 60 ctc gtt caa gaa ctc aca ggc caa gac gcc gtc gat ctt caa ccg gag 241 Leu Val Gln Glu Leu Thr Gly Gln Asp Ala Val Asp Leu Gln Pro Glu 65 70 75 ccc atc tat tcc cct tcc tcc gac gac cac aac ctt tct cca ccg gcg 289 Pro Ile Tyr Ser Pro Ser Ser Asp Asp His Asn Leu Ser Pro Pro Ala 80 85 90 gag aat ctt gcg cca cgt gtt ctt cat cag gag ccg ttc ggt gag aga 337 Glu Asn Leu Ala Pro Arg Val Leu His Gln Glu Pro Phe Gly Glu Arg 95 100 105 gac agt gat tgt tat gag ccg ttg aat gcg gaa gac atg ttt tta cct 385 Asp Ser Asp Cys Tyr Glu Pro Leu Asn Ala Glu Asp Met Phe Leu Pro 110 115 120 gat cag atg tcg gca ggt ttt tct ggg ttt ttc tct aat ggg ttt tac 433 Asp Gln Met Ser Ala Gly Phe Ser Gly Phe Phe Ser Asn Gly Phe Tyr 125 130 135 140 aat gtc aat gac ttt gga agc atc gat tct atg tgataatctt 476 Asn Val Asn Asp Phe Gly Ser Ile Asp Ser Met 145 150 151 tcagagtttt tattaggggt ttcatctagt agatatatat cattatgata tcgatacata 536 aatttaaccc ccaaattgat acatggatat gttaattact atagggtttg ggatgcgaat 596 tagtatatga gtaagttgtt ttgtaaacag tttttttttt cttaaatttg tttgtttgtt 656 ttttcttaca tcaaaacttc ggtaatgtat gaacatattt tctatttaat caagaaacat 716 gtgataatct aaagttagcg attaataagc cttcaagt 754 <210> 2 <211> 151 <212> PRT <213> Arabidopsis thalina <400> 2 Met Glu Ser Ser Ser Ser Thr Phe Leu Thr Thr Thr Ser Leu Asp Lys 1 5 10 15 Lys Lys Pro Ser Pro Val Ser Arg Lys Ser Pro Lys Gln Lys Lys Lys 20 25 30 Thr Thr Ser Thr Asn Lys Pro Ile Lys Val Arg Tyr Ile Ser Asn Pro 35 40 45 Met Arg Val Gln Thr Cys Ala Ser Lys Phe Arg Glu Leu Val Gln Glu 50 55 60 Leu Thr Gly Gln Asp Ala Val Asp Leu Gln Pro Glu Pro Ile Tyr Ser 65 70 75 80 Pro Ser Ser Asp Asp His Asn Leu Ser Pro Pro Ala Glu Asn Leu Ala 85 90 95 Pro Arg Val Leu His Gln Glu Pro Phe Gly Glu Arg Asp Ser Asp Cys 100 105 110 Tyr Glu Pro Leu Asn Ala Glu Asp Met Phe Leu Pro Asp Gln Met Ser 115 120 125 Ala Gly Phe Ser Gly Phe Phe Ser Asn Gly Phe Tyr Asn Val Asn Asp 130 135 140 Phe Gly Ser Ile Asp Ser Met 145 150 151 <210> 3 <211> 754 <212> DNA <213> Arabidopsis thalina <400> 3 acaggaaccg aacatggagt catcatcgtc gacttttctc accacgacaa gcttagacaa 60 gaaaaaacca tctccggttt caagaaaatc accaaagcaa aagaagaaga cgacttcgac 120 gaataaaccc atcaaagttc gttacatctc aaaccccatg agagttcaaa cttgtgcttc 180 taagttcaga gagctcgttc aagaactcac aggccaagac gccgtcgatc ttcaaccgga 240 gcccatctat tccccttcct ccgacgacca caacctttct ccaccggcgg agaatcttgc 300 gccacgtgtt cttcatcagg agccgttcgg tgagagagac agtgattgtt atgagccgtt 360 gaatgcggaa gacatgtttt tacctgatca gatgtcggca ggtttttctg ggtttttctc 420 taatgggttt tacaatgtca atgactttgg aagcatcgat tctatgtgat aatctttcag 480 agtttttatt aggggtttca tctagtagat atatatcatt atgatatcga tacataaatt 540 taacccccaa attgatacat ggatatgtta attactatag ggtttgggat gcgaattagt 600 atatgagtaa gttgttttgt aaacagtttt ttttttctta aatttgtttg tttgtttttt 660 cttacatcaa aacttcggta atgtatgaac atattttcta tttaatcaag aaacatgtga 720 taatctaaag ttagcgatta ataagccttc aagt 754 <210> 4 <211> 426 <212> DNA <213> Arabidopsis thalina T3K9.5 <400> 4 atg gat cag tca tca tca acg ttg ctc ata aac cag aga aag tca tca 48 Met Asp Gln Ser Ser Ser Thr Leu Leu Ile Asn Gln Arg Lys Ser Ser 1 5 10 15 tcg tct ccg act agg atc cca cct aag cag aag agg aag tca acg act 96 Ser Ser Pro Thr Arg Ile Pro Pro Lys Gln Lys Arg Lys Ser Thr Thr 20 25 30 acg cac aaa ccc atc aaa gtc cgt tac ata tca aat ccg atg aga gtc 144 Thr His Lys Pro Ile Lys Val Arg Tyr Ile Ser Asn Pro Met Arg Val 35 40 45 gag act tgt cct tct aag ttc aga gag ctt gtt caa gaa ctc acc ggt 192 Glu Thr Cys Pro Ser Lys Phe Arg Glu Leu Val Gln Glu Leu Thr Gly 50 55 60 caa gac gcc gct gat cta cca ccg tcg ccc acc act ttt acc gcc gta 240 Gln Asp Ala Ala Asp Leu Pro Pro Ser Pro Thr Thr Phe Thr Ala Val 65 70 75 80 gat ctc cac cgt ccg tgt gag tcg gag atg aac tta gag ccg ttg gat 288 Asp Leu His Arg Pro Cys Glu Ser Glu Met Asn Leu Glu Pro Leu Asp 85 90 95 gga gag gtc cgt gga gag tat tat tca ccg ttg gat gag gaa gtg ttt 336 Gly Glu Val Arg Gly Glu Tyr Tyr Ser Pro Leu Asp Glu Glu Val Phe 100 105 110 aat gct cct cag atg tcg gca ggt ctt tct ggt ttt ttc tcg tct gga 384 Asn Ala Pro Gln Met Ser Ala Gly Leu Ser Gly Phe Phe Ser Ser Gly 115 120 125 ttt tac aat gtt aac gct tta gga agc att ggt tct ctc tga 432 Phe Tyr Asn Val Asn Ala Leu Gly Ser Ile Gly Ser Leu * 130 135 140 141[Sequence List] SEQUENCE LISTING <110> KANSAI TLO Co., ltd. <120> Plastid Sigma Factor Binding Protein <130> 10F00JP <160> 4 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 754 <212> DNA <213> Arabidopsis thalina <400> 1 acaggaaccg aac atg gag tca tca tcg tcg act ttt ctc acc acg aca 49 Met Glu Ser Ser Ser Ser Thr Phe Leu Thr Thr Thr 1 5 10 agc tta gac aag aaa aaa cca tct ccg gtt tca aga aaa tca cca aag 97 Ser Leu Asp Lys Lys Lys Pro Ser Pro Val Ser Arg Lys Ser Pro Lys 15 20 25 caa aag aag aag acg act tcg acg aat aaa ccc atc aaa gtt cgt tac 145 Gln Lys Lys Lys Thr Thr Ser Thr Asn Lys Pro Ile Lys Val Arg Tyr 30 35 40 atc tca aac ccc atg aga gtt caa act tgt gct tct aag ttc aga gag 193 Ile Ser Asn Pro Met Arg Val Gln Thr Cys Ala Ser Lys Phe Arg Glu 45 50 55 60 ctc gtt caa gaa ctc aca ggc caa gac gcc gtc gat ctt caa ccg gag 241 Leu Val Gln Glu Leu Thr Gly Gln Asp Ala Val Asp Leu Gln Pro Glu 65 70 75 ccc atc tat tcc cct tcc tcc gac gac cac aac ctt tct cca cc gcg 289 Pro Ile Tyr Ser Pro Ser Ser Asp As p His Asn Leu Ser Pro Pro Ala 80 85 90 gag aat ctt gcg cca cgt gtt ctt cat cag gag ccg ttc ggt gag aga 337 Glu Asn Leu Ala Pro Arg Val Leu His Gln Glu Pro Phe Gly Glu Arg 95 100 105 gac agt gat tgt tat gag ccg ttg aat gcg gaa gac atg ttt tta cct 385 Asp Ser Asp Cys Tyr Glu Pro Leu Asn Ala Glu Asp Met Phe Leu Pro 110 115 120 gat cag atg tcg gca ggt ttt tct ggg ttt ttc tct aat ggg ttt tac Asp Gln Met Ser Ala Gly Phe Ser Gly Phe Phe Ser Asn Gly Phe Tyr 125 130 135 140 aat gtc aat gac ttt gga agc atc gat tct atg tgataatctt 476 Asn Val Asn Asp Phe Gly Ser Ile Asp Ser Met 145 150 151 tcagagtttt tattagggt tattaggg agatatatat cattatgata tcgatacata 536 aatttaaccc ccaaattgat acatggatat gttaattact atagggtttg ggatgcgaat 596 tagtatatga gtaagttgtt ttgtaaacag tttttttttt cttaaatttg tttgtttgtt 656 ttttcttaca tcaaaacttc ggtaatgtat gaacatattt tctatttaat caagaaacat 716 gtgataatct aaagttagcg attaataagc cttcaagt 754 <210> 2 <211> 151 <212> PRT <213> Arabidopsis thalina <400> 2 Met Glu Ser Ser Ser Ser Thr Phe Leu Thr Thr Thr Ser Leu Asp Lys 1 5 10 15 Lys Lys Pro Ser Pro Val Ser Arg Lys Ser Pro Lys Gln Lys Lys Lys 20 25 30 Thr Thr Ser Thr Asn Lys Pro Ile Lys Val Arg Tyr Ile Ser Asn Pro 35 40 45 Met Arg Val Gln Thr Cys Ala Ser Lys Phe Arg Glu Leu Val Gln Glu 50 55 60 Leu Thr Gly Gln Asp Ala Val Asp Leu Gln Pro Glu Pro Ile Tyr Ser 65 70 75 80 Pro Ser Ser Asp Asp His Asn Leu Ser Pro Pro Ala Glu Asn Leu Ala 85 90 95 Pro Arg Val Leu His Gln Glu Pro Phe Gly Glu Arg Asp Ser Asp Cys 100 105 110 Tyr Glu Pro Leu Asn Ala Glu Asp Met Phe Leu Pro Asp Gln Met Ser 115 120 125 Ala Gly Phe Ser Gly Phe Phe Ser Asn Gly Phe Tyr Asn Val Asn Asp 130 135 140 Phe Gly Ser Ile Asp Ser Met 145 150 151 <210> 3 <211> 754 <212> DNA <213> Arabidopsis thalina <400> 3 acaggaaccg aacatggagt catcatcgtc gacttttctc accacgacaa gcttagacaa 60 gaaaaaacca tctccggttt caagaaaatc accaaagcaa aagaagaaga cgacttcgac 120 gaataaaccc atcaaagttc gttacatctc aaaccccatg agagttcaaa cttgtgctcgag taagcgtcagagc taga c gccgtcgatc ttcaaccgga 240 gcccatctat tccccttcct ccgacgacca caacctttct ccaccggcgg agaatcttgc 300 gccacgtgtt cttcatcagg agccgttcgg tgagagagac agtgattgtt atgagccgtt 360 gaatgcggaa gacatgtttt tacctgatca gatgtcggca ggtttttctg ggtttttctc 420 taatgggttt tacaatgtca atgactttgg aagcatcgat tctatgtgat aatctttcag 480 agtttttatt aggggtttca tctagtagat atatatcatt atgatatcga tacataaatt 540 taacccccaa attgatacat ggatatgtta attactatag ggtttgggat gcgaattagt 600 atatgagtaa gttgttttgt aaacagtttt ttttttctta aatttgtttg tttgtttttt 660 cttacatcaa aacttcggta atgtatgaac atattttcta tttaatcaag aaacatgtga 720 taatctaaag ttagcgatta ataagccttc aagt 754 <210> 4 <211> 426 <212> DNA <213> Arabidopsis thalina T 3 K9.5 <400> 4 atg gat cag tca tca tca acg ttg ctc ata aac cag aga aag tca tca 48 Met Asp Gln Ser Ser Ser Thr Leu Leu Ile Asn Gln Arg Lys Ser Ser 1 5 10 15 tcg tct ccg act agg atc cca cct aag cag aag agg aag tca acg act 96 Ser Ser Pro Thr Arg Ile Pro Pro Lys Gln Lys Arg Lys Ser Thr Thr 20 25 30 acg cac aaa ccc at c aaa gtc cgt tac ata tca aat ccg atg aga gtc 144 Thr His Lys Pro Ile Lys Val Arg Tyr Ile Ser Asn Pro Met Arg Val 35 40 45 gag act tgt cct tct aag ttc aga gag ctt gtt caa gaa ctc acc ggt 192 Glu Thr Cys Pro Ser Lys Phe Arg Glu Leu Val Gln Glu Leu Thr Gly 50 55 60 caa gac gcc gct gat cta cca ccg tcg ccc acc act ttt acc gcc gta 240 Gln Asp Ala Ala Asp Leu Pro Pro Ser Pro Thr Thr Phe Thr Ala Val 65 70 75 80 gat ctc cac cgt ccg tgt gag tcg gag atg aac tta gag ccg ttg gat 288 Asp Leu His Arg Pro Cys Glu Ser Glu Met Asn Leu Glu Pro Leu Asp 85 90 95 gga gag gtc cgt gga gag tat tat tca ccg ttg gat gag gaa gtg ttt 336 Gly Glu Val Arg Gly Glu Tyr Tyr Ser Pro Leu Asp Glu Glu Val Phe 100 105 110 aat gct cct cag atg tcg gca ggt ctt tct ggt ttt ttc tcg tct gga 384 Asn Ala Pro Gln Seret Ala Gly Leu Ser Gly Phe Phe Ser Ser Gly 115 120 125 ttt tac aat gtt aac gct tta gga agc att ggt tct ctc tga 432 Phe Tyr Asn Val Asn Ala Leu Gly Ser Ile Gly Ser Leu * 130 135 140 141

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

【図1】本発明のプロモータ結合タンパク質のアミノ酸
配列及び塩基配列を示す。図1において、16位〜32
位の下線を引いたアミノ酸配列は推定核局在化シグナル
を示す。2つのポリアデニル化部位を*で示す。TP40及
びTP92は図2においてGFPに融合されるN末端領域の端
を示す。
FIG. 1 shows the amino acid sequence and base sequence of the promoter binding protein of the present invention. In FIG. 1, 16th to 32nd
The underlined amino acid sequence at the position indicates a putative nuclear localization signal. Two polyadenylation sites are indicated by *. TP40 and TP92 indicate the ends of the N-terminal region fused to GFP in FIG.

【図2】GFP融合タンパク質により示されるSibIの葉緑
体輸送を示す図面代用写真である。グリーンチャンネル
は形質転換されたプロトプラスト細胞中のGFPシグナル
を示す。レッドチャンネルは葉緑体由来のクロロフィル
蛍光を示す。画像は慣用の蛍光顕微鏡により撮影され、
Adobe Photoshopにより加工された。
FIG. 2 is a photograph substituted for a drawing, showing chloroplast transport of SibI exhibited by the GFP fusion protein. Green channels indicate GFP signal in transformed protoplast cells. The red channel shows chlorophyll fluorescence from chloroplasts. The images were taken with a conventional fluorescent microscope,
Processed by Adobe Photoshop.

【図3】形質転換されたSibI発現プロトプラストでのps
bD及びpsbA転写の特異的活性化を示す図面代用写真であ
る。プロトプラスト及び葉緑体は、[α-32P]UTPを含む
ラン−オン混合物に加えることにより浸透圧の作用で破
裂する。10分間25℃でインキュベーション後、標識
された転写物を精製し、プラスチド遺伝子のいくつかの
DNAでドット−ブロットされた膜にハイブリダイズした
(プラスチドDNAはPCRにより調製した。PsbD: 925bp(78-
1002), rbcL: 944bp(104-1047), rrn16: 923bp(363-128
5), psbA: 918bp(106-1023), psbB: 930bp(554-1483),
psaA: 963bp(433-1395), rpoB: 949bp(1795-2743)。括
弧内の数字は、翻訳開始部位からの位置)。最終洗浄条
件は0.1×SSC, 0.1%SDSで50℃、30分間である。画
像は、ピクトログラフィー(pictrography)及びBAS2000
により得られた。lDNAは陰性コントロールとして作用す
る。「プラスミド無し」は、トランスフォーミングプラ
スミドを添加しない以外は同様に処理したプラスミドを
用いて処理した結果を示す。尚、プロトプラストは、Si
bIを発現するために構築したプラスミドで形質転換した
(ポリエチレングリコールを用いた方法)。このプラス
ミドはCaMV35Sプロモータ・sibI・ターミネイター(pul
y-Aシグナル)(NOS3')を含むプラスミドであり、TP92
を発現するためのプラスミドは図2に用いたものであ
る。
FIG. 3. ps in transformed SibI-expressing protoplasts
4 is a photograph as a substitute of a drawing, showing specific activation of bD and psbA transcription. Protoplasts and chloroplasts burst under the effect of osmotic pressure when added to a run-on mixture containing [α- 32 P] UTP. After incubation at 25 ° C. for 10 minutes, the labeled transcript was purified and some of the plastid gene was purified.
Hybridized to dot-blotted membrane with DNA
(Plastid DNA was prepared by PCR. PsbD: 925 bp (78-
1002), rbcL: 944bp (104-1047), rrn16: 923bp (363-128
5), psbA: 918 bp (106-1023), psbB: 930 bp (554-1483),
psaA: 963 bp (433-1395), rpoB: 949 bp (1795-2743). The number in parentheses is the position from the translation start site). The final washing conditions are 0.1 × SSC, 0.1% SDS at 50 ° C. for 30 minutes. The images are pictrography and BAS2000
Was obtained. lDNA acts as a negative control. "No plasmid" indicates the result of treatment using a plasmid treated in the same manner except that no transforming plasmid was added. The protoplast is Si
Transformation was performed with the plasmid constructed to express bI (method using polyethylene glycol). This plasmid contains the CaMV35S promoter, sibI, and terminator (pul
yA signal) (NOS3 ').
The plasmid used to express is the one used in FIG.

【図4】SibIとSigA領域4の特異的及び直接的な相互作
用を示す図面代用写真である。グルタチオン−S−トラ
ンスフェラーゼ(GST)とSigA領域4及びSigB領域4との
融合タンパク(各々GST-SigAR4及びGST-SigBR4)を大腸
菌中で発現し、グルタチオン−Sepharose4Bビーズ上に
固定化した。コントロールとしてGSTをビーズ上に固定
化した。SibIは大腸菌中でマルトース結合蛋白(MBP)と
の融合タンパク質(MBP-SibI)として発現され、20〜3
0%飽和の硫酸アンモニウムにより沈殿されたフラクシ
ョン中に回収された。該フラクションにおいてMBP-SibI
は主要なタンパク質の1つであった(レーン10)。MB
Pはコントロール実験のために調製された(レーン1
1)。MBP-SibIまたはMBPは上記で調製したビーズと混
合されて1時間25℃でインキュベートされた。溶液A
(20mM Tris-HCl, pH7.3及び150mMNaCl)で完全に洗浄
後、結合したタンパク質をグルタチオン溶液(50mMグル
タチオン、150mM NaCl、及び100mM Tris-HCl, pH8.0)
により溶出し、SDS-PAGE及び銀染色により分析した(レ
ーン4〜9)レーン1〜3はMBP-SibI及びMBPをいずれ
も加えないで行われたコントロール試験結果を示す。
FIG. 4 is a photograph substituted for a drawing, showing a specific and direct interaction between SibI and SigA region 4. Fusion proteins of glutathione-S-transferase (GST) with SigA region 4 and SigB region 4 (GST-SigAR4 and GST-SigBR4, respectively) were expressed in E. coli and immobilized on glutathione-Sepharose4B beads. GST was immobilized on the beads as a control. SibI is expressed in Escherichia coli as a fusion protein (MBP-SibI) with maltose binding protein (MBP),
Collected in the fraction precipitated by 0% saturated ammonium sulfate. MBP-SibI in the fraction
Was one of the major proteins (lane 10). MB
P was prepared for control experiments (lane 1
1). MBP-SibI or MBP was mixed with the beads prepared above and incubated at 25 ° C. for 1 hour. Solution A
After completely washing with (20 mM Tris-HCl, pH 7.3 and 150 mM NaCl), the bound protein was removed from the glutathione solution (50 mM glutathione, 150 mM NaCl, and 100 mM Tris-HCl, pH 8.0).
And analyzed by SDS-PAGE and silver staining (lanes 4 to 9). Lanes 1 to 3 show the results of a control test performed without adding MBP-SibI or MBP.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 豊島 喜則 京都市左京区吉田二本松町 京都大学人 間・環境学研究科内 Fターム(参考) 2B030 AA02 AB03 AD08 CA06 CA17 CA19 CB02 CD03 CD07 CD09 4B024 AA08 BA21 BA80 CA04 DA01 DA05 EA04 FA02 GA11 GA19 HA01 HA14 4B065 AA11X AA88X AA88Y AB01 AC09 AC14 BA02 BA25 CA24 CA53 4H045 AA10 AA30 CA30 DA01 EA05 FA74  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Yoshinori Toshima Yoshida Nihonmatsucho, Sakyo-ku, Kyoto Kyoto University Graduate School of Human and Environmental Studies F-term (reference) 2B030 AA02 AB03 AD08 CA06 CA17 CA19 CB02 CD03 CD07 CD09 4B024 AA08 BA21 BA80 CA04 DA01 DA05 EA04 FA02 GA11 GA19 HA01 HA14 4B065 AA11X AA88X AA88Y AB01 AC09 AC14 BA02 BA25 CA24 CA53 4H045 AA10 AA30 CA30 DA01 EA05 FA74

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】以下の(a)または(b)のポリペプチ
ド: (a)配列番号2で表されるポリペプチド; (b)ポリペプチド(a)において1又は複数個のアミノ
酸が置換、欠失又は付加したポリペプチドを含み、プラ
スチドシグマ因子結合活性を有するポリペプチド。
1. A polypeptide of the following (a) or (b): (a) a polypeptide represented by SEQ ID NO: 2; (b) one or more amino acids in the polypeptide (a) are substituted or deleted. A polypeptide comprising a lost or added polypeptide and having plastid sigma factor binding activity.
【請求項2】以下の(a)及び(b)のいずれかのポリ
ヌクレオチドからなる遺伝子: (a)配列番号:1で示される塩基配列又はそれらの相
補鎖、(b)上記(a)の塩基配列からなるポリヌクレ
オチドとストリンジェントな条件下でハイブリダイズす
るポリヌクレオチド。
2. A gene comprising any of the following polynucleotides (a) and (b): (a) a base sequence represented by SEQ ID NO: 1 or a complementary strand thereof; A polynucleotide that hybridizes under stringent conditions to a polynucleotide consisting of a base sequence.
【請求項3】配列番号:1で示される塩基配列である請
求項2に記載の遺伝子。
3. The gene according to claim 2, which is a nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 1.
【請求項4】配列番号:2で示されるアミノ酸配列を有
するポリペプチドをコードする遺伝子。
4. A gene encoding a polypeptide having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2.
【請求項5】D1又はD2タンパク質遺伝子のプロモー
タまたはその類縁体の下流に有用ポリペプチドをコード
する遺伝子を機能的に結合した発現カセットを有する色
素体ゲノム。
5. A plastid genome having an expression cassette operably linked to a gene encoding a useful polypeptide downstream of a promoter of a D1 or D2 protein gene or an analog thereof.
【請求項6】請求項5に記載の色素体ゲノムを有する形
質転換植物源。
6. A transformed plant source having the plastid genome according to claim 5.
【請求項7】請求項6に記載の形質転換植物源を栽培す
る有用タンパク質の発現方法。
7. A method for expressing a useful protein for cultivating the transformed plant source according to claim 6.
【請求項8】請求項1に記載のポリペプチドの、植物内
で有用タンパク質の発現を促進するための使用。
8. Use of the polypeptide according to claim 1 for promoting the expression of a useful protein in a plant.
【請求項9】光合成能を有する生物のシグマ因子に結合
性を有するタンパク質。
9. A protein capable of binding to a sigma factor of an organism having photosynthetic ability.
【請求項10】色素体ゲノムのプロモータを色素体RNA
ポリメラーゼに結合することにより活性化することがで
きるタンパク質。
10. The plastid genome promoter is a plastid RNA.
A protein that can be activated by binding to a polymerase.
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