JP2004180679A - Method for reconstruction of genomic dna - Google Patents

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光泰 板谷
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for effectively reconstructing a genomic DNA composing foreign genes segmented and cloned in the genome of a microorganism. <P>SOLUTION: The target DNA of ≥50 kb is introduced into the genome of microorganism at once by using a plasmid having target DNA of ≥50 kb, and transducing a microorganism with a genome into which two homologous regions interleaving target DNA in the plasmid were introduced previously. The genomic DNA composing the foreign genes segmented and cloned in the plasmid is reconstructed in the genome of microorganism, and reconstructed genome genes are appropriately used for preparation, or the like, of genetically modified non-human animals or plants. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

本発明は、微生物ゲノム中に、分断されてクローニングされている外来遺伝子を構成するゲノムDNAを効率よく再構成する方法等に関する。   The present invention relates to a method for efficiently reconstituting genomic DNA constituting a foreign gene which has been divided and cloned into a microorganism genome, and the like.

動物あるいは植物等の真核生物の遺伝子は、ゲノム中で数10kbから数100kbに渡るものも多く、さらに、遺伝子から100kb離れたところに、cisに作用する配列が存在している例もある。特に発生段階特異的もしくは組織特異的に発現する遺伝子を観察するためには、数100kb程度までの領域のDNAが一度に取り扱えることが望ましい。このような動物または植物等の真核生物のゲノムから数10kb以上の巨大DNAをクローニングし、改変した後、該改変巨大DNAを元の動物または植物の個体、組織、及び培養細胞等に導入することにより、遺伝子改変動植物を作製する一連の操作技術においては、(1)巨大DNAを少ない操作回数でクローニングできること、(2)DNA改変が簡便にできること、(3)クローニングされたDNAが安定に保持されること、及び(4)クローニングされた目的DNAの回収が簡便にできること等が重要な課題となっている。   Many eukaryotic genes such as animals and plants have gene lengths ranging from several tens to several hundreds kb in the genome, and in some cases, a sequence acting on cis exists at a distance of 100 kb from the gene. In particular, in order to observe genes that are expressed in a development stage-specific or tissue-specific manner, it is desirable that DNA in a region up to about several hundred kb can be handled at a time. After cloning and modifying a giant DNA of several tens of kb or more from the genome of a eukaryote such as an animal or a plant, the modified giant DNA is introduced into the original animal or plant individuals, tissues, cultured cells, and the like. As a result, in a series of operation techniques for producing genetically modified animals and plants, (1) large DNA can be cloned with a small number of operations, (2) DNA modification can be simplified, (3) cloned DNA is stably retained And (4) easy recovery of the cloned target DNA are important issues.

上記した(1)〜(3)の課題について、本発明者らは枯草菌のゲノム中に巨大DNAを挿入し、挿入したDNAについて改変操作する方法を提案している(例えば、非特許文献1、特許文献1参照)。また、本発明者らは、上記(4)の課題についても、標的DNAをプラスミドとして簡便かつ高純度に回収する方法を提案している(例えば、特許文献2参照)。
しかし、上記(1)の課題については、巨大DNAを予め断片化して枯草菌のゲノム中に挿入する方法等は提供されているものの、例えば、操作性及び安定性に優れたプラスミドとしてクローニングされている50kb以上の巨大DNAを、一度の形質転換で枯草菌ゲノム中に移し換える方法は報告されていない。枯草菌では、プラスミドのように環状のDNAも任意の場所で切断されて線状になって取り込まれることが知られており、切断される位置が不特定であることから、特にプラスミドに含まれる導入されるべきDNAが50kb以上の巨大なものである場合には所望の相同組換えが生じる確率が非常に低いと考えられているためである。
Regarding the above-mentioned problems (1) to (3), the present inventors have proposed a method of inserting a giant DNA into the genome of Bacillus subtilis and modifying the inserted DNA (for example, Non-Patent Document 1). And Patent Document 1). In addition, the present inventors have proposed a simple and high-purity method for recovering a target DNA as a plasmid with respect to the above problem (4) (for example, see Patent Document 2).
However, regarding the problem of the above (1), although a method of fragmenting a large DNA in advance and inserting it into the genome of Bacillus subtilis has been provided, for example, it has been cloned as a plasmid having excellent operability and stability. There is no report on a method for transferring a large DNA of 50 kb or more into the B. subtilis genome by a single transformation. In Bacillus subtilis, it is known that a circular DNA such as a plasmid is also cleaved at an arbitrary location and incorporated into a linear form. This is because it is considered that the probability of occurrence of desired homologous recombination is extremely low when the DNA to be introduced is a huge one of 50 kb or more.

近年、巨大なDNAのクローニングが可能なベクターとして、BAC(例えば、非特許文献2参照)やYAC(例えば、非特許文献3参照)が開発されている。例えば、BACは100kb以上のDNAを保持でき、YACは1000kb以上のDNAをも保持できることから、このようなベクターを用いたゲノムライブラリーが多数構築されている。
従って、50kb以上の巨大DNAを有するプラスミドから枯草菌等の微生物ゲノムへの巨大DNAの移し換え方法が確立されれば、このようなゲノムライブラリー中のクローンを用いて簡便にゲノム由来の巨大DNAを利用することができるようになると期待されていた。また、このような手法が確立されることにより、最終的に、前述したような動物又は植物等の真核生物がゲノム中に有する数10kbから数100kbに渡る遺伝子を一度に取り扱うことができるようになると期待されていた。
特開2000-93号公報 特開2002-17350号公報 板谷光泰、「自然に学んだ枯草菌ゲノムベクター」、バイオサイエンスとインダストリー、vol.57, No.8, 540-543 (1999) Shizuya, H.,他、Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 87, 8242-8247(1990) Burke,D.T.,他、Science, 236, 806-811(1987)
In recent years, BAC (for example, see Non-Patent Document 2) and YAC (for example, see Non-Patent Document 3) have been developed as vectors capable of cloning huge DNA. For example, since BAC can hold DNA of 100 kb or more, and YAC can hold DNA of 1000 kb or more, many genomic libraries using such vectors have been constructed.
Therefore, if a method of transferring giant DNA from a plasmid having a giant DNA of 50 kb or more to a microorganism genome such as Bacillus subtilis is established, a giant DNA derived from the genome can be easily prepared using such a clone in a genomic library. Was expected to be available. Further, by establishing such a method, finally, eukaryotes such as animals or plants as described above can handle genes ranging from several tens of kb to several hundred kb in the genome at once. Was expected to be.
JP 2000-93 A JP 2002-17350 A Mitaniyasu Itaya, "Bacillus subtilis genome vector learned naturally", Bioscience and Industry, vol.57, No.8, 540-543 (1999) Shizuya, H., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 87, 8242-8247 (1990). Burke, DT, et al., Science, 236, 806-811 (1987)

本発明は、微生物ゲノム中に、分断されてクローニングされている外来遺伝子を構成するゲノムDNAを効率よく再構成する方法等を提供するためになされたものである。   The present invention has been made to provide a method for efficiently reconstituting genomic DNA constituting a foreign gene which has been divided and cloned into a microorganism genome, and the like.

本発明者らは、上記課題を達成するために鋭意検討を進めた結果、BACベクターに挿入されている50kb以上のゲノムDNAの部分断片を、一度の形質転換で枯草菌ゲノム中に導入できることを見出した。また、該部分断片同士を相同組換えにより連結していくことによって、外来遺伝子を構成するゲノムDNAを枯草菌ゲノム中で再構成できることを見出した。本発明はこれらの知見に基づいて成し遂げられたものである。   The present inventors have conducted intensive studies to achieve the above object, and as a result, have found that a partial fragment of genomic DNA of 50 kb or more inserted in a BAC vector can be introduced into the Bacillus subtilis genome by a single transformation. I found it. Further, they have found that genomic DNA constituting a foreign gene can be reconstituted in the Bacillus subtilis genome by linking the partial fragments by homologous recombination. The present invention has been accomplished based on these findings.

すなわち本発明によれば、下記(1)の方法が提供される。
(1)微生物ゲノム中に、外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する方法であって、以下の工程から成ることを特徴とする方法。
(a)同一のベクターに外来遺伝子を構成するゲノムDNAの全長の異なる部分配列が目的DNAとして挿入され、かつ各目的DNAがいずれかの他の目的DNAとお互いに重複配列を有するプラスミド群を調製する工程、
(b)上記工程(a)で調製された目的DNAを含むいずれかのプラスミドにより、該プラスミド中の目的DNAをはさむ2つの相同配列を予め挿入したゲノムを有する微生物細胞を形質転換する工程、
(c)上記工程(a)で調製され上記工程(b)で用いたプラスミド中の目的DNAと重複配列を有する目的DNAを含む他のプラスミドを選択する工程、
(d)上記工程(b)で形質転換された微生物細胞を、上記工程(c)で選択されたプラスミドにより形質転換する工程、
(e)上記工程(d)で形質転換された微生物細胞から、上記工程(b)及び(d)で用いた2つのプラスミド中の目的DNAが、それぞれ重複配列と相同配列における相同組換えにより連結されたDNAを有する形質転換体を選択する工程、
(f)上記(c)〜(e)の各工程を繰り返し、上記工程(a)で調製された全ての目的DNAを前記微生物細胞に導入することにより、微生物ゲノム中に外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する工程。
That is, according to the present invention, the following method (1) is provided.
(1) A method for reconstituting genomic DNA constituting a foreign gene into a microorganism genome, the method comprising the following steps:
(A) A plasmid group in which partial sequences having different total lengths of genomic DNA constituting a foreign gene are inserted as the target DNA into the same vector, and each target DNA has an overlapping sequence with any other target DNA. Process,
(B) a step of transforming a microorganism cell having a genome in which two homologous sequences sandwiching the target DNA in the plasmid have been previously inserted with any plasmid containing the target DNA prepared in the above step (a);
(C) selecting another plasmid containing the target DNA having an overlapping sequence with the target DNA in the plasmid prepared in step (a) and used in step (b),
(D) transforming the microbial cells transformed in step (b) with the plasmid selected in step (c);
(E) From the microbial cells transformed in the above step (d), the target DNAs in the two plasmids used in the above steps (b) and (d) are ligated by homologous recombination at the overlapping sequence and the homologous sequence, respectively. Selecting a transformant having the isolated DNA,
(F) repeating the above steps (c) to (e) and introducing all the target DNAs prepared in the above step (a) into the microbial cells, whereby a genome constituting a foreign gene in the microbial genome; Reconstituting the DNA.

また、本発明の別の態様によれば、下記(2)の方法が提供される。
(2)微生物ゲノム中に、外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する方法であって、以下の工程から成ることを特徴とする方法。
(a)ベクターに外来遺伝子を構成するゲノムDNAの全長の異なる部分配列が目的DNAとして挿入され、かつ各目的DNAがいずれかの他の目的DNAとお互いに重複配列を有するプラスミド群を調製する工程、
(b)同一のゲノムを有する微生物細胞に、上記工程(a)で調製された各プラスミド中の目的DNAをはさむ2つの相同配列を微生物ゲノム中の同じ位置に予め挿入し、該微生物細胞を各々のプラスミドにより形質転換する工程、
(c)上記工程(b)で形質転換された、いずれかの目的DNAをゲノム中に有する微生物細胞から、ゲノムDNAを抽出する工程、
(d)上記工程(c)で抽出したゲノムDNA中の目的DNAと重複配列を有する他の目的DNAをゲノム中に有する微生物細胞を、上記工程(c)で得られたゲノムDNAにより形質転換する工程、
(e)上記工程(d)で形質転換された微生物細胞から、上記工程(c)及び(d)で用いた2つの微生物ゲノム中の目的DNAが、それぞれ重複配列と微生物ゲノム中の共通配列における相同組換えにより連結されたDNAを有する形質転換体を選択する工程、
(f)上記(c)〜(e)の各工程を繰り返し、上記工程(a)で調製された全ての目的DNAを前記微生物に導入することにより、微生物ゲノム中に外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する工程。
According to another aspect of the present invention, there is provided the following method (2).
(2) A method for reconstituting genomic DNA constituting a foreign gene into a microorganism genome, comprising the following steps:
(A) Step of preparing a plasmid group in which partial sequences having different total lengths of genomic DNA constituting a foreign gene are inserted as target DNAs into a vector, and each target DNA has a sequence overlapping with any other target DNA. ,
(B) Two homologous sequences sandwiching the target DNA in each of the plasmids prepared in the above step (a) are previously inserted into microbial cells having the same genome at the same position in the microbial genome, and the microbial cells are each Transforming with the plasmid of
(C) a step of extracting genomic DNA from a microbial cell having any of the target DNAs in the genome transformed in the step (b);
(D) Transforming microbial cells having another target DNA having a sequence overlapping with the target DNA in the genomic DNA extracted in the step (c) in the genome with the genomic DNA obtained in the step (c). Process,
(E) From the microbial cells transformed in the above step (d), the target DNAs in the two microbial genomes used in the above steps (c) and (d) are, respectively, an overlapping sequence and a common sequence in the microbial genome. Selecting a transformant having DNA linked by homologous recombination,
(F) genomic DNA constituting a foreign gene in the genome of a microorganism by repeating the above steps (c) to (e) and introducing all the target DNAs prepared in the above step (a) into the microorganism. The step of reconstructing.

また、これらの本発明の好ましい態様によれば、
(3)微生物ゲノムが、2つの相同配列の間に2つ以上のcIリプレッサー遺伝子を有し、各cIリプレッサー遺伝子の間にスペーサーが挿入されたものであって、かつ、該ゲノム上の他の位置にPrプロモーターの制御下に置かれたマーカーDNAが挿入されていることを特徴とする、上記(1)又は(2)に記載の方法、
(4)形質転換体の選択が、マーカーDNAを用いて行われる上記(1)〜(3)のいずれかに記載の方法、
(5)宿主として用いる微生物が、Bacillus属細菌又は高度好熱菌である上記(1)〜(4)のいずれかに記載の方法
が提供される。
According to these preferred aspects of the present invention,
(3) the microorganism genome has two or more cI repressor genes between two homologous sequences, a spacer inserted between each cI repressor gene, and The method according to the above (1) or (2), wherein a marker DNA placed under the control of a Pr promoter is inserted at another position.
(4) the method according to any one of (1) to (3), wherein the selection of the transformant is performed using a marker DNA;
(5) The method according to any one of (1) to (4) above, wherein the microorganism used as a host is a bacterium belonging to the genus Bacillus or a highly thermophilic bacterium.

また、本発明の別の態様によれば、(6)上記(1)〜(5)のいずれかに記載の方法により作製された微生物が提供される。
さらに、本発明の別の態様によれば、
(7)外来遺伝子を構成するゲノムDNAの全長を含み、かつその長さが100kb以上であることを特徴とするプラスミド、
(8)上記(7)に記載のプラスミドを用いることを特徴とする遺伝子改変非ヒト動物又は植物の作製方法、
(9)50kb以上の目的DNAを有するプラスミドから微生物ゲノムへの目的DNAの移し換え方法であって、プラスミド中の目的DNAをはさむ2つの相同配列を予め挿入したゲノムを有する微生物を目的DNAが挿入されたプラスミドで形質転換する方法、
が提供される。
According to another aspect of the present invention, there is provided (6) a microorganism produced by the method according to any one of (1) to (5).
Further, according to another aspect of the present invention,
(7) a plasmid comprising the full length of genomic DNA constituting the foreign gene and having a length of 100 kb or more;
(8) A method for producing a genetically modified non-human animal or plant, comprising using the plasmid according to (7),
(9) A method for transferring a target DNA from a plasmid having a target DNA of 50 kb or more to a microorganism genome, wherein the target DNA is inserted into a microorganism having a genome in which two homologous sequences sandwiching the target DNA in the plasmid are inserted in advance. A method of transforming the obtained plasmid,
Is provided.

上記(9)の発明の好ましい態様によれば、(10)プラスミドがBACベクターである上記(9)に記載の方法が提供される。   According to a preferred embodiment of the above (9), there is provided the method according to the above (9), wherein the (10) plasmid is a BAC vector.

本発明によれば、BAC等のベクターを用いたゲノムライブラリーを利用して微生物ゲノム中で外来遺伝子を構成するゲノムDNAを簡便に再構成することができ、プラスミド等の状態でその全長を取得することができる。   According to the present invention, a genomic DNA constituting a foreign gene can be easily reconstituted in a microorganism genome using a genomic library using a vector such as BAC, and the full length can be obtained in the form of a plasmid or the like. can do.

以下、本発明を更に詳細に説明する。
1.微生物ゲノム中に、外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する方法(方法1)
本発明の微生物ゲノム中に、外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する方法の第1は、以下の工程から成ることを特徴としている。
(a)同一のベクターに外来遺伝子を構成するゲノムDNAの全長の異なる部分配列が目的DNAとして挿入され、かつ各目的DNAがいずれかの他の目的DNAとお互いに重複配列を有するプラスミド群を調製する工程、
(b)上記工程(a)で調製された目的DNAを含むいずれかのプラスミドにより、該プラスミド中の目的DNAをはさむ2つの相同配列を予め挿入したゲノムを有する微生物細胞を形質転換する工程、
(c)上記工程(a)で調製され上記工程(b)で用いたプラスミド中の目的DNAとの重複配列を有する目的DNAを含む他のプラスミドを選択する工程、
(d)上記工程(b)で形質転換された微生物細胞を、上記工程(c)で選択されたプラスミドにより形質転換する工程、
(e)上記工程(d)で形質転換された微生物細胞から、上記工程(b)及び(d)で用いた2つのプラスミド中の目的DNAが、それぞれ重複配列と相同配列における相同組換えにより連結されたDNAを有する形質転換体を選択する工程、
(f)上記(c)〜(e)の各工程を繰り返し、上記工程(a)で調製された全ての目的DNAを前記微生物細胞に導入することにより、微生物ゲノム中に外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する工程。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
1. Method for reconstituting genomic DNA constituting foreign genes in microorganism genome (method 1)
A first method of reconstituting genomic DNA constituting a foreign gene into the microorganism genome of the present invention is characterized by comprising the following steps.
(A) A plasmid group in which partial sequences having different total lengths of genomic DNA constituting a foreign gene are inserted as the target DNA into the same vector, and each target DNA has a sequence overlapping with any other target DNA to each other is prepared. Process,
(B) a step of transforming a microorganism cell having a genome in which two homologous sequences sandwiching the target DNA in the plasmid have been previously inserted with any plasmid containing the target DNA prepared in the above step (a);
(C) a step of selecting another plasmid containing the target DNA having an overlapping sequence with the target DNA in the plasmid prepared in step (a) and used in step (b),
(D) transforming the microbial cells transformed in step (b) with the plasmid selected in step (c);
(E) From the microbial cells transformed in the above step (d), the target DNAs in the two plasmids used in the above steps (b) and (d) are ligated by homologous recombination at the overlapping sequence and the homologous sequence, respectively. Selecting a transformant having the isolated DNA,
(F) repeating the above steps (c) to (e) and introducing all the target DNAs prepared in the above step (a) into the microbial cells, whereby a genome constituting a foreign gene in the microbial genome; The step of reconstituting DNA.

この方法1の概要を模式的に図3に示す。以下、各工程の詳細について説明する。
方法1の工程(a)
本発明において用いられる外来遺伝子を構成するゲノムDNA(以下、これを「ゲノム遺伝子」と称することがある)とは、これを導入する微生物以外のある遺伝子座に存在する全てのイントロン及びエクソンを含むDNAを意味するが、再構成されて用いられた時にこれと同様の機能を有するものであれば必ずしも元のゲノム遺伝子の全てを含んでいなくてもよい。また、再構成された後に挿入、置換、欠失、変異等の遺伝子工学的な改変を加えたもの等も、本発明のゲノム遺伝子の全長に含まれる。ゲノム遺伝子は、これを導入する微生物以外のいかなる生物種由来のものでも、いかなる機能を有する遺伝子を構成するものでもよく、大きさ等は特に限定されないが、100kb以上のものが好ましく用いられる。生物種としては、具体的には、例えば、哺乳動物、植物等が挙げられ、哺乳動物としては、ヒト等の哺乳類、マウス、ラット等の齧歯類等が挙げられる。また、例えば、癌、免疫、代謝異常、成長、耐寒、耐乾燥、二次代謝等に関連する遺伝子を構成するゲノムDNAが好ましく用いられる。
FIG. 3 schematically shows the outline of the method 1. Hereinafter, details of each step will be described.
Step (a) of Method 1
The genomic DNA constituting the foreign gene used in the present invention (hereinafter, may be referred to as “genomic gene”) includes all introns and exons present at a certain locus other than the microorganism into which the foreign gene is introduced. Although it means DNA, it does not necessarily need to contain all of the original genomic gene as long as it has the same function when reconstituted and used. In addition, those obtained by genetic engineering modification such as insertion, substitution, deletion and mutation after reconstitution are also included in the full length of the genomic gene of the present invention. The genomic gene may be derived from any species other than the microorganism into which the genomic gene is introduced, or may constitute a gene having any function. The size and the like are not particularly limited, but those having a size of 100 kb or more are preferably used. Specific examples of the biological species include mammals and plants, and examples of the mammals include mammals such as humans and rodents such as mice and rats. Further, for example, genomic DNA constituting a gene related to cancer, immunity, metabolic abnormality, growth, cold resistance, drought resistance, secondary metabolism and the like is preferably used.

このようなゲノム遺伝子の全長の異なる部分配列が同一のベクターに目的DNAとして挿入され、かつ各目的DNAがいずれかの他の目的DNAとお互いに重複配列を有するプラスミド群を調製する。目的DNAとは、ゲノム遺伝子のいずれかの部分配列のうち、好ましくは50kb以上、より好ましくは100kb以上の長さを有するものであり、これらはお互いに重複配列を有し、全部でゲノム遺伝子の全長をカバーするものである。また、その重複配列は、相同組換えが起こるのに十分な長さであればよく、具体的には、1kb以上、10kb以下であることが好ましい。これらの目的DNAは、その塩基配列の全てが決定されている必要はないが、ある目的DNAが他のどの目的DNAとどの位の長さの重複配列を有するかが認識できる程度に解析されている必要がある。   A plasmid group is prepared in which partial sequences having different total lengths of such genomic genes are inserted into the same vector as the target DNA, and each target DNA has an overlapping sequence with any other target DNA. The target DNA is, of any of the partial sequences of the genomic gene, preferably one having a length of 50 kb or more, more preferably 100 kb or more, which have overlapping sequences with each other, and It covers the entire length. In addition, the overlapping sequence only needs to be long enough to cause homologous recombination, and specifically, it is preferably 1 kb or more and 10 kb or less. These target DNAs do not need to have all of their base sequences determined, but are analyzed to the extent that it is possible to recognize which target DNA has an overlapping sequence with which other target DNA and how long. Need to be.

目的DNAが挿入されるベクターとしては、該DNAを安定的に保持できるものであればいかなるものでもよいが、50kb以上の巨大な目的DNAを安定的に保持する能力を有するものが好ましく用いられる。具体的には、例えば、BAC(Bacterial artificial chromosome)、YAC(Yeast artificial chromosome)等のベクターが挙げられるが、YACについては、クローニング操作中に物理的なDNAの損傷やクローニング効率、安定性等の面で問題が生じやすいことから(Larionov,V.,他、Nucleic Acids Research, 22,20,4154(1994);Neil,D.L.,他、Nucleic Acids Research, 18, 6,1421(1990))、特にBACベクターが好ましく用いられる。より具体的には、例えば、前記プラスミド群として、任意の生物種由来のゲノムDNAの部分断片が挿入されているBACライブラリー等のゲノムライブラリーから、目的遺伝子を構成するゲノムDNAの全長の異なる部分配列を有し、かつ各部分配列がいずれかの他の部分配列とお互いに重複配列を有するクローン群を選択し、該クローンを増幅、精製したものを用いることができる。このようなゲノムライブラリーとしては、市販のもの等を好ましく用いることができるが、対象となる生物試料(組織又は細胞など)から抽出したゲノムDNAを適当な制限酵素で消化して適切な長さの断片にするか、又は、超音波破砕機等を用いて物理的に適当な長さに分断し、これに適当な制限酵素認識配列を有するアダプターを付加した後、これらを同一の制限酵素認識配列を有する、例えばBACベクター中に連結し、これを宿主に形質転換することによってゲノムライブラリーを構築する方法を用いて調製することもできる。   The vector into which the target DNA is inserted may be any vector as long as it can stably hold the DNA, but a vector having the ability to stably hold a large target DNA of 50 kb or more is preferably used. Specifically, for example, vectors such as BAC (Bacterial artificial chromosome) and YAC (Yeast artificial chromosome) can be mentioned. For YAC, physical damage to DNA during cloning operation, cloning efficiency, stability, etc. In particular, since problems are likely to occur on the surface (Larionov, V., et al., Nucleic Acids Research, 22, 20, 4154 (1994); Neil, DL, et al., Nucleic Acids Research, 18, 6,1421 (1990)), BAC vectors are preferably used. More specifically, for example, from the genomic library such as a BAC library into which a partial fragment of genomic DNA derived from any species is inserted as the plasmid group, the genomic DNA constituting the target gene differs in the total length. A clone group having a partial sequence and each partial sequence having an overlapping sequence with any other partial sequence is selected, and a clone amplified and purified can be used. As such a genomic library, commercially available ones can be preferably used, and genomic DNA extracted from a target biological sample (tissue or cell, etc.) is digested with an appropriate restriction enzyme to obtain an appropriate length. Or by physically dividing it into an appropriate length by using an ultrasonic crusher or the like, adding an adapter having an appropriate restriction enzyme recognition sequence thereto, and recognizing these fragments with the same restriction enzyme. It can also be prepared using a method of constructing a genomic library by ligating a sequence, for example, into a BAC vector, and transforming this into a host.

上記プラスミド群の選択のための解析方法としては、目的遺伝子の一部の塩基配列を有するプローブまたはプライマー等を用いて、ゲノムライブラリーから目的遺伝子を含むクローンを選択した後に、該クローンに含まれる挿入DNAが目的ゲノム遺伝子のどの部分の部分配列(断片)であるかをゲノムマッピング法等の公知の方法で解析することにより行うことができる。   As an analysis method for selecting the above plasmid group, a clone containing a target gene is selected from a genomic library using a probe or a primer having a partial nucleotide sequence of the target gene, and then contained in the clone. It can be performed by analyzing which part of the target genomic gene the inserted DNA is a partial sequence (fragment) by a known method such as a genome mapping method.

方法1の工程(b)
上記工程(a)において調製されたプラスミド群中のいずれかのプラスミドにより、該プラスミド中の目的DNAをはさむ2つの相同配列を予め挿入したゲノム(以下、これを「相同配列挿入ゲノム」と称することがある)を有する微生物細胞を形質転換する。このとき、プラスミドは任意に選択することができ、どの部分配列を目的DNAとして含むものでもよい。該プラスミド中の目的DNAをはさむ2つの相同配列としては、目的DNAの両末端に隣接する配列を用いればよく、その長さは特に限定されないが、一般的には1kb以上、好ましくは2kb以上である。例えば、BACベクターの配列(以下、これを「BACベクター配列」と称することがある)を用いる場合には、BACベクターの全長(約7kb)を約1/2ずつ挿入することが好ましい。
Step (b) of Method 1
A genome in which two homologous sequences sandwiching the target DNA in the plasmid are inserted in advance by any one of the plasmids prepared in the above step (a) (hereinafter referred to as “homologous sequence inserted genome”) Are transformed. At this time, the plasmid can be arbitrarily selected, and may include any partial sequence as the target DNA. As the two homologous sequences sandwiching the target DNA in the plasmid, sequences adjacent to both ends of the target DNA may be used, and the length thereof is not particularly limited, but is generally 1 kb or more, preferably 2 kb or more. is there. For example, when a sequence of a BAC vector (hereinafter sometimes referred to as a “BAC vector sequence”) is used, it is preferable to insert the full length (about 7 kb) of the BAC vector by about ず つ.

なお、ここで、本明細書において相同組換えとは、1対の二本鎖DNAの相同的な塩基配列をもつ部分に起こる組換えを意味する。また、本明細書で言う相同配列とは、所望の相同組換えを引き起こすことができる限り、100%の配列同一性を有する必要はない。すなわち、2つの相同配列は実質的に相同であればよく、例えば、60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上、最も好ましくは95%以上の相同性を有していればよい。   Here, the term "homologous recombination" as used herein means recombination that occurs in a portion of a pair of double-stranded DNAs having a homologous base sequence. In addition, a homologous sequence referred to in the present specification does not need to have 100% sequence identity as long as the desired homologous recombination can be caused. That is, the two homologous sequences may be substantially homologous, for example, 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more, and most preferably 95% or more homology. What is necessary is just to have the property.

相同配列の微生物ゲノムへの挿入は、相同配列挿入ゲノムをプラスミドで形質転換した際に、相同配列における相同組換えが生じ、その結果、相同配列に挟まれた目的DNAが該ゲノムに組み込まれるように行う必要がある。これを図3を用いて詳細に説明する。選択したプラスミド(図3の「プラスミド」参照)は矢印で示される2つの相同配列を有し、それに挟まれるように目的DNA(図3の「A」で示される黒線)を有する。この相同配列を微生物ゲノムへ挿入する場合、それぞれの相同配列は、図3の「微生物ゲノム」に示されるように、目的DNAを挟んでプラスミド中で存在していたとおりの方向になるように微生物ゲノム中へ挿入する。これを逆向きに微生物ゲノムへ挿入すると、相同組換えにより微生物ゲノムが目的DNAに置き換わってしまうめ、形質転換体は得られない。   The insertion of the homologous sequence into the microorganism genome is such that, when the homologous sequence-inserted genome is transformed with a plasmid, homologous recombination occurs in the homologous sequence, and as a result, the target DNA flanked by the homologous sequence is integrated into the genome. Need to be done. This will be described in detail with reference to FIG. The selected plasmid (see “plasmid” in FIG. 3) has two homologous sequences indicated by arrows, and has a target DNA (black line indicated by “A” in FIG. 3) sandwiched between the two homologous sequences. When this homologous sequence is inserted into the microorganism genome, each homologous sequence is placed in the same orientation as that existing in the plasmid with the target DNA interposed, as shown in "Microbial genome" in FIG. Insert into the genome. When this is inserted into the microorganism genome in the reverse direction, the microorganism genome is replaced with the target DNA by homologous recombination, and a transformant cannot be obtained.

このような相同配列を予め挿入する微生物としては、本発明のゲノム遺伝子を自己のゲノム上に保持することができ、ゲノム遺伝子に改変を導入できる微生物であればいかなるものでもよいが、Bacillus属細菌又は高度好熱菌が好ましく用いられる。Bacillus属細菌の種類は特に限定されないが、例えば、B.subtilis(枯草菌)、B.megaterium(巨大菌)、B.anthracis(脾脱疽菌)、B.cereus、B.stearothermophilus(中度好熱菌)などが挙げられる。好ましくは、DNAを取り込む能力と組換え能力に優れたB.subtilis(枯草菌)が用いられる。高度好熱菌とは、高温下でのみ生育できる細菌の総称である。   As a microorganism into which such a homologous sequence is previously inserted, any microorganism can be used as long as it can retain the genomic gene of the present invention on its own genome and can introduce a modification into the genomic gene. Alternatively, highly thermophilic bacteria are preferably used. The type of Bacillus bacterium is not particularly limited. For example, B. subtilis (Bacillus subtilis), B. megaterium (macrobacillus), B. anthracis (splenic anthrax), B. cereus, B. stearothermophilus (moderately favorable) Heat bacterium) and the like. Preferably, B. subtilis (Bacillus subtilis), which has an excellent ability to take up DNA and recombination ability, is used. Extremely thermophilic bacteria are a general term for bacteria that can grow only under high temperatures.

形質転換及び相同組換えは常法により行うことができ、具体的には、例えば、通常の条件下で培養された前記微生物細胞を含む培養液に、上記プラスミド群中のいずれかのプラスミドを含むDNA溶液を添加すればよい。枯草菌はDNA溶液からDNA断片を自発的に取り込む性質を有し、菌体内に取り込まれたDNAは、ゲノム中に予め組み込まれた相同配列で相同組換えを起こす。その結果、目的DNAを枯草菌ゲノム中に導入することができる。微生物ゲノム中の相同配列を組み込む位置としては、相同配列や目的DNAの挿入によって該微生物が死滅することがない限り、いかなる位置であってもよいが、例えば枯草菌の場合には、proB遺伝子等のアミノ酸要求性遺伝子の内部等が挙げられる。形質転換および相同組換えの詳細は、小倉光雄、バイオサイエンスとインダストリー、Vol.57, No.8, 532-535(1999)、板谷光泰、日本農芸化学会誌、Vol.67, No.4, 703-706 (1993)、並びに板谷光泰、日本農芸化学会誌、Vol.68, No.11, 1545-1550 (1994)等に記載されている。   Transformation and homologous recombination can be performed by a conventional method. Specifically, for example, a culture solution containing the microorganism cells cultured under ordinary conditions contains any of the plasmids in the above-described plasmid group. What is necessary is just to add a DNA solution. Bacillus subtilis has the property of spontaneously taking up DNA fragments from a DNA solution, and the DNA taken up within the cells undergoes homologous recombination at a homologous sequence previously integrated into the genome. As a result, the target DNA can be introduced into the Bacillus subtilis genome. The position for incorporating the homologous sequence in the microorganism genome may be any position as long as the microorganism is not killed by insertion of the homologous sequence or the target DNA, but in the case of Bacillus subtilis, for example, the proB gene or the like may be used. And the like of the amino acid-requiring gene. Details of transformation and homologous recombination can be found in Mitsuo Ogura, Bioscience and Industry, Vol.57, No.8, 532-535 (1999), Mitsumata Itaya, Journal of the Japanese Society of Agricultural Chemistry, Vol.67, No.4, 703-706 (1993) and Mitaniyasu Itaya, Journal of the Japanese Society of Agricultural Chemistry, Vol. 68, No. 11, 1545-1550 (1994).

かくして得られる形質転換体は通常用いられる培地で、適当な条件下、適当な時間培養する。培地は液体でも固体でもよいが、液体培地が好ましい。培養温度については、本発明の方法に用いる細菌が増殖できる温度であれば特に制限はないが、通常20〜80℃の範囲で行われる。また培養途中のpHについても宿主細菌が生育できる範囲であればいかなるものであってもよい。   The transformant thus obtained is cultured in a commonly used medium under appropriate conditions for an appropriate time. The medium may be liquid or solid, but a liquid medium is preferred. The cultivation temperature is not particularly limited as long as the bacterium used in the method of the present invention can grow, but is usually in the range of 20 to 80 ° C. The pH during the cultivation may be any value as long as the host bacteria can grow.

ここで、好ましくは、前記プラスミド群中のいずれかのプラスミド中の目的DNAが、該プラスミド中の目的DNAをはさむ2つの相同配列における相同組換えによりゲノム中に正しく導入された形質転換体を選択する。選択方法としては、予め微生物ゲノム中に2つの相同配列の間にマーカーDNAが存在するようにこれらを挿入しておき(図3の「微生物ゲノム」の「M1」で示される位置)、該マーカーDNAの発現が失われたことを指標に選択する方法、PCR法等により配列を解析して正しく導入されたことを確認する方法等が挙げられるが、マーカーDNAを用いる方法が好ましい。マーカーDNAとしては、薬剤耐性遺伝子、栄養要求性遺伝子、及びそれらを制御する機能を有するDNA等が挙げられ、薬剤耐性遺伝子が好ましく用いられる。その具体例としては、ネオマイシン耐性遺伝子、スペクチノマイシン耐性遺伝子、テトラサイクリン耐性遺伝子、エリスロマイシン耐性遺伝子、ブラストサイジンS耐性遺伝子等の抗生物質耐性遺伝子等が挙げられる。   Here, preferably, a transformant in which the target DNA in any one of the plasmids in the plasmid group has been correctly introduced into the genome by homologous recombination at two homologous sequences sandwiching the target DNA in the plasmid is selected. I do. As a selection method, these are inserted in advance so that a marker DNA exists between two homologous sequences in the microorganism genome (the position indicated by “M1” in “microorganism genome” in FIG. 3), and the marker Examples include a method of selecting the loss of DNA expression as an indicator, a method of analyzing the sequence by PCR, and the like to confirm that the DNA has been correctly introduced, and a method using a marker DNA is preferable. Examples of the marker DNA include a drug resistance gene, an auxotrophic gene, and a DNA having a function of controlling them, and a drug resistance gene is preferably used. Specific examples thereof include antibiotic resistance genes such as a neomycin resistance gene, a spectinomycin resistance gene, a tetracycline resistance gene, an erythromycin resistance gene, and a blasticidin S resistance gene.

さらに、目的DNAが正しく導入された微生物細胞のみが生育する条件下でのポジティブ選択と、特定の形質が発現することにより細胞が死滅するような選択条件下でのネガティブ選択とを組み合わせた二重選択等により、形質転換体を選択することもできる。
また、リプレッサー遺伝子を利用することにより、2種以上のマーカーを組み合わせた選択を行うこともできる。具体的には、例えば、ゲノム中の他の位置にPrプロモーターにより発現が制御されているネオマイシン耐性遺伝子(Pr-neo)を有する微生物に、2つの相同配列の間にスペクチノマイシン耐性遺伝子及びcIリプレッサー遺伝子を有するDNAを挿入すると、cIリプレッサー遺伝子が発現している株はcIリプレッサータンパクがPrプロモーターに結合して下流のネオマイシン耐性遺伝子の発現を抑制するため、ネオマイシン感受性となる。また、スペクチノマイシン耐性遺伝子の発現によりスペクチノマイシン耐性を示す。この微生物細胞を上記したような方法で形質転換すると、2つの相同配列における相同組換えにより目的DNAが導入され、スペクチノマイシン耐性遺伝子及びcIリプレッサーが失われる。cIリプレッサータンパクが供給されなくなった株は、Prプロモーターの発現抑制が解除されるためにネオマイシン耐性遺伝子が発現してネオマイシン耐性を示し、かつスペクチノマイシン感受性となる。この薬剤耐性の変化を利用して、目的の形質転換体を選択することができる(Itaya,M., Biosci.Biotech.Biochem., 63, 602-604(1999))。
Furthermore, double selection combining positive selection under conditions in which only microbial cells into which the target DNA has been correctly introduced grows, and negative selection under selection conditions under which a specific trait is expressed to kill the cells. Transformants can also be selected by selection or the like.
In addition, by using a repressor gene, selection combining two or more markers can be performed. Specifically, for example, a microorganism having a neomycin resistance gene (Pr-neo) whose expression is controlled by a Pr promoter at another position in the genome, a spectinomycin resistance gene and cI between two homologous sequences. When the DNA containing the repressor gene is inserted, the strain expressing the cI repressor gene becomes neomycin sensitive because the cI repressor protein binds to the Pr promoter and suppresses the expression of the downstream neomycin resistance gene. In addition, spectinomycin resistance is exhibited by expression of the spectinomycin resistance gene. When this microbial cell is transformed by the method described above, the target DNA is introduced by homologous recombination between two homologous sequences, and the spectinomycin resistance gene and the cI repressor are lost. The strain in which the cI repressor protein is no longer supplied becomes free from expression of the Pr promoter, expresses the neomycin resistance gene, exhibits neomycin resistance, and becomes spectinomycin sensitive. By utilizing this change in drug resistance, a target transformant can be selected (Itaya, M., Biosci. Biotech. Biochem., 63, 602-604 (1999)).

また、リプレッサー遺伝子は、1つの微生物ゲノム中に2つ以上を導入して用いることができる。すなわち、1つのプロモーターに対して2つ以上を用いることもできる。特に、cIリプレッサー遺伝子の場合には、形質転換等の過程で自然に変異を生じることがあり、目的DNAが正しく導入されていないにも関わらずコロニーが形成されてしまうことがある。このようなコロニーが多数生じると、目的DNAが導入されたコロニーを取得できる確率が低下したり、これらを選択するためのスクリーニングがさらに必要になるという問題がある。しかし、1つのPrプロモーターに対して2つ以上のcIリプレッサー遺伝子を用いれば、2つ以上のcIリプレッサー遺伝子に同時に変異が生じる確率は非常に低いため、前記の問題を回避することができる。導入するcIリプレッサー遺伝子の数は、好ましくは1つのプロモーターに対して2つ以上、特に好ましくは2つである。   In addition, two or more repressor genes can be introduced into one microorganism genome and used. That is, two or more promoters can be used for one promoter. In particular, in the case of the cI repressor gene, mutation may occur spontaneously in the course of transformation or the like, and a colony may be formed even though the target DNA has not been correctly introduced. When a large number of such colonies are generated, there is a problem that the probability of obtaining a colony into which the target DNA has been introduced is reduced, or that screening for selecting these is further required. However, if two or more cI repressor genes are used for one Pr promoter, the probability of simultaneous mutation in two or more cI repressor genes is extremely low, so that the above problem can be avoided. . The number of cI repressor genes to be introduced is preferably two or more, and particularly preferably two, for one promoter.

ここで、1つの微生物ゲノム中に2つ以上のcIリプレッサー遺伝子を導入して用いる場合には、各cIリプレッサー遺伝子の間にスペーサーを挿入することが好ましい。ごく近傍に連続して2つ以上のcIリプレッサー遺伝子が存在すると、これらの間で相同組換えを生じてしまうことがあるが、適当なスペーサーを挿入することによりこのような相同組換えを回避することができる。スペーサーとしては、目的DNAや微生物ゲノム中の配列と相同性を有さないものを用いることが好ましい。具体的には、これらの配列との相同性が50%以下、好ましくは40%以下のものを用いる。また、スペーサーの長さは、2つのcIリプレッサー遺伝子間で相同組換えが生じるのを回避できるような長さであればよいが、好ましくは50kb以上、より好ましくは100kb以上である。上限は、好ましくは300kb以下である。 さらに、スペーサーとして用いるDNAとして、そのGC含量が50%程度のものを選択することも好ましい。   Here, when two or more cI repressor genes are introduced into one microorganism genome and used, a spacer is preferably inserted between each cI repressor gene. When two or more cI repressor genes are present in close proximity, homologous recombination may occur between them.However, such a homologous recombination can be avoided by inserting an appropriate spacer. can do. As the spacer, it is preferable to use a spacer having no homology with the target DNA or the sequence in the genome of the microorganism. Specifically, those having homology to these sequences of 50% or less, preferably 40% or less are used. The length of the spacer may be any length that can prevent homologous recombination between the two cI repressor genes, but is preferably 50 kb or more, more preferably 100 kb or more. The upper limit is preferably 300 kb or less. Further, it is also preferable to select a DNA having a GC content of about 50% as a DNA used as a spacer.

このようなスペーサーの具体例としては、例えば、BACクローンF1O22(かずさDNA研究所製)が有するシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)のミトコンドリアゲノムの部分配列等が挙げられる。F1O22は、IGF Arabidopsis BAC library (Mozo, T. et al., Mol. Gen. Genet. 258, 562-570 (1998))から得られたもので、pBeloBAC11由来のBACベクター (pBeloBAC-Kan)に、約100kbのシロイヌナズナのミトコンドリアゲノムの部分配列が挿入されている。   Specific examples of such a spacer include, for example, a partial sequence of the Arabidopsis thaliana mitochondrial genome possessed by BAC clone F1O22 (manufactured by Kazusa DNA Research Institute). F1O22 is obtained from the IGF Arabidopsis BAC library (Mozo, T. et al., Mol.Gen. Genet. 258, 562-570 (1998)), and in a BAC vector derived from pBeloBAC11 (pBeloBAC-Kan), A partial sequence of the Arabidopsis mitochondrial genome of about 100 kb is inserted.

上記のようなcIリプレッサー遺伝子を用いる方法においては、Prプロモーターの制御下に置かれるポジティブ選択用(目的DNAが正しく導入され、cIリプレッサー遺伝子が失われたことにより発現する)のマーカーDNAの他に、さらに、スクリーニング用(目的DNAが導入されていない場合に発現する)のマーカーDNAを組み合わせて用いることが好ましい。マーカーDNAとしては、前記したようなものが用いられる。   In the method using the cI repressor gene as described above, a marker DNA for positive selection (expressed when the target DNA is correctly introduced and the cI repressor gene is lost) placed under the control of the Pr promoter is used. In addition, it is preferable to use a marker DNA for screening (expressed when the target DNA has not been introduced) in combination. As the marker DNA, those described above are used.

上記した1つのPrプロモーターに対して2つ以上のcIリプレッサー遺伝子を用いる方法について、2つのcIリプレッサー遺伝子と、Prプロモーターにより発現制御されるポジティブ選択用のネオマイシン遺伝子、スクリーニング用のスペクチノマイシン耐性遺伝子及びブラストサイジンS耐性遺伝子を組み合わせて用いる場合を例に挙げて、以下にさらに詳述する。   Regarding the method using two or more cI repressor genes for one Pr promoter described above, two cI repressor genes, a neomycin gene for positive selection controlled by the Pr promoter, and a spectinomycin for screening The case of using a combination of a resistance gene and a blasticidin S resistance gene will be described in more detail below.

まず、微生物ゲノム中の2つの相同配列の間に、スペーサーとなるDNA、例えば、BACクローンF1O22(かずさDNA研究所製)が有するシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)のミトコンドリアゲノムの部分配列を導入する。この微生物は、ゲノム中の他の位置にPrプロモーターにより発現制御されているネオマイシン耐性遺伝子(Pr-neo)を有している。次に、このスペーサーの一端に、cIリプレッサー遺伝子とスペクチノマイシン耐性遺伝子を連結したもの(cI-Spc)を導入する。例えば、このcI-Spcをスペーサーの3'末端側に導入した場合、もう一方の5'末端側にcIリプレッサー遺伝子とブラストサイジンS耐性遺伝子を連結したもの(cI-BS)を導入する。このとき、cI-SpcとcI-BSはどちらがスペーサーの3'末端側または5'末端にあってもよいが、2つのcIリプレッサー遺伝子がゲノム中で互いに逆向きになるように挿入することが好ましい(例えば、図5の「枯草菌BEST6528株」を参照)。例えば、前記cI-SpcとcI-BSを導入する場合には、スペーサー側にそれぞれの薬剤耐性遺伝子が隣接し、相同配列側にcIリプレッサー遺伝子が隣接するように導入する。このような順序に導入することにより、2つのcIリプレッサー遺伝子間で相同組換えが起こる確率を抑制することができ、また、もし2つのcIリプレッサー遺伝子の間で相同組換えが生じたとしても、スペーサーや薬剤耐性遺伝子が失われるのを回避することができる。   First, a DNA serving as a spacer, for example, a partial sequence of Arabidopsis thaliana mitochondrial genome of BAC clone F1O22 (manufactured by Kazusa DNA Research Institute) is introduced between two homologous sequences in the microorganism genome. This microorganism has a neomycin resistance gene (Pr-neo) whose expression is controlled by the Pr promoter at another position in the genome. Next, a product obtained by linking the cI repressor gene and the spectinomycin resistance gene to one end of this spacer (cI-Spc) is introduced. For example, when this cI-Spc is introduced into the 3 ′ end of the spacer, a product in which the cI repressor gene and the blasticidin S resistance gene are linked to the other 5 ′ end (cI-BS) is introduced. At this time, either cI-Spc or cI-BS may be at the 3 ′ end or 5 ′ end of the spacer, but it is possible to insert the two cI repressor genes so that they are opposite to each other in the genome. Preferred (for example, see “Bacillus subtilis BEST6528 strain” in FIG. 5). For example, when cI-Spc and cI-BS are introduced, they are introduced such that each drug resistance gene is adjacent to the spacer side and the cI repressor gene is adjacent to the homologous sequence side. By introducing in such an order, the probability that homologous recombination occurs between two cI repressor genes can be suppressed, and if homologous recombination occurs between two cI repressor genes, In addition, loss of the spacer and the drug resistance gene can be avoided.

かくして作製された微生物細胞は、cIリプレッサータンパクの発現によりPrプロモーターが抑制され、ネオマイシン耐性遺伝子の発現が抑制されているため、ネオマイシン感受性、かつ、スペクチノマイシン及びブラストサイジンSには耐性である。この微生物細胞を前記したような方法で形質転換すると、2つの相同配列における相同組換えにより目的DNAが導入され、cI-Spc、cI-BS、及びスペーサーが失われる。その結果、cIリプレッサータンパクが供給されなくなり、Prプロモーターに対する抑制が解除され、該プロモーターの制御下にあるネオマイシン耐性遺伝子が発現してネオマイシン耐性となる。その一方で、スペクチノマイシン及びブラストサイジンSには感受性となる。この薬剤耐性の変化を利用して、目的の形質転換体を選択することができる。   The microbial cells thus prepared have neomycin sensitivity and are resistant to spectinomycin and blasticidin S because the Pr promoter is suppressed by the expression of the cI repressor protein and the expression of the neomycin resistance gene is suppressed. is there. When this microbial cell is transformed by the method described above, the target DNA is introduced by homologous recombination between the two homologous sequences, and cI-Spc, cI-BS, and the spacer are lost. As a result, the cI repressor protein is not supplied, the suppression of the Pr promoter is released, and the neomycin resistance gene under the control of the promoter is expressed to become neomycin resistance. On the other hand, it becomes sensitive to spectinomycin and blasticidin S. By utilizing this change in drug resistance, a target transformant can be selected.

マーカーDNAとして薬剤耐性遺伝子を用いて形質転換体の選択を行う場合には、前記培地にそれぞれの薬剤耐性遺伝子に適した薬剤等を添加して培養を行う。具体的には、例えば、ネオマイシン耐性遺伝子が挿入されたゲノムを有する微生物(例えば、図2のneo(ネオマイシン耐性遺伝子)が導入されている枯草菌ゲノムを参照)を用いた場合、培地中に5〜10μg/mlのネオマイシンを添加すればよい。   When a transformant is selected using a drug resistance gene as a marker DNA, a drug suitable for each drug resistance gene is added to the above-mentioned medium, followed by culturing. Specifically, for example, when a microorganism having a genome into which a neomycin resistance gene is inserted (for example, see the Bacillus subtilis genome into which neo (neomycin resistance gene) is introduced in FIG. 2), 5 What is necessary is just to add 1010 μg / ml neomycin.

方法1の工程(c)
次に、前記プラスミド群の中から、上記工程(b)において形質転換に用いたプラスミド中の目的DNAとの重複配列を有する目的DNAを含む他のプラスミドを選択する。選択されるプラスミドは、先に形質転換に用いられたプラスミド中の目的DNAの3'末端側との重複配列を有するものでも、5'末端側との重複配列を有するものでもよい。
Step (c) of Method 1
Next, another plasmid containing the target DNA having an overlapping sequence with the target DNA in the plasmid used for the transformation in the above step (b) is selected from the above plasmid group. The selected plasmid may have an overlapping sequence with the 3 'end of the target DNA in the plasmid previously used for the transformation, or may have an overlapping sequence with the 5' end.

方法1の工程(d)
上記工程(b)において形質転換された微生物細胞を、上記工程(c)において選択されたプラスミドにより形質転換する(図3の「挿入後」参照)。形質転換は、上述した方法と同様に行うことができる。
Step (d) of Method 1
The microbial cells transformed in the above step (b) are transformed with the plasmid selected in the above step (c) (see “After insertion” in FIG. 3). Transformation can be performed in the same manner as described above.

方法1の工程(e)
上記工程(d)で得られた微生物細胞から、上記工程(b)及び(d)で用いた2つのプラスミドが有する目的DNAが、重複配列と相同配列における相同組換えにより連結されたDNAをゲノム中に有する形質転換体を選択する。上記工程(d)の形質転換の結果、該工程で用いたプラスミド中の目的DNA中の、上記工程(b)の形質転換により微生物ゲノム中に導入されたプラスミド中の目的DNAとの重複配列と、これと逆の末端に隣接するプラスミド中の相同配列とで相同組換えが起こることにより、2つの目的DNAが連結される(図3の「連結後」参照)。このようなDNAをゲノム中に有する形質転換体の選択は、上記(2)に詳述した方法と同様に、マーカーDNAを用いる方法、PCR法により配列を確認する方法等により行うことができる。
Step (e) of method 1
From the microbial cells obtained in the above step (d), the target DNAs of the two plasmids used in the above steps (b) and (d) are genomically ligated to the DNA ligated by homologous recombination at the overlapping sequence and the homologous sequence. Select the transformants contained therein. As a result of the transformation in the above step (d), an overlapping sequence between the target DNA in the plasmid used in this step and the target DNA in the plasmid introduced into the microorganism genome by the transformation in the above step (b) The homologous recombination with the homologous sequence in the plasmid adjacent to the opposite end causes the two target DNAs to be ligated (see “after ligation” in FIG. 3). A transformant having such a DNA in the genome can be selected by a method using a marker DNA, a method of confirming the sequence by a PCR method, or the like, as in the method described in detail in (2) above.

ここで、上記の相同組換えにより連結した形質転換体をマーカーDNAを用いて選択する場合、マーカーDNAは、すでに微生物ゲノムに挿入された目的DNAの重複配列と相同配列の間(図3の「挿入後」の「M2」で示される位置)に挿入することが好ましい。このとき用いるマーカーDNAは、上記(2)で用いたマーカーDNAと同じものでもよいし、異なるものであってもよい。   Here, when a transformant linked by the above homologous recombination is selected using a marker DNA, the marker DNA is located between the overlapping sequence of the target DNA already inserted into the microorganism genome and the homologous sequence (see FIG. 3). (At the position indicated by “M2” of “after insertion”). The marker DNA used at this time may be the same as or different from the marker DNA used in the above (2).

方法1の工程(f)
上記(c)〜(e)の各工程を繰り返し、上記工程(a)で調製されたプラスミド群中に含まれる全ての目的DNAを前記微生物に導入することにより、微生物ゲノム中で外来の遺伝子を構成するゲノムDNAが再構成される。
Step (f) of Method 1
By repeating the above steps (c) to (e) and introducing all the target DNAs contained in the plasmid group prepared in the above step (a) into the microorganism, a foreign gene can be introduced into the microorganism genome. The constituent genomic DNA is reconstructed.

Bacillus属細菌又は高度好熱菌、中でも特にB.subtilis(枯草菌)は、巨大なDNAをそのゲノム中で安定的に保持する能力を有し、また、ゲノム中で該DNAにゲノム工学的な操作を加えて改変することが容易である(板谷光泰、自然に学んだ枯草菌ゲノムベクター、バイオサイエンスとインダストリー、57、540-543(1999))。従って、例えば、該微生物ゲノム中に再構成されたゲノム遺伝子に、公知の方法を用いて挿入、置換、欠失等の改変を行うことができる。   Bacillus bacteria or highly thermophilic bacteria, especially B. subtilis (Bacillus subtilis), have the ability to stably maintain large DNAs in their genomes, and also provide genomically engineered DNAs in their genomes. It is easy to modify by manipulation (Mitsuyasu Itaya, Bacillus subtilis genome vector learned naturally, Bioscience and Industry, 57, 540-543 (1999)). Therefore, for example, modifications such as insertion, substitution, and deletion can be made to the genomic gene reconstituted in the microorganism genome by a known method.

2.微生物ゲノム中に、外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する方法(方法2)
本発明の微生物ゲノム中で外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する方法の第2は、以下の工程から成ることを特徴としている。
(a)ベクターに外来遺伝子を構成するゲノムDNAの全長の異なる部分配列が目的DNAとして挿入され、かつ各目的DNAがいずれかの他の目的DNAとお互いに重複配列を有するプラスミド群を調製する工程、
(b)同一のゲノムを有する微生物細胞に、上記工程(a)で調製された各プラスミド中の目的DNAをはさむ2つの相同配列を微生物ゲノム上の同じ位置に予め挿入し、該微生物細胞を各々のプラスミドにより形質転換する工程、
(c)上記工程(b)で得られたいずれかの目的DNAをゲノム中に有する微生物細胞から、ゲノムDNAを抽出する工程、
(d)上記工程(c)で抽出したゲノムDNA中の目的DNAと重複配列を有する他の目的DNAをゲノム中に有する微生物細胞を、上記工程(c)で得られたゲノムDNAにより形質転換する工程、
(e)上記工程(d)で形質転換された微生物細胞から、上記工程(c)及び(d)で用いた2つの微生物ゲノム中の目的DNAが、それぞれ重複配列と微生物ゲノム上の共通配列における相同組換えにより連結されたDNAを有する形質転換体を選択する工程、
(f)上記(c)〜(e)の各工程を繰り返し、上記工程(a)で調製された全ての目的DNAを前記微生物に導入することにより、微生物ゲノム中に外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する工程。
2. Method for reconstituting genomic DNA constituting foreign genes in microorganism genome (method 2)
The second method of the present invention for reconstituting genomic DNA constituting a foreign gene in a microorganism genome is characterized by comprising the following steps.
(A) Step of preparing a plasmid group in which partial sequences having different total lengths of genomic DNA constituting a foreign gene are inserted into a vector as target DNAs, and each target DNA has a sequence overlapping with any other target DNA. ,
(B) Two homologous sequences sandwiching the target DNA in each of the plasmids prepared in the above step (a) are previously inserted into microbial cells having the same genome at the same position on the microbial genome, and each of the microbial cells is Transforming with the plasmid of
(C) a step of extracting genomic DNA from a microbial cell having any of the target DNAs obtained in the step (b) in the genome,
(D) Transforming a microbial cell having in the genome another target DNA having an overlapping sequence with the target DNA in the genomic DNA extracted in the step (c) with the genomic DNA obtained in the step (c). Process,
(E) From the microbial cells transformed in the above step (d), the target DNAs in the two microbial genomes used in the above steps (c) and (d) are respectively the duplicated sequence and the common sequence in the microbial genome. Selecting a transformant having DNA linked by homologous recombination,
(F) genomic DNA constituting a foreign gene in the genome of a microorganism by repeating the above steps (c) to (e) and introducing all the target DNAs prepared in the above step (a) into the microorganism. The step of reconstructing.

この方法2の概要を模式的に図4に示す。以下、各工程の詳細について説明する。
方法2の工程(a)
本工程で調製されるプラスミド群は、上記方法1の工程(a)に詳述した方法と同様にして調製することができる。目的DNAとして用いられる外来遺伝子を構成するゲノムDNAの部分配列、ベクター等についても同様のものを用いることができる。ただし、本法においては、後記工程(e)において詳述するとおり、相同組換えが2つの目的DNAの重複配列と微生物ゲノム中の共通配列において起こることから、各目的DNAが挿入されるベクターが全て同一である必要はない。しかし、組換えの効率、操作の簡便性等の観点から、同一のベクターに挿入されることが好ましい。また、該ベクターはBACベクターであることがより好ましく、上記方法1の工程(a)と同様に市販のBACライブラリー等から適当なものを選択して用いることができる。
An outline of the method 2 is schematically shown in FIG. Hereinafter, details of each step will be described.
Step (a) of Method 2
The plasmid group prepared in this step can be prepared in the same manner as the method described in the step (a) of the above method 1. The same can be used for the partial sequence of genomic DNA constituting the foreign gene used as the target DNA, the vector, and the like. However, in this method, since the homologous recombination occurs in the overlapping sequence of the two target DNAs and the common sequence in the microorganism genome as described in detail in the step (e) described later, the vector into which each target DNA is inserted is used. Not all need to be identical. However, it is preferable that they be inserted into the same vector from the viewpoint of recombination efficiency, simplicity of operation, and the like. The vector is more preferably a BAC vector, and an appropriate vector can be selected from a commercially available BAC library or the like and used in the same manner as in the step (a) of the above-mentioned method 1.

方法2の工程(b)
次に、同一のゲノムを有する微生物細胞に、上記工程(a)で調製された各プラスミド(図4の「プラスミド」参照)において目的DNAをはさむ2つの相同配列を微生物ゲノム中の同じ位置に予め挿入し、該微生物細胞を各々のプラスミドにより形質転換する(図4の「微生物ゲノム」参照)。
Step (b) of Method 2
Next, two homologous sequences sandwiching the target DNA in each of the plasmids prepared in the above step (a) (see “Plasmids” in FIG. 4) are previously placed at the same position in the microorganism genome in the microorganism cells having the same genome. Insert and transform the microbial cells with each plasmid (see "Microbial Genome" in FIG. 4).

同一のゲノムを有する微生物細胞としては、上記方法1の工程(b)に詳述したものと同様のものから選択すればよい。このような微生物細胞に、上記工程(a)で調製した各プラスミドにおいて目的DNAをはさむ2つの相同配列を上記方法1の工程(b)と同様に予め挿入する。ここで、プラスミドを構成しているベクターが同一の場合には、相同配列を挿入した微生物細胞は1種類作製すればよいが、ベクターが異なる場合にはそれぞれのベクター中の適当な配列を予め挿入し、各々のプラスミド用の微生物細胞を作製する。このとき、相同配列は、微生物ゲノム中において同じ位置に挿入する。本法においては、後記工程(e)において詳述するとおり、相同組換えが2つの目的DNAの重複配列と微生物ゲノム中の共通配列において起こることから、該重複配列と該共通配列が、適切な相同組換えが起こり得る位置に存在することが必要である。すなわち、ここで「同じ位置」とは、配列上で全く同位置である必要はなく、前記した相同組換えが起こり得る範囲内であればよい。   Microbial cells having the same genome may be selected from those similar to those described in detail in step (b) of Method 1 above. In such a microbial cell, two homologous sequences sandwiching the target DNA in each plasmid prepared in the above step (a) are inserted in advance in the same manner as in the step (b) of the above method 1. Here, when the vector constituting the plasmid is the same, one kind of microbial cell having the homologous sequence inserted therein may be prepared, but when the vector is different, the appropriate sequence in each vector is inserted in advance. Then, a microbial cell for each plasmid is prepared. At this time, the homologous sequence is inserted at the same position in the microorganism genome. In this method, as described in detail in step (e) described below, since homologous recombination occurs at a common sequence in the microorganism genome and the overlapping sequence of the two target DNAs, the overlapping sequence and the common sequence are appropriately It must be located at a position where homologous recombination can occur. That is, the “same position” does not need to be exactly the same position on the sequence, and may be within the range where the above-described homologous recombination can occur.

プラスミド中の目的DNAをはさむ2つの相同配列の長さ、微生物ゲノム中の相同配列が組み込まれる位置、形質転換及び相同組換えの方法、目的DNAが正しく導入された形質転換体の選択方法等は、上記方法1の工程(b)と同様に行うことができる。   The length of two homologous sequences sandwiching the target DNA in the plasmid, the position where the homologous sequence is incorporated in the microorganism genome, the method of transformation and homologous recombination, the method of selecting a transformant into which the target DNA has been correctly introduced, etc. The method can be performed in the same manner as in the step (b) of the method 1.

方法2の工程(c)
次いで、上記工程(b)で調製されたいずれかの目的DNAを含むゲノムを保持する微生物細胞から、ゲノムDNAを抽出する。ゲノムDNAの抽出は、それ自体公知の通常用いられる方法により行うことができ、例えば、リゾチーム-SDS処理法(Saito,H. and Miura,K., Biochem.Biophys.Acta., 72, 619-629(1963))等が挙げられる。かくして調製されたゲノムDNA抽出液の中には、微生物ゲノムが断片化されて含まれるが、上記工程(b)で導入された目的DNAと微生物ゲノム上の共通配列を一続きに有しているものが含まれていればよい。
Step (c) of Method 2
Next, genomic DNA is extracted from a microbial cell having a genome containing any target DNA prepared in the step (b). The extraction of genomic DNA can be performed by a commonly used method known per se, for example, a lysozyme-SDS treatment method (Saito, H. and Miura, K., Biochem. Biophys. Acta., 72, 619-629). (1963)). The genomic DNA extract thus prepared contains fragmented microbial genomes, but has a continuous sequence of the target DNA introduced in step (b) and a common sequence on the microbial genome. What is necessary is just to be included.

方法2の工程(d)
上記工程(c)でゲノムDNAを抽出するために用いた微生物ゲノム中の目的DNAとの重複配列を有する他の目的DNAを含む微生物細胞を、上記工程(c)で得られたゲノムDNAにより形質転換する(図4の「挿入後」参照)。形質転換は、前述の方法と同様にして行うことができる。ここで用いられる微生物細胞に含まれる目的DNAは、先に形質転換された微生物細胞中の目的DNAの3'末端側との重複配列を有するものでも、5'末端側との重複配列を有するものでもよい。
Step (d) of method 2
Microbial cells containing another target DNA having an overlapping sequence with the target DNA in the microorganism genome used for extracting the genomic DNA in the step (c) are transformed with the genomic DNA obtained in the step (c). (See “After Insertion” in FIG. 4). Transformation can be performed in the same manner as described above. The target DNA contained in the microbial cells used herein may have an overlapping sequence with the 3 ′ end of the target DNA in the previously transformed microbial cells, or may have an overlapping sequence with the 5 ′ end May be.

方法2の工程(e)
上記工程(d)で得られた微生物細胞から、上記工程(c)及び(d)で用いた2つの微生物ゲノム中の目的DNAが、重複配列と微生物ゲノム中の共通配列における相同組換えにより連結されたDNAを有する形質転換体を選択する。上記工程(d)の形質転換の結果、上記工程(c)で得られたゲノムDNA中に含まれる目的DNA中の、微生物細胞のゲノム中に含まれる目的DNAとの重複配列と、これと逆の末端に隣接する共通配列とで相同組換えが起こることにより、2つの目的DNAが連結される(図4の「連結後」参照)。このようなDNAをゲノム中に有する形質転換体の選択は、上記方法1の工程(b)に詳述した方法と同様に、マーカーDNAを用いる方法、PCR法により配列を確認する方法等により行うことができる。
Step (e) of method 2
From the microorganism cells obtained in the above step (d), the target DNAs in the two microorganism genomes used in the above steps (c) and (d) are linked by homologous recombination at the overlapping sequence and the common sequence in the microorganism genome. A transformant having the obtained DNA is selected. As a result of the transformation in the step (d), the overlapping sequence of the target DNA contained in the genome of the microbial cell in the target DNA contained in the genomic DNA obtained in the step (c) and the reverse sequence Homologous recombination occurs with a common sequence adjacent to the end of the target DNA, thereby linking the two target DNAs (see "after ligation" in FIG. 4). Selection of a transformant having such a DNA in the genome is performed by a method using a marker DNA, a method of confirming the sequence by a PCR method, or the like, in the same manner as the method described in detail in the step (b) of the above method 1. be able to.

方法2の工程(f)
上記(c)〜(e)の各工程を繰り返し、上記工程(a)で調製された全ての目的DNAを前記微生物に導入することにより、微生物ゲノム中で外来の遺伝子を構成するゲノムDNAが再構成される。
Bacillus属細菌又は高度好熱菌、中でも特にB.subtilis(枯草菌)は、巨大なDNAをそのゲノム中で安定的に保持する能力を有し、また、ゲノム中で該DNAに遺伝子工学的な操作を加えて改変することが容易である(板谷光泰、自然に学んだ枯草菌ゲノムベクター、バイオサイエンスとインダストリー、57、540-543(1999))。従って、例えば、該微生物ゲノム中に再構成されたゲノム遺伝子に、公知の方法を用いて挿入、置換、欠失等の改変を行うことができる。
Step (f) of method 2
By repeating each of the above steps (c) to (e) and introducing all the target DNAs prepared in the above step (a) into the microorganism, the genomic DNA constituting the foreign gene in the microorganism genome is reproduced. Be composed.
Bacillus bacteria or highly thermophilic bacteria, especially B. subtilis (Bacillus subtilis), have the ability to stably maintain large DNAs in their genomes, and also have a genetically engineered DNA in their genomes. It is easy to modify by manipulation (Mitsuyasu Itaya, Bacillus subtilis genome vector learned naturally, Bioscience and Industry, 57, 540-543 (1999)). Therefore, for example, modifications such as insertion, substitution, and deletion can be made to the genomic gene reconstituted in the microorganism genome by a known method.

3.外来遺伝子を構成するゲノムDNAの全長を含むプラスミド
本発明の別の態様によれば、外来遺伝子を構成するゲノムDNAの全長を含み、かつその長さが100kb以上であることを特徴とするプラスミドが提供される。
このようなプラスミドは、例えば、上記1又は2に詳述した方法により作製された微生物から取得することができる。具体的には、該方法により作製された微生物ゲノムから、特開2002-17350号公報等に記載の方法を用いて外来遺伝子を構成するゲノムDNAの全長を含む部分をプラスミドとして回収し、精製して取得することができる。また、ゲノム遺伝子の5'末端及び3'末端にレアカッター認識配列を予め導入しておいた場合、このレアカッターを用いてゲノム遺伝子を処理することによりゲノム遺伝子を切り出して回収することができる。レアカッターとは、例えば、8塩基以上から成る塩基配列を認識して、該配列を特異的に切断するようなエンドヌクレアーゼを言い、例えば、I-PpoI、I-SceI等が挙げられる。
3. According to another embodiment of the present invention, there is provided a plasmid comprising the full length of genomic DNA constituting a foreign gene and having a length of 100 kb or more. Provided.
Such a plasmid can be obtained, for example, from a microorganism prepared by the method described in 1 or 2 above. Specifically, a portion containing the full-length genomic DNA constituting the foreign gene is recovered as a plasmid from the microorganism genome prepared by the method using a method described in JP-A-2002-17350 or the like, and purified. Can be obtained. When a rare cutter recognition sequence has been introduced into the 5 ′ end and 3 ′ end of the genomic gene in advance, the genomic gene can be cut out and recovered by treating the genomic gene with the rare cutter. The rare cutter refers to, for example, an endonuclease that recognizes a base sequence composed of eight or more bases and specifically cleaves the sequence, and examples thereof include I-PpoI and I-SceI.

外来遺伝子を構成するゲノムDNAの全長は、100kb以上、好ましくは200kb以上である。外来遺伝子とは、例えば、上記1に記載のものと同様のものが挙げられる。すなわち、ゲノムとしての機能を有している限り、必ずしも全長を有していなくてもよく、また、元のゲノムDNAに挿入、置換、欠失、変異等のゲノム工学的な改変が加えられたもの等を含む。   The total length of the genomic DNA constituting the foreign gene is 100 kb or more, preferably 200 kb or more. The foreign gene includes, for example, those similar to those described in 1 above. That is, as long as it has a function as a genome, it does not necessarily have to have the full length, and genomic engineering modifications such as insertion, substitution, deletion, mutation, etc. have been added to the original genomic DNA Including things.

かくして得られる本発明のプラスミドは、遺伝子改変非ヒト動物又は植物を作製するためのトランスジーン等として好適に用いることができる。遺伝子改変非ヒト動物又は植物の作製においては、人工的に作製されたトランスジーンを用いるよりも、遺伝子を構成するゲノムDNAそのものを改変して用いた方がより効率がよいと考えられており、本発明のプラスミドは非常に有用である。   The thus obtained plasmid of the present invention can be suitably used as a transgene for producing a genetically modified non-human animal or plant. In the production of genetically modified non-human animals or plants, it is considered that it is more efficient to use the genomic DNA itself that constitutes the gene, rather than using an artificially produced transgene, The plasmid of the present invention is very useful.

また、例えば、再構成された外来遺伝子を構成するゲノムDNAがBacillus属細菌又は高度好熱菌の菌体内で有効な発現制御領域等の制御下におかれるように構成すれば、特定の蛋白質の生産性が高まった形質転換体や、機能の改良された蛋白質を生産する形質転換体等も、簡便に得ることができる。   Also, for example, if the genomic DNA constituting the reconstituted foreign gene is configured to be under the control of an effective expression control region in the bacterium of the genus Bacillus or thermophilic bacterium, the specific protein A transformant with increased productivity, a transformant that produces a protein with improved function, and the like can be easily obtained.

4.本発明のプラスミドを用いる遺伝子改変非ヒト動物又は植物の作製方法
上記3に記載の本発明のプラスミドを用いて、遺伝子改変非ヒト動物又は植物を作製することができる。特に、上記1又は2に記載の方法により作製された微生物から取得されるプラスミドは、該微生物のゲノム中で容易にゲノム工学的な改変を加えることができることから、遺伝子改変非ヒト動物又は植物の作製に好適である。
4. Method for producing a genetically modified non-human animal or plant using the plasmid of the present invention A genetically modified non-human animal or plant can be produced using the plasmid of the present invention described in 3 above. In particular, a plasmid obtained from a microorganism prepared by the method described in 1 or 2 above can be easily modified by genome engineering in the genome of the microorganism. It is suitable for production.

上記3に記載の本発明のプラスミドを、ヒト以外の動物の未受精卵、受精卵、精子及びその始原細胞を含む胚芽細胞、生体の臓器、組織細胞、培養細胞、又は植物の個体、器官、組織、培養細胞等に導入することにより、遺伝子改変非ヒト動物または動物及び植物の遺伝子改変組織、培養細胞の作製を行うことができる。
遺伝子改変を行う動物または植物としては、個体のみでなく、動物では生体臓器、組織、培養細胞が、また植物では器官、組織、培養細胞がそれぞれ含まれる。その種類は動物個体としてはヒトを除くが、その他は何ら限定されず、例えばマウスの卵細胞、ES細胞等が挙げられる。
The plasmid of the present invention according to 3 above, an unfertilized egg of a non-human animal, a fertilized egg, a germ cell containing a sperm and its progenitor cells, a living organ, a tissue cell, a cultured cell, or a plant individual, organ, By introducing the gene into a tissue, a cultured cell, or the like, a genetically modified non-human animal or a genetically modified tissue or a cultured cell of an animal and a plant can be produced.
The animals or plants on which genetic modification is performed include not only individuals but also living organs, tissues, and cultured cells in animals, and organs, tissues, and cultured cells in plants. The kind of animal is excluding human as an animal individual, but other types are not limited at all, and examples thereof include mouse egg cells and ES cells.

本発明のプラスミドの、ヒト以外の動物の未受精卵、受精卵、精子及びその始原細胞を含む胚芽細胞、生体の臓器、組織細胞、培養細胞、または植物の個体、器官、組織、培養細胞等への導入においては、用いるDNAの形態に特に制限はなく、例えば得られた環状のプラスミドを直接ドナーDNAとして供してもよいし、得られたプラスミドを制限酵素で切断して電気泳動等の分離手段で所望の配列のみを分離・精製し、ドナーDNAとして用いてもよい。   Non-human animal non-fertilized eggs, fertilized eggs, germ cells containing sperm and their progenitor cells, living organs, tissue cells, cultured cells, or plant individuals, organs, tissues, cultured cells, etc. There is no particular limitation on the form of the DNA to be used in the introduction, and for example, the obtained circular plasmid may be directly provided as a donor DNA, or the obtained plasmid may be cut with a restriction enzyme and separated by electrophoresis or the like. The desired sequence alone may be separated and purified by a means and used as donor DNA.

また、該プラスミドの導入方法も特に限定されず、通常用いられている方法を用いることができる。例えば、受精卵の前核に直接DNAをマイクロインジェクトする方法(Palmiter, R. D. et al., Annu. Rev. Genet., 20, 465-499 (1986))、胚性幹細胞(ES細胞)にエレクトロポレーションによりDNAを導入する方法(Karin, M. L., et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 81, 7161-7165 (1984))、脂質に包んだドナーDNAをES細胞と融合するリポフェクション法(Strauss, W. M. et al., R. EMBO J., 11, 417-422 (1992))、プラスミドを持つドナーの菌をプロトプラストにしてES細胞のスフィロプラストと融合する方法(Davies, N. P. et al., Biotechnology, 11, 911-914 (1993))、未受精卵への細胞質内精子注入法(Perry, A. C. F. et al., Science,284, 1180-1183 (1999))、精子を用いて未受精卵細胞にDNAを導入する精子ベクター法(Lavitrano, M. et al., Cell , 57, 717-723 (1989))等による方法を用いて前記した細胞等に導入することができる。また本発明のプラスミドにアデノウイルスを用いたり(Chartier, C. et al.,J. Virol., 70, 4805-4810 (1996))、あるいはレトロウイルス等を用いることにより、卵細胞あるいはES細胞等にウイルスを感染させることで遺伝子を導入する方法を用いることもできる。   The method for introducing the plasmid is not particularly limited, and a commonly used method can be used. For example, a method of direct microinjection of DNA into the pronucleus of a fertilized egg (Palmiter, RD et al., Annu. Rev. Genet., 20, 465-499 (1986)), electro-transfer of embryonic stem cells (ES cells) A method for introducing DNA by poration (Karin, ML, et al., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 81, 7161-7165 (1984)), lipofection in which donor DNA wrapped in lipids is fused with ES cells Method (Strauss, WM et al., R. EMBO J., 11, 417-422 (1992)), a method in which a donor strain having a plasmid is used as a protoplast and fused with spheroplast of ES cells (Davies, NP et al. al., Biotechnology, 11, 911-914 (1993)), a method of injecting intracytoplasmic sperm into unfertilized eggs (Perry, ACF et al., Science, 284, 1180-1183 (1999)). It can be introduced into the above-mentioned cells and the like using a method such as the sperm vector method (Lavitrano, M. et al., Cell, 57, 717-723 (1989)) for introducing DNA into a fertilized egg cell. . In addition, the use of an adenovirus (Chartier, C. et al., J. Virol., 70, 4805-4810 (1996)) as the plasmid of the present invention, or the use of a retrovirus or the like enables the production of oocytes or ES cells. A method of introducing a gene by infecting with a virus can also be used.

また、上記したようなDNA導入方法により、体細胞、生体の臓器、組織細胞等に再構成されたゲノム遺伝子あるいはその変異体を導入し、細胞培養、組織培養等を行うこともできるし、さらにこれらの細胞を上述の胚芽細胞とそれ自体既知の細胞融合法により融合させることにより本発明の非ヒト遺伝子変異動物を作成することもできる。
植物の場合には、個体、または葉、花弁、茎、根、種子等の器官、あるいは表皮、師部、木部、柔組織、維管束等の組織について、それ自体既知の動物に行う場合と同様の方法、あるいはプロトプラストにエレクトロポレーション法等によりDNAの導入を行うことができる。かくして得られる再構成されたゲノム遺伝子またはその変異体が導入された形質転換体の選択は、マーカーDNAを同時に導入しておいた場合には該マーカーDNAに適した薬剤等により選択した後、さらに、PCRやサザン分析で導入されたDNAを解析することにより行うことができる。
In addition, by the above-described DNA introduction method, somatic cells, organs of a living body, a genomic gene reconstructed in tissue cells or the like, or a mutant thereof can be introduced, and cell culture or tissue culture can be performed. The non-human gene mutant animal of the present invention can also be prepared by fusing these cells with the above-mentioned germ cells by a cell fusion method known per se.
In the case of plants, individuals, or organs such as leaves, petals, stems, roots and seeds, or tissues such as epidermis, phloem, xylem, parenchyma, vascular bundles, etc., are performed on animals known per se. DNA can be introduced into the protoplasts by a similar method or electroporation. Selection of the transformant into which the thus obtained reconstructed genomic gene or a mutant thereof has been introduced is carried out by selecting an agent or the like suitable for the marker DNA when marker DNA has been introduced at the same time, and further selecting The analysis can be performed by analyzing DNA introduced by PCR or Southern analysis.

以下、実施例により本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例により何ら限定されるものではない。
なお、下記実施例において、アンピシリン、クロラムフェニコール、エリスロマイシン、テトラサイクリン、スペクチノマイシン、ネオマイシンの抗生物質は、シグマ社から購入した。ブラストサイジンSの抗生物質はフナコシ社から購入した。制限酵素NotIは宝酒造から購入した。I-PpoIヌクレア-ゼはPromega社から購入した。他の制限酵素及びAlkaline phosphatase (E. coli)、T4 DNA ligaseは、東洋紡社から購入した。PCRによる遺伝子増幅には宝酒造社のTaKaRa Ex Taq HSを用い、添付の説明書に従い行った。PCRの反応条件は、94℃、5分の反応の後、以下の温度サイクルを30サイクル行った。94℃、1秒:60℃、1秒:72℃、2秒。LB培地の培地成分及び寒天は、ベクトン ディッキントン社製のものを用いた。他の全ての生化学試薬は、シグマ社及びナカライテスク社製のものを使用した。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
In the following examples, ampicillin, chloramphenicol, erythromycin, tetracycline, spectinomycin, and neomycin antibiotics were purchased from Sigma. Blasticidin S antibiotics were purchased from Funakoshi. The restriction enzyme NotI was purchased from Takara Shuzo. I-PpoI nuclease was purchased from Promega. Other restriction enzymes, Alkaline phosphatase (E. coli), and T4 DNA ligase were purchased from Toyobo. Gene amplification by PCR was performed using TaKaRa Ex Taq HS from Takara Shuzo Co., Ltd. according to the attached instructions. The reaction conditions of PCR were as follows: After the reaction at 94 ° C. for 5 minutes, the following temperature cycle was performed 30 times. 94 ° C, 1 second: 60 ° C, 1 second: 72 ° C, 2 seconds. As the medium components and the agar of the LB medium, those manufactured by Becton Dickington were used. All other biochemical reagents were from Sigma and Nacalai Tesque.

特記したもの以外のプラスミドの構築は、大腸菌JA221株(ATCC37436株としてAmerican Type Culture Collectionより入手可能)を用いて行った。サザンハイブリダイゼーションは、Roche社のDIG DNA Labeling and Detection Kit を使用した。構築したプラスミドの抽出、検定、大量調製などの操作法は、標準プロトコール(Sambrook. J. et al., Molecular Clonoing: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1989))に従った。パルスフィールド電気泳動 Counter clumped gel Electrophoresis(CHEF)の装置及び使用法は既報(Itaya, M. and Tanaka, T., J. Mol. Biol., 220, 631-648 (1991)、及び、特開2001-321170号公報)の通りに行った。コンピテント大腸菌JA221及びコンピテント枯草菌の形質転換についても、既報(Itaya,M. Mol. Gen. Genet., 241, 287-297 (1993))の通り行った。   Plasmids other than those specified were constructed using Escherichia coli strain JA221 (available from American Type Culture Collection as ATCC37436 strain). For Southern hybridization, Roche DIG DNA Labeling and Detection Kit was used. Procedures such as extraction, assay, and large-scale preparation of the constructed plasmid are described in a standard protocol (Sambrook. J. et al., Molecular Clonoing: A Laboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1989)). Followed. Apparatus and method of use of pulse field electrophoresis Counter clumped gel Electrophoresis (CHEF) have already been reported (Itaya, M. and Tanaka, T., J. Mol. Biol., 220, 631-648 (1991), and JP 2001) -321170). Transformation of competent Escherichia coli JA221 and competent Bacillus subtilis was performed as described previously (Itaya, M. Mol. Gen. Genet., 241, 287-297 (1993)).

BACベクターの配列をゲノム中に有する枯草菌の作製
目的DNAを組み込む微生物として枯草菌を、目的DNAを含むプラスミドとしてBACベクターを用いた。まず、枯草菌に目的DNAを導入するための相同配列として、BACベクターの配列を枯草菌のゲノム中に挿入した。
(1)土台となる枯草菌の作製
枯草菌RM125株(Itaya, M., Biosci. Biotech. Biochem. 61, 56-64 (1997);及びUozumi, T. et al., Mol. Gen. Genet., 152, 65-69 (1977))のゲノム中に、組み込み場所を指定するproB::pBRTc(proB遺伝子中のNotI認識部位にpBR322配列とテトラサイクリン耐性遺伝子を含む構造;Itaya, M., Mol. Gen. Genet., 241, 287-297(1993))と、ポジティブ選択用のネオマイシン耐性遺伝子(Itaya, M., Biosci. Biotech. Biochem. 63, 602-604 (1999))を保持した構造を有する、枯草菌BEST7003株を作製した。枯草菌RM125株系統は、取り込むDNAの由来を問わないという性質を有する株である。
Preparation of Bacillus subtilis having BAC vector sequence in its genome Bacillus subtilis was used as a microorganism incorporating the target DNA, and BAC vector was used as a plasmid containing the target DNA. First, a BAC vector sequence was inserted into the genome of Bacillus subtilis as a homologous sequence for introducing the target DNA into B. subtilis.
(1) Preparation of Bacillus subtilis as a base Bacillus subtilis strain RM125 (Itaya, M., Biosci. Biotech. Biochem. 61, 56-64 (1997); and Uozumi, T. et al., Mol. Gen. Genet. , 152, 65-69 (1977)), a proB :: pBRTc (a structure containing a pBR322 sequence and a tetracycline resistance gene at the NotI recognition site in the proB gene) that specifies an integration site; Itaya, M., Mol. Gen. Genet., 241, 287-297 (1993)) and a neomycin resistance gene for positive selection (Itaya, M., Biosci. Biotech. Biochem. 63, 602-604 (1999)). Bacillus subtilis BEST7003 strain was prepared. The Bacillus subtilis RM125 strain is a strain having the property of irrespective of the origin of the DNA to be incorporated.

まず、ポジティブ選択用のネオマイシン耐性遺伝子として大腸菌のλファージ由来のPrプロモーターによって発現制御されるネオマイシン耐性遺伝子(以下、「Pr-neo」と称することがある)を組み込み、BEST6225株を作製した。この株はRM125株にPr-neo組み込み用プラスミドpNEXT4-PN2を形質転換し、ネオマイシン耐性株を取得することで得られ、ゲノム中のyvfC-yveP(3516.219kb-3522.452kb)の位置にPr-neo遺伝子を有する。   First, a neomycin resistance gene (hereinafter, sometimes referred to as “Pr-neo”) whose expression is controlled by a Pr promoter derived from λ phage of Escherichia coli as a neomycin resistance gene for positive selection was incorporated to prepare a BEST6225 strain. This strain is obtained by transforming the pNEXT4-PN2 plasmid for integration of Pr-neo into the RM125 strain and obtaining a neomycin-resistant strain, and at the position of yvfC-yveP (3516.219kb-3522.452kb) in the genome, Pr-neo is obtained. It has a gene.

大腸菌プラスミドpNEXT4-PN2は次のようにして作製した。Prプロモーターを有するプラスミドpBS52(Breitling, R., et al., Gene, 93, 35-40. (1990)) 由来の約5kbのPstI断片をT4 DNAポリメラーゼにより平滑末端化した後、ネオマイシン耐性遺伝子の構造遺伝子のみを持つプラスミドpBEST515(Itaya, M. and Tanaka, T. J. Mol. Biol., 220, 631-648. (1991))のSmaI認識部位に導入して、ネオマイシン耐性遺伝子の構造遺伝子の上流にPrプロモーターを連結したプラスミドpBEST515Aを作製した。このプラスミドをEcoRIで切断し、電気泳動により精製することでPr-neo断片を得た。あらかじめT4 polynucleotide kineae(東洋紡社製) を用いて5'突出末端をリン酸化したEcoRI/NotI/BamHI Adaptor(宝酒造社製)を調製し、これを前記Pr-neo断片の両端にT4 DNA Ligaseにより連結した後、アガロースゲル電気泳動により精製した。次に、AdaptorのNotI認識部位をNotIで切断することにより、Pr-neo断片のNotIカセットを作製して、このカセットをpBEST43 (Toda, T., et al. Biosci. Biotech. Biochem., 60, 773-778. (1996))のNotI認識部位にクローニングし、pBEST533を得た。枯草菌ゲノム中のyvfC-yvePを含むPstI断片を持つプラスミドpNEXT4(Itaya, M., and Tanaka, T. J. Mol.Biol., 220, 631-648. (1991))を制限酵素NotIで消化し、yvfC-yveP間の約1kbのNotI断片を取り除いた後、代わりにpBEST533をNotIで消化することにより得られたPr-neo/NotIカセットを挿入して、Pr-neo組み込み用プラスミドpNEXT4-PN2とした。   E. coli plasmid pNEXT4-PN2 was prepared as follows. After blunt-ending an approximately 5 kb PstI fragment derived from a plasmid pBS52 having a Pr promoter (Breitling, R., et al., Gene, 93, 35-40. (1990)) with T4 DNA polymerase, the neomycin resistance gene was Plasmid pBEST515 having only a structural gene (Itaya, M. and Tanaka, TJ Mol. Biol., 220, 631-648. (1991)) was introduced into the SmaI recognition site, and Pr was inserted upstream of the structural gene of the neomycin resistance gene. A plasmid pBEST515A to which a promoter was linked was prepared. This plasmid was digested with EcoRI and purified by electrophoresis to obtain a Pr-neo fragment. An EcoRI / NotI / BamHI Adapter (manufactured by Takara Shuzo Co., Ltd.) having a phosphorylated 5′-protruding end was prepared in advance using T4 polynucleotide kineae (manufactured by Toyobo) and ligated to both ends of the Pr-neo fragment with T4 DNA Ligase. After that, purification was performed by agarose gel electrophoresis. Next, by cutting the NotI recognition site of the Adapter with NotI, a NotI cassette of a Pr-neo fragment was prepared, and this cassette was pBEST43 (Toda, T., et al. Biosci.Biotech.Biochem., 60, 773-778. (1996)) to obtain pBEST533. Plasmid pNEXT4 (Itaya, M., and Tanaka, TJ Mol. Biol., 220, 631-648. (1991)) having a PstI fragment containing yvfC-yveP in the Bacillus subtilis genome was digested with restriction enzyme NotI, and yvfC After removing the NotI fragment of about 1 kb between -yveP, the Pr-neo / NotI cassette obtained by digesting pBEST533 with NotI was inserted instead to obtain a plasmid pNEXT4-PN2 for integration into Pr-neo.

Pr-neoを組み込んだBEST6225株は、このプラスミドを用いてRM125株を形質転換し、ネオマイシン耐性で選択して得た。BEST6006株(特開2001-321170号公報)のゲノムDNAを用いてこのBEST6225株を形質転換し、テトラサイクリン耐性株をPr-neoとproB::pBRTcの双方を保持するBEST7003株として取得した。BEST7003株は、Pr-neo挿入時にpNEXT4-PN2を用いているため、エリスロマイシン感受性である。   The BEST6225 strain incorporating Pr-neo was obtained by transforming the RM125 strain with this plasmid and selecting for neomycin resistance. This BEST6225 strain was transformed using the genomic DNA of the BEST6006 strain (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-321170), and a tetracycline-resistant strain was obtained as a BEST7003 strain having both Pr-neo and proB :: pBRTc. BEST7003 strain is erythromycin sensitive because it uses pNEXT4-PN2 at the time of Pr-neo insertion.

(2)枯草菌BEST7003株へのBACベクター配列の挿入
上記(1)で作製したBEST7003株にBACベクター配列を挿入するために、大腸菌プラスミドp310-108(NHBN)MIMCISP-5を構築した(図1)。
まず、大腸菌BACベクターpBAC108L(Shizuya, H. et al., Proc. Natl. Acad.Sci. USA, 89, 8794-8797 (1992))を制限酵素NotIで消化し、セルフライゲーション後、大腸菌に形質転換して、内在性の64bpのNotI断片を除去し、プラスミドpBAC108Nを作製した。次に、NotI/BamHI/HindIII/NotIの配列を持つリンカーをこのpBAC108NのNotI認識部位に挿入し、プラスミドpBAC108NHBNを大腸菌で得た。
(2) Insertion of BAC vector sequence into B. subtilis BEST7003 strain In order to insert the BAC vector sequence into the BEST7003 strain prepared in (1) above, E. coli plasmid p310-108 (NHBN) MIMCISP-5 was constructed (FIG. 1). ).
First, the E. coli BAC vector pBAC108L (Shizuya, H. et al., Proc. Natl. Acad. Sci. Then, the endogenous 64-bp NotI fragment was removed to prepare plasmid pBAC108N. Next, a linker having the NotI / BamHI / HindIII / NotI sequence was inserted into the NotI recognition site of this pBAC108N, and the plasmid pBAC108NHBN was obtained in E. coli.

pBAC108NHBNのEcoRV認識部位のうち、片方(parA遺伝子に近い方)にMluI認識部位を導入する目的で、このEcoRV認識部位からrepE遺伝子内のSSe8387I認識部位までの335bpをPCRによって増幅した。すなわち、pBAC108NHBNを鋳型とし、プライマー1(配列番号:1)及びプライマー2(配列番号:2)を用いたPCRを行った。この時用いたEcoRV側のプライマーには、予めHincII-MluI配列を付加しておき、PCRで増幅された断片をHincIIとSSe8387Iで消化することにより、335bpのHincII-SSe8387I断片を取得した。pBAC108NHBNをEcoRVとSSe8387Iで消化した直鎖断片(6.5kb)をアガロースゲル電気泳動によって精製し、これに前記PCR増幅断片(HincII-SSe8387I断片)を連結させた。EcoRVとHincIIは平滑末端を与え、連結後EcoRV認識配列が消滅するのでMluI認識部位を有するpBAC108NHBN-Mluが得られた。   In order to introduce a MluI recognition site into one of the EcoRV recognition sites of pBAC108NHBN (closer to the parA gene), 335 bp from this EcoRV recognition site to the SSe8387I recognition site in the repE gene were amplified by PCR. That is, PCR was performed using pBAC108NHBN as a template and primer 1 (SEQ ID NO: 1) and primer 2 (SEQ ID NO: 2). A HincII-MluI sequence was previously added to the EcoRV-side primer used at this time, and the fragment amplified by PCR was digested with HincII and SSe8387I to obtain a 335 bp HincII-SSe8387I fragment. A linear fragment (6.5 kb) obtained by digesting pBAC108NHBN with EcoRV and SSe8387I was purified by agarose gel electrophoresis, and the PCR amplified fragment (HincII-SSe8387I fragment) was ligated to this. EcoRV and HincII gave blunt ends, and the EcoRV recognition sequence disappeared after ligation, so that pBAC108NHBN-Mlu having a MluI recognition site was obtained.

続いて、I-PpoI認識部位を導入するため、pBAC108NHBN-MluのMluI認識部位にMluI/I-PpoI/MluIの配列を有するリンカーを挿入し、pBAC108NHBN-MIMを構築した。このプラスミドのHindIII-BamHI認識部位にcIリプレッサータンパクをコードする遺伝子とスペクチノマイシン耐性遺伝子を含むcIカセットを連結させて、pBAC108(NHBN)MIM-CISPを作成した。cIカセットは、pCISP310B (Itaya, M. et al. J. Biochem., 128, 869-875 (2000))由来のHindIII-BamHI消化断片をアガロースゲル電気泳動で精製して使用した。このBACベクター由来のプラスミドpBAC108(NHBN)MIM-CISPをI-PpoIで完全消化した断片に、I-PpoIで完全消化したpCISP310Bを連結させることによって、p310-108(NHBN)MIMCISP-5を構築し、足場となるBACベクター配列を組み込むためのプラスミドとした。   Subsequently, in order to introduce an I-PpoI recognition site, a linker having the sequence of MluI / I-PpoI / MluI was inserted into the MluI recognition site of pBAC108NHBN-Mlu to construct pBAC108NHBN-MIM. The plasmid encoding the cI repressor protein and the cI cassette containing the spectinomycin resistance gene were ligated to the HindIII-BamHI recognition site of this plasmid to prepare pBAC108 (NHBN) MIM-CISP. As the cI cassette, a HindIII-BamHI digested fragment derived from pCISP310B (Itaya, M. et al. J. Biochem., 128, 869-875 (2000)) was used after purification by agarose gel electrophoresis. The plasmid pBAC108 (NHBN) MIM-CISP derived from this BAC vector was completely digested with I-PpoI, and pCISP310B completely digested with I-PpoI was ligated to construct p310-108 (NHBN) MIMCISP-5. And a plasmid for incorporating the BAC vector sequence serving as a scaffold.

BACベクター配列を組み込んだ枯草菌BEST310株は、p310-108(NHBN)MIMCISP-5のpBR322由来の配列を利用して上記(1)で作製したBEST7003株を形質転換し、スペクチノマイシン耐性株として取得した。p310-108(NHBN)MIMCISP-5の構造を図1に示した。   The Bacillus subtilis BEST310 strain into which the BAC vector sequence was incorporated was transformed with the BEST7003 strain prepared in the above (1) using the pBR322-derived sequence of p310-108 (NHBN) MIMCISP-5, and converted as a spectinomycin-resistant strain. I got it. The structure of p310-108 (NHBN) MIMCISP-5 is shown in FIG.

マウスゲノムDNAの部分配列の枯草菌ゲノムへの導入
(1)目的DNAを有するプラスミドの選択
枯草菌BEST310株に導入される目的DNAとして、2つのBACクローンを用いた。1つは、BACベクター(pBeloBAC11)にマウス13番染色体に由来する約90kbの129/SV系統のマウスゲノムが挿入されたBACクローンpKARUDで、同マウスゲノム領域中にvesl-1遺伝子(Kato,A. et al., FEBS Letters, 412, 183-189(1997))を構成するゲノムDNAの部分配列が含まれることが示されている。もう1つは、同じBACベクター(pBeloBAC11)に、マウス13番染色体に由来する約110kbの129/SV系統のマウスゲノムDNAが挿入されたBACクローンpKANEIで、同マウスゲノム領域中には、jmj遺伝子(Takeuchi,T. et al., Genes & Development, 9, 1211-1222(1995))を構成するゲノムDNAの部分配列が含まれることが示されている。前者は三菱化学生命科学研究所の井ノ口主任研究員より供与され、後者は同研究所の竹内主任研究員より供与された。
Introduction of partial sequence of mouse genomic DNA into Bacillus subtilis genome (1) Selection of plasmid having target DNA Two BAC clones were used as target DNAs to be introduced into B. subtilis BEST310 strain. One is a BAC clone (pKARUD) in which a mouse genome of about 90 kb of the 129 / SV strain derived from mouse chromosome 13 was inserted into a BAC vector (pBeloBAC11), and the vesl-1 gene (Kato, A et al., FEBS Letters, 412, 183-189 (1997)). The other is a BAC clone pKANEI in which approximately 110 kb of 129 / SV mouse genomic DNA derived from mouse chromosome 13 has been inserted into the same BAC vector (pBeloBAC11), and the jmj gene is contained in the mouse genomic region. (Takeuchi, T. et al., Genes & Development, 9, 1211-1222 (1995)). The former was provided by Dr. Inoguchi of the Mitsubishi Chemical Life Science Research Institute, and the latter was provided by Dr. Takeuchi of the Institute.

BACベクター(pBeloBAC11)については、Kim, U-J. et al., Genomics, 34, 213-218. (1996)に詳細が開示されており、上記実施例1で枯草菌ゲノム中に相同配列として組み込んだBACベクターpBAC108Lとほぼ同等の構造をしている。2つのBACクローンは、標準プロトコール(Sambrook.J.etal., Molecular Clonoing: ALaboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1989))に従い、超遠心法により精製してから使用した。   Details of the BAC vector (pBeloBAC11) are disclosed in Kim, UJ. Et al., Genomics, 34, 213-218. (1996), and were incorporated as homologous sequences into the Bacillus subtilis genome in Example 1 above. It has almost the same structure as the BAC vector pBAC108L. The two BAC clones were purified by ultracentrifugation according to a standard protocol (Sambrook. J. et al., Molecular Clonoing: ALaboratory Manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold Spring Harbor, New York (1989)) before use. .

(2)vesl-1遺伝子を構成するゲノムDNAの部分配列の枯草菌への導入
上記実施例1で作製した枯草菌BEST310株に、約90kbのマウスゲノムDNAを保持するBACクローン(pKARUD)を用いてvesl-1遺伝子を構成するゲノムDNAの部分配列を組み込んだ。pKARUDは、vesl-1遺伝子の3'領域を含んでおり、インサートDNAのサイズは、パルスフィールド電気泳動(CHEF)でNotI、XhoI、SalIの制限酵素地図を作製して決定した。
(2) Introduction of a partial sequence of genomic DNA constituting vesl-1 gene into Bacillus subtilis A BAC clone (pKARUD) having about 90 kb mouse genomic DNA was used for the B. subtilis BEST310 strain prepared in Example 1 above. A partial sequence of genomic DNA constituting the vesl-1 gene was incorporated. pKARUD contains the 3 'region of the vesl-1 gene, and the size of the insert DNA was determined by creating a restriction map of NotI, XhoI, and SalI by pulse field electrophoresis (CHEF).

BEST310株に相同配列として組み込んだ2つのBACベクター配列は、図1及び図2に示すようにpBAC108L由来のそれぞれ約3.5kbの半分づつの領域を有するため、pKARUDを用いて形質転換を行うと、コンピテントのBEST310株に取り込まれたpKARUDのBACベクター配列と枯草菌ゲノム中のBACベクター配列との間で相同組換え(double crossing-over)を生じ、pKARUDのインサートDNA全体が枯草菌ゲノム中に組み込まれる。   As shown in FIGS. 1 and 2, the two BAC vector sequences incorporated as homologous sequences into the BEST310 strain each have a half region of about 3.5 kb derived from pBAC108L, and therefore, when transformed using pKARUD, Homologous recombination (double crossing-over) occurs between the BAC vector sequence of pKARUD incorporated in the competent BEST310 strain and the BAC vector sequence in the Bacillus subtilis genome, and the entire insert DNA of pKARUD is in the B. subtilis genome. Be incorporated.

インサートDNAが組み込まれた枯草菌株の選択は、文献 Itaya,M.Biosci. Biochem. Biotech., 63 602-604. (1999)、特開2001-321170号公報等に記載された方法に準じて行った。すなわち、BEST310株中の2つの相同配列(BACベクター配列)間にはcIカセット(cIレプレッサータンパクをコードする遺伝子とスペクチノマイシン耐性遺伝子)が組み込まれており、一方同株はゲノム中のyvfC-yveP(3516.219kb-3522.452kb)にPrプロモーターにより発現が制御されているネオマイシン耐性遺伝子(Pr-neo)を保持している。cI遺伝子が発現しているBEST310株はスペクチノマイシン耐性であり、cIリプレッサータンパクがPrプロモーターに結合して下流のネオマイシン耐性遺伝子の発現を抑制するため、ネオマイシン感受性である。pKARUDを取り込んだ株は両相同配列間のcIカセットを失い、cIカセット中のスペクチノマイシン耐性遺伝子が欠落することによりスペクチノマイシン感受性になると同時に、cIリプレッサー遺伝子も欠落する。cIリプレッサータンパクが供給されなくなったこの株は、Prプロモーターの発現抑制が解除されるためにネオマイシン耐性遺伝子が発現し、ネオマイシン耐性株になる。   Selection of the Bacillus subtilis strain into which the insert DNA was incorporated was performed according to the method described in the literature Itaya, M. Biosci. Biochem. Biotech., 63 602-604. (1999), JP-A-2001-321170, and the like. Was. That is, a cI cassette (a gene encoding a cI repressor protein and a spectinomycin resistance gene) is integrated between two homologous sequences (BAC vector sequence) in the BEST310 strain, while the same strain has a yvfC -yveP (3516.219kb-3522.452kb) contains a neomycin resistance gene (Pr-neo) whose expression is controlled by the Pr promoter. The BEST310 strain expressing the cI gene is spectinomycin-resistant, and is neomycin-sensitive because the cI repressor protein binds to the Pr promoter and suppresses the expression of the downstream neomycin resistance gene. Strains that have incorporated pKARUD lose the cI cassette between the homologous sequences, become spectinomycin sensitive by the lack of the spectinomycin resistance gene in the cI cassette, and also lack the cI repressor gene. This strain in which the cI repressor protein is no longer supplied expresses the neomycin resistance gene since the expression of the Pr promoter is released, and becomes a neomycin resistant strain.

pKARUDは、超遠心法により環状のDNAとして精製した。BEST310株の形質転換には、pKARUDを約5μg使用した。その結果、216個のネオマイシン耐性コロニーが選択され、このうち100個をスペクチノマイシン感受性でスクリーニングした結果、50個がスペクチノマイシン感受性の株として得られた。これら50個のコロニーを5個づつ混合してゲノムDNAを精製し、I-PpoIヌクレアーゼを用いてBACクローンに含まれていたインサートDNAの有無を確認した。枯草菌BEST310株には、相同配列として挿入されたBACベクター配列のすぐ外側に2つのI-PpoI認識部位が組み込まれており(図2)、I-PpoIで消化し、パルスフィールド電気泳動(CHEF)を行うことにより分離確認できるようになっている。その結果、5個づつ混合した10組(計50個)すべてが約90kbのI-PpoI断片を与えた。1組について含まれる5株のゲノムDNAを別々に調製して、再度パルスフィールド電気泳動にかけ、約90kbのI-PpoI断片を与えることを確認した。さらに詳細に調べるために、うち2株について6塩基認識の制限酵素(EcoRI、EcoRV、HindIII)で消化後、pKARUDをプローブとしたゲノムサザンを行ったところ、いずれも同じシグナルを与えた。これらの結果は、枯草菌ゲノム中に約90kbのマウスゲノムDNAの部分配列を一度の形質転換で正確にクローニング出来たことを意味する。   pKARUD was purified as circular DNA by ultracentrifugation. About 5 μg of pKARUD was used for transformation of the BEST310 strain. As a result, 216 neomycin-resistant colonies were selected. Among them, 100 were screened for spectinomycin sensitivity, and as a result, 50 were obtained as spectinomycin-sensitive strains. Genomic DNA was purified by mixing these 50 colonies in groups of 5, and the presence or absence of the insert DNA contained in the BAC clone was confirmed using I-PpoI nuclease. Bacillus subtilis BEST310 strain incorporates two I-PpoI recognition sites immediately outside the BAC vector sequence inserted as a homologous sequence (FIG. 2), digests with I-PpoI, and performs pulse field electrophoresis (CHEF ) Can be separated and confirmed. As a result, all the 10 sets (50 in total) mixed with each other gave an I-PpoI fragment of about 90 kb. Five sets of genomic DNA contained in one set were separately prepared, and subjected to pulse field electrophoresis again to confirm that an I-PpoI fragment of about 90 kb was obtained. For further detailed examination, two of these strains were digested with restriction enzymes (EcoRI, EcoRV, HindIII) that recognize 6 bases, and then subjected to genomic Southern using pKARUD as a probe, and all gave the same signal. These results indicate that a partial sequence of about 90 kb mouse genomic DNA was successfully cloned into B. subtilis genome by a single transformation.

(3)jmj遺伝子を構成するゲノムDNAの部分配列の枯草菌への導入
次に、上記(2)と同様にして、枯草菌BEST310株に約110kbのマウスゲノムDNAを保持するBACクローン(pKANEI)を用いて、jmj遺伝子を構成するゲノムDNAの部分配列を組み込んだ。pKANEIは、jmj遺伝子の3'領域を含んでおり、インサートDNAのサイズはパルスフィールド電気泳動(CHEF)でNotI、XhoI、SalIの制限酵素地図を作製して決定した。
(3) Introduction of Partial Sequence of Genomic DNA Constituting jmj Gene into Bacillus subtilis Next, in the same manner as in (2) above, a BAC clone (pKANEI) containing about 110 kb mouse genomic DNA in Bacillus subtilis BEST310 strain Was used to incorporate the partial sequence of the genomic DNA constituting the jmj gene. pKANEI contains the 3 'region of the jmj gene, and the size of the insert DNA was determined by preparing restriction maps of NotI, XhoI, and SalI by pulse field electrophoresis (CHEF).

pKANEIも上記(2)で用いたpKARUDと同様にpBeloBAC11ベクターにクローニングされているため、BEST310株に組み込んだBACベクター配列を相同配列として使用した。作製された株の選択法及び原理は、上記(2)と同様にして行った。pKANEIも超遠心法により精製した環状のDNA約5μgを用いて形質転換を行い、248個のネオマイシン耐性コロニーが得られた。うち100個をスペクチノマイシン感受性でスクリーニングした結果、35個がスペクチノマイシン感受性の株であった。このうち10個について別々にゲノムDNAを精製し、I-PpoIヌクレアーゼを用いてBACクローンに含まれていたインサートDNAの有無を確認したところ、6つの株が約110kbのI-PpoI断片を与えた。さらに2株について6塩基認識の制限酵素(EcoRI、EcoRV、HindIII)で詳細に調べたところ、pKANEIをプローブとしたゲノムサザンで同じシグナルを与えた。これらの結果は、枯草菌ゲノムベクター中に約110kbのマウスゲノムDNAの部分配列を一度の形質転換で正確にクローニング出来たことを示す。   Since pKANEI was also cloned into the pBeloBAC11 vector in the same manner as pKARUD used in (2) above, the BAC vector sequence incorporated into the BEST310 strain was used as a homologous sequence. The selection method and principle of the prepared strain were performed in the same manner as in the above (2). pKANEI was also transformed using about 5 μg of the circular DNA purified by ultracentrifugation, and 248 neomycin-resistant colonies were obtained. Of these, 100 were screened for spectinomycin sensitivity, and 35 were spectinomycin-sensitive strains. Genomic DNA was separately purified for 10 of these, and the presence or absence of the insert DNA contained in the BAC clone was confirmed using I-PpoI nuclease.Six strains gave an I-PpoI fragment of about 110 kb. . Furthermore, when the two strains were examined in detail with restriction enzymes (EcoRI, EcoRV, HindIII) that recognize 6 bases, the same signal was given by genomic Southern using pKANEI as a probe. These results indicate that a partial sequence of about 110 kb mouse genomic DNA was successfully cloned into a B. subtilis genome vector by a single transformation.

2つのcIリプレッサー遺伝子を利用したマウスゲノムDNAの部分配列の枯草菌ゲノムへの導入法
上記実施例2のように、枯草菌BEST310株でcIリプレッサー遺伝子1つを用いてマウスゲノム等の巨大DNAの導入を行った場合、最初に得られたネオマイシン耐性コロニーの全てが導入されたDNAを有する株ではなく、さらなるスクリーニングが必要となることがあった。この原因として、一定の頻度でcIリプレッサー遺伝子中に生じる変異が考えられた。すなわち、一定の頻度でcIリプレッサー遺伝子に変異が生じることにより、cIリプレッサータンパクが発現されず、目的DNAが挿入されていないにもかかわらずコロニー(以下、このようにして生成した株を「バックグラウンド株」と称することがある)が形成されてしまうと予想された。
そこで、cIリプレッサー遺伝子を2つ導入することにより、この問題を回避する方法について検討した。
Method for introducing a partial sequence of mouse genomic DNA into Bacillus subtilis genome using two cI repressor genes As in Example 2 above, using a single cI repressor gene in Bacillus subtilis BEST310 strain When DNA was introduced, not all of the neomycin-resistant colonies obtained initially were strains having the introduced DNA, and further screening was sometimes required. This was probably due to mutations occurring in the cI repressor gene at a certain frequency. That is, due to mutations in the cI repressor gene at a certain frequency, the cI repressor protein is not expressed, and the colony is cloned despite the absence of the target DNA (hereinafter, the strain thus generated is referred to as " (Sometimes referred to as "background strains").
Therefore, a method for avoiding this problem by introducing two cI repressor genes was examined.

(1)100kbのスペーサーDNA配列の枯草菌ゲノムへの導入
枯草菌ゲノム中に2つのcIリプレッサー遺伝子を配置すると、それらがお互いに相同組換えを起こしてしまうことが考えられた。そこで、この相同組換えの頻度を抑えるために、長大なスペーサーDNA配列を用いた。
スペーサーDNA配列として、シロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)のミトコンドリアゲノムの部分配列を使用した。スペーサーDNA配列の導入は、約100kbのBACクローンF1O22を用いて、上記実施例2と同様の方法で枯草菌BEST310株を形質転換することによって行った。
(1) Introduction of a 100 kb spacer DNA sequence into the Bacillus subtilis genome When two cI repressor genes were placed in the B. subtilis genome, it was thought that they would cause homologous recombination with each other. Therefore, in order to suppress the frequency of this homologous recombination, a long spacer DNA sequence was used.
As the spacer DNA sequence, a partial sequence of the mitochondrial genome of Arabidopsis thaliana was used. The introduction of the spacer DNA sequence was performed by transforming the Bacillus subtilis BEST310 strain in the same manner as in Example 2 above, using a BAC clone F1O22 of about 100 kb.

F1O22は、IGF Arabidopsis BAC library (Mozo, T. et al., Mol. Gen. Genet. 258, 562-570 (1998))から得られたもので、pBeloBAC11由来のBACベクター (pBeloBAC-Kan)にシロイヌナズナ(Arabidopsis thaliana)のミトコンドリアゲノムの部分配列が挿入されている。該BACクローンはかずさDNA研究所より供与された。BACベクター (pBeloBAC-Kan)については、Mozo, T. et al., Mol. Gen. Genet. 258, 562-570 (1998)に詳細が開示されており、上記実施例1で枯草菌ゲノム中に相同配列として組み込んだBACベクターpBAC108Lとほぼ同等の構造をしている。F1O22も超遠心法により精製し、環状のまま使用した。   F1O22 was obtained from the IGF Arabidopsis BAC library (Mozo, T. et al., Mol.Gen. Genet. 258, 562-570 (1998)), and the pBeloBAC11-derived BAC vector (pBeloBAC-Kan) was used for Arabidopsis thaliana. (Arabidopsis thaliana) mitochondrial genome partial sequence is inserted. The BAC clone was provided by Kazusa DNA Research Institute. Details of the BAC vector (pBeloBAC-Kan) are disclosed in Mozo, T. et al., Mol.Gen. Genet. 258, 562-570 (1998), and in the Bacillus subtilis genome in Example 1 above. It has almost the same structure as the BAC vector pBAC108L incorporated as a homologous sequence. F1O22 was also purified by ultracentrifugation and used as a ring.

F1O22によるBEST310株の形質転換の結果、553個のネオマイシン耐性コロニーが選択され、これらのうち69%がスペクチノマイシン感受性株としてスクリーニングされた。得られたコロニーを、上記実施例2と同様にして、I-PpoI消化とゲノムサザンの解析によって解析したところ、F1O22全体が正しく導入された2株(BEST6487株とBEST6488株)が得られた。   Transformation of the BEST310 strain with F1O22 resulted in the selection of 553 neomycin-resistant colonies, 69% of which were screened as spectinomycin-sensitive strains. The obtained colonies were analyzed by I-PpoI digestion and genomic Southern analysis in the same manner as in Example 2 above. As a result, two strains (BEST6487 strain and BEST6488 strain) in which the entire F1O22 was correctly introduced were obtained.

(2)2つのcIリプレッサー遺伝子を導入した枯草菌株の作製
cIリプレッサー遺伝子を持つcIカセットとして、「cI-Spc (cIリプレッサータンパクをコードする遺伝子とスペクチノマイシン耐性遺伝子を連結したもの)」と「cI-BS(cIリプレッサータンパクをコードする遺伝子とブラストサイジンS耐性遺伝子を連結したもの)」の2つを使用した。これらは最終的にBACベクターに挿入して用いたが、このとき、cI-BSを持つBACベクターについては、cI-BSはBACベクターに対して逆向きに挿入した。cI-Spcは、BACベクターに対して順方向に挿入した。
(2) Preparation of Bacillus subtilis strain into which two cI repressor genes have been introduced
As a cI cassette having a cI repressor gene, `` cI-Spc (a gene encoding a cI repressor protein and a spectinomycin resistance gene) '' and `` cI-BS (a gene encoding a cI repressor protein and Blasticidin S resistance gene linked). These were finally used by inserting them into a BAC vector. At this time, for the BAC vector having cI-BS, cI-BS was inserted in the reverse direction to the BAC vector. cI-Spc was inserted in the forward direction with respect to the BAC vector.

両カセットの挿入は以下のように行った。まず、F1O22のインサートの両端約2kbずつをそれぞれPCRで増幅した。F1O22のインサートの配列は、NCBIホームページ(ACCESSION No. NC_001284; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/viewer.fcgi?val=NC_001284)に公開されている。次に、予め作製しておいたcI-Spcを持つBACベクターと、pBeloBAC由来のインサートを持たないBACベクターに、これらの増幅された断片を挿入した。まず、増幅された断片の一方(前記インサートの5'末端側の断片)を、予めcI-Spcを挿入しておいたBACベクターに、スペクチノマイシン耐性遺伝子の次に該断片が連結されるように挿入し、プラスミドpBAC-CISP-F1Aを構築した。他方の断片(前記インサートの3'末端側の断片)は、pBeloBAC由来のインサートを持たないBACベクターに挿入し、続いてこれにcI-BSをBACベクターに対して逆向きに、ブラストサイジンS耐性遺伝子が該断片に隣接して連結されるように挿入し、プラスミドpBAC-CIBS-F1Bを構築した。   Insertion of both cassettes was performed as follows. First, about 2 kb of each end of the F1O22 insert was amplified by PCR. The sequence of the F1O22 insert has been published on the NCBI website (ACCESSION No. NC_001284; http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/viewer.fcgi?val=NC_001284). Next, these amplified fragments were inserted into a previously prepared BAC vector having cI-Spc and a BAC vector having no pBeloBAC-derived insert. First, one of the amplified fragments (the fragment on the 5 'end side of the insert) is ligated to a BAC vector in which cI-Spc has been inserted in advance, followed by the spectinomycin resistance gene. And the plasmid pBAC-CISP-F1A was constructed. The other fragment (the fragment on the 3 'end side of the insert) was inserted into a BAC vector having no pBeloBAC-derived insert, and then cI-BS was added in the reverse direction to the BAC vector, blasticidin S A resistance gene was inserted so as to be ligated adjacent to the fragment to construct a plasmid pBAC-CIBS-F1B.

かくして得られた2つのプラスミドを用いて、上記(1)で得たBEST6487株を形質転換することにより、図5に示すような、2つのcIリプレッサー遺伝子を有する枯草菌BEST6528株を作製した。枯草菌BEST6528株は、2つの相同配列の間に、それぞれカセットとして薬剤耐性遺伝子と連結された2つのcIリプレッサー遺伝子を有し、これらは互いに逆向きになっている。また、2つのカセットの間にはスペーサーが挿入されている。   By transforming the BEST6487 strain obtained in the above (1) using the two plasmids thus obtained, a Bacillus subtilis BEST6528 strain having two cI repressor genes as shown in FIG. 5 was prepared. The Bacillus subtilis BEST6528 strain has two cI repressor genes, each connected as a cassette to a drug resistance gene, between two homologous sequences, which are opposite to each other. A spacer is inserted between the two cassettes.

(3)バックグラウンド株出現頻度の比較
2つのcIリプレッサー遺伝子を枯草菌ゲノムに導入することにより、cIリプレッサー遺伝子が1つしか導入されていない枯草菌で生じたバックグラウンド株の出現頻度が抑えられるかどうかを検証した。検証のために、枯草菌BEST310株と、上記(2)で取得したBEST6528株のそれぞれについて、通常形質転換に用いているのと等量の菌体を一晩培養し、それぞれの株からどの程度の頻度でネオマイシン耐性コロニー(バックグラウンド株)が形成されるかを調べた。
(3) Comparison of background strain frequency
It was examined whether introduction of two cI repressor genes into the Bacillus subtilis genome could reduce the frequency of background strains produced by Bacillus subtilis into which only one cI repressor gene had been introduced. For verification, for each of the Bacillus subtilis BEST310 strain and the BEST6528 strain obtained in (2) above, the same amount of cells as those usually used for transformation were cultured overnight, and how much of each strain was It was examined whether a neomycin resistant colony (background strain) was formed at a frequency of.

その結果、BEST310株からは185個のネオマイシン耐性コロニーが形成された。これに対し、BEST6528株から形成されたネオマイシン耐性コロニーは0個であった。
このことから、形質転換を行う際にcIリプレッサー遺伝子2つ同時に変異が起こる確率は低いことが解った。すなわち、cIリプレッサー遺伝子を2つ有する枯草菌株を用いれば、バックグラウンド株の出現を抑制することができ、正しく目的DNAが導入された株を高い確率で得られるので、より効率的に形質転換が行えることがわかった。
As a result, 185 neomycin-resistant colonies were formed from the BEST310 strain. In contrast, no neomycin resistant colonies were formed from the BEST6528 strain.
This indicates that the probability of simultaneous mutation of two cI repressor genes during transformation is low. That is, by using a Bacillus subtilis strain having two cI repressor genes, the appearance of a background strain can be suppressed, and a strain into which the target DNA has been correctly introduced can be obtained with a high probability. It turns out that can be done.

(4)マウスゲノムDNAの部分配列の枯草菌BEST6528株への導入
実際に、上記(2)で取得したBEST6528株を用いてマウスゲノムDNAの導入を行った。マウスゲノムDNAの部分配列としては、上記実施例2で用いたpKARUDを使用した。BEST6528株に該BACクローンが導入された枯草菌ゲノムの構造は、cIリプレッサー遺伝子を1つしか有していない前記BEST310株に該クローンを導入した場合と、結果的に全く同じ構造となる(図5参照)。
(4) Introduction of partial sequence of mouse genomic DNA into Bacillus subtilis BEST6528 strain Actually, mouse genomic DNA was introduced using the BEST6528 strain obtained in (2) above. As the partial sequence of the mouse genomic DNA, pKARUD used in Example 2 above was used. The structure of the Bacillus subtilis genome in which the BAC clone has been introduced into the BEST6528 strain has exactly the same structure as when the clone is introduced into the BEST310 strain, which has only one cI repressor gene ( See Figure 5).

実施例2と同様に、超遠心で精製した環状のDNA(pKaruD)を約2マイクログラム用いて、形質転換を行った。BEST310株では147個のネオマイシン耐性コロニーが得られ、その27%がスペクチノマイシン感受性株であった。これらをさらにI-PpoI消化とゲノムサザンの解析したところ、最初のネオマイシン耐性コロニー中の10.8%に、目的のマウスゲノムDNAの部分配列(pKaruD)が導入されていることが確認された。一方、BEST6528株からは12個のネオマイシン耐性コロニーが得られ、そのうち11個がスペクチノマイシン感受性であった。これは、91.7%と非常に高い確率であった。これらをさらにI-PpoI消化とゲノムサザン解析により確認した結果、最初のネオマイシン耐性コロニーの36%に前記部分配列(pKaruD)が導入されていた。   As in Example 2, transformation was performed using about 2 micrograms of the circular DNA (pKaruD) purified by ultracentrifugation. BEST310 strains yielded 147 neomycin-resistant colonies, 27% of which were spectinomycin-sensitive strains. When these were further digested with I-PpoI and analyzed for genomic Southern, it was confirmed that a partial sequence (pKaruD) of the target mouse genomic DNA was introduced into 10.8% of the first neomycin-resistant colonies. On the other hand, 12 neomycin-resistant colonies were obtained from the BEST6528 strain, 11 of which were spectinomycin-sensitive. This was a very high probability of 91.7%. These were further confirmed by I-PpoI digestion and genomic Southern analysis. As a result, the partial sequence (pKaruD) was introduced into 36% of the first neomycin-resistant colonies.

これらの結果から、ゲノム中の相同配列の間に2つのcIリプレッサー遺伝子を有する枯草菌株を用いれば、マウスゲノムDNAなどの巨大DNAの枯草菌ゲノムへの導入をさらに効率よく選択出来ることが確認された。   These results confirm that the use of a Bacillus subtilis strain having two cI repressor genes between the homologous sequences in the genome enables more efficient selection of the introduction of large DNA such as mouse genomic DNA into the Bacillus subtilis genome. Was done.

本発明のゲノムDNAを再構成する方法によれば、BAC等のベクターを用いたゲノムライブラリーを利用して微生物ゲノム中で外来遺伝子を構成するゲノムDNAを簡便に再構成することができ、プラスミド等の状態でその全長を取得することができる。また、再構成されたゲノム遺伝子には微生物ゲノム中でゲノム工学的な改変等を加えて、これをプラスミドとして取得することもでき、かくして取得されるプラスミドは遺伝子改変非ヒト動物又は植物の作製等に好適に用いることができる。微生物としてBacillus属細菌又は高度好熱菌を用いれば、組み込んだゲノム中のDNAの安定性が高く、該菌胞子を形成させること等により長期保存や運搬が容易である。   According to the method for reconstituting genomic DNA of the present invention, it is possible to easily reconstitute genomic DNA constituting a foreign gene in a microorganism genome using a genomic library using a vector such as BAC, In such a state, the entire length can be obtained. In addition, the reconstructed genomic gene may be subjected to genomic engineering modification or the like in the microorganism genome, and this may be obtained as a plasmid. The thus obtained plasmid may be used to produce a genetically modified non-human animal or plant. Can be suitably used. When a bacterium belonging to the genus Bacillus or a highly thermophilic bacterium is used as a microorganism, the stability of the DNA in the incorporated genome is high, and long-term storage and transport are easy by forming the spores.

枯草菌ゲノム中に、2つの相同配列としてBACベクター配列を組み込むために用いるプラスミドp310-108(NHBN)MIMCISP-5の構造を示す図である。図中、「cI」はcIリプレッサー遺伝子を示し、「spcR」はスペクチノマイシン耐性遺伝子を示す。FIG. 2 shows the structure of plasmid p310-108 (NHBN) MIMCISP-5 used to incorporate a BAC vector sequence as two homologous sequences into the Bacillus subtilis genome. In the figure, “cI” indicates the cI repressor gene, and “spcR” indicates the spectinomycin resistance gene. BACクローンを用いて、BACベクター配列及びマーカーDNAを予め挿入した枯草菌細胞を形質転換する工程を示した図である。「cI」はcIリプレッサー遺伝子を示し、「spc」はスペクチノマイシン耐性遺伝子、「neo」はネオマイシン耐性遺伝子を示す。FIG. 4 is a view showing a step of transforming a Bacillus subtilis cell into which a BAC vector sequence and a marker DNA have been previously inserted using a BAC clone. “CI” indicates a cI repressor gene, “spc” indicates a spectinomycin resistance gene, and “neo” indicates a neomycin resistance gene. 本発明の、微生物ゲノム中に外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する方法の第1(方法1)を模式的に示した図である。図中、黒矢印及び白矢印は2つの相同配列を示し、黒四角は重複配列を示す。「M1」及び「M2」はマーカーDNAを意味する。FIG. 1 is a view schematically showing a first (method 1) of a method of the present invention for reconstituting genomic DNA constituting a foreign gene in a microorganism genome. In the figure, black arrows and white arrows indicate two homologous sequences, and black squares indicate overlapping sequences. “M1” and “M2” mean marker DNA. 本発明の、微生物ゲノム中に外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する方法の第2(方法2)を模式的に示した図である。図中、4つの矢印はそれぞれ異なる相同配列を示し、黒四角は重複配列を示す。波線は共通配列を示す。「M1」及び「M2」はマーカーDNAを意味する。FIG. 3 is a diagram schematically showing a second (method 2) of the method of the present invention for reconstituting genomic DNA constituting a foreign gene in a microorganism genome. In the figure, four arrows indicate different homologous sequences, and black squares indicate overlapping sequences. The wavy lines indicate the common arrangement. “M1” and “M2” mean marker DNA. BACクローンを用いて、BACベクター配列及びマーカーDNAを予め挿入した枯草菌細胞を形質転換する工程を示した図である。cIリプレッサー遺伝子を1つしか有していない枯草菌BEST310株と、cIリプレッサー遺伝子を2つ有し、かつ、その間にスペーサーを有する枯草菌BEST6528株では、BACクローンにより形質転換された結果に生じる枯草菌株の構造が同じであることを示している。図中、「cI」はcIリプレッサー遺伝子、「Spc」はスペクチノマイシン耐性遺伝子、「BS」はブラストサイジンS耐性遺伝子、「neo」はネオマイシン耐性遺伝子を示す。neoの前に連結された三角は、Prプロモーターを示す。FIG. 4 is a view showing a step of transforming a Bacillus subtilis cell into which a BAC vector sequence and a marker DNA have been previously inserted using a BAC clone. The Bacillus subtilis BEST310 strain, which has only one cI repressor gene, and the Bacillus subtilis BEST6528 strain, which has two cI repressor genes and has a spacer in between, resulted from the transformation with the BAC clone. This shows that the structures of the resulting Bacillus subtilis strains are the same. In the figure, “cI” indicates the cI repressor gene, “Spc” indicates the spectinomycin resistance gene, “BS” indicates the blasticidin S resistance gene, and “neo” indicates the neomycin resistance gene. The triangle connected before neo indicates the Pr promoter.

Claims (10)

微生物ゲノム中に、外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する方法であって、以下の工程から成ることを特徴とする方法。
(a)同一のベクターに外来遺伝子を構成するゲノムDNAの全長の異なる部分配列が目的DNAとして挿入され、かつ各目的DNAがいずれかの他の目的DNAとお互いに重複配列を有するプラスミド群を調製する工程、
(b)上記工程(a)で調製された目的DNAを含むいずれかのプラスミドにより、該プラスミド中の目的DNAをはさむ2つの相同配列を予め挿入したゲノムを有する微生物細胞を形質転換する工程、
(c)上記工程(a)で調製され上記工程(b)で用いたプラスミド中の目的DNAと重複配列を有する目的DNAを含む他のプラスミドを選択する工程、
(d)上記工程(b)で形質転換された微生物細胞を、上記工程(c)で選択されたプラスミドにより形質転換する工程、
(e)上記工程(d)で形質転換された微生物細胞から、上記工程(b)及び(d)で用いた2つのプラスミド中の目的DNAが、それぞれ重複配列と相同配列における相同組換えにより連結されたDNAを有する形質転換体を選択する工程、
(f)上記(c)〜(e)の各工程を繰り返し、上記工程(a)で調製された全ての目的DNAを前記微生物細胞に導入することにより、微生物ゲノム中に外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する工程。
A method for reconstituting genomic DNA constituting a foreign gene into a microorganism genome, comprising the following steps:
(A) A plasmid group in which partial sequences having different total lengths of genomic DNA constituting a foreign gene are inserted as the target DNA into the same vector, and each target DNA has an overlapping sequence with any other target DNA. Process,
(B) a step of transforming a microorganism cell having a genome in which two homologous sequences sandwiching the target DNA in the plasmid have been previously inserted with any plasmid containing the target DNA prepared in the above step (a);
(C) selecting another plasmid containing the target DNA having an overlapping sequence with the target DNA in the plasmid prepared in step (a) and used in step (b),
(D) transforming the microbial cells transformed in step (b) with the plasmid selected in step (c);
(E) From the microbial cells transformed in the above step (d), the target DNAs in the two plasmids used in the above steps (b) and (d) are ligated by homologous recombination at the overlapping sequence and the homologous sequence, respectively. Selecting a transformant having the isolated DNA,
(F) repeating the above steps (c) to (e) and introducing all the target DNAs prepared in the above step (a) into the microbial cells, whereby a genome constituting a foreign gene in the microbial genome; Reconstituting the DNA.
微生物ゲノム中に、外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する方法であって、以下の工程から成ることを特徴とする方法。
(a)ベクターに外来遺伝子を構成するゲノムDNAの全長の異なる部分配列が目的DNAとして挿入され、かつ各目的DNAがいずれかの他の目的DNAとお互いに重複配列を有するプラスミド群を調製する工程、
(b)同一のゲノムを有する微生物細胞に、上記工程(a)で調製された各プラスミド中の目的DNAをはさむ2つの相同配列を微生物ゲノム中の同じ位置に予め挿入し、該微生物細胞を各々のプラスミドにより形質転換する工程、
(c)上記工程(b)で形質転換された、いずれかの目的DNAをゲノム中に有する微生物細胞から、ゲノムDNAを抽出する工程、
(d)上記工程(c)で抽出したゲノムDNA中の目的DNAと重複配列を有する他の目的DNAをゲノム中に有する微生物細胞を、上記工程(c)で得られたゲノムDNAにより形質転換する工程、
(e)上記工程(d)で形質転換された微生物細胞から、上記工程(c)及び(d)で用いた2つの微生物ゲノム中の目的DNAが、それぞれ重複配列と微生物ゲノム中の共通配列における相同組換えにより連結されたDNAを有する形質転換体を選択する工程、
(f)上記(c)〜(e)の各工程を繰り返し、上記工程(a)で調製された全ての目的DNAを前記微生物に導入することにより、微生物ゲノム中に外来遺伝子を構成するゲノムDNAを再構成する工程。
A method for reconstituting genomic DNA constituting a foreign gene into a microorganism genome, comprising the following steps:
(A) Step of preparing a plasmid group in which partial sequences having different total lengths of genomic DNA constituting a foreign gene are inserted as target DNAs into a vector, and each target DNA has a sequence overlapping with any other target DNA. ,
(B) Two homologous sequences sandwiching the target DNA in each of the plasmids prepared in the above step (a) are previously inserted into microbial cells having the same genome at the same position in the microbial genome, and the microbial cells are each Transforming with the plasmid of
(C) a step of extracting genomic DNA from a microbial cell having any of the target DNAs in the genome transformed in the step (b);
(D) Transforming microbial cells having another target DNA having a sequence overlapping with the target DNA in the genomic DNA extracted in the step (c) in the genome with the genomic DNA obtained in the step (c). Process,
(E) From the microbial cells transformed in the above step (d), the target DNAs in the two microbial genomes used in the above steps (c) and (d) are, respectively, an overlapping sequence and a common sequence in the microbial genome. Selecting a transformant having DNA linked by homologous recombination,
(F) genomic DNA constituting a foreign gene in the genome of a microorganism by repeating the above steps (c) to (e) and introducing all the target DNAs prepared in the above step (a) into the microorganism. The step of reconstructing.
微生物ゲノムが、2つの相同配列の間に2つ以上のcIリプレッサー遺伝子を有し、各cIリプレッサー遺伝子の間にスペーサーが挿入されたものであって、かつ、該ゲノム上の他の位置にPrプロモーターの制御下に置かれたマーカーDNAが挿入されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の方法。 The microorganism genome has two or more cI repressor genes between two homologous sequences, a spacer inserted between each cI repressor gene, and another position on the genome. 3. The method according to claim 1, wherein a marker DNA placed under the control of a Pr promoter is inserted into the DNA. 形質転換体の選択が、マーカーDNAを用いて行われる請求項1〜3のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the selection of the transformant is performed using a marker DNA. 宿主として用いる微生物が、Bacillus属細菌又は高度好熱菌である請求項1〜4のいずれかに記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the microorganism used as a host is a bacterium belonging to the genus Bacillus or a thermophile. 請求項1〜5のいずれかに記載の方法により作製された微生物。 A microorganism produced by the method according to claim 1. 外来遺伝子を構成するゲノムDNAの全長を含み、かつその長さが100kb以上であることを特徴とするプラスミド。 A plasmid comprising the entire length of genomic DNA constituting a foreign gene and having a length of 100 kb or more. 請求項7に記載のプラスミドを用いることを特徴とする遺伝子改変非ヒト動物又は植物の作製方法。 A method for producing a genetically modified non-human animal or plant, comprising using the plasmid according to claim 7. 50kb以上の目的DNAを有するプラスミドから微生物ゲノムへの目的DNAの移し換え方法であって、プラスミド中の目的DNAをはさむ2つの相同配列を予め挿入したゲノムを有する微生物を目的DNAが挿入されたプラスミドで形質転換する方法。 What is claimed is: 1. A method for transferring a target DNA from a plasmid having a target DNA of 50 kb or more to a genome of a microorganism, comprising the steps of: transferring a microorganism having a genome in which two homologous sequences sandwiching the target DNA in the plasmid have been inserted in advance; Transformation method. プラスミドがBACベクターである請求項9に記載の方法。 The method according to claim 9, wherein the plasmid is a BAC vector.
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