JP2002505084A - Plant alkaline and neutral invertase - Google Patents

Plant alkaline and neutral invertase

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JP2002505084A
JP2002505084A JP2000530618A JP2000530618A JP2002505084A JP 2002505084 A JP2002505084 A JP 2002505084A JP 2000530618 A JP2000530618 A JP 2000530618A JP 2000530618 A JP2000530618 A JP 2000530618A JP 2002505084 A JP2002505084 A JP 2002505084A
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アルント・シュトゥルム
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ノバルティス アクチエンゲゼルシャフト
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    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
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    • C12N9/24Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2)
    • C12N9/2402Hydrolases (3) acting on glycosyl compounds (3.2) hydrolysing O- and S- glycosyl compounds (3.2.1)
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Abstract

(57)【要約】 本発明は、pH6.0-7.5の範囲で最高活性となるインベルターゼ活性を有する蛋白質に翻訳され得るヌクレオチド配列を含むDNA、および組換法で製造されたコード化蛋白質を提供する。   (57) [Summary] The present invention provides a DNA comprising a nucleotide sequence that can be translated into a protein having an invertase activity having the highest activity in the pH range of 6.0 to 7.5, and an encoded protein produced by a recombinant method.

Description

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

【0001】 本発明は、スクロースを加水分解する蛋白質をコードするDNAに関する。特に 、本発明は、中性インベルターゼ活性を有する蛋白質に翻訳され得るDNAを記載 する。[0001] The present invention relates to a DNA encoding a protein that hydrolyzes sucrose. In particular, the present invention describes DNA that can be translated into a protein having neutral invertase activity.

【0002】 多くの植物種において、スクロース(α-D-グルコピラノシル β-D-フルクト
フラノシド)は、光同化作用の最初の非リン酸化生成物であって、有機栄養植物
組織のためのエネルギーおよび炭素の可動源である。スクロースの代謝は、有機
栄養植物器官の生存の絶対要件であり、スクロースはインベルターゼまたはスク
ロース・シンターゼによって開裂された後に初めて利用され得る。
[0002] In many plant species, sucrose (α-D-glucopyranosyl β-D-fructofuranoside) is the first non-phosphorylated product of photo-anabolism and is the energy source for organotrophic plant tissues. And a mobile source of carbon. Sucrose metabolism is an absolute requirement for the survival of organotrophic plant organs, and sucrose can only be used after being cleaved by invertase or sucrose synthase.

【0003】 インベルターゼはスクロースをグルコースとフルクトースに加水分解し、その
上で、種々の生化学経路に供給される。インベルターゼには、異なった生化学的
性質と細胞内分布を示す幾つかのアイソフォームが存在する。酸性インベルター
ゼは、4.0から5.5の範囲の酸性至適pHによって特徴つけられる。それらは、細胞
壁に結合しているか(細胞壁インベルターゼ)または空胞中に可溶性蛋白質とし
て見出される(空胞性インベルターゼ)。該酸性インベルターゼのアミノ酸配列
は保存されたモチーフを共有している。配列類似性の分析は、これらが進化論的
に酵母および細菌のインベルターゼと関係していることを示唆するが、対応物は
動物細胞には見出されていない。技術的には、酸性インベルターゼは、製菓産業
において、容易に結晶化するスクロースを容易には結晶化しにくいグルコース−
フルクトース混合物に変換するために使用されている。それによって、例えばチ
ョコレートで被覆された固いスクロース核は、柔らかな中心エート(ate)に変 換される。特定の用途によっては、中性またはアルカリ性の至適pHを有するイン
ベルターゼが好まれる。
[0003] Invertase hydrolyzes sucrose into glucose and fructose, which is then supplied to various biochemical pathways. There are several isoforms of invertase that exhibit different biochemical properties and subcellular distribution. Acid invertase is characterized by an acidic pH optimum in the range of 4.0 to 5.5. They are either attached to the cell wall (cell wall invertase) or found in vacuoles as soluble proteins (vacuolar invertase). The amino acid sequence of the acid invertase shares a conserved motif. Analysis of sequence similarity suggests that they are evolutionarily related to yeast and bacterial invertases, but no counterpart has been found in animal cells. Technically, acid invertase is used in the confectionery industry to convert easily crystallizing sucrose into glucose-
It has been used to convert to fructose mixtures. Thereby, for example, a hard sucrose core coated with chocolate is converted into a soft central ate. For certain applications, invertases having a neutral or alkaline optimum pH are preferred.

【0004】 中性およびアルカリ性インベルターゼは、それぞれ6.0から7.5および7.5から8
.5の範囲の至適pHによって特徴づけられる。これらは成熟組織に限られると考え
られ、一般に細胞質中に蓄積すると推定され、これはN-結合グリカンが検出され
ていないという事実によって支持される。現在まで、中性インベルターゼの分子
構造および遺伝子は解明されていない。しかしながら、これは中性およびアルカ
リ性インベルターゼの生物工学的開発の必須前提である。最近、ニンジン(Dauc
us carota cv Queen Anne's Lace)から対応する酵素が精製され(Lee and Stum
, Plant Physiol. 112:1513-1522(1996))、生化学的に検討された。
[0004] Neutral and alkaline invertases are 6.0 to 7.5 and 7.5 to 8 respectively.
Characterized by an optimum pH in the range of .5. These are thought to be restricted to mature tissues and are generally assumed to accumulate in the cytoplasm, supported by the fact that N-linked glycans have not been detected. To date, the molecular structure and gene of neutral invertase has not been elucidated. However, this is an essential prerequisite for the biotechnological development of neutral and alkaline invertase. Recently, carrots (Dauc
The corresponding enzyme was purified from us carota cv Queen Anne's Lace (Lee and Stum
, Plant Physiol. 112: 1513-1522 (1996)).

【0005】 ニンジンの懸濁培養細胞は、pH6の上下に異なる至適pHを持つ可溶性スクロー ス開裂活性を有する(それぞれアルカリ性および酸性インベルターゼ)。二つの
活性は、20-45%飽和の硫酸アンモニウム沈殿によって効果的に分離された。中性
およびアルカリ性インベルターゼ活性は蛋白質ペレット中に検出されたが、酸性
インベルターゼのそれは上清に残った。20-45%硫酸アンモニウム画分をQ-セファ
ロース上でクロマトグラフし、インベルターゼ活性の2個の分離不良のピークを 得た。活性画分を合併し、HA-ウルトロゲル上でクロマトグラフし、次いでグリ ーン19によるアフィニティ・クロマトグラフを行って2個のピークを効果的に分 離した。
[0005] Carrot suspension culture cells have soluble sucrose cleavage activity with different optimum pH above and below pH 6 (alkaline and acid invertase, respectively). The two activities were effectively separated by ammonium sulfate precipitation at 20-45% saturation. Neutral and alkaline invertase activity was detected in the protein pellet, whereas that of acid invertase remained in the supernatant. The 20-45% ammonium sulfate fraction was chromatographed on Q-Sepharose to obtain two poorly separated peaks of invertase activity. The active fractions were combined, chromatographed on HA-Ultrogel, and then affinity chromatographed on green 19 to effectively separate the two peaks.

【0006】 中性至適pHを持つスクロース開裂活性(中性インベルターゼ、H1)は非結合性
蛋白質画分中で同定される。より塩基性の至適pHを持つ活性(アルカリ性インベ
ルターゼ、H2)は、HA-ウルトロゲルおよびグリーン19色素カラムに結合し塩含 有緩衝液で溶出され得る。この精製段階で、中性インベルターゼはインベルター
ゼ活性の約3分の1に相当し、アルカリ性インベルターゼは3分の2に相当した。中
性およびアルカリ性インベルターゼを含む画分をそれぞれプールし、個々に、ゲ
ル濾過クロマトグラフィー、第2のイオン交換クロマトグラフィー、第2のゲル濾
過クロマトグラフィーおよび疎水性相互作用クロマトグラフィーでさらに精製し
た。中性インベルターゼに対するマクロ−プレプ陰イオン交換クロマトグラフィ
ー(Macro-Prep)は、調製物から混入蛋白質を除去するのに最も効果的な操作で
ある。プロピルアガロース・クロマトグラフィーはアルカリ性インベルターゼの
比活性を向上させなかったが、電気泳動的に純粋な酵素を得るためには必要であ
った。精製の最後に、2つの酵素の10%未満が回収された。この低収率は、採用さ
れた種々の精製工程と酵素の安定性不良のためと考えられる。
[0006] Sucrose cleavage activity with a neutral optimum pH (neutral invertase, H 1 ) is identified in the non-binding protein fraction. Activities with a more basic optimal pH (alkaline invertase, H 2 ) can be bound to HA-Ultrogel and Green 19 dye columns and eluted with a salt-containing buffer. At this stage of the purification, neutral invertase represented approximately one third of the invertase activity and alkaline invertase represented two thirds. Fractions containing neutral and alkaline invertase were each pooled and individually further purified by gel filtration chromatography, second ion exchange chromatography, second gel filtration chromatography and hydrophobic interaction chromatography. Macro-Prep anion exchange chromatography on neutral invertase is the most effective procedure for removing contaminating proteins from preparations. Propyl agarose chromatography did not improve the specific activity of alkaline invertase, but was necessary to obtain electrophoretically pure enzyme. At the end of the purification, less than 10% of the two enzymes were recovered. This low yield is believed to be due to the various purification steps employed and the poor stability of the enzyme.

【0007】 中性インベルターゼは、およそ456kDのポリペプチドとしてゲル濾過カラムか ら溶出されることが見出されたが、精製酵素はSDSポリアクリルアミド・ゲル電 気泳動においておよそ57kDの単一バンドとして移動した。アルカリ性インベルタ
ーゼは、およそ504kDのポリペプチドとして溶出されることが見出されたが、精 製酵素はSDSポリアクリルアミド・ゲル電気泳動においておよそ126kDの単一バン
ドとして移動した。この結果は、中性インベルターゼは対応する酵素の8量体で
、アルカリ性インベルターゼは4量体で構成されていることを示唆した。至適pH はそれぞれpH6.8および8.0と決定された。さらに、中性インベルターゼは、ラフ
ィノースおよびスタキオースを開裂することが示され、この酵素のβ-フルクト フロニダーゼ活性が示唆された。
[0007] Neutral invertase was found to elute from the gel filtration column as a polypeptide of approximately 456 kD, while the purified enzyme migrated as a single band of approximately 57 kD in SDS polyacrylamide gel electrophoresis. did. Alkaline invertase was found to elute as a polypeptide of approximately 504 kD, while the purified enzyme migrated as a single band of approximately 126 kD on SDS polyacrylamide gel electrophoresis. This result suggested that neutral invertase was composed of the octamer of the corresponding enzyme and alkaline invertase was composed of the tetramer. The optimum pH was determined to be pH 6.8 and 8.0, respectively. In addition, neutral invertase was shown to cleave raffinose and stachyose, suggesting β-fructoflonidase activity of this enzyme.

【0008】 本発明の主たる目的は、インベルターゼ活性を持つ蛋白質に翻訳され得るヌク
レオチド配列を含むDNAを提供することにあり、その最高活性はpH6.0から8.5、 好ましくは6.0から7.5で得られる。中性およびアルカリ性インベルターゼは異な
る遺伝子の産物であると信じられるが、これらは免疫学的に関連していると見ら
れる。
[0008] The main object of the present invention is to provide a DNA comprising a nucleotide sequence which can be translated into a protein having invertase activity, the highest activity of which is obtained at pH 6.0 to 8.5, preferably 6.0 to 7.5. Neutral and alkaline invertases are believed to be products of different genes, but they appear to be immunologically related.

【0009】 動的プログラミング・アルゴリスムは、多種類のアラインメントを与える。一
般に、配列のアラインメントには二つの方法がある。Needlemanおよび Wunschに
よってあるいはSellersによって提唱されたアルゴリスムは、2個の配列の全長を
関連付けし、配列の全体のアラインメントを提供する。他方、Smith-Watermanの
アルゴリズムは、部分的(local)アラインメントを与える。部分的アラインメ ントは、スコアリングマトリックスとギャップペナルテイーを選択することによ
り、配列中の最も近似した1組の領域をアラインする。このことにより、配列中 の最も高率で保存された領域を絞りこむためのデーターベースの検索を可能にす
る。これは、また配列中の類似ドメインの同定を可能にする。Smith-Watermanの
アルゴリズムを用いるアラインメントを加速するために、BLAST(Basic Local A
lignment Search Tool)およびFASTAの両方がアラインメントにさらに限定を加 える。
[0009] Dynamic programming algorithms provide many types of alignments. Generally, there are two methods for aligning sequences. Algorithms proposed by Needleman and Wunsch or by Sellers relate the full lengths of the two sequences and provide an overall alignment of the sequences. On the other hand, Smith-Waterman's algorithm gives a local alignment. Partial alignment aligns the closest set of regions in the sequence by selecting a scoring matrix and gap penalties. This allows a database search to narrow the most conserved regions of the sequence. This also allows the identification of similar domains in the sequence. To accelerate alignment using the Smith-Waterman algorithm, BLAST (Basic Local A
lignment Search Tool) and FASTA both further limit alignment.

【0010】 本発明においては、アラインメントは、問題が蛋白質であるかDNAであるかに 関わりなく、全ての利用できる配列データベースを検索するようにデザインされ
た一連の類似性検索プログラム、BLASTを用いて都合よく実行される。この検索 手段、BLASTバージョン2.0(Gapped BLAST)は、インターネット上で一般に利用
可能となっている(現在のアドレス:http://www.ncbi.nim.gov/BLAST/)。それ
は発見的なアルゴリズムを使用し、全体的(global)アルゴリズムに対比した部
分的アルゴリズムを求め、それ故にかけ離れた領域のみを共有する配列間の関連
性を検出することができる。BLAST検索で与えられるスコアは、充分に確立され た統計的意義を持っている。本発明の範囲内において、部分的配列のアラインメ
ントにギャップを導入するblastpプログラムおよびPSI−BLASTプログラムは特に
有用であって、両プログラムは、アミノ酸の問題の配列を蛋白質配列のデータベ
ースと対比し、さらにblastp改変プログラムは2個の配列だけの部分的アライン メントを行う。該プログラムは、違反値に任意のパラメーターを与えて有利に実
行される。
In the present invention, the alignment is performed using BLAST, a series of similarity search programs designed to search all available sequence databases, regardless of whether the problem is protein or DNA. Performed conveniently. This search method, BLAST version 2.0 (Gapped BLAST), is generally available on the Internet (current address: http://www.ncbi.nim.gov/BLAST/). It uses heuristic algorithms, seeks partial algorithms as opposed to global algorithms, and thus can detect associations between sequences that share only distant regions. The scores given in BLAST searches have a well-established statistical significance. Within the scope of the present invention, the blastp program and the PSI-BLAST program, which introduce gaps in the alignment of partial sequences, are particularly useful, both programs comparing amino acid problematic sequences with protein sequence databases, and The blastp modification program performs a partial alignment of only two sequences. The program is advantageously executed with the violation values given arbitrary parameters.

【0011】 本発明によるアミノ酸配列の既知配列との、全体的または部分的アラインメン
トは、酸性インベルターゼまたは他のスクロース代謝酵素の既知配列に対して、
40%未満の配列一致を示す。中性インベルターゼ活性を持つ蛋白質に翻訳され得 るヌクレオチド配列を含むDNAの例は、配列番号1および配列番号3に記載されて いる。コード化されたインベルターゼのアミノ酸配列は配列番号2に示されてい る。配列番号2に40%を超える配列同一性を示す蛋白質およびそれらの対応する遺
伝子は、少なくとも、種、果実または貯蔵性器官を収穫する如何なる植物からも
単離可能である。例として、蛋白性作物、油性作物および澱粉貯蔵性作物、シュ
ガービート、コーン、スィート・コーン、大豆、ヒマワリ、草類(grasses)、セ
イヨウアブラナ、小麦、大麦、モロコシ、イネ、メロン、スイカ、スクワッシュ
、チコリ、トマト、コショウ、ブロッコリ、カリフラワー、キャベツ、キウリ、
ダイコン、ビーンズおよびレタスがある。
[0011] The total or partial alignment of the amino acid sequence with the known sequence according to the present invention is based on the known sequence of the acid invertase or other sucrose metabolizing enzymes.
Shows less than 40% sequence identity. Examples of DNA containing a nucleotide sequence that can be translated into a protein having neutral invertase activity are set forth in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 3. The amino acid sequence of the encoded invertase is shown in SEQ ID NO: 2. Proteins exhibiting greater than 40% sequence identity to SEQ ID NO: 2 and their corresponding genes can be isolated from at least any plant that harvests seeds, fruits or storage organs. Examples include proteinaceous, oily and starch-storing crops, sugar beet, corn, sweet corn, soy, sunflower, grasses, rape, wheat, barley, sorghum, rice, melon, watermelon, squash , Chicory, tomato, pepper, broccoli, cauliflower, cabbage, cucumber,
There are radish, beans and lettuce.

【0012】 配列番号2に記載した蛋白質は、シグナル・ペプチドを欠き、非常に親水性で ある。さらに、それは18個のシステイン残基と15個のメチオニン残基を有してい
る。それは、Lilium longiflorumから得られた部分的cDNAクローンによってコー
ドされたLIM17蛋白質に対するアラインメントで最高の全配列同一性(47%)を示
す。他の蛋白質配列との全体的アラインメントでは40%未満の配列同一性与える 。LIM蛋白質をコードするDNA配列は、元来、減数分裂前期に特異的なサブストラ
クション・プローブを用いて、減数分裂前期のLilium longiflorumの小胞子母細
胞から得られたライブラリーのスクリーニングによって同定された(Kobayashi
et al, DNA Research 1: 15-26, 1994)。コンピュータ・プログラムGAPを用いLi
lium longiflorum LIM17蛋白質の部分配列から得られたアミノ酸配列は、本ニン
ジンの蛋白質と47%同一(58%類似)である。
[0012] The protein set forth in SEQ ID NO: 2 lacks a signal peptide and is very hydrophilic. In addition, it has 18 cysteine residues and 15 methionine residues. It shows the highest total sequence identity (47%) in alignment to the LIM17 protein encoded by the partial cDNA clone obtained from Lilium longiflorum. Overall alignment with other protein sequences gives less than 40% sequence identity. The DNA sequence encoding the LIM protein was originally identified by screening a library obtained from micromeispore cells of Lnium longiflorum in meiotic prophase using a meiosis-specific subtraction probe. (Kobayashi
et al, DNA Research 1: 15-26, 1994). Li using computer program GAP
The amino acid sequence obtained from the partial sequence of lium longiflorum LIM17 protein is 47% identical (58% similar) to the present carrot protein.

【0013】 単細胞のシアノバクテリアであるSynechocystis(ORF sll0626)のゲノムにコ
ード化されている関連するLIM17蛋白質は、幾つかの大ギャップを至適アライン メントのために導入した後、該ニンジン酵素の配列と37%同一(47%類似)を示す
。従って、本発明のインベルターゼと40%を超える配列同一性を示す関連蛋白質 は、光合成を行うバクテリアに見つかるかもしれないという可能性がある。該ニ
ンジン蛋白質のように、LiliumおよびSynechocystisからのLIM17蛋白質は、Cys とMetに富んでいるが、ポリペプチド鎖中のそれらの位置は保存されているよう には見えない。ニンジン配列ホモログより小さいLIM17蛋白質の機能および酵素 活性は知られていない。
[0013] The related LIM17 protein, encoded in the genome of the unicellular cyanobacterium Synechocystis (ORF sll0626), contains the sequence of the carrot enzyme after several large gaps have been introduced for optimal alignment. And 37% identical (47% similar). Therefore, it is possible that related proteins that exhibit greater than 40% sequence identity with the invertases of the present invention may be found in photosynthetic bacteria. Like the carrot protein, the LIM17 protein from Lilium and Synechocystis is rich in Cys and Met, but their position in the polypeptide chain does not appear to be conserved. The function and enzymatic activity of the LIM17 protein smaller than the carrot sequence homolog is unknown.

【0014】 従って、本発明により、中性インベルターゼのファミリーは、全体的アライン
メント後に配列番号2に対して40%またはそれを超えるアミノ酸配列の同一性を示
すメンバーとして定義される。好ましくは、アミノ酸配列の同一性は50%以上、 さらに言えば55%以上である。55%以上同一の配列はサブファミリーと考えられる
。本発明の配列は、また、少なくとも330、450または510塩基ペアの長さを持ち 、配列番号2の部分的にアラインさせた成分配列と少なくとも60%、70%または75%
以上もの同一性を持つ成分配列(component sequence)を包含する。
Thus, according to the present invention, the family of neutral invertases is defined as members exhibiting 40% or more amino acid sequence identity to SEQ ID NO: 2 after global alignment. Preferably, the amino acid sequence identity is at least 50%, more specifically at least 55%. Sequences that are 55% or more identical are considered subfamilies. The sequences of the present invention may also have a length of at least 330, 450 or 510 base pairs and have at least 60%, 70% or 75% of the partially aligned component sequence of SEQ ID NO: 2.
The above includes a component sequence having the same identity.

【0015】 多様性配列アラインメントを行うには、ある種のアルゴリズムは、配列の同一
性に加えて、個々のアミノ酸の正味電荷や疎水性/親水性比の同一性のような配
列類似性も考慮することができる。それゆえに、該アルゴリズムは、1個のアミ ノ酸の他の1個による置換が、当該蛋白質の構造および機能を維持するのに必要 な物理的および化学的性質が保存されそうであるか、蛋白質の本質的構造および
機能の特徴が失われそうであるかということも評価する。このような配列類似性
は、同一のアミノ酸のパーセンテージに対する陽性アミノ酸のパーセンテージの
比較によって定量化され、ボーダーラインの場合に蛋白質を正しい蛋白質ファミ
リに分類するのを助ける。本発明の範囲で特に興味ある蛋白質は、少なくとも下
記の特徴的アミノ酸配列の1個を含むアミノ酸配列を持つインベルターゼである : (a)VGTVAA (配列番号4) (b)AIGRV (配列番号5) (c)DFGESAIGRVAPVDSGLWWIIL (配列番号6) (d)CMIDRRMGI (配列番号7) (e)PTLLVTDGSCMIDRRMGIHGHPLEIQAL (配列番号8) (f)GGYLIGN (配列番号9) (g)DFRFFTLGN (配列番号10)
To perform diversity sequence alignments, some algorithms take into account, in addition to sequence identity, sequence similarities, such as the net charge of individual amino acids and the identity of the hydrophobic / hydrophilic ratio. can do. Therefore, the algorithm considers that substitution of one amino acid with another one is likely to preserve the physical and chemical properties necessary to maintain the structure and function of the protein, Also assesses whether the essential structural and functional characteristics of are likely to be lost. Such sequence similarity is quantified by comparing the percentage of positive amino acids to the percentage of identical amino acids, and helps to classify proteins into the correct protein family in the case of borderlines. A protein of particular interest within the scope of the present invention is an invertase having an amino acid sequence comprising at least one of the following characteristic amino acid sequences: (a) VGTVAA (SEQ ID NO: 4) (b) AIGRV (SEQ ID NO: 5) ( c) DFGESAIGRVAPVDSGLWWIIL (SEQ ID NO: 6) (d) CMIDRRMGI (SEQ ID NO: 7) (e) PTLLVTDGSCMIDRRMGIHGHPLEIQAL (SEQ ID NO: 8) (f) GGYLIGN (SEQ ID NO: 9) (g) DFRFFTLGN (SEQ ID NO: 10)

【0016】 該新ファミリーの蛋白質に属するインベルターゼをコードするDNAは、次の一 般的方法で製造され得る。少なくとも15個、好ましくは20から30個、さらに好ま
しくは100個の連続するヌクレオチドよりなる配列番号1の一本鎖断片をプローブ
として使用し、当該断片にハイブリダイズするクローンをDNAライブラリーから スクリーニングする。ハイブリダイゼイションを決定する要素は、Sambrook, et
al, Molecular cloning: A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laborato
ry Press, chapters 9.47-9.57 and 11.45-11.49, 1989に記載されている。ハイ
ブリダイズするクローンを配列決定し、配列番号2と40%以上の配列同一性を持つ
蛋白質をコードするオープン・リーデイング・フレームを含むDNAクローンを精 製する。該DNAは、次いで一連の定型的遺伝子組替え法、例えば、制限酵素分解 、ライゲーションあるいはポリメラーゼ・チェーン・リアクションによってさら
に加工する。
A DNA encoding invertase belonging to the new family of proteins can be produced by the following general method. Using a single-stranded fragment of SEQ ID NO: 1 consisting of at least 15, preferably 20 to 30, and more preferably 100 contiguous nucleotides as a probe, a clone hybridizing to the fragment is screened from a DNA library. . The factors that determine hybridization are Sambrook, et.
al, Molecular cloning: A laboratory manual, Cold Spring Harbor Laborato
ry Press, chapters 9.47-9.57 and 11.45-11.49, 1989. The hybridizing clone is sequenced and a DNA clone containing an open reading frame encoding a protein having at least 40% sequence identity to SEQ ID NO: 2 is purified. The DNA is then further processed by a series of routine genetic recombination methods, such as restriction digestion, ligation or polymerase chain reaction.

【0017】 配列番号1によって定義されるヌクレオチド配列を含むDNAは、次のようにして
クローンされ得る: 精製されたニンジン中性インベルターゼの部分的内部トリプシン性ペプチド配列
(XNIYPDQIPPWLV、配列番号11)とestデータベースの比較で、それが、Arabidop
sisから得られたest t88552(Arabidopsis cDNA 1026 bp 3'末端)によってコ ードされるアミノ酸配列中に存在することが判った。このペプチド配列をコード
するDNA断片(ヌクレオチド100-410)が、プライマー 5'-TCTAAGGATCTAGAAAGAGCCATTA-3'(配列番号12)および 5'-TTCAATTGAATTCAATATAGCTTC-3'(配列番号13) を使用するPCRによって単離され得た。このPCR生成物を、XbaIおよびEcoRIで切 断後E.coliプラスミドpBluescript II KS(Stratagene)のそれぞれの位置にラ イゲイトした。このプラスミドを増幅し、精製した後、断片を切り出し、アガロ
ース電気泳動と電気溶離によって精製し、[α‐32P]ATPでランダムに標識した
。この標識したDNAをプローブとして、野生ニンジン(Daucus carota cv Queen
Anne's Lace, W001C)の高速成長懸濁培養によって作成したライブラリーをスク
リーンした。得られたクローンを配列決定し、例えば、5'の29 bpおよび3'の393
bpの非コード化配列を含む2447ヌクレオチド・インサートを包含するクローン を明らかにし、そのORFは、Arabidopsis est t88552に由来するアミノ酸配列と8
0%の同一性(86%の類似性)を共有し、675アミノ酸からなる蛋白質をコードする
DNA containing the nucleotide sequence defined by SEQ ID NO: 1 can be cloned as follows: Purified carrot neutral invertase partial internal tryptic peptide sequence (XNIYPDQIPPWLV, SEQ ID NO: 11) and est In the database comparison, it is Arabidop
It was found to be present in the amino acid sequence encoded by est t88552 (Arabidopsis cDNA 1026 bp 3 'end) obtained from sis. A DNA fragment (nucleotides 100-410) encoding this peptide sequence was synthesized by PCR using primers 5'-TCTAAGGA TCTAGA AAGAGCCATTA-3 '(SEQ ID NO: 12) and 5'-TTCAATT GAATTC AATATAGCTTC-3' (SEQ ID NO: 13). Could be isolated by This PCR product was cut with XbaI and EcoRI, and then ligated to each position of the E. coli plasmid pBluescript II KS (Stratagene). After amplification and purification of this plasmid, the fragment was excised, purified by agarose electrophoresis and electroelution, and randomly labeled with [α- 32 P] ATP. Using this labeled DNA as a probe, wild carrot (Daucus carota cv Queen)
The library created by high-speed growth suspension culture of Anne's Lace, W001C) was screened. The resulting clones were sequenced, e.g., 5'29 bp and 3'393
A clone was identified that contained a 2447 nucleotide insert containing the non-coding sequence of bp, the ORF of which was identical to the amino acid sequence from Arabidopsis est t88552 and 8
Encodes a protein of 675 amino acids sharing 0% identity (86% similarity).

【0018】 当業者は、インベルターゼの新しいファミリーに属する蛋白質をコードする如
何なる遺伝子にも適用できるように上記の方法を修飾し得る。さらに、配列番号
3の開示は、配列番号1の15、好ましくは20-30またはそれ以上の連続した配列に よって特徴付けられるヌクレオチドの配列を含むテンプレートから、DNA断片を 増幅することを試みるポリメラーゼ・チェーン・リアクションのためのオリゴヌ
クレオチドのデザインを当業者に可能にする。該ヌクレオチドは、配列番号1の2
0、好ましくは20-30またはそれ以上の塩基ペアからなるヌクレオチド配列を包含
する。少なくとも1個のこのようなオリゴヌクレオチドおよびその増幅産物を使 用して遂行されるポリメラーゼ・チェーン・リアクションは、本発明の他の態様
を構成する。さらに、開示されたヌクレオチド配列は当業者に形質転換ベクター
を設計することを可能にし、該ベクターは、例えばWO96/27673(17-20頁)に記 載された確立された形質転換技術を適用して形質転換植物を発生させるために使
用され得る。
One of skill in the art can modify the above methods to apply to any gene encoding a protein belonging to the new family of invertases. In addition, SEQ ID NO:
No. 3 discloses a polymerase chain reaction that attempts to amplify a DNA fragment from a template comprising a sequence of nucleotides characterized by 15, preferably 20-30 or more contiguous sequences of SEQ ID NO: 1. The skilled artisan in the design of oligonucleotides for The nucleotide is 2 of SEQ ID NO: 1.
It encompasses nucleotide sequences consisting of 0, preferably 20-30 or more base pairs. The polymerase chain reaction performed using at least one such oligonucleotide and its amplification product constitutes another aspect of the present invention. In addition, the disclosed nucleotide sequences allow one of ordinary skill in the art to design transformation vectors, which apply the established transformation techniques described, for example, in WO 96/27673 (pages 17-20). Can be used to generate transformed plants.

【0019】 本発明のさらなる目的は、中性至適pHを有する組換え植物インベルターゼを提
供する点にある。これは、E.coliや酵母のような微生物宿主中で、該インベルタ
ーゼをコードするDNA、好ましくはcDNAの組換え発現によって達成される。例え ば、組換えインベルターゼは次のようにして製造される:その酵素をコード化す
るcDNAを、pTrc99A(Pharmacia Biotech)のような発現ベクターに細工する。E.
coliのような細菌を形質転換し、必要なら、例えばIPTGで蛋白質合成を誘発させ
た後、細菌を溶菌する。中性インベルターゼ活性は可溶性溶菌画分に見出される
。特に、可溶性抽出物約100μlを、水700μl、0.5Mリン酸カリウム(pH6.8)100
μlおよび0.5Mスクロース100μlと混合し、37℃で30分間インキュベートする。 この溶液のアリコートを、Somogyi(Somogyi,J.Biol.Chem., 195;19-23,1952) による還元糖の検定に使用する。このスクロース開裂活性のpH依存性の決定には
pH値が4.5‐8.5にわたる0.5Mリン酸カリウムが使用される。
A further object of the present invention is to provide a recombinant plant invertase having a neutral optimum pH. This is achieved by recombinant expression of a DNA encoding the invertase, preferably a cDNA, in a microbial host such as E. coli or yeast. For example, a recombinant invertase is produced as follows: cDNA encoding the enzyme is engineered into an expression vector such as pTrc99A (Pharmacia Biotech). E.
A bacterium such as E. coli is transformed and, if necessary, the bacterium is lysed after inducing protein synthesis with, for example, IPTG. Neutral invertase activity is found in the soluble lysate fraction. In particular, about 100 μl of the soluble extract is mixed with 700 μl of water, 0.5 M potassium phosphate (pH 6.8) 100
Mix with μl and 100 μl 0.5M sucrose and incubate at 37 ° C. for 30 minutes. An aliquot of this solution is used for a reducing sugar assay by Somogyi (Somogyi, J. Biol. Chem., 195; 19-23, 1952). To determine the pH dependence of this sucrose cleavage activity
0.5M potassium phosphate with a pH value ranging from 4.5-8.5 is used.

【0020】 組換的に製造されたインベルターゼの重要な生化学的性質は、植物から精製さ
れた酵素のそれに似ている。すなわち、Km値はおよそ20mM、pH依存性はpH6.0と
7.0の間に鋭い最大値を示し、マイクロモーラー濃度でCu2+によって阻害される 。他方、この組換え酵素は、意外にも、ラフィノースやスタキオースを開裂させ
ることなく、スクロースのみを加水分解する。従って、この組換え蛋白質は、実
質的にβ−フルクトフラノシダーゼ活性に欠けている。
Important biochemical properties of recombinantly produced invertase are similar to those of enzymes purified from plants. That is, the Km value is about 20 mM, and the pH dependency is pH 6.0.
It shows a sharp maximum between 7.0 and is inhibited by Cu 2+ at micromolar concentrations. On the other hand, this recombinant enzyme surprisingly hydrolyzes only sucrose without cleaving raffinose or stachyose. Therefore, this recombinant protein substantially lacks β-fructofuranosidase activity.

【0021】 実施例 実施例1: ニンジン中性およびアルカリ性インベルターゼの精製 抽出物の調製 指数増殖期の懸濁培養物から採取したニンジン細胞(400g)を、2.5倍容量の
氷冷緩衝液A(50mM Hepes-KOH, pH7.5, 0.5mM EDTA, 10mM リシン,0.5mM MgCl2,
0.5% 2-メルカプトエタノールおよび100mM フェニルメチルスルフォニルフルオ
ライド添加)中で、Polytronホモゲナイザーを用い、全速で20秒すつ4回ホモゲ ナイズする。ホモゲネートをSorvall GSA-rotor中、6000gで20分間遠心し、上清
を集めて保冷する。6000gペレットは2.5倍容量の氷冷緩衝液Aに再懸濁し、Polytr
onホモゲナイザーで、全速20秒、3回ホモゲナイズし、さらに20分間遠心する。
合併した上清を16,000gで30分間遠心し、次いでMiracloth(Calbiochem-Behring
Corporation)の4層を通して注ぐ。濾液をさらなる蛋白質精製に使用する。特 に、述べない限り、全ての過程は4℃で実施される。
EXAMPLES Example 1 Purification of Carrot Neutral and Alkaline Invertase Preparation of Extracts Carrot cells (400 g) taken from an exponentially growing suspension culture were combined with 2.5 volumes of ice-cold buffer A (50 mM) Hepes-KOH, pH7.5, 0.5mM EDTA, 10mM lysine, 0.5mM MgCl 2 ,
Homogenize in 0.5% 2-mercaptoethanol and 100 mM phenylmethylsulfonyl fluoride using a Polytron homogenizer at full speed for 20 seconds every 4 seconds. The homogenate is centrifuged at 6000 g for 20 minutes in a Sorvall GSA-rotor, and the supernatant is collected and kept cool. The 6000 g pellet was resuspended in 2.5 volumes of ice-cold buffer A and
On a homogenizer, homogenize at full speed for 20 seconds, 3 times, and centrifuge for another 20 minutes.
The combined supernatant was centrifuged at 16,000 g for 30 minutes, and then Miracloth (Calbiochem-Behring
Corporation) four layers. The filtrate is used for further protein purification. Unless otherwise stated, all steps are performed at 4 ° C.

【0022】 硫酸アンモニウム沈殿 固形の硫酸アンモニウムを、粗製の抽出物を穏やかに撹拌しながら徐々に加え
、20%と40%飽和の間で沈殿する蛋白質を、16,300gで30分間遠心して集める。こ の沈殿を100mlの緩衝液B(25mM Hepes-KOH, pH7.5, 190mM NaCl, 0.5% 2-メルタ
プトエタノールおよび100mM フェニルメチルスルフォニルフルオライドを添加)
に溶解し、緩衝液Bに対して1夜透析する。
Ammonium Sulphate Precipitation Solid ammonium sulphate is added slowly with gentle agitation of the crude extract, and proteins that precipitate between 20% and 40% saturation are collected by centrifugation at 16,300 g for 30 minutes. The precipitate was added to 100 ml of buffer B (25 mM Hepes-KOH, pH 7.5, 190 mM NaCl, 0.5% 2-mertaptoethanol and 100 mM phenylmethylsulfonyl fluoride).
And dialyzed against buffer B overnight.

【0023】 Q−セファロース上の陰イオン交換クロマトグラフィー 透析物をQ−セファロース(Q-Sepharose)カラム(2.5cmx25cm,Pharmacia LKB
Biotechnology, Uppsala, Sweden)に負荷し、緩衝液Bで平衡化する。カラムを
、280nmでの吸光度が0.01より小となるまで緩衝液Bで洗浄する。結合蛋白質は、
0.5% 2-メルタプトエタノールおよび100mM フェニルメチルスルフォニルフルオ ライドを含む25mM Hepes-KOH, pH7.5にNaCl 190-550mMを加えた溶液240mlの直線
勾配で溶出する。活性画分(画分サイズ5ml)をプールし、硫酸アンモニウム60%
飽和で沈殿させ、16,300gで30分間遠心する。沈殿物を5mlの緩衝液C(5mM K-フ ォスフェート緩衝液, pH7.5, 0.1% 2-メルカプトエタノール含有)に溶解し、緩
衝液Cに対して1夜透析する。
Anion exchange chromatography on Q-Sepharose The dialysate was applied to a Q-Sepharose column (2.5 cm × 25 cm, Pharmacia LKB).
Biotechnology, Uppsala, Sweden) and equilibrate with buffer B. The column is washed with buffer B until the absorbance at 280 nm is less than 0.01. The binding protein is
Elution is performed with a linear gradient of 240 ml of 25 mM Hepes-KOH, pH 7.5, containing NaCl 190-550 mM containing 0.5% 2-mertaptoethanol and 100 mM phenylmethylsulfonyl fluoride. The active fractions (fraction size 5 ml) are pooled, and ammonium sulfate 60%
Precipitate at saturation and centrifuge at 16,300 g for 30 minutes. The precipitate is dissolved in 5 ml of buffer C (5 mM K-phosphate buffer, pH 7.5, containing 0.1% 2-mercaptoethanol) and dialyzed against buffer C overnight.

【0024】 HA-ウルトロゲル上のクロマトグラフィー 透析物をHA-ウルトロゲル(Ultrogel)カラム(2.5cmx25cm, Sigma, Buchs, S
witzerland)に負荷し、緩衝液Cで平衡化する。カラムを緩衝液Cで洗浄し、0.1%
2-メルカプトエタノールを含む5-500mM K-フォスフェート緩衝液、 pH7.5 の直 線勾配200ml を用いて溶出する。カラムは40ml/hの流速で溶出し、5mlの画分を 集める。中性インベルターゼ活性を有するフロー・スルー画分とアルカリ性イン
ベルターゼ活性を有する溶出画分を別々に合併し、硫酸アンモニウム60%飽和で 沈殿させ16,300gで30分間遠心する。2種の蛋白質ペレットは、個々に緩衝液D(2
5mM K-フォスフェート緩衝液, pH7.5, 0.1% 2-メルカプトエタノール含有)5ml に溶かし、緩衝液Dに対して1夜透析する。
Chromatography on HA-Ultrogel The dialysate was applied to an HA-Ultrogel column (2.5 cm x 25 cm, Sigma, Buchs, S
witzerland) and equilibrate with buffer C. Wash column with buffer C, 0.1%
Elution is performed using a 200 ml linear gradient of 5-500 mM K-phosphate buffer containing 2-mercaptoethanol, pH 7.5. The column elutes at a flow rate of 40 ml / h and collects 5 ml fractions. The flow-through fraction with neutral invertase activity and the eluted fraction with alkaline invertase activity are separately combined, precipitated with 60% saturation of ammonium sulfate, and centrifuged at 16,300 g for 30 minutes. The two protein pellets were individually buffered (D
Dissolve in 5 ml of 5 mM K-phosphate buffer (pH 7.5, containing 0.1% 2-mercaptoethanol) and dialyze against Buffer D overnight.

【0025】 グリーン19色素上のアフィニティー・クロマトグラフィー 透析された蛋白質溶液(各5ml)を0.5mlずつのアリコートに分割し、緩衝液D で平衡化したグリーン19色素(Green 19 dye)カラム(4.5x0.7cm, Sigma, Buch
s, Switzerland)10本に適用する。カラムを緩衝液D15mlで洗浄し、次いで0.35M
および1.5MのNaCl(それぞれ15mlおよび25ml)で段階溶出し、2mlずつの画分を 集める。中性インベルターゼ活性はフロー・スルーに検出され、アルカリ性イン
ベルターゼ活性は1.5MNaClで溶出される。酵素活性を含む画分をプールし、硫酸
アンモニウム60%飽和で沈殿させる。沈殿した蛋白質は16,300gで30分間遠心して
集める。
Affinity Chromatography on Green 19 Dye The dialyzed protein solution (5 ml each) was divided into 0.5 ml aliquots and equilibrated with buffer D in a Green 19 dye column (4.5 × 0). .7cm, Sigma, Buch
s, Switzerland) Applies to 10. The column is washed with 15 ml of buffer D, then 0.35M
Stepwise elute with 1.5M and 1.5M NaCl (15ml and 25ml respectively) and collect 2ml fractions. Neutral invertase activity is detected in the flow-through, and alkaline invertase activity is eluted at 1.5 M NaCl. Fractions containing enzymatic activity are pooled and precipitated at 60% saturation with ammonium sulfate. The precipitated protein is collected by centrifugation at 16,300 g for 30 minutes.

【0026】 セファクリルS-300上のゲル濾過クロマトグラフィーI 各蛋白質ペレットを7mlの緩衝液E(100mM Hepes-KOH, pH7.5, 0.1% 2-メルカ プトエタノール含有)に溶解する。蛋白質溶液は、個々にセファクリルS-300(S
ephacryl S-300)のカラム(2.6cmx100cm, Pharmacia LKB Biotechnology, Upps
ala, Sweden)に適用する。カラムは、緩衝液Eで平衡化し、blue dextran (V0),
thyroglobulin (669 kD), apoferritin (443 kD), β-amilase (200 kD), alcoh
ol dehydrogenase (150 kD), BSA (66 kD) および carbonic anhydrase (29 kD)
でキャリブレイトされている。カラムを110ml/hrの流速で溶出し、5mlずつの画 分を集める。酵素活性を含む画分を集め、アルカリ性インベルターゼは緩衝液F (25mM Hepes-KOH, pH8.0, 200mM NaCl および 0.1% 2-メルカプトエタノール含
有)に対して、中性インベルターゼは緩衝液G(25mM Hepes-KOH, pH7.2, 275mM
NaCl および 0.1% 2-メルカプトエタノール含有)に対して、それぞれ1夜透析 する。
Gel Filtration Chromatography I on Sephacryl S-300 Each protein pellet is dissolved in 7 ml of buffer E (100 mM Hepes-KOH, pH 7.5, containing 0.1% 2-mercaptoethanol). Protein solutions were individually separated by Sephacryl S-300 (S
ephacryl S-300) column (2.6cmx100cm, Pharmacia LKB Biotechnology, Upps)
ala, Sweden). The column was equilibrated with buffer E and blue dextran (V 0 ),
thyroglobulin (669 kD), apoferritin (443 kD), β-amilase (200 kD), alcoh
ol dehydrogenase (150 kD), BSA (66 kD) and carbonic anhydrase (29 kD)
Is calibrated by Elute the column at a flow rate of 110 ml / hr and collect 5 ml fractions. The fractions containing enzyme activity were collected, and alkaline invertase was added to buffer F (25 mM Hepes-KOH, pH 8.0, containing 200 mM NaCl and 0.1% 2-mercaptoethanol), and neutral invertase was added to buffer G (25 mM Hepes-KOH). -KOH, pH7.2, 275mM
Dialyze overnight against NaCl and 0.1% 2-mercaptoethanol).

【0027】 マクロ-プレプ上の陰イオン交換クロマトグラフィーII アルカリ性インベルターゼのさらなる精製のために、透析物を、緩衝液Fで平 衡化したマクロ-プレプ(Macro-Prep)カラム(1.5cmx20cm, Bio-Rad Laborator
iers, Richmond, CA, USA)に適用する。カラムを、25mM Hepes-KOH, pH8, 0.1%
2-メルカプトエタノール含有に溶かしたNaCl 200-450mMの直線勾配200mlで溶出 する。 中性インベルターゼのさらなる精製のために、透析物を、緩衝液Gで平衡化し たマクロ-プレプカラム(1.5cmx25cm, Bio-Rad Laboratoriers)に適用する。カ
ラムを、25mM Hepes-KOH, pH7.2, 0.1%2-メルカプトエタノール含有に溶かした
NaCl 275-360mMの直線勾配200mlで溶出する。 対応する酵素活性を含む画分を個々に合併し、硫酸アンモニウム60%飽和で沈 殿させ、16,300gで30分間遠心する。
Anion exchange chromatography on macro-prep II For further purification of alkaline invertase, the dialysate was applied to a Macro-Prep column (1.5 cm x 20 cm, Bio-Prep) equilibrated with buffer F. Rad Laborator
iers, Richmond, CA, USA). Column is 25 mM Hepes-KOH, pH8, 0.1%
Elute with a 200 ml linear gradient of 200-450 mM NaCl dissolved in 2-mercaptoethanol. For further purification of neutral invertase, the dialysate is applied to a macro-prep column (1.5 cm x 25 cm, Bio-Rad Laboratoriers) equilibrated with buffer G. The column was dissolved in 25 mM Hepes-KOH, pH 7.2, containing 0.1% 2-mercaptoethanol.
Elute with a 200 ml linear gradient of 275-360 mM NaCl. The fractions containing the corresponding enzyme activity are combined individually, precipitated at 60% saturation with ammonium sulfate and centrifuged at 16,300 g for 30 minutes.

【0028】 プロピルアガロース上の疎水性相互作用クロマトグラフィー アルカリ性インベルターゼ活性の蛋白質ペレットを5mlの緩衝液H(25mM Hepes
-KOH, pH8.0, 1.5M 硫酸アンモニウム および 0.1% 2-メルカプトエタノール含 有)に溶解する。この溶液を、緩衝液Hで平衡化したプロピルアガロース・カラ ム(10cmx1.5cm, Sigma, Bichs, Switzerland)に適用する。カラムを緩衝液Hで
洗浄し、25mM Hepes-KOH, pH8.0, 0.1% 2-メルカプトエタノール含有で溶出し、
3mlずつの画分を集める。酵素活性を含む画分をプールし、10mM Hepes-KOH, pH8
.0, 0.1% 2-メルカプトエタノール含有に対して透析し、50%グリセロール中、-2
0℃で貯蔵する。
Hydrophobic Interaction Chromatography on Propyl Agarose A protein pellet of alkaline invertase activity was added to 5 ml of buffer H (25 mM Hepes
-KOH, pH8.0, containing 1.5M ammonium sulfate and 0.1% 2-mercaptoethanol). This solution is applied to a propyl agarose column (10 cm × 1.5 cm, Sigma, Bichs, Switzerland) equilibrated with buffer H. The column was washed with buffer H and eluted with 25 mM Hepes-KOH, pH 8.0, containing 0.1% 2-mercaptoethanol.
Collect 3 ml fractions. Fractions containing enzyme activity are pooled and 10 mM Hepes-KOH, pH8
Dialysis against 0.0, 0.1% 2-mercaptoethanol, 50% glycerol, -2
Store at 0 ° C.

【0029】 セファクリルS-300上のゲル濾過クロマトグラフィーII 中性インベルターゼ活性の蛋白質ペレットを5mlの緩衝液I(100mM K−フォス フェート緩衝液, pH7.0, 0.1% 2-メルカプトエタノール含有)に溶かし、緩衝液
Iで平衡化したプロピルアガロース・カラム(2.6cmx100cm, Pharmacia LKB)に 適用する。5mlずつの画分を集め、酵素活性を有する画分をプールし、10mM K− フォスフェート緩衝液, pH7.0, 0.1% 2-メルカプトエタノール含有に対して透析
し、50%グリセロール中、-20℃で貯蔵する。
Gel Filtration Chromatography II on Sephacryl S-300 II A protein pellet with neutral invertase activity is dissolved in 5 ml of buffer I (100 mM K-phosphate buffer, pH 7.0, containing 0.1% 2-mercaptoethanol). , Buffer
Apply to a propyl agarose column (2.6 cm x 100 cm, Pharmacia LKB) equilibrated with I. Fractions of 5 ml each were collected, the fractions having enzyme activity were pooled, dialyzed against 10 mM K-phosphate buffer, pH 7.0, containing 0.1% 2-mercaptoethanol, and -20% in 50% glycerol. Store at ° C.

【0030】 実施例2:ニンジン中性インベルターゼをコードするcDNAクローンの単離 精製したニンジン中性インベルターゼの部分的内部トリプシン性ペプチド配列
(XNIYPDQIPPWLV、配列番号11)estデータベースと比較して、Arabisopsisから のest t88552(Arabidopsis cDNAの3’末端1026 bp)によってコードされるア ミノ酸配列中にそれが存在すると同定された。このペプチド配列をコードするDN
A断片(ヌクレオチド100-410)を、プライマー 5'-TCTAAGGATCTAGAAAGAGCCATTA-
3'(配列番号12)および 5'-TTCAATTGAATTCAATATAGCTTC-3'(配列番号13)を使 用するPCRによって単離する。増幅は、DNAサーマル・サイクラー(Perkin Elmer
Cetus)を用いて次ぎの条件で行う:変性95℃1分、アニール化40℃0.5分およ び伸延72℃1.5分を10サイクル、次いで変性95℃1分、アニール化60℃0.5分およ
び伸延72℃1.5分を20サイクル。PCR生成物をフェノール/クロロフォルムで抽出
し、XbalおよびEcoRIで開裂後E.coliプラスミドpBluescript II KS(Stratagene
)のそれぞれの位置にライゲイトする。このプラスミドを増幅および精製後、断
片を切り出し、アガロース・ゲル電気泳動および電気溶出で精製し、[α-32P]
ATPでランダムに標識する。この標識したDNAをプローブとして、野生ニンジン(
Daucus carota cv Queen Anne's Lace, W001C)の高速成長懸濁培養細胞から得 たポリA+mRNAで作成したラムダZAP IIベクターのcDNAライブラリーをスクリーン
して、単一のハイブリダイズ・クローンを得る。
Example 2: Isolation of a cDNA clone encoding a carrot neutral invertase A partial internal tryptic peptide sequence of purified carrot neutral invertase (XNIYPDQIPPWLV, SEQ ID NO: 11) compared to the est database, from Arabisopsis It was identified as being present in the amino acid sequence encoded by est t88552 (1026 bp at the 3 'end of the Arabidopsis cDNA). DN encoding this peptide sequence
A fragment (nucleotides 100-410) was synthesized with the primer 5'-TCTAAGGA TCTAGA AAGAGCCATTA-
Isolated by PCR using 3 '(SEQ ID NO: 12) and 5'-TTCAATT GAATTC AATATAGCTTC-3' (SEQ ID NO: 13). Amplification is performed using a DNA thermal cycler (Perkin Elmer).
(Cetus) under the following conditions: 10 cycles of denaturation at 95 ° C for 1 minute, annealing at 40 ° C for 0.5 minutes and extension at 72 ° C for 1.5 minutes, then denaturation at 95 ° C for 1 minute, annealing at 60 ° C for 0.5 minutes and extension 20 cycles of 1.5 minutes at 72 ° C. The PCR product was extracted with phenol / chloroform, cleaved with Xbal and EcoRI and the E. coli plasmid pBluescript II KS (Stratagene
) To ligate each position. After amplification and purification of this plasmid, the fragment was excised, purified by agarose gel electrophoresis and electroelution, and [α- 32 P]
Label randomly with ATP. Using this labeled DNA as a probe, wild carrot (
A single hybridizing clone is obtained by screening a cDNA library of a lambda ZAP II vector made with poly A + mRNA obtained from high-speed suspension culture cells of Daucus carota cv Queen Anne's Lace (W001C).

【0031】 実施例3:ニンジンインベルターゼクローンの配列解析 実施例2のcDNAクローンのインサートをpBluescript II KS(+/-)ベクター(S
tratagene)にライゲイトし、両鎖をジデオキシヌクレオチド・チェイン・タミ ネーション法によって自動的に配列決定する。実施例2および3に記載されたDNA および蛋白質配列のコンーピュータ介助解析は、Genetic Computer Group (GCG)
, Madison, Wisconsinのウィスコンシン・パッケイジ・バージョン9.0を用いて 行った。 配列比較は、Needleman and Wunschのアラインメント・アリゴリズム(J.Mol.
Biol. 48: 443-453, 1970)を用いるコンピュータプログラムGAPで行なわれ、至
適アラインメントのためにギャップの導入を許容しながら、マッチ数を最大にし
、ギャップ数を最小にする2個の完全配列のアラインメントを見出す。GAPは全て
の可能なアラインメントとギャップ位置を考慮し、最大のマッチ塩基と最小のギ
ャップを持つアラインメントを創出する。そして、マッチした塩基単位でギャッ
プ・クリエーション・ペナルテイーとギャップ・エクステンション・ペナルテイ
ーが設けられる。言いかえると、GAPは、挿入されるギャップ毎にマッチ数でギ ャップ・クリエーション・ペナルテイーの利益を得なければならない。もし、0 より大きいギャップ・エクステンション・ペナルテイーを選ぶ場合、GAPは、そ れに加えて、挿入されたギャップ毎にその長さにギャップ・エクステンション・
ペナルテイーを乗じた利益を得なければならない。ギャップ・クリエーション・
ペナルテイーおよびギャップ・エクステンション・ペナルテイーに対する離反ポ
イントとして使用される典型的な値は、蛋白質配列比較では、3.0および0.1であ
る。
Example 3: Sequence analysis of carrot invertase clone The insert of the cDNA clone of Example 2 was inserted into the pBluescript II KS (+/-) vector (S
ligated to tratagene), and both strands are automatically sequenced by the dideoxynucleotide chain termination method. Computer-assisted analysis of DNA and protein sequences described in Examples 2 and 3 was performed by Genetic Computer Group (GCG).
, Madison, Wisconsin, Wisconsin Package version 9.0. Sequence comparisons were performed using the alignment algorithm of Needleman and Wunsch (J. Mol.
Biol. 48: 443-453, 1970), two complete sequences that maximize the number of matches and minimize the number of gaps, while allowing the introduction of gaps for optimal alignment. Find the alignment of GAP considers all possible alignments and gap positions and creates an alignment with the largest matching bases and the smallest gap. Then, a gap creation penalty and a gap extension penalty are provided for each matched base unit. In other words, the GAP must benefit from a gap creation penalty in the number of matches for each gap inserted. If you choose a gap extension penalty greater than 0, GAP additionally adds a gap extension penalty to its length for each gap inserted.
You have to get the benefit of penalty. Gap Creation
Typical values used as break-off points for penalties and gap extension penalties are 3.0 and 0.1 for protein sequence comparisons.

【0032】 ニンジン中性インベルターゼのcDNAクローンは2447ヌクレオチドの長さ(配列
番号13)であることが判り、5’の 29 bp と 3'非コード配列の393 bp を含む。
ORFは、75957ダルトンの分子量マスと計算値当電点pI 8.01を有する675アミノ酸
をコードする。推定されるアミノ酸は列は、Arabidopsis est t88552の推定され
たアミノ酸配列と80%の同一性(86%の類似性)を共有している。
The carrot neutral invertase cDNA clone was found to be 2447 nucleotides in length (SEQ ID NO: 13) and contained 29 bp of 5 ′ and 393 bp of 3 ′ non-coding sequence.
The ORF encodes 675 amino acids with a molecular weight mass of 75957 daltons and a calculated isoelectric point pI of 8.01. The deduced amino acid sequence shares 80% identity (86% similarity) with the deduced amino acid sequence of Arabidopsis est t88552.

【0033】 中性インベルターゼ(car)のニンジンcDNAの推定アミノ酸と、L. longifloru
m (lil) およびSynechocystis (bac)からのLIM17の配列との比較は(表1)、3 つの保存配列ドメイン(ボックス1-3)を同定する。ボックス2の配列を用いてデ
ータベースを調査すると、既知機能の蛋白質、すなわちClostridium stercorari
um のセロビオース・フォスフォリラーゼが同定され得る。これはセロビオース [β-D-Glc(1→4)-D-Glc]をピロリン酸の存在下に、グルコース 1-フォスフェー
トとグルコースに開裂する。このことは、ボックス2が二糖類のグルコース残基 に対する結合部位を構成することを示唆している。
The putative amino acids of the carrot cDNA of neutral invertase (car) and L. longifloru
Comparison with the sequence of LIM17 from m (lil) and Synechocystis (bac) (Table 1) identifies three conserved sequence domains (boxes 1-3). A search of the database using the sequence in Box 2 reveals a protein of known function, namely Clostridium stercorari.
um cellobiose phosphorylase can be identified. It cleaves cellobiose [β-D-Glc (1 → 4) -D-Glc] into glucose 1-phosphate and glucose in the presence of pyrophosphate. This suggests that box 2 constitutes a binding site for disaccharide glucose residues.

【0034】 表1.ニンジン(car)からの中性インベルターゼのcDNA由来アミノ酸配列とLi
lium longiflorum (lil)およびSynechocystis(bac)からのLIM17蛋白質のア ミノ酸配列との比較。アミノ酸配列は1文字コードで示されており、同一性を最 大にするためにギャップ(…)を挿入してアラインさせた。太字のアミノ酸残基
は保存されたドメイン(ボックス1-3)を示す。星印はすべての3つの配列で同一
のアミノ酸残基を示す。
Table 1. Amino acid sequence of neutral invertase cDNA from carrot (car) and Li
Comparison of the LIM17 protein from lium longiflorum (lil) and Synechocystis (bac) with the amino acid sequence. Amino acid sequences are shown in single letter code and are aligned by inserting gaps (...) to maximize identity. Bold amino acid residues indicate conserved domains (boxes 1-3). The asterisk indicates the same amino acid residue in all three sequences.

【0035】[0035]

【表1】 [Table 1]

【0036】 実施例4:中性インベルターゼmRNAのスティディ・ステート・レベル ニンジン植物の3つの異なる発生段階における葉および根、さらに生殖器官に おける中性インベルターゼmRNAのスティディ・ステート・レベルを検討する。総
RNAは、液体窒素中で磨砕する前に組織1グラムあたり20mgのポリクラールAT(Se
rva)を加えるという変更を加えたPrescott and Martin の方法(Plant Molecul
ar Biology Reporter 4: 219-224,1987)によって作成する。RNAゲル・ブロット
分析では、総RNA(10mg/lane)を6%フォルムアルデヒドを含む1.2%アガロースゲ
ルで分離する。ノーザン・ブロットは、4-、10-および16-週令の葉、4-、10-お よび16-週令の根、花芽(B)、花(F)、小さい発生中の種子(Gs)、大きい発 生中の種子(Gl)および成熟種子(S)からの総RNA(10mg/lane)を負荷する。 ブロットは、32Pで標識した中性インベルターゼのcDNAとハイブリダイズさせる 。
Example 4: Steady-state levels of neutral invertase mRNA The steady-state levels of neutral invertase mRNA in the leaves and roots, as well as in the reproductive organs of carrot plants at three different developmental stages are examined. Total
RNA was purified from 20 mg of polyclar AT (Se) per gram of tissue prior to trituration in liquid nitrogen.
rva) by Prescott and Martin (Plant Molecul)
ar Biology Reporter 4: 219-224, 1987). For RNA gel blot analysis, total RNA (10 mg / lane) is separated on a 1.2% agarose gel containing 6% formaldehyde. Northern blots showed 4-, 10- and 16-week-old leaves, 4-, 10- and 16-week-old roots, flower buds (B), flowers (F) and small developing seeds (G s ), Load total RNA (10 mg / lane) from large developing seeds ( Gl ) and mature seeds (S). Blots are hybridized with 32 P-labeled neutral invertase cDNA.

【0037】 ニンジン中性インベルターゼのスティディ・ステート・転写レベルは異なる発
生段階の全ての器官で見られ、発生過程の器官で僅かに高い。この知見は、この
酵素のニンジンスクロース代謝におけるより全面的な、そして可能性ある成長に
関連する機能を示唆している。
Steady-state transcript levels of carrot neutral invertase are found in all organs at different developmental stages and are slightly higher in developing organs. This finding suggests a more comprehensive and possible growth-related function of this enzyme in carrot sucrose metabolism.

【0038】 実施例5:ニンジン中性インベルターゼのE.coli発現 E.coli JM105株(Pharmacia Biotech)でニンジン中性インベルターゼのcDNA クローンを発現させるために、プライマー 5'-CGATTTAGCAAGGTACCATAGATATGAATA
C-3'(配列番号14)および 5'-CTTATCCTTAAACTAGATCTCCATTAGACC-3'(配列番号1
5)を使用するPCRにより増幅する。増幅は、DNAサーマル・サイクラー(Perkin
Elmer Cetus)を用いて次ぎの条件で行う:変性95℃1分、アニール化55℃0.5分 および伸延72℃1.5分を30サイクル。PCR生成物をフェノール/クロロフォルムで
抽出し、KpnIおよびXbalで開裂後、発現ベクターpTrc99A(Pharmacia Biotech)
の対応サイトにライゲートする。発現ベクターを保持する形質転換バクテリアに
おける蛋白質の生合成は、約16時間、 1mMのIPTGで誘発させ、バクテリアは少量 の50mMリン酸カリウム中で1サイクルの凍結融解に溶菌する(Johnson and Hecht
, Biotechnoliogy 112: 1357-1360, 1994)。中性インベルターゼ活性は、Lee a
nd Sturm が記載しているように(上記)、可溶性溶菌画分で確認される。要約 すれば、可溶性抽出物100μlを、水700μl、0.5M リン酸カリウムと100μl, pH6
.8 および 0.5Mスクロース100μl と混合し、37℃で30分間インキュベートする 。この溶液のアリコートを用いて、Somogyiによる還元糖の測定を行う。スクロ ース開裂活性のpH依存性の試験には、pH値4.5-8.5の0.5Mリン酸カリウムを用い る。
Example 5: E. coli expression of carrot neutral invertase To express a carrot neutral invertase cDNA clone in E. coli strain JM105 (Pharmacia Biotech), primer 5'-CGATTTAGCAA GGTACC ATAGATATGAATA
C-3 '(SEQ ID NO: 14) and 5'-CTTATCCTTAAACT AGATCT CCATTAGACC-3' (SEQ ID NO: 1)
Amplify by PCR using 5). Amplification is performed using a DNA thermal cycler (Perkin
Elmer Cetus) under the following conditions: 30 cycles of denaturation at 95 ° C for 1 minute, annealing at 55 ° C for 0.5 minute and extension at 72 ° C for 1.5 minutes. The PCR product is extracted with phenol / chloroform and after cleavage with KpnI and Xbal, the expression vector pTrc99A (Pharmacia Biotech)
To the corresponding site. Protein biosynthesis in transformed bacteria harboring the expression vector is induced with 1 mM IPTG for about 16 hours, and the bacteria are lysed in a single cycle of freeze-thaw in a small volume of 50 mM potassium phosphate (Johnson and Hecht).
, Biotechnoliogy 112: 1357-1360, 1994). Neutral invertase activity is
Confirmed in soluble lysate fraction as described by nd Sturm (above). Briefly, 100 μl of the soluble extract was mixed with 700 μl of water, 100 μl of 0.5 M potassium phosphate, pH 6
Mix with 100 μl of .8 and 0.5 M sucrose and incubate at 37 ° C for 30 minutes. An aliquot of this solution is used to measure reducing sugars by Somogyi. To test the pH dependence of sucrose cleavage activity, use 0.5M potassium phosphate with a pH value of 4.5-8.5.

【0039】 実施例6:インベルターゼ活性の測定 インベルターゼ活性は、50mM K-フォスフェート緩衝液(pH6.8または8.0)、1
00mMスクロースおよび適当量の酵素を最終容積1mlとなるように含む反応混液で 測定する。混合物を37℃で30分間インキュベートする。遊離してくる還元糖の量
は、Somogyiによって測定する。酵素活性(単位)は、1分間に放出された還元糖
(グルコースおよびフルクトース)の量(μmol)表される。インベルターゼ活 性は高い濃度のアンモニウムイオンで阻害されるので、硫酸アンモニウム沈殿で
取得した蛋白質溶液は、活性測定前に透析することが必要である。実施例1の精 製工程で行なわれた測定から、細胞400gが約240単位の中性インベルターゼ活性 を発現し、それは細胞1グラムあたり0.6単位を意味する。酵素の精製工程で活性
の95%が失われる。E.coli中で発現された組換え酵素の活性測定では、実施例5に
記載されたE.coli抽出物100μg中に中性インベルターゼ活性約0.4単位が検出さ れる。
Example 6: Measurement of invertase activity Invertase activity was measured using 50 mM K-phosphate buffer (pH 6.8 or 8.0), 1
Measure in a reaction mixture containing 00 mM sucrose and an appropriate amount of enzyme to a final volume of 1 ml. The mixture is incubated at 37 ° C. for 30 minutes. The amount of reducing sugar released is measured by Somogyi. Enzyme activity (units) is expressed as the amount (μmol) of reducing sugars (glucose and fructose) released per minute. Since invertase activity is inhibited by high concentrations of ammonium ions, protein solutions obtained by ammonium sulfate precipitation need to be dialyzed before measuring the activity. From the measurements performed in the purification step of Example 1, 400 g of cells express about 240 units of neutral invertase activity, which means 0.6 units per gram of cells. 95% of the activity is lost during the enzyme purification step. In the activity measurement of the recombinant enzyme expressed in E. coli, about 0.4 unit of neutral invertase activity was detected in 100 μg of the E. coli extract described in Example 5.

【0040】[0040]

【配列表】 [Sequence list]

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,CY, DE,DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,I T,LU,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ ,CF,CG,CI,CM,GA,GN,GW,ML, MR,NE,SN,TD,TG),AP(GH,GM,K E,LS,MW,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM ,AZ,BY,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM) ,AL,AM,AT,AU,AZ,BA,BB,BG, BR,BY,CA,CH,CN,CU,CZ,DE,D K,EE,ES,FI,GB,GD,GE,GH,GM ,HR,HU,ID,IL,IN,IS,JP,KE, KG,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,L T,LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX ,NO,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE, SG,SI,SK,SL,TJ,TM,TR,TT,U A,UG,US,UZ,VN,YU,ZW Fターム(参考) 4B024 AA03 AA05 BA12 CA04 CA09 CA20 DA06 EA04 HA13 HA14 4B050 CC01 CC03 DD13 EE01 FF03E FF04E FF05E FF09E FF10E FF12E FF14E LL02 LL03 LL05 4B063 QA01 QQ44 QQ53 QR56 QS16 QX01 QX07 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (81) Designated country EP (AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LU, MC, NL, PT, SE ), OA (BF, BJ, CF, CG, CI, CM, GA, GN, GW, ML, MR, NE, SN, TD, TG), AP (GH, GM, KE, LS, MW, SD, SZ, UG, ZW), EA (AM, AZ, BY, KG, KZ, MD, RU, TJ, TM), AL, AM, AT, AU, AZ, BA, BB, BG, BR, BY, CA, CH, CN, CU, CZ, DE, DK, EE, ES, FI, GB, GD, GE, GH, GM, HR, HU, ID, IL, IN, IS, JP, KE , KG, KP, KR, KZ, LC, LK, LR, LS, LT, LU, LV, MD, MG, MK, MN, MW, MX, NO, NZ, PL, PT, RO, RU, SD, SE, SG, SI, SK, SL, TJ, TM, TR, TT, UA, UG, US, UZ, VN, YU, ZWF terms (reference) 4B024 AA03 AA05 BA12 CA04 CA09 CA20 DA06 EA04 HA13 HA14 4B050 CC01 CC03 DD13 EE01 FF03E FF04E FF05E FF09E FF10E FF12E FF14E LL02 LL03 LL05 4B063 QA01 QQ44 QQ53 QR56 QS16 QX01 QX07

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 pH6.0-7.5の範囲で最高活性が見られる、インベルターゼ活 性を有する蛋白質に翻訳され得るヌクレオチド配列を含むDNA。1. A DNA comprising a nucleotide sequence which can be translated into a protein having invertase activity, which exhibits the highest activity in the pH range of 6.0 to 7.5. 【請求項2】 植物蛋白質をコードしている請求項1に記載のDNA。2. The DNA according to claim 1, which encodes a plant protein. 【請求項3】 配列番号4、配列番号5、配列番号6、配列番号7、配列番号8 、配列番号9および配列番号10に記載されたアミノ酸配列の群から選ばれたアミ ノ酸配列をコードするヌクレオチド配列を含む請求項1に記載のDNA。3. Encoding an amino acid sequence selected from the group of amino acid sequences described in SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9, and SEQ ID NO: 10. 2. The DNA according to claim 1, comprising a nucleotide sequence that: 【請求項4】 配列番号2に記載された蛋白質をコードするヌクレオチド配 列を含む請求項1に記載のDNA。4. The DNA according to claim 1, which comprises a nucleotide sequence encoding the protein set forth in SEQ ID NO: 2. 【請求項5】 配列番号1に記載されたヌクレオチド配列を含む請求項1に記
載のDNA。
5. The DNA according to claim 1, comprising the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1.
【請求項6】 インベルターゼ活性を有するが、β-フルクトフラノシダー ゼ活性に欠け、最高のインベルターゼ活性がpH6.0と7.5の間で見られる蛋白質。6. A protein having invertase activity, but lacking β-fructofuranosidase activity, and having the highest invertase activity between pH 6.0 and 7.5. 【請求項7】 配列番号4、配列番号5、配列番号6、配列番号7、配列番号8 、配列番号9および配列番号10に記載されたアミノ酸配列の群から選ばれたアミ ノ酸配列を含む請求項6に記載の植物蛋白質。7. It comprises an amino acid sequence selected from the group of amino acid sequences described in SEQ ID NO: 4, SEQ ID NO: 5, SEQ ID NO: 6, SEQ ID NO: 7, SEQ ID NO: 8, SEQ ID NO: 9, and SEQ ID NO: 10. 7. The plant protein according to claim 6. 【請求項8】 配列番号2に記載されたアミノ酸配列を有する請求項6に記載
の植物蛋白質。
8. The plant protein according to claim 6, which has the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 2.
【請求項9】 請求項1に記載のDNAを製造する方法であって、 −配列番号3によって定義されたDNA断片であって、少なくとも15ヌクレオチドの
長さを有する断片とハイブリダイズし得るクローンをDNAライブラリーからスク リーニングし、 −ハイブリダイズするクローンを配列決定し、 −配列番号2と40%を超える配列同一性を有する蛋白質をコードするオープン・リ
ーデイング・フレームを含むクローンのベクターDNAを精製し、 −任意に、精製されたDNAをさらに加工する、 ことからなる方法。
9. The method for producing DNA according to claim 1, comprising:-a DNA fragment defined by SEQ ID NO: 3, which is capable of hybridizing with a fragment having a length of at least 15 nucleotides. Screening from the DNA library,-sequencing of hybridizing clones,-purification of vector DNA of clones containing an open reading frame encoding a protein having more than 40% sequence identity with SEQ ID NO: 2. -Optionally, further processing the purified DNA.
【請求項10】 使用された少なくとも1個のオリゴヌクレオチドが、配列 番号1または配列番号3の15個またはそれ以上の塩基ペアを表すヌクレオチド配列
を含むポリメラーゼ・チェーン・リアクション。
10. A polymerase chain reaction wherein at least one oligonucleotide used comprises a nucleotide sequence representing 15 or more base pairs of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3.
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