JP2008245628A - Chimera-type fusicoccane synthase and gene thereof - Google Patents

Chimera-type fusicoccane synthase and gene thereof Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a novel enzyme and gene thereof which are effectively usable for the large quantity production of cotylenin and 12-deoxyfusicoccin which are promising as an anticancer drug, and fusicocca-2,10(14)-diene which is useful as a raw material for producing derivatives thereof, and also to provide a method for producing fusicocca-2,10(14)-diene by using the enzyme and a vector and transformant which are used for the production of the enzyme. <P>SOLUTION: The chimera-type fusicoccane synthase has in an N-terminal region a terpene cyclase domain comprising an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or a functionally equivalent sequence thereof, and has in a C-terminal region a prenyltransferase domain comprising an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 or a functionally equivalent sequence thereof. The enzyme and fusicocca-2,10(14)-diene are produced by culturing a transformant having a gene encoding the enzyme. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、フシコクシン生合成の中間体であるフシコッカ-2,10(14)-ジエン(Fusicocca-2,10(14)-diene)の合成に関与する酵素(フシコッカン合成キメラ型酵素)及びその遺伝子に関する。また本発明は、当該酵素の製造方法、並びにその製造のために使用されるベクター及び形質転換体に関する。さらに、本発明は当該酵素または当該酵素の製造に使用される上記ベクターもしくは形質転換体を用いてフシコッカ-2,10(14)-ジエンを製造する方法に関する。なお、上記本発明の酵素は、テルペン環化酵素ドメインとプレニルトランスフェラーゼドメインからなるキメラ型酵素である。従って本発明は、当該キメラ型酵素を構成する各酵素(テルペン環化酵素、プレニルトランスフェラーゼ)、およびそれらの遺伝子にも関する。   The present invention relates to an enzyme involved in the synthesis of fusicocca-2,10 (14) -diene which is an intermediate of fusicoccin biosynthesis (fusicoccan synthesizing chimeric enzyme) and its gene About. The present invention also relates to a method for producing the enzyme, and a vector and a transformant used for the production. Furthermore, the present invention relates to a method for producing Fusicocca-2,10 (14) -diene using the enzyme or the vector or transformant used for producing the enzyme. The enzyme of the present invention is a chimeric enzyme composed of a terpene cyclase domain and a prenyltransferase domain. Therefore, the present invention also relates to each enzyme (terpene cyclase, prenyl transferase) constituting the chimeric enzyme and their genes.

フシコクシン(Fusicoccin A:FC-A、Fusicoccin J:FC-J)は、アーモンドあるいはモモの小枝や葉に萎凋病を引き起こす植物病原菌真菌〔PhomopsisFusicoccumamygdali〕の主な二次代謝産物として単離されたジテルペン配糖体である(非特許文献1または2など参照)。一方、構造的に極めて類似したコチレニン(Cotylenin A:CN-A)が、Cladosporium属に属する糸状菌の一菌株(sp.501-7W)から単離されている(非特許文献3など参照)。これらの化合物は、下式で示すように、いずれも5-8-5員環が縮環したフシコッカン型ジテルペン配糖体であり、極めて類似した化学構造を有している。 Fusicoccin (Fusicoccin A: FC-A, Fusicoccin J: FC-J) is isolated as the main secondary metabolite of the phytopathogenic fungus [ Phomopsis ( Fusicoccum ) amygdali ] that causes wilt on almonds or peach twigs and leaves Diterpene glycoside (see Non-Patent Document 1 or 2). On the other hand, structurally very similar cotylenin (Cotylenin A: CN-A) has been isolated from a strain of filamentous fungi belonging to the genus Cladosporium (sp. 501-7W) (see Non-Patent Document 3, etc.). These compounds are fusicoccan-type diterpene glycosides in which a 5-8-5-membered ring is condensed as shown by the following formula, and have very similar chemical structures.

Figure 2008245628
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このため、フシコクシンおよびコチレニンは、強力な植物ホルモン様活性を有するなど、高等植物に対して同一の生理活性作用を有していることが知られており、いずれも植物生理学における生化学試薬として汎用されている。   For this reason, fusicoccin and cotylenin are known to have the same physiological activity on higher plants, such as having strong plant hormone-like activity, both of which are widely used as biochemical reagents in plant physiology. Has been.

さらに最近になって、コチレニンにヒト骨髄性白血病細胞に対する分化誘導活性があることが見出され、その癌化学療法剤としての応用が期待されている(非特許文献4など)。しかしながら、Cladosporium属の新種と思われるコチレニン生産菌(sp.501-7W)は、長く保存し継代培養を繰り返す過程で絶えてしまい、今後の供給の見通しは全く立っていない。そこで、化学構造的に極めて類似するフシコクシンからコチレニンまたはコチレニン様活性を有する誘導体を供給することが待望される。 More recently, cotylenin has been found to have differentiation-inducing activity against human myeloid leukemia cells, and its application as a cancer chemotherapeutic agent is expected (Non-patent Document 4, etc.). However, the cotylenin-producing bacterium (sp.501-7W), which seems to be a new species of the genus Cladosporium , disappears in the process of long-term storage and repeated subculture, so there is no prospect of future supply. Therefore, it is desired to supply cotylenin or a derivative having cotylenin-like activity from fusicoccin that is very similar in chemical structure.

また、本発明者らの研究により、フシコクシンには動物細胞に対する分化誘導活性はないものの、それから12位の水酸基を除去した12-デオキシフシコクシン類には細胞分化誘導活性があり、その活性に基づいて抗ガン活性を有することが確認されている(非特許文献5)。そこで、コチレニンと同様、癌化学療法剤としての用途が期待される12-デオキシフシコクシン類についても、その製造方法、特に大量に生産する方法の確立が望まれる。   Further, according to the study by the present inventors, although fusicoccin has no differentiation-inducing activity on animal cells, 12-deoxyfusicoccins from which the hydroxyl group at position 12 has been removed have cell differentiation-inducing activity. Based on this, it has been confirmed that it has anticancer activity (Non-patent Document 5). Therefore, as with cotyrenin, it is desired to establish a method for producing 12-deoxyfusicoccins, which are expected to be used as cancer chemotherapeutic agents, particularly for mass production.

一方、フシコクシン(フシコクシンAやJ)は、植物病原菌真菌〔PhomopsisFusicoccumamygdali〕中で、ゲラニルゲラニル2リン酸(Geranylgeranyl diphosphate:GGDP)を出発物質として、中間体フシコッカ-2,10(14)-ジエン(Fusicocca-2,10(14)-diene)(下式中、5で示す)を経て、生合成されることが知られている(非特許文献6)。 On the other hand, fusicoccine (fusicocin A and J) is an intermediate fusicocca-2,10 (14)-, starting from geranylgeranyl diphosphate (GGDP) in a phytopathogenic fungus [ Phomopsis ( Fusicoccum ) amygdali ]. It is known that biosynthesis is performed via a diene (Fusicocca-2,10 (14) -diene) (indicated by 5 in the following formula) (Non-patent Document 6).

Figure 2008245628
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かかる中間体フシコッカ-2,10(14)-ジエンは、コチレニンおよび12-デオキシフシコクシン類の基本骨格である、5-8-5員環が縮環したフシコッカン型ジテルペン骨格を有しているため、これを原料として、前述するコチレニンや12-デオキシフシコクシン類を始めとする、抗ガン剤として有効な化合物が製造できる可能性がある。   Such an intermediate fusicocca-2,10 (14) -diene has a fusicoccane-type diterpene skeleton, which is a basic skeleton of cotylenin and 12-deoxyfusicococins, fused with a 5-8-5 membered ring. Therefore, using this as a raw material, there is a possibility that a compound effective as an anticancer agent, such as the above-mentioned cotyrenin and 12-deoxyfusicoccins, can be produced.

しかし、現在、フシコッカ-2,10(14)-ジエンは、植物病原菌真菌〔PhomopsisFusicoccumamygdali〕から極わずか得られるのみであり、これを原料として種々の化合物を創製することは困難である。またフシコッカ-2,10(14)-ジエンを化学合成する方法は知られているものの、その効率は必ずしもよくない(非特許文献7)。 At present, however, fusicocca-2,10 (14) -diene is obtained only in a small amount from the phytopathogenic fungus [ Phomopsis ( Fusicoccum ) amygdali ], and it is difficult to create various compounds using this as a raw material. . Moreover, although the method of chemically synthesizing Fusicocca-2,10 (14) -diene is known, its efficiency is not necessarily good (Non-patent Document 7).

このため、コチレニンや12-デオキシフシコクシン類などの製造原料となりえるフシコッカ-2,10(14)-ジエンを大量に製造する方法が求められている。
A.Ballio, et al., Experimantia, 24, 631 (1968) A.Ballio, et al., Experimantia, 30, 844 (1974) T. Sassa, Agric. Biol. Chem., 35, 1415 (1971) K, Asahi, et al., Biochem. Biophys. Res. Commun, 238, 758 (1997) 加藤修雄、「フシコクシン型ジテルペン配糖体の抗癌活性」、第22回Combinatorial Chemistry研究会要旨集、平成18年4月19日発行 T. Sassa, et al., Tetrahedron Letters 41 (2000) 2401-2404 J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 2473-2474 (1998)
For this reason, a method for producing a large amount of fusicocca-2,10 (14) -diene, which can be a raw material for producing cotylenin, 12-deoxyfusicoccins, and the like, is demanded.
A. Ballio, et al., Experimantia, 24, 631 (1968) A. Ballio, et al., Experimantia, 30, 844 (1974) T. Sassa, Agric. Biol. Chem., 35, 1415 (1971) K, Asahi, et al., Biochem. Biophys. Res. Commun, 238, 758 (1997) Shuo Kato, “Anti-cancer activity of fusicoccin-type diterpene glycosides”, Abstracts of the 22nd Combinatorial Chemistry Workshop, April 19, 2006 T. Sassa, et al., Tetrahedron Letters 41 (2000) 2401-2404 J. Chem. Soc., Perkin Trans. 1, 2473-2474 (1998)

本発明の目的は、抗ガン剤として有望なコチレニンおよび12-デオキシフシコクシン類、ならびにその誘導体の製造原料として有用なフシコッカ-2,10(14)-ジエンの大量生産に有効に使用できる新規酵素及びその遺伝子を提供することである。また本発明は、当該酵素の製造方法、並びにその製造のために使用されるベクター及び形質転換体に関する。さらに、本発明は当該酵素または当該酵素の製造のために使用されるベクター及び形質転換体を用いてフシコッカ-2,10(14)-ジエンを製造する方法に関する。   The object of the present invention is to provide a novel compound that can be effectively used for mass production of fucicocca-2,10 (14) -diene useful as a raw material for producing cotylenin and 12-deoxyfusicococins, which are promising as anticancer agents, and derivatives thereof To provide an enzyme and its gene. The present invention also relates to a method for producing the enzyme, and a vector and a transformant used for the production. Furthermore, the present invention relates to a method for producing Fusicocca-2,10 (14) -diene using the enzyme or a vector and a transformant used for the production of the enzyme.

なお、上記酵素は、テルペン環化酵素ドメインとプレニルトランスフェラーゼドメインからなるキメラ型酵素である。従って、本発明は、当該キメラ型酵素を構成する各酵素(テルペン環化酵素、プレニルトランスフェラーゼ)、およびそれらの遺伝子を提供することをも目的とする。   The enzyme is a chimeric enzyme composed of a terpene cyclase domain and a prenyltransferase domain. Therefore, an object of the present invention is also to provide each enzyme (terpene cyclase, prenyltransferase) constituting the chimeric enzyme and a gene thereof.

本発明者らは、上記課題を解決するために、フシコクシンの生合成中間体であるフシコッカ-2,10(14)-ジエンの生合成に関与する環化酵素遺伝子の取得を目的として鋭意研究を重ねていたところ、フシコッカ-2,10(14)-ジエンの生合成原料であるゲラニルゲラニル2リン酸(GGDP)を合成する遺伝子(GGDP合成遺伝子:GGS)を対象とした遺伝子歩行と縮重プライマーを用いたRT-PCRにより、上記目的に適ったテルペン環化酵素遺伝子の取得に成功し、当該遺伝子産物(酵素)に、GGDPを環化してフシコッカ-2,10(14)-ジエンに変換する作用があることを確認した。さらに、当該酵素は、当該テルペン環化活性(テルペンシクラーゼ活性)に加えて、プレニル鎖伸長活性(プレニルトランスフェラーゼ活性)も有しており、点変異実験および切断実験により、当該酵素は、N末端側とC末端側のそれぞれにテルペン環化酵素ドメインとプレニルトランスフェラーゼドメインを有するキメラ型酵素であることが確認された。また、本酵素を過剰発現させた大腸菌内でフシコッカ-2,10(14)-ジエンが大量に蓄積することから、当該酵素は、生体内に存在するイソプレン単位から、フシコッカ-2,10(14)-ジエンの生合成原料(基質)となるゲラニルゲラニル2リン酸(GGDP)を自ら合成し、それを利用してフシコッカ-2,10(14)-ジエンを効率的に合成する機能を有する特異な酵素であることが判明した。   In order to solve the above problems, the present inventors have conducted intensive research for the purpose of obtaining a cyclase gene involved in the biosynthesis of fusicoccin-2,10 (14) -diene, which is a biosynthetic intermediate of fusicoccin. As a result, gene walking and degenerate primers for the gene that synthesizes geranylgeranyl diphosphate (GGDP) (GGDP synthesis gene: GGS), the biosynthetic raw material for fusicocca-2,10 (14) -diene The RT-PCR used succeeded in obtaining a terpene cyclase gene suitable for the above purpose, and cyclizing GGDP into the gene product (enzyme) and converting it to fusicocca-2,10 (14) -diene Confirmed that there is. Furthermore, in addition to the terpene cyclization activity (terpene cyclase activity), the enzyme also has a prenyl chain elongation activity (prenyl transferase activity). And a chimeric enzyme having a terpene cyclase domain and a prenyltransferase domain on the C-terminal side, respectively. In addition, since Fushicocca-2,10 (14) -diene accumulates in large amounts in E. coli overexpressing this enzyme, the enzyme is converted from the isoprene unit present in the living body to Fushicocca-2,10 (14 ) -Diene biosynthetic raw material (substrate) geranylgeranyl diphosphate (GGDP) is synthesized by itself, and it has the function of efficiently synthesizing fusicocca-2,10 (14) -diene. It turned out to be an enzyme.

本発明は、これらの知見に基づいて完成したものであり、下記の態様を含むものである。   The present invention has been completed based on these findings and includes the following aspects.

(I)フシコッカン合成キメラ型酵素
(I-1)N端領域に(a)または(b)に記載するアミノ酸配列からなるテルペン環化酵素ドメイン、およびC端領域に(c)または(d)に記載するアミノ酸配列からなるプレニルトランスフェラーゼドメインを有するフシコッカン合成キメラ型酵素:
(a)配列番号1に示すアミノ酸配列、
(b)配列番号1に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列、
(c)配列番号2に示すアミノ酸配列、
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
(I) Fusicoccan synthetic chimeric enzyme (I-1 ) A terpene cyclase domain consisting of the amino acid sequence described in (a) or (b) in the N-terminal region, and (c) or (d) in the C-terminal region Fusicoccan synthesizing chimeric enzyme having a prenyltransferase domain consisting of the described amino acid sequence:
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(B) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting or adding one or a plurality of amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, wherein the amino acid sequence encodes a protein having terpene cyclase activity;
(C) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2,
(D) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting, or adding one or more amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and encoding a protein having prenyltransferase activity.

(I-2)下記(A)または(B)に記載するアミノ酸配列からなる、(I-1)に記載するフシコッカン合成キメラ型酵素:
(A)配列番号3に示すアミノ酸配列、
(B)配列番号3において、1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、テルペンシクラーゼ活性およびプレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
(I-2) Fusicoccane synthetic chimeric enzyme according to (I-1), comprising the amino acid sequence described in (A) or (B) below:
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3,
(B) An amino acid sequence obtained by deleting, substituting, or adding one or more amino acid sequences in SEQ ID NO: 3, and encoding a protein having terpene cyclase activity and prenyl transferase activity.

(II)フシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子
(II-1)5’側領域に(a)または(b)に記載するアミノ酸配列からなるテルペン環化酵素ドメインをコードする塩基配列、および3’側領域に(c)または(d)に記載するアミノ酸配列からなるプレニルトランスフェラーゼドメインをコードする塩基配列を有するフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子:
(a)配列番号1に示すアミノ酸配列、
(b)配列番号1に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列、
(c)配列番号2に示すアミノ酸配列、
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
(II) Fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene (II-1) In the 5 'region, a base sequence encoding a terpene cyclase domain consisting of the amino acid sequence described in (a) or (b), and in the 3' region A fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene having a base sequence encoding a prenyltransferase domain consisting of the amino acid sequence described in (c) or (d):
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(B) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting or adding one or a plurality of amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, wherein the amino acid sequence encodes a protein having terpene cyclase activity;
(C) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2,
(D) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting, or adding one or more amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and encoding a protein having prenyltransferase activity.

(II-2)下記(A)または(B)に記載するアミノ酸配列をコードする塩基配列を有する、請求項3に記載するフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子:
(A)配列番号3に示すアミノ酸配列、
(B)配列番号3において、1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、テルペンシクラーゼ活性およびプレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
(II-2) The fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene according to claim 3, which has a base sequence encoding the amino acid sequence described in (A) or (B) below:
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3,
(B) An amino acid sequence obtained by deleting, substituting, or adding one or more amino acid sequences in SEQ ID NO: 3, and encoding a protein having terpene cyclase activity and prenyl transferase activity.

(II-3)5’側領域に(i)または(ii)に記載するテルペン環化酵素ドメインをコードする塩基配列、および3’側領域に(iii)または(iv)に記載するプレニルトランスフェラーゼドメインをコードする塩基配列を有する、(II-1)または(II-2)に記載するフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子:
(i)配列番号4に示す塩基配列、
(ii)配列番号4に示す塩基配列と少なくとも85%の同一性を有する塩基配列であって、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質をコードする塩基配列、
(iii)配列番号5に示す塩基配列、
(iv)配列番号5に示す塩基配列と少なくとも85%の同一性を有する塩基配列であって、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードする塩基配列。
(II-3) a base sequence encoding the terpene cyclase domain described in (i) or (ii) in the 5 ′ side region, and a prenyltransferase domain described in (iii) or (iv) in the 3 ′ side region The fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene described in (II-1) or (II-2) having a nucleotide sequence encoding:
(I) the base sequence shown in SEQ ID NO: 4,
(Ii) a base sequence having at least 85% identity with the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 and encoding a protein having terpene cyclase activity;
(Iii) the base sequence shown in SEQ ID NO: 5,
(Iv) A nucleotide sequence having at least 85% identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 and encoding a protein having prenyl transferase activity.

(II-4)下記(I)または(II)に記載する塩基配列を有する、(II-1)乃至(II-3)のいずれかに記載するフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子:
(I)配列番号6に示す塩基配列、
(II)配列番号6に示す塩基配列と少なくとも85%の同一性を有する塩基配列であって、テルペンシクラーゼ活性およびプレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードする塩基配列。
(II-4) A fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene according to any one of (II-1) to (II-3), which has the base sequence described in (I) or (II) below:
(I) the base sequence shown in SEQ ID NO: 6,
(II) A base sequence having at least 85% identity with the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 and encoding a protein having terpene cyclase activity and prenyl transferase activity.

(III)フシコッカン合成キメラ型酵素の製造およびそれに使用する材料
(III-1)(II-1)乃至(II-4)のいずれかに記載するフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子を含有する組み換えベクター。
(III-2)(III-1)に記載する組み換えベクターを用いて宿主細胞を形質転換して得られる形質転換体。
(III-3)宿主細胞が大腸菌である(III-2)に記載する形質転換体。
(III-4)(III-2)または(III-3)に記載する形質転換体を培地で培養する工程、および必要に応じて、得られる培養物からテルペンシクラーゼ活性およびプレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質を採取する工程を有する、(I-1)または(I-2)に記載するフシコッカン合成キメラ型酵素の製造方法。
(III) Production of fusicoccan synthetic chimeric enzyme and a material used therefor (III-1) A recombinant vector containing the fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene according to any one of (II-1) to (II-4).
(III-2) A transformant obtained by transforming a host cell with the recombinant vector described in (III-1).
(III-3) The transformant according to (III-2), wherein the host cell is E. coli.
(III-4) a step of culturing the transformant described in (III-2) or (III-3) in a medium, and, if necessary, a protein having terpene cyclase activity and prenyltransferase activity from the obtained culture A method for producing a fusicoccan synthetic chimeric enzyme according to (I-1) or (I-2), comprising a step of collecting

(IV)フシコッカ-2,10(14)-ジエンの製造方法
(III-2)または(III-3)に記載する形質転換体を培地で培養する工程、および必要に応じて、得られる培養物からフシコッカ-2,10(14)-ジエンを採取することを特徴とする、フシコッカ-2,10(14)-ジエンの製造方法。
(IV) A process for culturing the transformant described in (III-2) or (III-3) in a medium, and, if necessary, a culture obtained from the method for producing Fushicocca-2,10 (14) -diene A method for producing Fusicocca-2,10 (14) -diene, which comprises collecting Fusicocca-2,10 (14) -diene from the base.

(V)テルペン環化酵素およびその遺伝子
(V-1)下記(a)または(b)に記載するアミノ酸配列からなるテルペン環化酵素:
(a)配列番号1に示すアミノ酸配列、
(b)配列番号1に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
(V) Terpene cyclase and its gene (V-1) Terpene cyclase consisting of the amino acid sequence described in (a) or (b) below:
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(B) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting or adding one or more amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and encoding an amino acid sequence having terpene cyclase activity.

(V-2)(a)または(b)に記載するアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるテルペン環化酵素遺伝子:
(a)配列番号1に示すアミノ酸配列、
(b)配列番号1に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
(V-2) A terpene cyclase gene comprising a base sequence encoding the amino acid sequence described in (a) or (b):
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(B) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting or adding one or more amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and encoding an amino acid sequence having terpene cyclase activity.

(V-3)下記(i)または(ii)に記載する塩基配列からなる(V-2)に記載するテルペン環化酵素遺伝子:
(i)配列番号4に示す塩基配列、
(ii)配列番号4に示す塩基配列と少なくとも85%の同一性を有する塩基配列であって、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質をコードする塩基配列、
(VI)プレニルトランスフェラーゼおよびその遺伝子
(VI-1)下記(c)または(d)に記載するアミノ酸配列からなるプレニルトランスフェラーゼ:
(c)配列番号2に示すアミノ酸配列、
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
(V-3) The terpene cyclase gene described in (V-2) comprising the base sequence described in (i) or (ii) below:
(I) the base sequence shown in SEQ ID NO: 4,
(Ii) a base sequence having at least 85% identity with the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 and encoding a protein having terpene cyclase activity;
(VI) Prenyltransferase and its gene (VI-1) Prenyltransferase comprising the amino acid sequence described in (c) or (d) below:
(C) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2,
(D) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting, or adding one or more amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and encoding a protein having prenyltransferase activity.

(VI-2)(c)または(d)に記載するアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるプレニルトランスフェラーゼ遺伝子:
(c)配列番号2に示すアミノ酸配列、
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
(VI-2) A prenyltransferase gene comprising a base sequence encoding the amino acid sequence described in (c) or (d):
(C) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2,
(D) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting, or adding one or more amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and encoding a protein having prenyltransferase activity.

(VI-3)下記(iii)または(iv)に記載する塩基配列からなる(VI-2)に記載するプレニルトランスフェラーゼ遺伝子:
(iii)配列番号5に示す塩基配列、
(iv)配列番号5に示す塩基配列と少なくとも85%の同一性を有する塩基配列であって、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードする塩基配列。
(VI-3) The prenyl transferase gene described in (VI-2) consisting of the base sequence described in (iii) or (iv) below:
(Iii) the base sequence shown in SEQ ID NO: 5,
(Iv) A nucleotide sequence having at least 85% identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 and encoding a protein having prenyl transferase activity.

なお、本発明において「遺伝子」または「DNA」とは、2本鎖DNAのみならず、それを構成するセンス鎖およびアンチセンス鎖といった各1本鎖DNAを包含する趣旨で用いられる。またその長さは特に制限されるものではない。従って、本明細書でいう「遺伝子」または「DNA」とは、特に言及しない限り、ゲノムDNAを含む2本鎖DNA、cDNAを含む1本鎖DNA(正鎖)及び該正鎖に対して相補的な配列を有する1本鎖DNA(相補鎖、逆鎖)、並びに合成DNAが含まれ、さらに「遺伝子」にはRNAも含まれる。また「遺伝子」または「DNA」は、本発明の効果を保有する限りにおいて、コード領域(シグナルペプチド領域を含む)以外に、例えば発現制御領域、シグナル領域、エキソン、イントロンを含むことができる。   In the present invention, “gene” or “DNA” is used to include not only double-stranded DNA but also single-stranded DNA such as a sense strand and an antisense strand constituting the DNA. The length is not particularly limited. Therefore, unless otherwise specified, “gene” or “DNA” as used herein means double-stranded DNA including genomic DNA, single-stranded DNA including cDNA (positive strand) and complementary to the positive strand. Single-stranded DNA having a specific sequence (complementary strand, reverse strand) and synthetic DNA are included, and “gene” also includes RNA. In addition to the coding region (including the signal peptide region), the “gene” or “DNA” can include, for example, an expression control region, a signal region, an exon, and an intron, as long as the effect of the present invention is retained.

また、特に言及しない限り、本発明でいう「遺伝子」または「DNA」には、特定の塩基配列で示される「遺伝子」または「DNA」だけでなく、これらによりコードされるタンパク質と生理学的機能が同等であるタンパク質(例えば、同族体、変異体または誘導体など、本明細書では「機能的同等物」ともいう)をコードする「遺伝子」または「DNA」が含まれる。本明細書では、かかる「遺伝子」または「DNA」を、特定の塩基配列で示される「遺伝子」または「DNA」の「ホモログ」ともいう。かかる「ホモログ」としては、特定の塩基配列で示される「遺伝子」または「DNA」の相補鎖に対して、ストリンジェントな条件で、ハイブリダイズする塩基配列を有する「遺伝子」または「DNA」を挙げることができる。   Unless otherwise specified, “gene” or “DNA” in the present invention includes not only “gene” or “DNA” represented by a specific nucleotide sequence, but also proteins encoded by these and physiological functions. Included are “genes” or “DNAs” that encode proteins that are equivalent (eg, homologues, variants or derivatives, also referred to herein as “functional equivalents”). In the present specification, such “gene” or “DNA” is also referred to as “homologue” of “gene” or “DNA” represented by a specific base sequence. Examples of such “homolog” include “gene” or “DNA” having a base sequence that hybridizes under stringent conditions to the complementary strand of “gene” or “DNA” represented by a specific base sequence. be able to.

フシコッカ-2,10(14)-ジエンは、コチレニンおよび12-デオキシフシコクシン類の基本骨格である、5-8-5員環が縮環したフシコッカン型ジテルペン骨格を有しているため、これを原料として、前述するコチレニンや12-デオキシフシコクシン類を始めとする、抗ガン剤として有効な化合物が製造できる可能性がある。しかし、前述するように、現在、その効率的な製造方法はなく、これを原料として種々の化合物を創製することは困難である。本発明が提供するフシコッカン合成キメラ型酵素は当該フシコッカ-2,10(14)-ジエンを合成する酵素であり、大腸菌などの微生物を用いることによって、抗ガン剤として有用なコチレニンや12-デオキシフシコクシン類の製造原料となりえるフシコッカ-2,10(14)-ジエンを大量に製造することが可能である。   Fusicocca-2,10 (14) -diene has a fusicoccane-type diterpene skeleton, which is a basic skeleton of cotylenin and 12-deoxyfusicococins, fused with a 5-8-5 membered ring. As a raw material, there is a possibility that a compound effective as an anticancer agent such as the above-mentioned cotylenin and 12-deoxyfusicoccins can be produced. However, as described above, there is currently no efficient production method, and it is difficult to create various compounds using this as a raw material. The fusicoccan synthesizing chimeric enzyme provided by the present invention is an enzyme that synthesizes fusicocca-2,10 (14) -diene. It is possible to produce a large amount of fusicocca-2,10 (14) -diene, which can be a raw material for the production of shikokucins.

(I)フシコッカン合成キメラ型酵素
本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素は、(1)プレニルトランスフェラーゼドメインと(2)テルペン環化酵素ドメインの2つの機能性ドメインを有することを特徴とする。このため、当該酵素は、かかる2つの機能性ドメインに基づいて、C5のイソプレン単位の鎖伸長反応を触媒する作用(プレニルトランスフェラーゼ活性)と、生成した化合物を環化する反応を触媒する作用(テルペンシクラーゼ活性)の2つの酵素作用を有する。
(I) Fusicoccan Synthetic Chimeric Enzyme The fusicoccan synthesizing chimeric enzyme of the present invention is characterized by having two functional domains: (1) a prenyltransferase domain and (2) a terpene cyclase domain. Therefore, the enzyme catalyzes the chain elongation reaction of C5 isoprene units (prenyl transferase activity) and the action of catalyzing the reaction of cyclizing the produced compound based on these two functional domains (terpene). It has two enzymatic actions (cyclase activity).

ここで(1)プレニルトランスフェラーゼドメイン(以下、単に「PTドメイン」ともいう)をコードするアミノ酸配列としては、好ましくは配列表:配列番号2で示される385のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を挙げることができる。しかし、当該PTドメインは、かかる特定のアミノ酸配列からなるものに制限されず、その機能的同等物であってもよい。ここで機能的同等物としては、配列番号2に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列からなり、上記配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同様に、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するものである。好ましくは、上記配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同様に、C5のイソプレン単位の鎖伸長反応を触媒して炭素鎖長20のゲラニルゲラニル2リン酸(以下、「GGDP」という)を生成するプレニルトランスフェラーゼ活性を有するもの、より好ましくは3-イソペンテニルピロリン酸(以下、「IPP」という)と、3,3-ジメチルアリルピロリン酸(以下、「DMAPP」という),ゲラニルピロリン酸(以下、「GPP」という)あるいはファルネシルピロリン酸(以下、「FPP」という)とを基質として、上記GGDPを生成するプレニルトランスフェラーゼ活性を有するものである。かかる機能的同等物としてより好ましくは、配列番号2に示すアミノ酸配列と、アミノ酸配列において85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有し、且つ上記のプレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質を挙げることができる。以下、本明細書では配列番号2で示されるPTドメインの機能的同等物をコードするアミノ酸配列を、配列番号2で示すアミノ酸配列の「機能同等配列」と称する。なお、2つのアミノ酸配列を対比した場合における配列の同一性は、当該配列間で同一であるアミノ酸数の、全アミノ酸数に対する百分率で示される(以下において同じ)。   Here, (1) an amino acid sequence encoding a prenyltransferase domain (hereinafter also simply referred to as “PT domain”) is preferably an amino acid sequence consisting of 385 amino acid residues shown in SEQ ID NO: 2 Can do. However, the PT domain is not limited to one having such a specific amino acid sequence, and may be a functional equivalent thereof. Here, the functional equivalent consists of an amino acid sequence in which one or a plurality of amino acid sequences are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 above. Like protein, it has prenyl transferase activity. Preferably, similarly to the protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, the chain elongation reaction of the C5 isoprene unit is catalyzed to produce geranylgeranyl diphosphate having a carbon chain length of 20 (hereinafter referred to as “GGDP”). Having a prenyltransferase activity, more preferably 3-isopentenyl pyrophosphate (hereinafter referred to as “IPP”), 3,3-dimethylallyl pyrophosphate (hereinafter referred to as “DMAPP”), geranyl pyrophosphate (hereinafter referred to as “IPP”). It has prenyl transferase activity to produce the above GGDP using “GPP”) or farnesyl pyrophosphate (hereinafter referred to as “FPP”) as a substrate. More preferably, such functional equivalent has 85% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and even more preferably 98% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. And a protein having the above-mentioned prenyltransferase activity. Hereinafter, in this specification, the amino acid sequence encoding the functional equivalent of the PT domain represented by SEQ ID NO: 2 is referred to as the “functional equivalent sequence” of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2. The sequence identity when comparing two amino acid sequences is indicated by the percentage of the number of amino acids that are identical between the sequences relative to the total number of amino acids (the same applies hereinafter).

上記の原理に従い、2つのアミノ酸配列における配列の同一性は、Karlin および Altschul のアルゴリズム[Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 87, 2264-2268 (1990)およびProc. Natl. Acad. Sci., USA, 90, 5873-5877 (1993)]により、決定することができる。このようなアルゴリズムを用いたプログラムとしては、BLASTプログラム [Altschul et al., J. Mol. Biol., 215, 403-410 (1990)]、及び当該BLASTより感度良く配列同一性を決定することのできるGapped BLASTプログラム[Nucleic Acids Res., 25, 3389-3402, (1997)]を挙げることができる。これらのプログラムは、例えば米国National Center for Biotechnology Informationのインターネット上のウェブサイトにおいて利用可能である。   In accordance with the above principle, the sequence identity between two amino acid sequences is determined by the algorithm of Karlin and Altschul [Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 87, 2264-2268 (1990) and Proc. Natl. Acad. Sci. , USA, 90, 5873-5877 (1993)]. Programs using such algorithms include the BLAST program [Altschul et al., J. Mol. Biol., 215, 403-410 (1990)], and determining sequence identity with higher sensitivity than BLAST. A possible Gapped BLAST program [Nucleic Acids Res., 25, 3389-3402, (1997)]. These programs are available, for example, on the Internet website of the National Center for Biotechnology Information.

なお、プレニルトランスフェラーゼ活性は、測定対象とするタンパク質の存在下で、IPPと、DMAPP,GPPあるいはFPPとを反応させて、反応産物の炭素鎖長を測定することによって評価することができる。   The prenyltransferase activity can be evaluated by reacting IPP with DMAPP, GPP or FPP in the presence of the protein to be measured, and measuring the carbon chain length of the reaction product.

具体的には、下記の方法を例示することができる:
(1)基質として、標識されたIPP(例えば[1-14C]IPP)と、DMAPP、GPPあるいはFPPを含む反応液に、測定対象とするタンパク質(被験酵素)を加えて反応させる。なお、上記反応液には、他成分として、マグネシウムなどの2価の金属イオン、界面活性剤、酵素安定化剤または緩衝液を配合してもよい。
(2)反応後、等量のn−ヘキサン抽出処理し、反応生成物を抽出する。
(3)抽出溶媒を濃縮後、メタノール、酸性側に緩衝能を有する緩衝液(pH5-6)、および界面活性剤を含む溶液中で、Acid phosphataseを作用させて、脱リン酸化する。
(4)反応後、n−ヘキサン反応産物を抽出し、得られた抽出物をTLCで展開して、ベーター線検出装置を用いて反応産物の炭素鎖長を決定する。
Specifically, the following method can be exemplified:
As (1) substrate, and labeled IPP (e.g. [1- 14 C] IPP), DMAPP, the reaction solution containing the GPP or FPP, is reacted by addition of protein (test enzyme) to be measured. The reaction solution may contain a divalent metal ion such as magnesium, a surfactant, an enzyme stabilizer or a buffer as other components.
(2) After the reaction, an equivalent amount of n-hexane is extracted to extract the reaction product.
(3) After concentration of the extraction solvent, acid phosphatase is allowed to act in a solution containing methanol, a buffer solution having a buffer capacity on the acidic side (pH 5-6), and a surfactant to dephosphorylate.
(4) After the reaction, the n-hexane reaction product is extracted, the obtained extract is developed by TLC, and the carbon chain length of the reaction product is determined using a beta ray detector.

炭素鎖長決定の結果、上記反応(1)によって、炭素数20のGGDPの生成が認められる場合は、当該測定対象のタンパク質にプレニルトランスフェラーゼ活性があると判断することができる。   As a result of the determination of the carbon chain length, when production of GGDP having 20 carbon atoms is observed by the reaction (1), it can be determined that the protein to be measured has prenyltransferase activity.

また(2)テルペン環化酵素ドメイン(以下、単に「TCドメイン」ともいう)をコードするアミノ酸配列としては、好ましくは配列表:配列番号1で示される334のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を挙げることができる。しかし、当該TCドメインは、かかる特定のアミノ酸配列からなるものに制限されず、その機能的同等物であってもよい。ここで機能的同等物としては、配列番号1に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列からなり、上記配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同様にテルペンシクラーゼ活性を有するものである。より好ましくは、上記配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同様に、GGDPを原料としてフシコッカ-2,10(14)-ジエンを生成するテルペンシクラーゼ活性を有するものである。かかる機能的同等物としてより好ましくは、配列番号1に示すアミノ酸配列と、アミノ酸配列において85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有し、且つ上記のテルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質を挙げることができる。以下、本明細書では配列番号1で示されるTCドメインの機能的同等物をコードするアミノ酸配列を、配列番号1で示すアミノ酸配列の「機能同等配列」と称する。   The amino acid sequence encoding (2) terpene cyclase domain (hereinafter also simply referred to as “TC domain”) is preferably an amino acid sequence consisting of 334 amino acid residues shown in SEQ ID NO: 1. be able to. However, the TC domain is not limited to those consisting of such a specific amino acid sequence, and may be a functional equivalent thereof. Here, the functional equivalent consists of an amino acid sequence in which one or a plurality of amino acid sequences are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 above. Similar to protein, it has terpene cyclase activity. More preferably, it has terpene cyclase activity to produce fusicocca-2,10 (14) -diene using GGDP as a raw material, like the protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 above. More preferably, the functional equivalent has 85% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and still more preferably 98% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. And a protein having the above-mentioned terpene cyclase activity. Hereinafter, in this specification, the amino acid sequence encoding the functional equivalent of the TC domain represented by SEQ ID NO: 1 is referred to as the “functional equivalent sequence” of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1.

なお、テルペンシクラーゼ活性は、測定対象とするタンパク質とGGDPとを反応させて、フシコッカ-2,10(14)-ジエンの生成の有無を確認することによって評価することができる。   The terpene cyclase activity can be evaluated by reacting a protein to be measured with GGDP and confirming the presence or absence of fusicocca-2,10 (14) -diene.

具体的には、下記の方法を例示することができる:
(1)GGDPを含む反応液に、測定対象とするタンパク質(被験酵素)を加えて反応させる。なお、上記反応液には、他成分として、マグネシウムなどの2価の金属イオン、界面活性剤、酵素安定化剤または緩衝液を配合してもよい。
(2)反応後、n−ヘキサン反応生成物を抽出する。
(3)溶出液を濃縮した後、ガスクロマトグラフ質量分析(GC-MS)または液体クロマトグラフ質量分析(LC-MS)などの分析に供して、生成物を同定する。
Specifically, the following method can be exemplified:
(1) A protein (test enzyme) to be measured is added to the reaction solution containing GGDP and reacted. The reaction solution may contain a divalent metal ion such as magnesium, a surfactant, an enzyme stabilizer or a buffer as other components.
(2) After the reaction, the n-hexane reaction product is extracted.
(3) After concentrating the eluate, it is subjected to analysis such as gas chromatography mass spectrometry (GC-MS) or liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS) to identify the product.

分析の結果、上記反応(1)によって、フシコッカ-2,10(14)-ジエンの生成が認められる場合は、当該測定対象のタンパク質にテルペンシクラーゼ活性があると判断することができ。   As a result of the analysis, when the above reaction (1) shows the production of fusicocca-2,10 (14) -diene, it can be determined that the protein to be measured has terpene cyclase activity.

本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素は、N端領域に上記のTCドメインを有し、C端領域に上記のPTドメインを有することを特徴とする。好ましくはN端領域のTCドメインに続いて、そのC末端側にPTドメインがタンデム結合してなるものを挙げることができる。なお、フシコッカン合成キメラ型酵素は、PTドメインに基づくプレニルトランスフェラーゼ活性、およびTCドメインに基づくテルペンシクラーゼ活性が妨げられない限り、N末端側のTCドメインとC末端側のPTドメインと間に1もしくは複数の任意のアミノ酸残基を有するものであってもよい。   The fusicoccan synthetic chimeric enzyme of the present invention is characterized by having the TC domain in the N-terminal region and the PT domain in the C-terminal region. Preferable examples include those obtained by tandemly bonding a PT domain to the C-terminal side of the TC domain in the N-terminal region. Note that fusicoccan synthesizing chimera enzyme has one or a plurality of N-terminal TC domain and C-terminal PT domain as long as prenyltransferase activity based on PT domain and terpene cyclase activity based on TC domain are not hindered. It may have any amino acid residue.

本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素として、好ましくは配列表:配列番号3で示される719のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を有するタンパク質を挙げることができる。しかし、本発明の酵素は、かかる特定のアミノ酸配列からなるタンパク質に制限されず、その機能的同等物であってもよい。ここで機能的同等物としては、配列番号3に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列からなり、上記配列番号3で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同様に、プレニルトランスフェラーゼ活性およびテルペンシクラーゼ活性を有するものである。より好ましくは、上記配列番号3で示されるタンパク質と同様に、C5のイソプレン単位の鎖伸長反応を触媒してGGDPを生成するプレニルトランスフェラーゼ活性(好ましくはIPPと、DMAPP,GPPもしくはFPPとを基質として、GGDPを生成するプレニルトランスフェラーゼ活性)と、GGDPを原料としてフシコッカ-2,10(14)-ジエンを生成するテルペンシクラーゼ活性を有するものである。かかる機能的同等物としてより好ましくは、配列番号3に示すアミノ酸配列と、アミノ酸配列において85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有し、且つ上記のプレニルトランスフェラーゼ活性とテルペンシクラーゼ活性とを有するタンパク質を挙げることができる。以下、本明細書では配列番号3で示されるフシコッカン合成キメラ型酵素の機能的同等物をコードするアミノ酸配列を、配列番号3で示すアミノ酸配列の「機能同等配列」と称する。   As the fusicoccane synthetic chimeric enzyme of the present invention, a protein having an amino acid sequence consisting of the amino acid residue of 719 represented by SEQ ID NO: 3 is preferably exemplified. However, the enzyme of the present invention is not limited to a protein comprising such a specific amino acid sequence, and may be a functional equivalent thereof. Here, the functional equivalent consists of an amino acid sequence in which one or a plurality of amino acid sequences are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3, and consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3 above. Like protein, it has prenyltransferase activity and terpene cyclase activity. More preferably, as in the protein represented by SEQ ID NO: 3, prenyltransferase activity (preferably using IPP and DMAPP, GPP or FPP as a substrate) that catalyzes the chain extension reaction of the C5 isoprene unit to produce GGDP. And prenyltransferase activity for producing GGDP) and terpene cyclase activity for producing fusicocca-2,10 (14) -diene using GGDP as a raw material. More preferably, such a functional equivalent has 85% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and still more preferably 98% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3. And a protein having the above-mentioned prenyltransferase activity and terpene cyclase activity. Hereinafter, in this specification, the amino acid sequence encoding the functional equivalent of the fusicoccan synthetic chimeric enzyme represented by SEQ ID NO: 3 is referred to as the “functional equivalent sequence” of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3.

なお、本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素は、本発明で開示するアミノ酸配列に基づいて化学的または遺伝子工学的手法によって製造することができる。遺伝子工学的手法による製造方法の詳細については、後述する。また、アミノ酸配列における改変は、当業界において既に公知な方法、例えば部位特異的変異導入法[Current Protocols I molecular Biology, edit. Ausubel et al., John Wily & Sons, Section 8. 1-8.5 (1987)]等を用いて、改変しようとするアミノ酸配列に、適宜、置換、欠失、挿入、付加、逆位などの変異を導入することによって行うことができる。   The fusicoccan synthetic chimeric enzyme of the present invention can be produced by chemical or genetic engineering techniques based on the amino acid sequence disclosed in the present invention. Details of the production method by genetic engineering will be described later. Further, the amino acid sequence can be modified by a method already known in the art, for example, site-directed mutagenesis [Current Protocols I molecular Biology, edit. Ausubel et al., John Wily & Sons, Section 8.1-8.5 (1987 )], Etc., can be used by appropriately introducing mutations such as substitution, deletion, insertion, addition and inversion into the amino acid sequence to be modified.

(II)フシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子
本発明はまた、上記のフシコッカン合成キメラ型酵素の遺伝子を提供する。なお、ここでいう遺伝子には、前述するように、ゲノムDNA、cDNA、合成DNA(組換えDNA)、ならびにRNAが含まれる。
(II) Fusicoccan Synthetic Chimeric Enzyme Gene The present invention also provides a gene for the above fusicoccan synthesizing chimeric enzyme. The gene referred to here includes genomic DNA, cDNA, synthetic DNA (recombinant DNA), and RNA as described above.

当該遺伝子は、前述するフシコッカン合成キメラ型酵素をコードする塩基配列を有するものであればよい。具体的には、(3)配列番号2に示すアミノ酸配列またはその機能同等配列からなるプレニルトランスフェラーゼドメイン(PTドメイン)をコードする塩基配列と、(4)配列番号1に示すアミノ酸配列またはその機能同等配列からなるテルペン環化酵素ドメイン(TCドメイン)をコードする塩基配列を有する。   The gene may be any gene as long as it has a base sequence encoding the fusicoccane synthetic chimeric enzyme described above. Specifically, (3) a base sequence encoding a prenyltransferase domain (PT domain) consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 or a functional equivalent sequence thereof, and (4) an amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 or a functional equivalent thereof It has a base sequence encoding a terpene cyclase domain (TC domain) consisting of a sequence.

ここで(3)PTドメインをコードする塩基配列としては、好ましくは配列表:配列番号5に示す塩基配列を挙げることができる。なお、当該配列番号5に示す塩基配列は、配列番号2に示すアミノ酸配列をコードする塩基配列である。   Here, the base sequence encoding (3) PT domain is preferably the base sequence shown in SEQ ID NO: 5 in the sequence listing. The base sequence shown in SEQ ID NO: 5 is a base sequence encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2.

しかし、PTドメインをコードする塩基配列は、かかる特定の塩基配列に制限されず、前述する配列番号2で示すアミノ酸配列の機能同等配列をコードする塩基配列であってもよい。かかる塩基配列として、具体的には、配列番号5で示される塩基配列の相補配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列を挙げることができる。ストリンジェントな条件としては、BergerとKimmel (Guide to Molecular Cloning Techniques Methods in Enzymology, Vol.152, Academic Press, San Diego, CA, USA, 1987)に教示されるように、複合体或いはプローブを結合する核酸の融解温度(Tm)に基づいて決定することができる。例えば、ハイブリダイズ後の洗浄条件(いわゆる、これが「ストリンジェントな条件」)として、6 x ssc (1 x sscの組成;0.15 M NaCl, 0.015 M クエン酸ナトリウム、pH 7.0), 0.5% SDS, 5Xデンハート及び100 mg/mlニシン精子DNA)を含む溶液にプロ-ブと共に65℃で8〜16時間恒温し、ハイブリダイズさせる条件が挙げられる(Sambrookら、 Molecular Cloning-a Loboratory Mannual, 2nd ed.)(本明細書において以下同じ)。 However, the base sequence encoding the PT domain is not limited to such a specific base sequence, and may be a base sequence encoding a functionally equivalent sequence of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 described above. Specific examples of such a base sequence include a base sequence that hybridizes with a complementary sequence of the base sequence represented by SEQ ID NO: 5 under stringent conditions. Stringent conditions include binding of complex or probe as taught by Berger and Kimmel (Guide to Molecular Cloning Techniques Methods in Enzymology, Vol. 152, Academic Press, San Diego, CA, USA, 1987). It can be determined based on the melting temperature (Tm) of the nucleic acid. For example, 6 x ssc (composition of 1 x ssc; 0.15 M NaCl, 0.015 M sodium citrate, pH 7.0), 0.5% SDS, 5X as washing conditions after hybridization (so-called “stringent conditions”) Denhardt's and 100 mg / ml pro herring sperm DNA) solution containing - with 8 to 16 hours a constant temperature at 65 ° C. with blanking, conditions for hybridizing the like (Sambrook et al., Molecular Cloning-a Loboratory Mannual, 2 nd ed. (The same applies hereinafter).

好ましくは、配列番号5で示される塩基配列と、塩基配列において85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有する塩基配列である。以下、本明細書ではかかる塩基配列を、配列番号5の「ホモログ配列」とも称する。   Preferably, it is a base sequence having the identity of 85% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and still more preferably 98% or more in the base sequence shown in SEQ ID NO: 5. Hereinafter, such a base sequence is also referred to as “homologue sequence” of SEQ ID NO: 5 in the present specification.

また(4)TCドメインをコードする塩基配列としては、好ましくは配列表:配列番号4に示す塩基配列を挙げることができる。なお、当該配列番号4に示す塩基配列は、配列番号1に示すアミノ酸配列をコードする塩基配列である。   As the base sequence encoding (4) TC domain, the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 can be preferably exemplified. The base sequence shown in SEQ ID NO: 4 is a base sequence encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.

しかし、TCドメインをコードする塩基配列は、かかる特定の塩基配列に制限されず、前述する配列番号1で示すアミノ酸配列の機能同等配列をコードする塩基配列であってもよい。かかる塩基配列として、具体的には、配列番号4で示される塩基配列の相補配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列を挙げることができる。ストリンジェントな条件は、前述の通りである。好ましくは、配列番号4で示される塩基配列と、塩基配列において85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有する塩基配列である。以下、本明細書ではかかる塩基配列を、配列番号4の「ホモログ配列」とも称する。   However, the base sequence encoding the TC domain is not limited to such a specific base sequence, and may be a base sequence encoding a functionally equivalent sequence of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 described above. Specific examples of such a base sequence include a base sequence that hybridizes with a complementary sequence of the base sequence represented by SEQ ID NO: 4 under stringent conditions. Stringent conditions are as described above. Preferably, it is a base sequence having the identity of 85% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and still more preferably 98% or more in the base sequence shown in SEQ ID NO: 4. Hereinafter, this base sequence is also referred to as “homologue sequence” of SEQ ID NO: 4 in the present specification.

本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子は、5’側領域に上記の(3)TCドメインをコードする塩基配列を有し、3’側領域に上記の(4)PTドメインをコードする塩基配列を有する。好ましくは、5’側領域にあるTCドメインをコードする塩基配列に引き続いて、その3’末端にPTドメインをコードする塩基配列がタンデム結合してなるものを挙げることができる。なお、フシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子は、その発現産物が、PTドメインに基づくプレニルトランスフェラーゼ活性、およびTCドメインに基づくテルペンシクラーゼ活性を有するものである限り、PTドメインをコードする塩基配列とTCドメインをコードする塩基配列の間に、任意の複数の塩基を有するものであってもよい。   The fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene of the present invention has a base sequence encoding the above (3) TC domain in the 5 ′ side region, and a base sequence encoding the above (4) PT domain in the 3 ′ side region. Have. Preferably, a base sequence encoding a TC domain in the 5'-side region, followed by tandem binding of a base sequence encoding a PT domain at its 3 'end can be mentioned. In addition, as long as the expression product has a prenyl transferase activity based on the PT domain and a terpene cyclase activity based on the TC domain, the fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene encodes the base sequence encoding the PT domain and the TC domain. It may have an arbitrary plurality of bases between the base sequences.

本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子として、好ましくは配列表:配列番号6で示される2157の塩基を有する塩基配列からなる遺伝子を挙げることができる。   The fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene of the present invention is preferably a gene comprising a base sequence having 2157 bases shown in SEQ ID NO: 6 in the sequence listing.

しかし、本発明の酵素は、かかる特定の塩基配列からなる遺伝子に制限されず、前述する配列番号3で示すアミノ酸配列の機能同等配列をコードする塩基配列であってもよい。かかる塩基配列として、具体的には、配列番号6で示される塩基配列の相補配列とストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列を挙げることができる。ストリンジェントな条件は、前述の通りである。好ましくは、配列番号6で示される塩基配列と、塩基配列において85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有する塩基配列である。以下、本明細書ではかかる塩基配列を、配列番号6の「ホモログ」と称する。   However, the enzyme of the present invention is not limited to a gene having such a specific base sequence, and may be a base sequence that encodes a functionally equivalent sequence of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 3 described above. Specific examples of such a base sequence include a base sequence that hybridizes with a complementary sequence of the base sequence represented by SEQ ID NO: 6 under stringent conditions. Stringent conditions are as described above. Preferably, it is a nucleotide sequence having 85% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and still more preferably 98% or more of the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 6 in the nucleotide sequence. Hereinafter, in the present specification, such a base sequence is referred to as “homologue” of SEQ ID NO: 6.

なお、本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子は、実施例で示すように、植物病原菌真菌「PhomopsisFusicoccumamygdali」から、RT-PCTなどを用いて単離取得することもできる。それ以外の方法として、本発明で開示するその塩基配列に基づいて化学的または遺伝子工学的手法によって製造することもできる。遺伝子工学的手法による製造方法の詳細については、後述する。また、塩基配列における改変は、当業界において既に公知な方法、例えば部位特異的変異導入法[Current Protocols I molecular Biology, edit. Ausubel et al., John Wily & Sons, Section 8. 1-8.5 (1987)]等を用いて、改変しようとする塩基配列に、適宜、置換、欠失、挿入、付加、逆位などの変異を導入することによって行うことができる。 The fusicoccane synthetic chimeric enzyme gene of the present invention can also be isolated and obtained from the phytopathogenic fungus “ Phomopsis ( Fusicoccum ) amygdali ” using RT-PCT or the like, as shown in the Examples. As another method, it can also be produced by a chemical or genetic engineering technique based on the nucleotide sequence disclosed in the present invention. Details of the production method by genetic engineering will be described later. Further, the modification of the nucleotide sequence may be performed by a method already known in the art, for example, site-directed mutagenesis [Current Protocols I molecular Biology, edit. Ausubel et al., John Wily & Sons, Section 8.1-8.5 (1987 )], Etc., can be carried out by appropriately introducing mutations such as substitution, deletion, insertion, addition and inversion into the base sequence to be modified.

(III)組み換えベクター
本発明は、上記フシコッカン合成キメラ型酵素をコードする遺伝子を含有する組み換えベクターを提供する。当該組み換えベクターは、フシコッカン合成キメラ型酵素をコードする遺伝子を、所望の宿主細胞内で発現可能な状態で含んでおり、当該宿主細胞を形質転換するために使用される。ゆえに、本発明の組み換えベクターは、かかる宿主細胞の形質転換が達成できる形態を有するものであればよく、例えばプラスミド、バクテリオファージ、レトロトランスポゾンの形態を有するものであってもよい。
(III) Recombinant Vector The present invention provides a recombinant vector containing a gene encoding the above fusicoccane synthetic chimeric enzyme. The recombinant vector contains a gene encoding a fusicoccane synthetic chimeric enzyme in a state capable of being expressed in a desired host cell, and is used for transforming the host cell. Therefore, the recombinant vector of the present invention may be any vector as long as it has such a form that transformation of such host cells can be achieved, for example, a plasmid, bacteriophage, or retrotransposon.

本発明の組み換えベクター(発現ベクター)は、宿主として大腸菌(E. coli)や枯草菌(B. subtilis)などの細菌を使用する場合、一般に、少なくともプロモーター−オペレーター領域(プロモーター、オペレーター及びリボゾーム結合領域(SD領域)を含む)、開始コドン、本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素をコードするDNA、終止コドン、ターミネーター領域、及び複製可能単位を有する。また、酵母等の真菌細胞または動物細胞を宿主細胞として用いる場合は、一般に、少なくともプロモーター、開始コドン、シグナルペプチド及び本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素をコードするDNA、及び終止コドンを有する。また、本発明の組み換えベクター(発現ベクター)は、必要に応じて、エンハンサーなどのシスエレメント、本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素をコードするDNAの5’側または3’側の非翻訳領域、スプライシング接合部、ポリアデニレーション部位、複製可能単位、相同領域、選択マーカーを含むことができる。これらのエレメントは、本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素をコードする遺伝子の発現に用いられる宿主に対応したものであれば、特に制限されず、当業界の技術常識に基づいて選択することができる。 The recombinant vector of the present invention (expression vectors), when using E. coli (E. coli) and Bacillus subtilis (B subtilis.) Bacteria such as hosts, in general, at least a promoter - operator region (promoter, operator and ribosome binding region (Including the SD region), a start codon, DNA encoding the fusicoccane synthetic chimeric enzyme of the present invention, a stop codon, a terminator region, and a replicable unit. In addition, when a fungal cell such as yeast or an animal cell is used as a host cell, it generally has at least a promoter, an initiation codon, a signal peptide and DNA encoding the fusicoccane synthetic chimeric enzyme of the present invention, and a termination codon. In addition, the recombinant vector (expression vector) of the present invention may contain a cis element such as an enhancer, an untranslated region on the 5 ′ side or 3 ′ side of the DNA encoding the fusicoccane synthetic chimeric enzyme of the present invention, and splicing as necessary. Junctions, polyadenylation sites, replicable units, homologous regions, selectable markers can be included. These elements are not particularly limited as long as they correspond to the host used for the expression of the gene encoding the fusicoccane synthetic chimeric enzyme of the present invention, and can be selected based on common technical knowledge in the art.

なお、選択マーカーとしては、特に制限されず、例えば遺伝子発現に使用される宿主が細菌の場合は、薬剤抵抗性遺伝子(例えば、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子、シクロヘキシミド耐性遺伝子、テトラマイシン耐性遺伝子など)、宿主が細菌以外の例えば酵母などの場合は、栄養要求性遺伝子(例えば、HIS4、URA3、LEU2、ARG4など)などを始めとする公知の各種選択マーカーを利用することができる。   The selection marker is not particularly limited. For example, when the host used for gene expression is a bacterium, a drug resistance gene (for example, ampicillin resistance gene, neomycin resistance gene, cycloheximide resistance gene, tetramycin resistance gene, etc.) ) When the host is other than bacteria, such as yeast, various known selection markers including auxotrophic genes (for example, HIS4, URA3, LEU2, ARG4, etc.) can be used.

本発明の組み換えベクター(発現ベクター)は、簡便には、上記本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素をコードするDNAを、公知の発現用ベクターに、目的のフシコッカン合成キメラ型酵素が発現可能な状態で導入することによって、具体的にはプロモーターの下流に導入することによって作成することができる。かかる導入は、DNA組み換えの一般的な方法、例えばMolecular Cloning (1989) (Cold Spring Harbor Lab.)に記載される方法に従って行うことができる。   The recombinant vector (expression vector) of the present invention is simply a DNA encoding the fusicoccane synthetic chimeric enzyme of the present invention described above in a state in which the target fusicoccan synthetic chimeric enzyme can be expressed in a known expression vector. Specifically, it can be created by introducing it downstream of the promoter. Such introduction can be performed according to a general method of DNA recombination, for example, a method described in Molecular Cloning (1989) (Cold Spring Harbor Lab.).

発現用ベクターとしては、プラスミドベクターとして、例えばpRS413、pRS415、pRS416、YCp50、pAUR112またはpAUR123などのYCp型大腸菌(E. coli)-酵母シャトルベクター;pRS403、pRS404、pRS405、pRS406、pAUR101またはpAUR135などのYIp型大腸菌(E.coli)-酵母シャトルベクター;大腸菌(E. coli)由来のプラスミド(例えばpBR322、pBR325、pUC18、pUC19、pUC119、pTV118N、pTV119N、pBluescript、pHSG298、pHSG396またはpTrc99AなどのColE系プラスミド;pACYC177またはpACYC184などのp1A系プラスミド;pMW118、pMW119、pMW218またはpMW219などのpSC101系プラスミドなど);枯草菌(B.subtilis)由来のプラスミド(例えばpUB110、pTP5など);pHSP64などの大腸菌(E. coli)-枯草菌(B. subtilis)シャトルベクターを挙げることができる。またファージベクターとして、λファージ(Charon 4A, Charon21A, EMBL4, λgt100, gt11, zap)、ψX174、M13mp18、M13mp19などを挙げることができる。レトロトランスポゾンとしてはTy因子などを挙げることができる。また、融合タンパク質として発現する発現ベクター、例えばpGEXシリーズ(Amersham Pharmacia製)、pMALシリーズ(Biolabs社製)を使用することもできる。 Examples of expression vectors include plasmid vectors such as pRS413, pRS415, pRS416, YCp50, pAUR112, and pAUR123. YCp-type E. coli- yeast shuttle vectors; pRS403, pRS404, pRS405, pRS406, pAUR101, and pAUR135 YIp type E. coli- yeast shuttle vector; plasmids derived from E. coli (for example, pBR322, pBR325, pUC18, pUC19, pUC119, pTV118N, pTV119N, pBluescript, pHSG298, pHSG396, or pTrc99A) P1A-based plasmids such as pACYC177 or pACYC184; pSC101-based plasmids such as pMW118, pMW119, pMW218 or pMW219; plasmids derived from B. subtilis (eg pUB110, pTP5 etc.); E. coli such as pHSP64 ( E. coli ) -B . subtilis shuttle vector. Examples of phage vectors include λ phage (Charon 4A, Charon21A, EMBL4, λgt100, gt11, zap), ψX174, M13mp18, and M13mp19. Examples of retrotransposons include Ty factor. In addition, an expression vector expressed as a fusion protein, for example, pGEX series (manufactured by Amersham Pharmacia), pMAL series (manufactured by Biolabs) can also be used.

本発明の実施例では、フシコッカン合成キメラ型酵素コードする遺伝子を、グルタチオンS-トランスフェラーゼ(GST)融合タンパク質発現用ベクター(pGEX-4T-3)(Amersham Pharmacia製)のマルチプルクローニングサイトに導入して、フシコッカン合成キメラ型酵素発現用ベクターを作成している。斯くして本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素は、そのN末端にグルタチオンS-トランスフェラーゼ(GST)を有する融合タンパク質として発現される。なお、pGEX-4T-3を始めとするpGEXシリーズのベクターの全塩基配列はGenbankに登録され公知になっている(例えば、pGEX-4T-3の全塩基配列のGenbank accession番号はNo.U13855である)。   In an example of the present invention, a gene encoding a fusicoccane synthetic chimeric enzyme is introduced into a multiple cloning site of a glutathione S-transferase (GST) fusion protein expression vector (pGEX-4T-3) (Amersham Pharmacia), Fushikokkan synthetic chimera type enzyme expression vector has been created. Thus, the fusicoccan synthetic chimeric enzyme of the present invention is expressed as a fusion protein having glutathione S-transferase (GST) at its N-terminus. It should be noted that the entire base sequences of vectors of pGEX series including pGEX-4T-3 are registered in Genbank and publicly known (for example, the Genbank accession number of the entire base sequence of pGEX-4T-3 is No. U13855) is there).

かかるGST融合タンパク質発現用ベクターを用いたGST融合タンパク質発現系は、GSTがキャリアーとなり高い発現量が得られること、GST活性やGSTに対する抗体を用いて容易に検出することができること、GSTの基質であるグルタチオンとの親和性を用いてアフィニティークロマトグラフィーにより簡単に精製することができるという利点があり、広く用いられている発現系である。しかも目的とするタンパク質(本発明ではフシコッカン合成キメラ型酵素)は、プロテアーゼ消化によって簡単に回収、精製することができる。   A GST fusion protein expression system using such a GST fusion protein expression vector is that GST can be used as a carrier to obtain a high expression level, can be easily detected using antibodies against GST activity and GST, This is an expression system that is widely used because it has the advantage that it can be easily purified by affinity chromatography using its affinity with certain glutathione. Moreover, the target protein (in the present invention, fusicoccan synthetic chimeric enzyme) can be easily recovered and purified by protease digestion.

(IV)形質転換体
本発明はまた、宿主細胞に上記組み換えベクターを導入して形質転換されてなる形質転換体を提供する。
(IV) Transformant The present invention also provides a transformant obtained by transforming a host cell by introducing the above recombinant vector.

組み換えベクターの宿主細胞への導入(形質転換)方法は、特に制限されず、トランスフォーメーション法、トランスフェクション法、コンピテント細胞法、エレクトロポレーションなど、導入する宿主細胞の種類や組み換えベクターの形態に応じて、適宜選択することができる。   The method of introducing (transforming) the recombinant vector into the host cell is not particularly limited, and it depends on the type of host cell to be introduced and the form of the recombinant vector, such as transformation method, transfection method, competent cell method, and electroporation. Depending on the situation, it can be appropriately selected.

宿主細胞としては、生体内で、GGDPの基質となるIPP、ならびにDMAPP、FPPまたはGPPを産生する能力を有する細胞、具体的にはメバロン酸経路やMEP経路(非メバロン酸経路)を有する細胞であれば特に制限されず、例えば、大腸菌(E. coli)や枯草菌(B. subtilis)などの細菌;サッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae)、サッカロマイセス・ポンベ(Saccharomycespombe)、ピヒア・パストリス(Pichia pastoris)などの酵母;sf9やsf21などの昆虫細胞;COS細胞、チャイニーズハムスター卵巣細胞(CHO細胞)などの動物細胞;タバコなどの植物細胞を挙げることができる。好ましくは、大腸菌や枯草菌などの細菌、及び酵母である。より好ましくは大腸菌等の細菌である。 Host cells include in vivo cells that have the ability to produce IPP as a substrate for GGDP and DMAPP, FPP, or GPP, specifically cells that have a mevalonate pathway or MEP pathway (non-mevalonate pathway). is not particularly limited as long as, for example, E. coli (E coli.) or B. subtilis (B subtilis.) bacteria such as; Saccharomyces cerevisiae (Saccharomyces cerevisiae), Saccharomyces pombe (Saccharomycespombe), Pichia pastoris (Pichia pastoris), etc. Yeast cells; insect cells such as sf9 and sf21; animal cells such as COS cells and Chinese hamster ovary cells (CHO cells); plant cells such as tobacco. Bacteria such as Escherichia coli and Bacillus subtilis, and yeast are preferable. More preferred are bacteria such as Escherichia coli.

なお、発現ベクターの宿主細胞内での存在様式は、特に制限されず、染色体中に挿入されて、あるいは置換されて組み込まれてもよいし、またプラスミド状態で存在していてもよい。   The mode of presence of the expression vector in the host cell is not particularly limited, and the expression vector may be inserted into the chromosome, replaced or integrated, or may exist in the form of a plasmid.

(V)フシコッカン合成キメラ型酵素の製造方法
斯くして得られた形質転換体は、宿主に応じて適切な培地中で培養されることによって、本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素を産生することができる。本発明は、かかる形質転換体を利用したフシコッカン合成キメラ型酵素の製造方法を提供するものである。当該方法は、上記の形質転換体を培地で培養することによって実施することができる。
(V) Method for Producing Fusicoccane Synthetic Chimeric Enzyme The transformant thus obtained can be cultured in a suitable medium according to the host to produce the fusicoccane synthetic chimeric enzyme of the present invention. it can. The present invention provides a method for producing a fusicoccan synthetic chimeric enzyme using such a transformant. This method can be carried out by culturing the above transformant in a medium.

培地には、上記形質転換体の生育に必須な炭素源、窒素源、無機塩、ビタミン、薬剤などが含有される。炭素源としてはマンナン成分、アラビノース、セロビオース、フルクトース、ガラクトース、グルコース、グリセロール、イノシトール、ラクトース、マンニトール、マンノース、ラフィノース、ラムノース、スクロース、トレハロース、キシロースが;窒素源としては硫酸アンモニウムや塩化アンモニウムなどの無機窒素、並びにカゼイン分解物、酵母抽出物、ポリペプトン、バクトトリプトン及びビーフ抽出物などの有機窒素源;無機塩としては例えば二リン酸ナトリウムまたは二リン酸カリウム、リン酸水素二カリウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化カルシウム等;ビタミンとしてはビタミンB1を始めとする各種のビタミン;薬剤としてはアンピシリン、ネオマイシン、シクロヘキシミド、テトラマイシンなどの各種抗生物質を挙げることができる。なお、これらは一例であり、これらに制限はされない。   The medium contains a carbon source, a nitrogen source, an inorganic salt, a vitamin, a drug and the like essential for the growth of the transformant. Carbon sources include mannan components, arabinose, cellobiose, fructose, galactose, glucose, glycerol, inositol, lactose, mannitol, mannose, raffinose, rhamnose, sucrose, trehalose and xylose; nitrogen sources include inorganic nitrogen such as ammonium sulfate and ammonium chloride And organic nitrogen sources such as casein degradation product, yeast extract, polypeptone, bactotryptone and beef extract; inorganic salts such as sodium diphosphate or potassium diphosphate, dipotassium hydrogen phosphate, magnesium chloride, sulfuric acid Magnesium, calcium chloride, etc .; various vitamins such as vitamin B1 as vitamins; various drugs such as ampicillin, neomycin, cycloheximide, tetramycin Mention may be made of the raw material. These are merely examples, and are not limited thereto.

培地の一例としては、宿主が大腸菌などのグラム陰性菌、または枯草菌などのグラム陽性菌といった細菌の場合は、LB培地(日水製薬)、M9培地(J. Exp. Mol. Genet., Cold Spring Harbor Laboratory, New York, p.431, 1972)などが;また宿主が酵母の場合、YPD培地(1% Bacto yeast extract, 2% Bacto peptone, 2% glycerol)、YPG培地(1% Bacto yeast extract, 2% Bacto peptone, 2% glycerol)、YP培地(1% Bacto yeast extract, 2% Bacto peptone、YPD培地(1% Bacto yeast extract, 2% Bacto peptone, 2% glucose)、0.7% Yeast Nitrogen Base (Difco社)、YP培地〔1% Bacto yeast extract (Difco社) , 2% Polypeptone S (日本製薬)〕、などが例示される。   As an example of the medium, when the host is a gram-negative bacterium such as Escherichia coli or a gram-positive bacterium such as Bacillus subtilis, LB medium (Nissui Pharmaceutical), M9 medium (J. Exp. Mol. Genet., Cold Spring Harbor Laboratory, New York, p.431, 1972); and when the host is yeast, YPD medium (1% Bacto yeast extract, 2% Bacto peptone, 2% glycerol), YPG medium (1% Bacto yeast extract) , 2% Bacto peptone, 2% glycerol), YP medium (1% Bacto yeast extract, 2% Bacto peptone, YPD medium (1% Bacto yeast extract, 2% Bacto peptone, 2% glucose), 0.7% Yeast Nitrogen Examples include Base (Difco), YP medium [1% Bacto yeast extract (Difco), 2% Polypeptone S (Nippon Pharmaceutical)], and the like.

培養は、通常10〜40℃の温度範囲で数〜80時間程度実施され、必要に応じて通気、攪拌を加えることもできる。培養温度は、宿主に応じて設定できるため、特に制限されないが、好ましくは18〜42℃程度、より好ましくは25〜38℃程度の範囲で実施することができる。   The culture is usually carried out in the temperature range of 10 to 40 ° C. for about several to 80 hours, and aeration and agitation can be added as necessary. The culture temperature can be set according to the host, and is not particularly limited. However, the culture temperature is preferably about 18 to 42 ° C, more preferably about 25 to 38 ° C.

斯くして、宿主細胞内で本発明のフシコッカン合成キメラ型酵素を製造することができるが、また必要に応じて、上記培養によって得られた培養物からフシコッカン合成キメラ型酵素を採取する工程を行うこともできる。   Thus, the fusicoccane synthetic chimeric enzyme of the present invention can be produced in the host cell, and if necessary, a step of collecting fusicoccane synthetic chimeric enzyme from the culture obtained by the above culture is performed. You can also.

フシコッカン合成キメラ型酵素の採取は、培養後、培養上清中または形質転換体(菌体)中に蓄積された、フシコッカン合成キメラ型酵素を公知の方法で抽出し、また必要に応じて精製することによって行うことができる。分離精製は、例えば、塩析法、溶媒沈澱法、透析法、限外濾過法、ゲル電気泳動法、あるいはゲル濾過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー等の手法を組み合わせて行うことができる。この場合、フシコッカン合成キメラ型酵素の分子量(約81kDa)、ならびに当該酵素が有するプレニルトランスフェラーゼ活性およびテルペンシクラーゼ活性を指標とすることができる。   For the collection of the fusicoccan synthetic chimeric enzyme, after cultivation, the fusicoccan synthetic chimeric enzyme accumulated in the culture supernatant or in the transformant (bacteria) is extracted by a known method, and purified if necessary. Can be done. Separation and purification can be performed by, for example, salting out, solvent precipitation, dialysis, ultrafiltration, gel electrophoresis, or gel filtration chromatography, ion exchange chromatography, reverse phase chromatography, affinity chromatography, etc. Can be combined. In this case, the molecular weight (about 81 kDa) of the fusicoccan synthetic chimeric enzyme, and the prenyl transferase activity and terpene cyclase activity of the enzyme can be used as indicators.

(VI)フシコッカン-2,10(14)ジエンの製造方法
また、上記の形質転換体は、フシコッカン-2,10(14)ジエンの製造にも使用することができる。すなわち、上記形質転換体を、宿主に応じて適切な培地中で培養することによって、目的とするフシコッカン-2,10(14)ジエンを産生することができる。ゆえに本発明は、かかる形質転換体を利用したフシコッカン-2,10(14)ジエンの製造方法をも提供するものである。当該方法は、上記の形質転換体を培地で培養することによって実施することができる。
(VI) Method for producing fusicoccane-2,10 (14) diene The above transformant can also be used for producing fusicoccane-2,10 (14) diene. That is, the desired fusicoccane-2,10 (14) diene can be produced by culturing the transformant in an appropriate medium according to the host. Therefore, the present invention also provides a method for producing fusicoccane-2,10 (14) diene using such a transformant. This method can be carried out by culturing the above transformant in a medium.

培地には、上記(V)のフシコッカン合成キメラ型酵素の製造と同様の培地を使用することができ、ここでも上記記載を援用することができる。   As the medium, the same medium as in the production of the fusicoccane synthetic chimeric enzyme of (V) above can be used, and the above description can also be used here.

培養は、上記(V)と同様に、通常10〜40℃の温度範囲で数〜80時間程度実施され、必要に応じて通気、攪拌を加えることもできる。培養温度は、宿主に応じて設定できるため、特に制限されないが、好ましくは18〜42℃程度、より好ましくは25〜38℃程度の範囲で実施することができる。   The culture is usually carried out in the temperature range of 10 to 40 ° C. for about several to 80 hours, as in (V) above, and aeration and agitation can be added as necessary. The culture temperature can be set according to the host, and is not particularly limited. However, the culture temperature is preferably about 18 to 42 ° C, more preferably about 25 to 38 ° C.

斯くして、宿主細胞内で本発明が対象とするフシコッカン-2,10(14)ジエンを製造することができるが、また必要に応じて、上記培養によって得られた培養物からフシコッカン-2,10(14)ジエンを採取する工程を行うこともできる。   Thus, the fusicoccane-2,10 (14) diene targeted by the present invention can be produced in the host cell, and if necessary, fusicoccane-2, A step of collecting 10 (14) diene can also be performed.

フシコッカン-2,10(14)ジエンの採取は、培養後、培養上清中または形質転換体(菌体)中に蓄積された、フシコッカン-2,10(14)ジエンを公知の方法で抽出し、また必要に応じて精製することによって行うことができる。分離精製は、例えば、塩析法、溶媒沈澱法、透析法、限外濾過法、ゲル電気泳動法、あるいはゲル濾過クロマトグラフィー、イオン交換クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー等の手法を組み合わせて行うことができる。この場合、フシコッカン-2,10(14)ジエンの同定は、その分子量などを指標として、ガスクロマトグラフ質量分析(GC-MS)または液体クロマトグラフ質量分析(LC-MS)などを用いて行うことができる。   To collect fusicoccane-2,10 (14) diene, after cultivation, extract fusicoccane-2,10 (14) diene accumulated in the culture supernatant or transformant (bacteria) by a known method. Moreover, it can carry out by refine | purifying as needed. Separation and purification can be performed by, for example, salting out, solvent precipitation, dialysis, ultrafiltration, gel electrophoresis, or gel filtration chromatography, ion exchange chromatography, reverse phase chromatography, affinity chromatography, etc. Can be combined. In this case, fusicoccane-2,10 (14) diene can be identified using gas chromatograph mass spectrometry (GC-MS) or liquid chromatograph mass spectrometry (LC-MS) with the molecular weight as an index. it can.

(VII)プレニルトランスフェラーゼおよびその遺伝子
本発明はまた、前述するフシコッカン合成キメラ型酵素を構成する1つの酵素、すなわちプレニルトランスフェラーゼおよびその遺伝子を提供する。
(VII) Prenyltransferase and its gene The present invention also provides one enzyme constituting the fusicoccan synthesizing chimeric enzyme described above, that is, prenyltransferase and its gene.

本発明が提供するプレニルトランスフェラーゼは、プレニルトランスフェラーゼ活性、好ましくはC5のイソプレン単位の鎖伸長反応を触媒してGGDPを生成するプレニルトランスフェラーゼ活性、より好ましくは、IPPと、DMAPP,GPPもしくはFPPとを基質として、GGDPを生成するプレニルトランスフェラーゼ活性を有する。当該活性は、(I)で説明した方法によって測定することができる。   The prenyltransferase provided by the present invention is a prenyltransferase activity, preferably a prenyltransferase activity that catalyzes a chain extension reaction of a C5 isoprene unit to produce GGDP, more preferably IPP and DMAPP, GPP or FPP as a substrate. As having prenyltransferase activity to produce GGDP. The activity can be measured by the method described in (I).

本発明のプレニルトランスフェラーゼは、好ましくは配列番号2で示される385のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を有するタンパク質を挙げることができる。しかし、本発明のプレニルトランスフェラーゼは、かかる特定のアミノ酸配列からなるタンパク質に制限されず、その機能的同等物であってもよい。ここで機能的同等物としては、配列番号2に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列からなり、上記配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同様に、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質である。より好ましくは、上記配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同様に、C5のイソプレン単位の鎖伸長反応を触媒してGGDPを生成するプレニルトランスフェラーゼ活性(好ましくは、IPPと、DMAPP,GPPもしくはFPPとを基質として、GGDPを生成するプレニルトランスフェラーゼ活性)を有するタンパク質である。かかる機能的同等物としてより好ましくは、配列番号2に示すアミノ酸配列と、アミノ酸配列において85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有し、且つ上記のプレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質を挙げることができる。   The prenyltransferase of the present invention is preferably a protein having an amino acid sequence consisting of 385 amino acid residues represented by SEQ ID NO: 2. However, the prenyltransferase of the present invention is not limited to a protein comprising such a specific amino acid sequence, and may be a functional equivalent thereof. Here, the functional equivalent consists of an amino acid sequence in which one or a plurality of amino acid sequences are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 above. Similar to protein, it is a protein having prenyltransferase activity. More preferably, as with the protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, the prenyltransferase activity (preferably IPP and DMAPP, GPP or CPP) that catalyzes the chain elongation reaction of the C5 isoprene unit to produce GGDP. It is a protein having prenyl transferase activity that produces GGDP using FPP as a substrate. More preferably, such functional equivalent has 85% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and even more preferably 98% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2. And a protein having the above-mentioned prenyltransferase activity.

本発明はまた、上記のプレニルトランスフェラーゼの遺伝子を提供する。なお、ここでいう遺伝子には、ゲノムDNA、cDNA、合成DNA(組換えDNA)、ならびにRNAが含まれる。   The present invention also provides a gene for the above prenyl transferase. Here, the gene includes genomic DNA, cDNA, synthetic DNA (recombinant DNA), and RNA.

当該遺伝子は、前述するプレニルトランスフェラーゼをコードする塩基配列を有するものであればよい。本発明のプレニルトランスフェラーゼ遺伝子としては、好ましくは配列番号5に示す塩基配列からなる遺伝子を挙げることができる。なお、当該配列番号5に示す塩基配列は、配列番号2に示すアミノ酸配列をコードする塩基配列である。   The said gene should just have a base sequence which codes the prenyl transferase mentioned above. Preferred examples of the prenyltransferase gene of the present invention include a gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 5. The base sequence shown in SEQ ID NO: 5 is a base sequence encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2.

しかし、本発明のプレニルトランスフェラーゼ遺伝子は、かかる特定の塩基配列からなるものに制限されず、前述する配列番号2で示すアミノ酸配列からなるタンパク質の機能的同等物をコードする塩基配列からなるものであってもよい(これを「ホモログ」ともいう)。かかるホモログとしては、具体的には、配列番号5で示される塩基配列の相補配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列からなる遺伝子を挙げることができる。好ましくは、配列番号5で示される塩基配列と、塩基配列において85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有する塩基配列からなる遺伝子である。   However, the prenyl transferase gene of the present invention is not limited to one having such a specific base sequence, and has a base sequence encoding a functional equivalent of a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 described above. (This is also referred to as “homolog”). Specific examples of such a homolog include a gene comprising a base sequence that hybridizes under stringent conditions with DNA comprising a complementary sequence of the base sequence represented by SEQ ID NO: 5. Preferably, a gene comprising a base sequence represented by SEQ ID NO: 5 and a base sequence having an identity of 85% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and further preferably 98% or more in the base sequence. is there.

本発明のプレニルトランスフェラーゼおよびその遺伝子は、本発明で開示するアミノ酸配列や塩基配列に基づいて化学的または遺伝子工学的手法によって製造することができる。遺伝子工学的手法による製造方法の詳細については、実施例の記載を参照することができる。また、アミノ酸配列における改変は、当業界において既に公知な方法、例えば部位特異的変異導入法[Current Protocols I molecular Biology, edit. Ausubel et al., John Wily & Sons, Section 8. 1-8.5 (1987)]等を用いて、改変しようとするアミノ酸配列に、適宜、置換、欠失、挿入、付加、逆位などの変異を導入することによって行うことができる。   The prenyltransferase and the gene thereof of the present invention can be produced by chemical or genetic engineering techniques based on the amino acid sequence and base sequence disclosed in the present invention. For details of the production method by a genetic engineering technique, the description of the examples can be referred to. Further, the amino acid sequence can be modified by a method already known in the art, for example, site-directed mutagenesis [Current Protocols I molecular Biology, edit. Ausubel et al., John Wily & Sons, Section 8.1-8.5 (1987 )], Etc., can be used by appropriately introducing mutations such as substitution, deletion, insertion, addition and inversion into the amino acid sequence to be modified.

(VIII)テルペン環化酵素およびその遺伝子
本発明はまた、前述するフシコッカン合成キメラ型酵素を構成するもう一つの酵素、すなわちテルペン環化酵素およびその遺伝子を提供する。
(VIII) Terpene Cyclase and Its Gene The present invention also provides another enzyme constituting the fusicoccane synthetic chimeric enzyme described above, that is, a terpene cyclase and its gene.

本発明が提供するテルペン環化酵素は、テルペンシクラーゼ活性、好ましくはGGDPを原料としてフシコッカ-2,10(14)-ジエンを生成するテルペンシクラーゼ活性を有するものである。当該活性は、(I)で説明した方法によって測定することができる。   The terpene cyclase provided by the present invention has terpene cyclase activity, preferably terpene cyclase activity that produces fusicocca-2,10 (14) -diene using GGDP as a raw material. The activity can be measured by the method described in (I).

本発明のテルペン環化酵素は、好ましくは配列番号1で示される334のアミノ酸残基からなるアミノ酸配列を有するタンパク質を挙げることができる。しかし、本発明のテルペン環化酵素は、かかる特定のアミノ酸配列からなるタンパク質に制限されず、その機能的同等物であってもよい。ここで機能的同等物としては、配列番号1に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列からなり、上記配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同様に、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質である。より好ましくは、上記配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と同様に、GGDPからフシコッカン-2,10(14)ジエンを生成する活性を有するタンパク質である。かかる機能的同等物としてより好ましくは、配列番号1に示すアミノ酸配列と、アミノ酸配列において85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有し、且つ上記のテルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質を挙げることができる。   The terpene cyclase of the present invention is preferably a protein having an amino acid sequence consisting of 334 amino acid residues represented by SEQ ID NO: 1. However, the terpene cyclase of the present invention is not limited to a protein having such a specific amino acid sequence, and may be a functional equivalent thereof. Here, the functional equivalent consists of an amino acid sequence in which one or a plurality of amino acid sequences are deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and consists of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 above. Similar to protein, it is a protein having terpene cyclase activity. More preferably, it is a protein having an activity of producing fusicoccane-2,10 (14) diene from GGDP, like the protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1. More preferably, the functional equivalent has 85% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and still more preferably 98% or more identity with the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. And a protein having the above-mentioned terpene cyclase activity.

本発明はまた、上記のテルペン環化酵素の遺伝子を提供する。なお、ここでいう遺伝子には、ゲノムDNA、cDNA、合成DNA(組換えDNA)、ならびにRNAが含まれる。   The present invention also provides the gene for the above-mentioned terpene cyclase. Here, the gene includes genomic DNA, cDNA, synthetic DNA (recombinant DNA), and RNA.

当該遺伝子は、前述するテルペン環化酵素をコードする塩基配列を有するものであればよい。本発明のテルペン環化酵素遺伝子としては、好ましくは配列番号4に示す塩基配列からなる遺伝子を挙げることができる。なお、当該配列番号4に示す塩基配列は、配列番号1に示すアミノ酸配列をコードする塩基配列である。   The said gene should just have a base sequence which codes the terpene cyclase mentioned above. Preferred examples of the terpene cyclase gene of the present invention include a gene consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4. The base sequence shown in SEQ ID NO: 4 is a base sequence encoding the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1.

しかし、本発明のテルペン環化酵素遺伝子は、かかる特定の塩基配列からなるものに制限されず、前述する配列番号1で示すアミノ酸配列からなるタンパク質の機能的同等物をコードする塩基配列からなるものであってもよい(これを「ホモログ」ともいう)。かかるホモログとしては、具体的には、配列番号4で示される塩基配列の相補配列からなるDNAとストリンジェントな条件でハイブリダイズする塩基配列からなる遺伝子を挙げることができる。好ましくは、配列番号4で示される塩基配列と、塩基配列において85%以上、好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上、さらに好ましくは98%以上の同一性を有する塩基配列からなる遺伝子である。   However, the terpene cyclase gene of the present invention is not limited to the one consisting of such a specific base sequence, but consists of a base sequence encoding a functional equivalent of a protein consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 described above (This is also referred to as “homolog”). Specific examples of such a homolog include a gene comprising a base sequence that hybridizes under stringent conditions with DNA comprising a complementary sequence of the base sequence represented by SEQ ID NO: 4. Preferably, a gene comprising a base sequence represented by SEQ ID NO: 4 and a base sequence having 85% or more, preferably 90% or more, more preferably 95% or more, and still more preferably 98% or more in the base sequence. is there.

本発明のテルペン環化酵素およびその遺伝子は、本発明で開示するアミノ酸配列や塩基配列に基づいて化学的または遺伝子工学的手法によって製造することができる。遺伝子工学的手法による製造方法の詳細については、実施例の記載を参照することができる。また、アミノ酸配列における改変は、当業界において既に公知な方法、例えば部位特異的変異導入法[Current Protocols I molecular Biology, edit. Ausubel et al., John Wily & Sons, Section 8. 1-8.5 (1987)]等を用いて、改変しようとするアミノ酸配列に、適宜、置換、欠失、挿入、付加、逆位などの変異を導入することによって行うことができる。   The terpene cyclase and the gene thereof of the present invention can be produced by chemical or genetic engineering techniques based on the amino acid sequence and base sequence disclosed in the present invention. For details of the production method by a genetic engineering technique, the description of the examples can be referred to. Further, the amino acid sequence can be modified by a method already known in the art, for example, site-directed mutagenesis [Current Protocols I molecular Biology, edit. Ausubel et al., John Wily & Sons, Section 8.1-8.5 (1987 )], Etc., can be used by appropriately introducing mutations such as substitution, deletion, insertion, addition and inversion into the amino acid sequence to be modified.

以下、実施例を挙げて、本発明を更に詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例等に限定されるものではない。なお、本発明で用いられる遺伝子工学的技術並びに分子生物学的実験操作は、一般に広く用いられている方法、例えばJ.,Sambrook, E., F., Frisch,T.,Maniatis著、モレキュラークローニング第2版(Molecular Cloning 2nd edition)、コールド・スプリング・ハーバーラボラトリー(Cold Spring Harbor Laboratory press)発行、1989年、及びD.,M.,Glover著、DNAクローニング、IRL発行、1985年などに記載されている方法に従って行うことができる。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated further in detail, this invention is not limited to these Examples. The genetic engineering technique and molecular biological experimentation used in the present invention are generally performed by methods widely used, for example, molecular cloning by J., Sambrook, E., F., Frisch, T., Maniatis. Second edition (Molecular Cloning 2nd edition), published by Cold Spring Harbor Laboratory press, 1989, by D., M., Glover, DNA cloning, IRL published, 1985, etc. Can be done according to the method.

なお、下記実施例に出てくる次の略称の意味は下記の通りである:
DTT:ジチオスレイトール(dithiothreitol)
IPP:イソペンテニルピロリン酸
FPP:ファルネシルピロリン酸
GPP:ゲラニルピロリン酸
DMAPP:ジメチルアリルピロリン酸
GGDP:ゲラニルゲラニル2リン酸
GGS:GGDP合成酵素
TES:N-Tris(hydroxymethyl)methyl-2-aminoethanesulfonic acid
IPTG:イソプロピル-β-チオガラクトピラノシド(isopropyl-β-D-thiogalactoside)。
The meanings of the following abbreviations appearing in the examples below are as follows:
DTT: dithiothreitol
IPP: Isopentenyl pyrophosphate
FPP: Farnesyl pyrophosphate
GPP: Geranyl pyrophosphate
DMAPP: Dimethylallyl pyrophosphate
GGDP: Geranylgeranyl diphosphate
GGS: GGDP synthase
TES: N-Tris (hydroxymethyl) methyl-2-aminoethanesulfonic acid
IPTG: isopropyl-β-Diothiogalactoside.

下記の実施例で用いた(1)テルペンシクラーゼ活性の測定、および(2)プレニルトランスフェラーゼ活性の測定は、次の操作に従って行った。   The measurement of (1) terpene cyclase activity and (2) prenyltransferase activity used in the following examples was performed according to the following procedure.

(1)テルペンシクラーゼ活性の測定
測定対象とするタンパク質(30〜50μg)、基質、およびproteinase inhibitor cockatail tablets 1/200 錠 (Complete、ロシュダイアグノスティック) を含む反応液 (100mM Tris-HCl、pH7.4、2 mM DTT、0.5 mM EDTA 10%(w/w)グリセロール、6.8%ペプスタチンA) 500μLを調製し、30℃で1〜2時間インキュベートする。なお基質として、GGDP (シグマアルドリッチ)、FPP (シグマアルドリッチ)、GPP(シグマアルドリッチ)、およびDMAPP(シグマアルドリッチ)をそれぞれ (20μg) を用いる。また、IPP(シグマアルドリッチ) 10μgを添加する場合は、上記FPP、GPP、およびDMAPPは、それぞれ10μgで用いる。反応後、得られた反応液をn-ヘキサンで抽出する(3回程度)。
(1) Measurement of terpene cyclase activity Reaction solution (100 mM Tris-HCl, pH7.) Containing protein (30-50 μg), substrate, and proteinase inhibitor cockatail tablets 1/200 tablets (Complete, Roche Diagnostics). Prepare 500 μL of 4, 2 mM DTT, 0.5 mM EDTA 10% (w / w) glycerol, 6.8% pepstatin A) and incubate at 30 ° C. for 1-2 hours. As substrates, GGDP (Sigma Aldrich), FPP (Sigma Aldrich), GPP (Sigma Aldrich), and DMAPP (Sigma Aldrich) are each used (20 μg). When 10 μg of IPP (Sigma Aldrich) is added, the above FPP, GPP, and DMAPP are used at 10 μg each. After the reaction, the obtained reaction solution is extracted with n-hexane (about 3 times).

無水硫酸ナトリウム処理で脱水後、エバポレーターで約80μLまで減圧濃縮し、うち2μLを下記条件のガスクロマトグラフ質量分析(GC-MS)に供し、フシコッカン-2,10(14)ジエンの生成を確認する。   After dehydration with anhydrous sodium sulfate treatment, concentrate under reduced pressure to about 80 μL with an evaporator, and use 2 μL for gas chromatography / mass spectrometry (GC-MS) under the following conditions to confirm the formation of fusicocan-2,10 (14) diene.

<ガスクロマトグラフ質量分析>
GC :Agilent 6890N GC システム
MS :Agilent 5973N MSD
データ処理 :Agilent ケミステーション
キャリアガス :ヘリウム、流速1 mL/分
インジェクター :スプリットレス、250℃
カラム :HP-5MS、30 m×I.D. 0.25 mm
昇温プログラム :60℃、2分間→30℃/分(60-150℃)→10℃/分(150-180℃)
→2℃/分(180-210℃)→30℃/分(210-300℃) 300℃、10分間
試料導入部 :300℃。
<Gas chromatograph mass spectrometry>
GC: Agilent 6890N GC system
MS: Agilent 5973N MSD
Data processing: Agilent ChemStation Carrier gas: Helium, flow rate 1 mL / min Injector: Splitless, 250 ° C
Column: HP-5MS, 30 m x ID 0.25 mm
Temperature rising program: 60 ° C, 2 minutes → 30 ° C / min (60-150 ° C) → 10 ° C / min (150-180 ° C)
→ 2 ℃ / min (180-210 ℃) → 30 ℃ / min (210-300 ℃) 300 ℃, 10 minutes Sample introduction part: 300 ℃.

(2)プレニルトランスフェラーゼ活性の測定
50 mM TES緩衝液(pH8.0)、5 mM 2-mercaptoethanol、5 mM MgCl2、50μM[1-14C]IPP(GEヘルスケア バイオサイエンス株式会社、CFA476, 2.15GBq/mmol)、50μMのDMAPP(SIGMA)、GPP (SIGMA)、あるいはFPP (SIGMA)を含む反応液に、最終濃度が20μg/mlになるように精製した被験タンパク質を加えて30℃で1時間から12時間程度反応を行う。反応後、等量の水飽和1-ブタノールによる抽出操作を3回程度行い、反応生成物を抽出する。l-ブタノール層が50μlになるまで濃縮した後、100μlのメタノール、25μl の1 M酢酸緩衝液(pH5.6)、25μl の1% TritonX-100、50 μlのAcid phosphatase (SIGMAのAcid phosphatase を37 mg/mlになるように0.1 Mの酢酸緩衝液(pH5.6)に溶解したもの)を加え、37℃で終夜反応し脱リン酸操作を行う。反応液を 250μl のペンタンによる抽出操作を2回程度行った後、ペンタン層を500μlの蒸留水で洗浄し、遠心分離(15,000 rpm, 30分間, 4℃)でペンタン層を回収する。
(2) Measurement of prenyltransferase activity
50 mM TES buffer (pH8.0), 5 mM 2- mercaptoethanol, 5 mM MgCl 2, 50μM [1- 14 C] IPP (GE Healthcare Bioscience, CFA476, 2.15GBq / mmol), DMAPP of 50 [mu] M (SIGMA), GPP (SIGMA), or FPP (SIGMA) is added to the reaction solution containing the purified test protein so that the final concentration is 20 μg / ml, and the reaction is performed at 30 ° C. for about 1 to 12 hours. After the reaction, extraction with an equal amount of water-saturated 1-butanol is performed about 3 times to extract the reaction product. Concentrate the l-butanol layer to 50 μl, then add 100 μl methanol, 25 μl 1 M acetate buffer (pH 5.6), 25 μl 1% TritonX-100, 50 μl Acid phosphatase (SIGMA Acid phosphatase 37 Add 0.1 M acetic acid buffer solution (pH 5.6) so that the concentration is mg / ml), and react at 37 ° C overnight to perform dephosphorylation. Extract the reaction solution with 250 μl of pentane about twice, then wash the pentane layer with 500 μl of distilled water and collect the pentane layer by centrifugation (15,000 rpm, 30 minutes, 4 ° C.).

これらを濃縮した後、ヘキサン 20μlを加えて溶解しTLCで展開する〔プレートHPTLC plates RP-18F (SIGMA )、展開溶媒 Aceton : H2O= 9:1〕。展開したTLCを、BAS-2500 (Fujifilm)などを用いることによって反応産物の炭素鎖長を決定する。この条件下では、炭素数20のGGDPに相当する脱リン酸反応産物はRf値=0.6前後に、それより短いものは、より大きいRf値で検出される。 After concentrating these, 20 μl of hexane is added and dissolved, and developed with TLC [plate HPTLC plates RP-18F (SIGMA), developing solvent Aceton: H 2 O = 9: 1]. The developed TLC is used to determine the carbon chain length of the reaction product by using BAS-2500 (Fujifilm) or the like. Under this condition, a dephosphorylation product corresponding to GGDP having 20 carbon atoms is detected with an Rf value of around 0.6, and a shorter one is detected with a larger Rf value.

実施例1 キメラ型酵素をコードするcDNA の単離
(1)GGDP合成酵素(GGS)遺伝子を基点とした遺伝子歩行(Genome Walking)と縮重プライマーを用いたRT-PCRにより、植物病原菌真菌(P. amygdali)の菌糸体から、2種類のテルペン環化酵素様遺伝子、PaDC3 および PaDC4を取得した。
Example 1 Isolation of cDNA Encoding Chimeric Enzyme (1) Plant pathogenic fungi ( P ) by gene walking based on GGDP synthase (GGS) gene and RT-PCR using degenerate primers amygdali ), two terpene cyclase-like genes, PaDC3 and PaDC4, were obtained.

なお、RT-PCRおよび遺伝子歩行(Genome Walking)は下記の方法に従って行った。   RT-PCR and gene walking were performed according to the following methods.

(1-1) RT-PCR
フシコクシン生産菌として植物病原菌真菌(モモ枝折れ病菌)(Phomopsis amygdali Niigata)を用いた。これを500ml 容量のフラスコ内で3 日間 25℃で攪拌振盪培養を行った(Biosci Biotechnol Biochem 68: 1608-1610, 2004)。次いで形成された菌糸体を採取して液体窒素で凍結した。かかる凍結試料から、poly (A)+ RNA を抽出し、定法に従ってcDNA を調製した(Plant Physiol 118: 1517-1523, 1998)。調製したcDNA プールを鋳型として、Advantage 2 PCR system (Clontech社製)を用いてRT-PCRを行った。
(1-1) RT-PCR
A phytopathogenic fungus ( Phosmobrachia ) ( Phomopsis amygdali Niigata) was used as a fusicoccin-producing bacterium. This was cultured with stirring and shaking at 25 ° C. for 3 days in a 500 ml flask (Biosci Biotechnol Biochem 68: 1608-1610, 2004). The formed mycelium was then collected and frozen with liquid nitrogen. Poly (A) + RNA was extracted from the frozen sample, and cDNA was prepared according to a conventional method (Plant Physiol 118: 1517-1523, 1998). Using the prepared cDNA pool as a template, RT-PCR was performed using the Advantage 2 PCR system (Clontech).

なお、GGDP合成酵素(GGS)遺伝子の単離およびテルペン環化酵素様遺伝子の単離に際して使用した縮重プライマー、ならびにPCR条件は下記の通りである:
<プライマー>
(a) GGDP合成酵素(GGS)遺伝子の単離;
センスプライマー:5’-AAYAARACNGGNGGNYTNTT-3’(配列番号7)
アンチセンスプライマー:5’-CANARRTTCTARTARTCRTC-3’ (配列番号8)
(b) テルペン環化酵素様遺伝子の単離
センスプライマー:5’-GCNATGGSNYTNACNATHCC-3’ (配列番号9)
アンチセンスプライマー:5’-TARTCRTCNCKDATYTGRAA-3’ (配列番号10)
(なお、上記プライマー配列中、YはT又はC、RはG又はA、NはA又はG又はC又はT、SはG又はC、HはA又はC又はT、KはG又はT、DはA又はG又はTを意味する)
<PCR条件>
下記の変性、アニーリングおよび伸長反応からなるサイクルを40回繰り返す
変性:94℃で1分間
アニーリング:48℃で1分 (GGS遺伝子)、または 50℃で1分 (キメラ遺伝子)
伸長:72℃で1分間。
The degenerate primers and PCR conditions used in the isolation of the GGDP synthase (GGS) gene and the isolation of the terpene cyclase-like gene are as follows:
<Primer>
(a) isolation of the GGDP synthase (GGS) gene;
Sense primer: 5'-AAYAARACNGGNGGNYTNTT-3 '(SEQ ID NO: 7)
Antisense primer: 5'-CANARRTTCTARTARTCRTC-3 '(SEQ ID NO: 8)
(b) Isolation of terpene cyclase-like gene Sense primer: 5'-GCNATGGSNYTNACNATHCC-3 '(SEQ ID NO: 9)
Antisense primer: 5'-TARTCRTCNCKDATYTGRAA-3 '(SEQ ID NO: 10)
(In the above primer sequences, Y is T or C, R is G or A, N is A or G or C or T, S is G or C, H is A or C or T, K is G or T, D means A or G or T)
<PCR conditions>
Repeat 40 cycles of the following denaturation, annealing and extension reactions Denaturation: 94 ° C for 1 minute Annealing: 48 ° C for 1 minute (GGS gene) or 50 ° C for 1 minute (chimeric gene)
Elongation: 1 minute at 72 ° C.

なお、RACE は、豊増ら(Plant Physiol 118: 1517-1523,1998)に記載する方法に従って、ゲノムDNA配列に応じた特異的プライマーを用いて行った。   RACE was performed using specific primers according to the genomic DNA sequence according to the method described in Toyomasu et al. (Plant Physiol 118: 1517-1523, 1998).

(1-2) 遺伝子歩行(Genome Walking)
遺伝子歩行(Genome walking)はUniversal Genome Walker kit (Clontech社製)を用いて行った。Nucleon PhytoPure Kit (Amersham Pharmacia社製)を用いて、上記で調製した菌糸体からゲノムDNAを抽出して遺伝子歩行ライブラリー(Genome walker library)を構築し、上記のキットに添付されている説明書に従って、これをnested PCRに使用した。なお、制限酵素として、キットに付属されているDraI, Eco RV, Pvu II,およびStu Iに加えて、Fsp I, Nru I, Sca I,およびSsp Iの4つを使用した。
(1-2) Genome Walking
Gene walking was performed using a Universal Genome Walker kit (Clontech). Using Nucleon PhytoPure Kit (manufactured by Amersham Pharmacia), genomic DNA was extracted from the mycelium prepared above to construct a gene walking library, and according to the instructions attached to the kit. This was used for nested PCR. Four restriction enzymes, Fsp I, Nru I, Sca I, and Ssp I were used in addition to Dra I, Eco RV, Pvu II, and Stu I attached to the kit.

(2)上記方法により2種類のテルペン環化酵素様遺伝子(PaDC3、PaDC4)を取得した。具体的には遺伝子歩行(上記GGDP合成酵素(GGS)遺伝子用プライマーでGGSを得てそこから歩行)により、まずPaDC3を取得し、その配列を基に縮重プライマー(上記テルペン環化酵素様遺伝子用)によりPaDC4を取得した。次いで、当該PaDC4のcDNAの全長配列をシークエンスした。   (2) Two types of terpene cyclase-like genes (PaDC3, PaDC4) were obtained by the above method. Specifically, PaDC3 was first obtained by gene walking (GGS was obtained with the above-mentioned GGDP synthase (GGS) gene primer and then walked), and degenerate primer (the terpene cyclase-like gene described above) based on the sequence. For PaDC4. Subsequently, the full-length sequence of the PaDC4 cDNA was sequenced.

その結果、3’末端にGGDP合成酵素遺伝子(GGS遺伝子)が融合していることが確認された(以下、これを「PaDC4:GGS遺伝子」という)。この cDNA は719個のアミノ酸残基をコードする81kDaの遺伝子(配列番号3)であり、対応する染色体DNA配列から判断して、8つのイントロン挿入部位を含んでいると考えられた。この翻訳産物(ペプチド)の推定一次構造(配列番号6)は、ユニークであり、N末端側にテルペン環化酵素ドメイン(1-334領域)(配列番号4)、C末端側にプレニルトランスフェラーゼドメイン(335-719領域)(配列番号5)を有していた(図1)。このうち、テルペン環化酵素ドメインは、アミノ酸配列において、糸状菌のセスキテルペン環化酵素であるaristolochene synthaseと約20%同一で、約40%の割合で類似していた。一方、プレニルトランスフェラーゼドメインのアミノ酸配列は、他の糸状菌中に存在するGGSと高い相同性を有していた(約40% の同一性と約60%の類似性)。   As a result, it was confirmed that the GGDP synthase gene (GGS gene) was fused to the 3 ′ end (hereinafter referred to as “PaDC4: GGS gene”). This cDNA was an 81 kDa gene (SEQ ID NO: 3) encoding 719 amino acid residues, and was judged to contain 8 intron insertion sites as judged from the corresponding chromosomal DNA sequence. The predicted primary structure (SEQ ID NO: 6) of this translation product (peptide) is unique, with a terpene cyclase domain (region 1-334) (SEQ ID NO: 4) on the N-terminal side and a prenyl transferase domain (SEQ ID NO: 4) on the C-terminal side. 335-719 region) (SEQ ID NO: 5) (FIG. 1). Among these, the terpene cyclase domain was approximately 20% identical to the aristolochene synthase, which is a filamentous fungus sesquiterpene cyclase, and similar at a rate of approximately 40%. On the other hand, the amino acid sequence of the prenyl transferase domain had high homology with GGS present in other filamentous fungi (about 40% identity and about 60% similarity).

また各ドメインには、「DDxxD」モチーフが共通して存在することが確認された。具体的には、テルペン環化酵素ドメインには92-96領域に「DDVTD」配列が、プレニルトランスフェラーゼドメインには474-478領域に「DDFQD」配列が存在することが確認された(図1B)。当該「DDxxD」モチーフは、Mg2+イオン配位領域であると考えられる(Hohn TM (1999) in Comprehensive Natural Products Chemistry vol 2, ed Cane D (Elsevier Science, Oxford), pp 201-21529)。 In addition, it was confirmed that each domain has a common “DDxxD” motif. Specifically, it was confirmed that a “DDVTD” sequence was present in the 92-96 region in the terpene cyclase domain, and a “DDFQD” sequence was present in the 474-478 region in the prenyltransferase domain (FIG. 1B). The “DDxxD” motif is considered to be an Mg 2+ ion coordination region (Hohn ™ (1999) in Comprehensive Natural Products Chemistry vol 2, ed Cane D (Elsevier Science, Oxford), pp 201-21529).

かかる2つのドメインを有するペプチドのアミノ酸配列について、登録されたデータベースを対象にしてBLAST 相同性検索(http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/)を行ったところ、真菌コクシジオイデス・イミティスコクシジオイデス・イミティス(Coccidioides immitis) (EAS27885)由来のペプチドのアミノ酸配列と39%同一、Gibberella zeae(EAA68264) 由来のペプチドのアミノ酸配列と36%同一、およびChaetomium globosum (EAQ85668) 由来のペプチドのアミノ酸配列と35%同一であることが判明した。このことから、このキメラ型のテルペン環化酵素様遺伝子(PaDC4:GGS遺伝子)は、従来知られていない新規な遺伝子であることが判明した。 When the BLAST homology search (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/BLAST/) was performed on the registered database for the amino acid sequence of the peptide having such two domains, the fungus Coccidioides. 39% identical to the amino acid sequence of the peptide from Coccidioides immitis (EAS27885), 36% identical to the amino acid sequence of the peptide from Gibberella zeae (EAA68264), and the amino acid of the peptide from Chaetomium globosum (EAQ85668) It was found to be 35% identical to the sequence. From this, it was found that this chimeric terpene cyclase-like gene (PaDC4: GGS gene) is a novel gene that has not been known so far.

実施例2 キメラ型酵素(PaDC4:GGS)の機能解析
実施例1で得られたキメラ型酵素(PaDC4:GGS)の機能を調べるため、N末端にグルタチンS-トランスフェラーゼ(GST)を結合させた融合タンパク質(GST-PaDC4:GGS)を用いて、基質としてGPP、FPP、およびGGDPを用いて、前述する方法に従ってテルペンシクラーゼアッセイを行った。
Example 2 Functional analysis of chimeric enzyme (PaDC4: GGS) In order to examine the function of the chimeric enzyme (PaDC4: GGS) obtained in Example 1, a fusion in which glutatin S-transferase (GST) was bound to the N-terminus A terpene cyclase assay was performed according to the method described above using protein (GST-PaDC4: GGS) and GPP, FPP, and GGDP as substrates.

その結果、GGDPは、下記条件のGC-MSにおいて保持時間13.2 分にピークを有する物質に変換されたことが確認された(図2Aのピーク1)。   As a result, it was confirmed that GGDP was converted to a substance having a peak at a retention time of 13.2 minutes in GC-MS under the following conditions (peak 1 in FIG. 2A).

この物質は、そのGC-MS上の保持時間(図2A)とマススペクトル(図2C)から、フシコッカ-2,10(14)-ジエン(fusicocca-2,10(14)-diene)であると同定された。なお、図2BおよびCは、フシコッカ-2,10(14)-ジエン標準品のGC-MS(ピーク2)およびマススペクトルをそれぞれ示す(Sassa T, et al., Biosci Biotechnol Biochem 68: 1608-1610, 2004)。   This substance is fusicocca-2,10 (14) -diene from its retention time on GC-MS (Figure 2A) and mass spectrum (Figure 2C). Identified. 2B and C show the GC-MS (peak 2) and mass spectrum of the fusicocca-2,10 (14) -diene standard (Sassa T, et al., Biosci Biotechnol Biochem 68: 1608-1610, respectively). , 2004).

この結果から、実施例1で取得したキメラ型酵素PaDC4:GGS は、フシコッカ-2,10(14)-ジエン合成酵素であると判断された。そこで、当該キメラ型酵素PaDC4:GGSを、「P. amygdali fusicoccadiene synthase(PaFS)」と命名した。以下、「PaFS」と称する。 From this result, it was determined that the chimeric enzyme PaDC4: GGS obtained in Example 1 was a fusicocca-2,10 (14) -diene synthase. Therefore, the chimeric enzyme PaDC4: the GGS, was named "P a mygdali f usicoccadiene s ynthase ( PaFS). ". Hereinafter, it is referred to as “PaFS”.

当該PaFS は、前述するように、2つのドメイン、すなわちN末端側にテルペン環化酵素ドメイン(1-334領域)、およびC末端側にプレニルトランスフェラーゼドメイン(335-719領域)を有している(図1B)。   As described above, the PaFS has two domains, namely a terpene cyclase domain (1-334 region) on the N-terminal side and a prenyltransferase domain (335-719 region) on the C-terminal side ( FIG. 1B).

そこで、N末端にグルタチンS-トランスフェラーゼ(GST)を結合させた融合タンパク質(GST-PaFS)を用いて、基質としてIPP、ならびにDMAPP, GPP, または FPPを用いて、前記の方法と同様にしてテルペンシクラーゼアッセイを行った。   Therefore, using a fusion protein (GST-PaFS) in which glutatin S-transferase (GST) is bound to the N-terminus, using IPP as a substrate and DMAPP, GPP, or FPP, a terpene in the same manner as described above. A cyclase assay was performed.

その結果、基質としてDMAPP, GPP, または FPPのいずれを用いた場合も、基質として上記GGDPを用いたときと同じく、フシコッカ-2,10(14)-ジエンが主な生成物として得られた。この実験の結果から、キメラ型酵素PaFSは、イソプレン単位を順次GGDPに変換し、生成したGGDPをさらにフシコッカ-2,10(14)-ジエンに変換する活性を有する酵素であること、言い換えれば、プレニルトランスフェラーゼ活性(プレニル鎖伸長活性)とテルペンシクラーゼ活性(テルペン環化活性)の両方を有する、多機能なジテルペン合成酵素であることが判明した。   As a result, when DMAPP, GPP, or FPP was used as the substrate, Fusicocca-2,10 (14) -diene was obtained as the main product, as was the case when GGDP was used as the substrate. From the results of this experiment, the chimeric enzyme PaFS is an enzyme having the activity of converting isoprene units into GGDP sequentially and further converting the generated GGDP into fusicocca-2,10 (14) -diene, in other words, It was found to be a multifunctional diterpene synthase having both prenyl transferase activity (prenyl chain extension activity) and terpene cyclase activity (terpene cyclization activity).

実施例3 PaFSを発現する形質転換体の構築およびそれを用いたPaFSの製造
(1)プラスミド構築
(1-1)ORF cDNAの増幅とサブクローニング
BD AdvantageII Polymerase Mix (クロンテック) 、BD Advantage HF2 PCR キット (クロンテック) 、およびプライマー (ORF 増幅用 PaDC4 ORF F/EcoRI:GAATTCTATGGAGTTCAAATACTCGGA(配列番号11)、PaDC4 ORF R/NotI:GCGGCCGCACAACCGTCAGAGTTACGAG(配列番号12)、下線は各制限酵素サイト)を用いて、RT-PCRを行い(サイクル数:25〜35)、PaFSのORF cDNAを増幅した。得られたPCR産物は、1%TAEアガロースゲル電気泳動により解析し、下記の方法に従って、pGEM-T easy ベクター(プロメガ)とLigation kit ver. 1(タカラバイオ)を用いて、サブクローニングした。
Example 3 Construction of a transformant expressing PaFS and production of PaFS using the same (1) Plasmid construction
(1-1) ORF cDNA amplification and subcloning
BD AdvantageII Polymerase Mix (Clontech), BD Advantage HF2 PCR Kit (Clontech), and primers (PaDC4 ORF F / EcoRI for ORF amplification: GAATTC TATGGAGTTCAAATACTCGGA (SEQ ID NO: 11), PaDC4 ORF R / NotI: GCGGCCGC ACAACCGTCAGAGTTACGAG (SEQ ID NO: 12) Underlined with each restriction enzyme site), RT-PCR was performed (cycle number: 25-35) to amplify PaFS ORF cDNA. The obtained PCR product was analyzed by 1% TAE agarose gel electrophoresis, and subcloned using the pGEM-T easy vector (Promega) and Ligation kit ver. 1 (Takara Bio) according to the following method.

(1-2)発現用プラスミドの調製
斯くして調製されたPaFSのORFcDNAをpGEMに組み込んだプラスミドより、それぞれ末端にサイトを付加した制限酵素、EcoRI (東洋紡) 、NotI (東洋紡) を利用してORF-cDNAを切り出した。制限酵素反応液は、プラスミド (200 ng) 、10×Hバッファー (2μL) 、EcoRI (10 units) 、NotI (9 units) を含む20μLで調製した。同様に発現ベクターpGEX-4T-3 (GEヘルスケアバイオサイエンス) (2μg)は、EcoRI (30 units)とNotI (27 units) により37℃、12時間おくことで消化した。これら反応液は、フェノール・クロロホルム抽出にて反応を停止させ、エタノール沈殿により、濃縮、精製した。
(1-2) Preparation of expression plasmids From the plasmid in which the PaFS ORF cDNA prepared in this way was incorporated into pGEM, using restriction enzymes EcoRI (Toyobo) and NotI (Toyobo) with sites added to the ends, respectively. ORF-cDNA was excised. The restriction enzyme reaction solution was prepared in 20 μL containing plasmid (200 ng), 10 × H buffer (2 μL), EcoRI (10 units) and NotI (9 units). Similarly, the expression vector pGEX-4T-3 (GE Healthcare Bioscience) (2 μg) was digested with EcoRI (30 units) and NotI (27 units) at 37 ° C. for 12 hours. These reaction solutions were stopped by phenol / chloroform extraction and concentrated and purified by ethanol precipitation.

精製した産物を0.7%アガロースゲル電気泳動し、Sephagras band prep kit (GEヘルスケアバイオサイエンス) を用いてマニュアル通り切り出しを行った。DNA Ligation Kit Ver.2.1 (タカラバイオ) を用いて、切り出されたORF-cDNAを発現ベクターpGEX (GEヘルスケアバイオサイエンス) にモル比1:1でライゲーションし、大腸菌 (XL1-Blue) に形質転換した。得られた大腸菌より抽出・精製したプラスミドを用いてシークエンス分析を行い、ベクターとインサートの連結部の配列を確認した。   The purified product was subjected to 0.7% agarose gel electrophoresis and cut out according to the manual using Sephagras band prep kit (GE Healthcare Bioscience). Using DNA Ligation Kit Ver.2.1 (Takara Bio), the excised ORF-cDNA was ligated to expression vector pGEX (GE Healthcare Bioscience) at a molar ratio of 1: 1 and transformed into E. coli (XL1-Blue). did. Sequence analysis was performed using the plasmid extracted and purified from the obtained Escherichia coli, and the sequence of the junction between the vector and the insert was confirmed.

(2)組換えPaFSの発現と精製
上記の大腸菌を LB/amp 液体培地においてO.D600が0.6〜1.0になるまで37℃で培養した。IPTGを終濃度0.1m Mとなるように添加後、17℃で20時間培養し、組換えタンパク質の発現を誘導させた。8400 g、4℃、5分間の遠心分離による集菌後、PBSバッファー ( 137 mM NaCl, 8.1 mM Na2HPO4, 2.68 mM KCl, 1.47 mM KH2PO4, pH7.4 ) で洗浄し、氷冷下で超音波破砕し(Ultrasonic Processor) 、8400 g、4℃、5分間の遠心分離後、その上清を可溶性タンパク質画分とした。この可溶性画分について、セファロース4Bグルタチオンアフィニティーレジン(GEヘルスケアバイオサイエンス) を用いてマニュアル通りに組換えGST融合PaFSを精製した。SDS-PAGEはLaemmli(1970)の方法に準じて行った。得られたタンパク質の濃度は、Bio Rad protein assay system (日本バイオラッドラボシリーズ) を用いて測定した。
(2) Expression and purification of recombinant PaFS The above E. coli was cultured at 37 ° C. in LB / amp liquid medium until OD 600 was 0.6-1.0. After adding IPTG to a final concentration of 0.1 mM, the cells were cultured at 17 ° C. for 20 hours to induce expression of the recombinant protein. After collection by centrifugation at 8400 g for 5 minutes at 4 ° C, PBS buffer (137 mM NaCl, 8.1 mM Na 2 HPO 4 , 2.68 mM KCl, 1.47 mM KH 2 PO 4, pH 7.4 ), And ultrasonically disrupted with an ice bath (Ultrasonic Processor). After centrifugation at 8400 g, 4 ° C. for 5 minutes, the supernatant was used as a soluble protein fraction. From this soluble fraction, recombinant GST-fused PaFS was purified according to the manual using Sepharose 4B glutathione affinity resin (GE Healthcare Bioscience). SDS-PAGE was performed according to the method of Laemmli (1970). The concentration of the obtained protein was measured using Bio Rad protein assay system (Japan Bio-Rad Lab Series).

実施例4 テルペン環化酵素ドメインとプレニルトランスフェラーゼドメインの同定
(1)欠失変異体の調製とその活性評価
PaFS の各ドメイン(テルペン環化酵素ドメインとプレニルトランスフェラーゼドメイン)の機能を調べるために、N-末端または C-末端を切断した複数の変異体を調製した(図3参照)。具体的には、図3Aに示すように、N334 (1-334領域を有する断片:38 kDa)、 N390 (1-390領域を有する断片:44 kDa)、N436 (1-436領域を有する断片:49 kDa)、N493 (1-493領域を有する断片:56 kDa)、およびC385 (335-719領域を有する断片:43 kDa)を調製した。なお、719のアミノ酸残基からなる全長のPaFS の分子量は81 kDaである。
Example 4 Identification of Terpene Cyclase Domain and Prenyltransferase Domain
(1) Preparation of deletion mutants and evaluation of their activity
In order to examine the function of each PaFS domain (terpene cyclase domain and prenyltransferase domain), a plurality of mutants with N-terminal or C-terminal cleavage were prepared (see FIG. 3). Specifically, as shown in FIG. 3A, N334 (fragment having a 1-334 region: 38 kDa), N390 (fragment having a 1-390 region: 44 kDa), N436 (fragment having a 1-436 region: 49 kDa), N493 (fragment with 1-493 region: 56 kDa), and C385 (fragment with 335-719 region: 43 kDa). The full-length PaFS consisting of 719 amino acid residues has a molecular weight of 81 kDa.

なお、上記下記変異体は下記のようにして調製した。   The above mutants were prepared as follows.

実施例1においてフシコクシン生産菌から調製したcDNAプールを鋳型として、RT-PCR を行ったcDNA を増幅した。RT-PCRで使用したプライマーは下記の通りである:なお、下線部は括弧内に記載する制限酵素部位である。   The cDNA subjected to RT-PCR was amplified using the cDNA pool prepared from the fusicoccin-producing bacterium in Example 1 as a template. The primers used in RT-PCR are as follows: The underlined part is the restriction enzyme site described in parentheses.

F1, sense:5’-GAATTCTATGGAGTTCAAATACTCGGA-3’(EcoRI) (配列番号13)
F2, sense:5’-GAATTCGACACAATTGGAATGGATGC-3’(Eco RI) (配列番号14)
R1, antisense:5’-GCGGCCGCACAACCGTCAGAGTTACGAG-3’(Not I) (配列番号15)
R2, antisense:5’-GCGGCCGCTCAAAAGATGTTATGCGTCGAC-3’(Not I) (配列番号16)
R3, antisense:5’-GCGGCCGCTCATCCTTTAGATGGCATGGAA-3’(Not I) (配列番号17)
R4, antisense:5’-GCGGCCGCTCACAGCGAAGAATCCTGCCTA-3’(Not I) (配列番号18)
R5, antisense:5’-GCGGCCGCTCACTTGTTGAATGAAACATCT-3’(Not I) (配列番号19)。
F1, sense: 5'- GAATTC TATGGAGTTCAAATACTCGGA-3 '( Eco RI) (SEQ ID NO: 13)
F2, sense: 5'- GAATTC GACACAATTGGAATGGATGC-3 '( Eco RI) (SEQ ID NO: 14)
R1, antisense: 5'- GCGGCCGC ACAACCGTCAGAGTTACGAG-3 '( Not I) (SEQ ID NO: 15)
R2, antisense: 5'- GCGGCCGC TCAAAAGATGTTATGCGTCGAC-3 '( Not I) (SEQ ID NO: 16)
R3, antisense: 5'- GCGGCCGC TCATCCTTTAGATGGCATGGAA-3 '( Not I) (SEQ ID NO: 17)
R4, antisense: 5'- GCGGCCGC TCACAGCGAAGAATCCTGCCTA-3 '( Not I) (SEQ ID NO: 18)
R5, antisense: 5′- GCGGCCGC TCACTTGTTGAATGAAACATCT-3 ′ ( Not I) (SEQ ID NO: 19).

PaFS、ならびその変異体(欠失変異体)である N493、N436、N390、N334およびC385をコードするcDNAの増幅には、上記プライマーをそれぞれF1-R1、F1-R2、F1-R3、F1-R4、F1-R5、およびF2-R1の組み合わせで使用した。   To amplify cDNAs encoding PaFS and its mutants (deletion mutants) N493, N436, N390, N334 and C385, the above primers were used as F1-R1, F1-R2, F1-R3, F1- Used in combination with R4, F1-R5, and F2-R1.

(1-1)プラスミドの調製
サブクローニングしたPCR産物をEco RI とNot Iで消化し、次いでN末端にGSTを有する融合タンパク質を発現させるために、発現用ベクター(pGEX-4T-3)(GEヘルスケアバイオサイエンス) にライゲートした。次いでE. coli XL1-Blue(stratagene)を形質転換した後、該形質転換体をアンピシリン50μg/mlを含むLB寒天培地に塗布し、37℃で一晩培養した。生育してきたアンピシリン耐性の形質転換体のコロニー数個について、アンピシリン50μg/mlを含むLB液体培地5mlで37℃、16時間振盪培養した。得られた培養液を遠心分離することにより、菌体を取得した。該菌体より常法に従ってプラスミドを単離した。該方法により単離したプラスミドを各種制限酵素で切断して構造を調べ、さらに塩基配列を決定することにより、目的のDNA断片が挿入されているプラスミドであることを確認した(以下、これを「本プラスミド」という)。
(1-1) Preparation of plasmid In order to digest a subcloned PCR product with Eco RI and Not I, and then express a fusion protein having GST at the N-terminus, an expression vector (pGEX-4T-3) (GE Health (Care Bioscience). Subsequently, after transforming E. coli XL1-Blue (stratagene), the transformant was applied to an LB agar medium containing 50 μg / ml of ampicillin and cultured at 37 ° C. overnight. Several colonies of ampicillin resistant transformants that had grown were cultured with shaking in 5 ml of LB liquid medium containing 50 μg / ml of ampicillin at 37 ° C. for 16 hours. Bacterial cells were obtained by centrifuging the obtained culture solution. A plasmid was isolated from the cells according to a conventional method. The plasmid isolated by this method was cleaved with various restriction enzymes, the structure was examined, and the nucleotide sequence was determined to confirm that the plasmid had the target DNA fragment inserted (hereinafter referred to as “ This plasmid ").

(1-2) テルペンシクラーゼ活性とプレニルトランスフェラーゼ活性の評価
テルペンシクラーゼ活性については、前述する方法に従って、酵素の調製と活性を測定した。なお、テルペンシクラーゼ活性は、基質としてGGDP(各20μg)を用いて行った。また、プレニルトランスフェラーゼ活性については以下のように酵素の調製は行った。本プラスミドで、発現用大腸菌BL21(GEヘルスケアバイオサイエンス(株))を形質転換した後、LB/Ampicillin (100μg/ml)/0.2% glucose、37℃でOD600が0.5〜0.8になるまで培養し、氷上で急冷した。急冷した培養液に終濃度が0.1 mMになるようにIPTGを添加し、その培養菌体を18℃でさらに培養した後、集菌してColumn緩衝液で懸濁した。その懸濁液を超音波破砕機で破砕(強度8、1min×10、間隔1min TOMY)し、遠心分離(15,000 rpm, 30分間, 4℃ HITACHI himac CR 20E)した後、可溶性画分をGlutathion Sepharose 4B (GEヘルスケアバイオサイエンス(株))に供し、目的のGST-融合タンパク質を精製した。また、この精製した組換えタンパク質の大きさ、純度をSDS-PAGE(10%)により確認した。得られた各酵素について、前述する方法に従って、プレニルトランスフェラーゼ活性を測定した。基質には、FPPと標識IPPを用いた。
(1-2) Evaluation of terpene cyclase activity and prenyl transferase activity Regarding terpene cyclase activity, enzyme preparation and activity were measured according to the method described above. The terpene cyclase activity was performed using GGDP (20 μg each) as a substrate. In addition, the prenyltransferase activity was prepared as follows. After transforming E. coli BL21 for expression with this plasmid (GE Healthcare Biosciences), cultivate LB / Ampicillin (100 μg / ml) /0.2% glucose at 37 ° C. until OD600 reaches 0.5 to 0.8. Chilled on ice. IPTG was added to the rapidly cooled culture solution to a final concentration of 0.1 mM, and the cultured cells were further cultured at 18 ° C., and then collected and suspended in Column buffer. The suspension was crushed with an ultrasonic crusher (strength 8, 1 min × 10, interval 1 min TOMY), centrifuged (15,000 rpm, 30 min, 4 ° C HITACHI himac CR 20E), and the soluble fraction was added to Glutathion Sepharose. The target GST-fusion protein was purified using 4B (GE Healthcare Bioscience Co., Ltd.). In addition, the size and purity of the purified recombinant protein were confirmed by SDS-PAGE (10%). About each obtained enzyme, prenyl transferase activity was measured according to the method mentioned above. As the substrate, FPP and labeled IPP were used.

(1-3)結果
その結果、欠失変異体N390, N436およびN493は、全長のPaFS と同様に、GGDPからフシコッカ-2,10(14)-ジエンへの反応を触媒するシクラーゼ活性を示した。特に、N390とN436は、プレニルトランスフェラーゼドメインに存在する「DDFQD」モチーフを含まないにもかかわらず、テルペンシクラーゼ活性を有していた。一方、N334とC385は当該テルペンシクラーゼ活性を示さなかった(図3A中、「CA」で示す)。また、C385は、IPPとFPPからGGDPの生成を触媒する活性(プレニルトランスフェラーゼ活性)を示したが、C端領域を欠失した他の欠失変異体は、いずれもプレニルトランスフェラーゼ活性を示さなかった(図3A中、「PA」で示す)。
(1-3) Results As a result, the deletion mutants N390, N436 and N493 showed cyclase activity that catalyzes the reaction from GGDP to fusicocca-2,10 (14) -diene, similar to full-length PaFS. . In particular, N390 and N436 had terpene cyclase activity even though they did not contain the “DDFQD” motif present in the prenyltransferase domain. On the other hand, N334 and C385 did not show the terpene cyclase activity (indicated by “CA” in FIG. 3A). C385 showed activity to catalyze the production of GGDP from IPP and FPP (prenyltransferase activity), but none of the other deletion mutants lacking the C-terminal region showed prenyltransferase activity. (Indicated as “PA” in FIG. 3A).

(2)点変異体の調製とその活性評価
次いで各ドメインにおける「DDxxD」モチーフの役割を調べるために、2つの点変異体、D92A および D474A(図3B)を調製した。なお、当該変位体(D92A および D474A)は、図3Bに示すように、最初のアスパラギン酸を非極性のアラニンに置換したものである。
(2) Preparation of point mutants and evaluation of their activity In order to investigate the role of the “DDxxD” motif in each domain, two point mutants, D92A and D474A (FIG. 3B) were prepared. The displacement bodies (D92A and D474A) are obtained by replacing the first aspartic acid with nonpolar alanine as shown in FIG. 3B.

なお、当該点変異体は、定法の部位特異的突然変異誘発法(Site-directed mutagenesis)に従って調製した。具体的には、前述するRT-PCRにおいて、下記のプラーマーセットを用いて、overlap extension PCR (Nucleic Acids Res 16: 7351-7367, 1988) により行った。   The point mutant was prepared according to a conventional site-directed mutagenesis method. Specifically, the RT-PCR described above was performed by overlap extension PCR (Nucleic Acids Res 16: 7351-7367, 1988) using the following primer set.

D92A
センスプライマー:5’-TCTGCACGCTGATGTTACCGAC-3’(下線部が変異部位) (配列番号20)
アンチセンスプライマー:5’-CGGTAACATCAGCGTGCAGAAAGG-3’(下線部が変異部位) (配列番号21)。
D92A
Sense primer: 5'-TCTGCACG C TGATGTTACCGAC-3 '(underlined portion is the mutation site) (SEQ ID NO: 20)
Antisense primer: 5'-CGGTAACATCA G CGTGCAGAAAGG-3 '( underlined mutation site) (SEQ ID NO: 21).

D474A
センスプライマー:5’-GCTGCTCGCCGACTTCCAAGACA-3’(下線部が変異部位) (配列番号22)
アンチセンスプライマー:5’-TCTTGGAAGTCGGCGAGCAGCAG-3’(下線部が変異部位) (配列番号23)。
D474A
Sense primer: 5'-GCTGCTCG C CGACTTCCAAGACA-3 '(underlined part is the mutation site) (SEQ ID NO: 22)
Antisense primer: 5'-TCTTGGAAGTCG G CGAGCAGCAG-3 '(underlined portion is the mutation site) (SEQ ID NO: 23).

サブクローニングしたPCR産物をEco RI とNot Iで消化し、次いでN末端にGSTを有する融合タンパク質(GST-PaFS)を発現させるために、発現用ベクター(pGEX-4T-3)(GEヘルスケアバイオサイエンス) にライゲートした。得られたプラスミドを用いて、前述と同様の方法で、テルペンシクラーゼ活性とプレニルトランスフェラーゼ活性を測定した。 The subcloned PCR product is digested with Eco RI and Not I, and then expressed in the expression vector (pGEX-4T-3) (GE Healthcare Bioscience) to express a fusion protein (GST-PaFS) with GST at the N-terminus. ) Using the obtained plasmid, terpene cyclase activity and prenyltransferase activity were measured in the same manner as described above.

その結果、プレニルトランスフェラーゼドメインに存在する「DDFQD」モチーフだけを「ADFQD」に変異させたD474Aは、GGDPを フシコッカ-2,10(14)-ジエンに変換する活性を有していたが(テルペンシクラーゼ活性)、テルペン環化酵素ドメインの「DDVTD」モチーフを「ADVTD」変異させたD92Aは、その活性を示さなかった(図3B中、「CA」で示す)。一方、プレニルトランスフェラーゼ活性はその逆を示し、テルペン環化酵素ドメインの「DDVTD」モチーフを「ADVTD」に変異させたD92Aは、プレニルトランスフェラーゼ活性を示したが、プレニルトランスフェラーゼドメインに存在する「DDFQD」モチーフを「ADFQD」に変異させたD474Aは、その活性を示さなかった(図3B中、「PA」で示す)。   As a result, D474A in which only the “DDFQD” motif in the prenyltransferase domain was mutated to “ADFQD” had the activity of converting GGDP to fusicocca-2,10 (14) -diene (terpene cyclase). Activity), D92A obtained by mutating the “DDVTD” motif of the terpene cyclase domain with “ADVTD” did not show the activity (indicated by “CA” in FIG. 3B). On the other hand, prenyl transferase activity showed the opposite, D92A, which mutated the terpene cyclase domain “DDVTD” motif to “ADVTD”, showed prenyl transferase activity, but the “DDFQD” motif present in the prenyl transferase domain. D474A in which was mutated to “ADFQD” did not show its activity (indicated as “PA” in FIG. 3B).

これらの結果から、PaFSのN末端領域に位置する44-kDa のペプチドがテルペンシクラーゼ活性を示しGGDPの環化反応を触媒し、一方、C末端領域に位置する43-kDa のペプチドがプレニルトランスフェラーゼ活性を示してGGDPの合成に関与していることが確認された。   From these results, a 44-kDa peptide located in the N-terminal region of PaFS exhibits terpene cyclase activity and catalyzes the cyclization reaction of GGDP, while a 43-kDa peptide located in the C-terminal region exhibits prenyltransferase activity. And was confirmed to be involved in the synthesis of GGDP.

実施例5 PaFSを発現する形質転換体を用いたフシコッカ-2,10(14)-ジエンの製造.
実施例3で作成したPaFSを発現する形質転換体(大腸菌)を、LB/amp 液体培地においてO.D600が0.6〜1.0になるまで37℃で培養した。IPTGを終濃度0.1m Mとなるように添加後、17℃で20時間培養した。これを8400 xg、4℃、5分間遠心分離して集菌し、得られたペレットを適量の脱塩水で懸濁した後、総量の2〜3倍量のアセトンを加えて40℃、5分間抽出した。脱脂綿により濾過した後、減圧濃縮した。水溶性残渣をn-ヘキサンで抽出し、無水硫酸ナトリウムで脱水した後、減圧濃縮し、シリカゲルカラム ( BM-820MH、フジシリシア化学、愛知、日本)で不純物を吸着させて精製した。
Example 5 Production of Fusicocca-2,10 (14) -diene using a transformant expressing PaFS.
The transformant (E. coli) expressing PaFS prepared in Example 3 was cultured at 37 ° C. in an LB / amp liquid medium until the OD 600 became 0.6 to 1.0. After adding IPTG to a final concentration of 0.1 mM, the cells were cultured at 17 ° C. for 20 hours. This was collected by centrifugation at 8400 xg, 4 ° C for 5 minutes, and the resulting pellet was suspended in an appropriate amount of demineralized water, and then 2 to 3 times the total amount of acetone was added, and 40 ° C, 5 minutes. Extracted. After filtration with absorbent cotton, the solution was concentrated under reduced pressure. The water-soluble residue was extracted with n-hexane, dehydrated with anhydrous sodium sulfate, concentrated under reduced pressure, and purified by adsorbing impurities with a silica gel column (BM-820MH, Fuji Silysia Chemical, Aichi, Japan).

これを下記条件のガスクロマトグラフ質量分析(GC-MS)に供した。
<ガスクロマトグラフ質量分析>
GC :Agilent 6890N GC システム
MS :Agilent 5973N MSD
データ処理 :Agilent ケミステーション
キャリアガス :ヘリウム、流速1 mL/分
インジェクター :スプリットレス、250℃
カラム :HP-5MS、30 m×I.D. 0.25 mm
昇温プログラム :60℃、2分間→30℃/分(60-150℃)→10℃/分(150-180℃)
→2℃/分(180-210℃)→30℃/分(210-300℃) 300℃、10分間
試料導入部 :300℃。
This was subjected to gas chromatograph mass spectrometry (GC-MS) under the following conditions.
<Gas chromatograph mass spectrometry>
GC: Agilent 6890N GC system
MS: Agilent 5973N MSD
Data processing: Agilent ChemStation Carrier gas: Helium, flow rate 1 mL / min Injector: Splitless, 250 ° C
Column: HP-5MS, 30 m x ID 0.25 mm
Temperature rising program: 60 ° C, 2 minutes → 30 ° C / min (60-150 ° C) → 10 ° C / min (150-180 ° C)
→ 2 ℃ / min (180-210 ℃) → 30 ℃ / min (210-300 ℃) 300 ℃, 10 minutes Sample introduction part: 300 ℃.

その結果、多量のフシコッカ-2,10(14)-ジエンが検出され(図4B、ピーク3)、実施例3で作成したPaFSを発現する形質転換体(大腸菌)の細胞内でフシコッカ-2,10(14)-ジエンが生成され、蓄積されていることが確認された。   As a result, a large amount of Fushicoca-2,10 (14) -diene was detected (FIG. 4B, peak 3), and Fushicocca-2, It was confirmed that 10 (14) -diene was produced and accumulated.

(A)PaFS周辺の染色体地図を示す。図中、▼は遺伝子歩行の開始点を示す。図中の「C」,「D」,「E」,「F」,「P」および「S」の表記は、遺伝子歩行で使用した制限酵素Sca I, Dra I, Eco RV, Fsp I, Pvu II,およびStu Iをそれぞれ示す。また矢印により、転写の方向と領域を示す。また図中、「orf1」, 「orf2」,「orf3」,「orf4」および「orf5」 はそれぞれ「2-oxo-glutarate-dependent dioxygenase様遺伝子」,「P450 monooxygenase様遺伝子」, 「short-chain dehydrogenase/reductase様遺伝子」,「alpha-mannosidase様遺伝子」および「Nop14 様遺伝子」の領域を示す。(B) PaFSの2つの主なドメインの模式図を示す。N端側の黒い領域がテルペン環化酵素ドメイン、C端側のグレーの領域がプレニルトアンスフェラーゼドメインを示す。図中、▽は各ドメインの「DDxxD」モチーフ領域を示す。(A) A chromosome map around PaFS is shown. In the figure, ▼ indicates the starting point of gene walking. "C" in the figure, notation "D", "E", "F", "P" and "S", restriction enzyme Sca I were used in gene walking, Dra I, Eco RV, Fsp I, Pvu II and Stu I are shown respectively. The direction and area of transcription are indicated by arrows. In the figure, “orf1,” “orf2,” “orf3,” “orf4,” and “orf5” are “2-oxo-glutarate-dependent dioxygenase-like gene”, “P450 monooxygenase-like gene”, “short-chain dehydrogenase”, respectively. / reductase-like gene ”,“ alpha-mannosidase-like gene ”and“ Nop14-like gene ”. (B) A schematic diagram of the two main domains of PaFS. The black region on the N-terminal side indicates the terpene cyclase domain, and the gray region on the C-terminal side indicates the prenyltotransferase domain. In the figure, ▽ indicates the “DDxxD” motif region of each domain. GST-PaFS融合タンパク質を用いたテルペンシクラーゼアッセイ(実施例2)において、GGDPから生成した反応物のGC-MS結果を示す。 (A) GST-PaFS融合タンパク質とGGDPをインキュベーションして生成した反応物のトータルイオンクロマトグラムを示す。 (B) Phomopsis amygdali N2の菌糸体の炭化水素画分のトータルイオンクロマトグラムを示す。(C) 図Aのピーク1のフル-スキャンマススペクトルを示す。(D)標準品 であるフシコッカ-2,10(14)-ジエン(図Bのピーク2)のフル-スキャンマススペクトルを示す。The GC-MS result of the reaction produced | generated from GGDP in the terpene cyclase assay (Example 2) using a GST-PaFS fusion protein is shown. (A) A total ion chromatogram of a reaction product generated by incubation of GST-PaFS fusion protein and GGDP. (B) The total ion chromatogram of the hydrocarbon fraction of the mycelium of Phomopsis amygdali N2. (C) Full-scan mass spectrum of peak 1 in FIG. (D) Full-scan mass spectrum of Fusicocca-2,10 (14) -diene (peak 2 in Fig. B), which is a standard product. 変異タンパク質のシクラーゼ活性(CA)およびプレニルトランスフェラーゼ活性(PA)を示す。各バーの黒い領域はテルペンシクラーゼドメイン、グレーの領域はフェニレントランスフェラーゼドメインを意味する。▽は各ドメインの「DDxxD」モチーフ領域を示す。The cyclase activity (CA) and prenyl transferase activity (PA) of the mutant protein are shown. The black area of each bar represents the terpene cyclase domain, and the gray area represents the phenylene transferase domain. ▽ indicates the “DDxxD” motif region of each domain. GST-PaFSを導入した大腸菌中におけるフシコッカ-2,10(14)-ジエンの蓄積を評価した結果である。(A) 組換えタンパク質(GST-PaFS)の発現の有無をCBB-染色SDS-PAGE ゲルで確認した結果を示す。レーン1:GST (vector control)、レーン2: GST-GfCPS/KS (Gibberella fujikuroi 由来ent-kaurene合成酵素、約130 kDa)、レーン3:GST-PaFS (約110 kDa)。図中、△は、各組換えタンパク質のバンドを示す。(B) GST-PaFS を発現した大腸菌から取得した炭化水素画分んのクロマトグラムを示す。ピーク3のマススペクトルは、図2CとDに示すマススペクトルと一致した(結果示さす)。It is the result of evaluating the accumulation of Fusicocca-2,10 (14) -diene in E. coli introduced with GST-PaFS. (A) The result of having confirmed the presence or absence of expression of recombinant protein (GST-PaFS) with the CBB-stained SDS-PAGE gel is shown. Lane 1: GST (vector control), Lane 2: GST-GfCPS / KS (Gibberella fujikuroi-derived ent-kaurene synthase, about 130 kDa), Lane 3: GST-PaFS (about 110 kDa). In the figure, Δ indicates the band of each recombinant protein. (B) Chromatogram of hydrocarbon fraction obtained from E. coli expressing GST-PaFS. The mass spectrum of peak 3 matched the mass spectrum shown in FIGS. 2C and D (results shown). PaFSが触媒するフシコッカ-2,10(14)-ジエンの合成スキームの模式図を示す。まずPaFSのプレニルトランスフェラーゼドメインのプレニルトランスフェラーゼ活性によってイソプレン単位からGGDPが生成し、次いでPaFSのテルペンシクラーゼドメインのテルペン環化活性によってGGDP からフシコッカ-2,10(14)-ジエンが生成する。PaFSは、プレニルトランスフェラーゼ活性とテルペン環化活性の両方を有する新規なジテルペン炭化水素合成酵素である。A schematic diagram of a synthesis scheme of fusicocca-2,10 (14) -diene catalyzed by PaFS is shown. First, GGDP is generated from the isoprene unit by the prenyl transferase activity of the prenyltransferase domain of PaFS, and then fusicocca-2,10 (14) -diene is generated from GGDP by the terpene cyclization activity of the terpene cyclase domain of PaFS. PaFS is a novel diterpene hydrocarbon synthase that has both prenyltransferase activity and terpene cyclization activity.

配列番号7はGGDP合成酵素(GGS)遺伝子の単離に使用したセンスプライマーの塩基配列を示す。
配列番号8はGGDP合成酵素(GGS)遺伝子の単離に使用したアンチセンスプライマーの塩基配列を示す。
配列番号9はテルペン環化酵素様遺伝子の単離に使用したセンスプライマーの塩基配列を示す。
配列番号10はテルペン環化酵素様遺伝子の単離に使用したアンチセンスプライマーの塩配列を示す。
配列番号11は、PaFSのORF cDNAの増幅に使用したプライマーの塩配列を示す。
配列番号12は、PaFSのORF cDNAの増幅に使用したプライマーの塩配列を示す。
配列番号13は、PaFSの欠失変異体の調製に使用したF1センスプライマーの塩配列を示す。
配列番号14は、PaFSの欠失変異体の調製に使用したF2センスプライマーの塩配列を示す。
配列番号15は、PaFSの欠失変異体の調製に使用したR1アンチセンスプライマーの塩配列を示す。
配列番号16は、PaFSの欠失変異体の調製に使用したR2アンチセンスプライマーの塩配列を示す。
配列番号17は、PaFSの欠失変異体の調製に使用したR3アンチセンスプライマーの塩配列を示す。
配列番号18は、PaFSの欠失変異体の調製に使用したR4アンチセンスプライマーの塩配列を示す。
配列番号19は、PaFSの欠失変異体の調製に使用したR5アンチセンスプライマーの塩配列を示す。
配列番号20は、PaFSの点変異体(D92A)の調製に使用したセンスプライマーの塩配列を示す。
配列番号21は、PaFSの点変異体(D92A)の調製に使用したアンチセンスプライマーの塩配列を示す。
配列番号22は、PaFSの点変異体(D474A)の調製に使用したセンスプライマーの塩配列を示す。
配列番号23は、PaFSの点変異体(D474A)の調製に使用したアンチセンスプライマーの塩配列を示す。
SEQ ID NO: 7 shows the base sequence of the sense primer used for the isolation of the GGDP synthase (GGS) gene.
SEQ ID NO: 8 shows the base sequence of the antisense primer used for the isolation of the GGDP synthase (GGS) gene.
SEQ ID NO: 9 shows the base sequence of the sense primer used for isolation of the terpene cyclase-like gene.
SEQ ID NO: 10 shows the salt sequence of the antisense primer used for isolation of the terpene cyclase-like gene.
SEQ ID NO: 11 shows the salt sequence of a primer used for the amplification of PaFS ORF cDNA.
SEQ ID NO: 12 shows the salt sequence of a primer used for amplification of PaFS ORF cDNA.
SEQ ID NO: 13 shows the salt sequence of the F1 sense primer used to prepare the PaFS deletion mutant.
SEQ ID NO: 14 shows the salt sequence of the F2 sense primer used to prepare the PaFS deletion mutant.
SEQ ID NO: 15 shows the salt sequence of the R1 antisense primer used to prepare the PaFS deletion mutant.
SEQ ID NO: 16 shows the salt sequence of the R2 antisense primer used for the preparation of the PaFS deletion mutant.
SEQ ID NO: 17 shows the salt sequence of the R3 antisense primer used to prepare the PaFS deletion mutant.
SEQ ID NO: 18 shows the salt sequence of the R4 antisense primer used to prepare the PaFS deletion mutant.
SEQ ID NO: 19 shows the salt sequence of the R5 antisense primer used to prepare the PaFS deletion mutant.
SEQ ID NO: 20 shows the salt sequence of the sense primer used for the preparation of the PaFS point mutant (D92A).
SEQ ID NO: 21 shows the salt sequence of the antisense primer used for the preparation of the PaFS point mutant (D92A).
SEQ ID NO: 22 shows the salt sequence of the sense primer used for the preparation of the PaFS point mutant (D474A).
SEQ ID NO: 23 shows the salt sequence of the antisense primer used for the preparation of the PaFS point mutant (D474A).

Claims (17)

N端領域に(a)または(b)に記載するアミノ酸配列からなるテルペン環化酵素ドメイン、およびC端領域に(c)または(d)に記載するアミノ酸配列からなるプレニルトランスフェラーゼドメインを有するフシコッカン合成キメラ型酵素:
(a)配列番号1に示すアミノ酸配列、
(b)配列番号1に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列、
(c)配列番号2に示すアミノ酸配列、
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
Fusicoccan synthesis having a terpene cyclase domain consisting of the amino acid sequence described in (a) or (b) in the N-terminal region and a prenyltransferase domain consisting of the amino acid sequence described in (c) or (d) in the C-terminal region Chimeric enzyme:
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(B) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting or adding one or a plurality of amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, wherein the amino acid sequence encodes a protein having terpene cyclase activity;
(C) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2,
(D) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting, or adding one or more amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and encoding a protein having prenyltransferase activity.
下記(A)または(B)に記載するアミノ酸配列からなる、請求項1に記載するフシコッカン合成キメラ型酵素:
(A)配列番号3に示すアミノ酸配列、
(B)配列番号3において、1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、テルペンシクラーゼ活性およびプレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
The fusicoccan synthesizing chimeric enzyme according to claim 1, comprising the amino acid sequence described in (A) or (B) below:
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3,
(B) An amino acid sequence obtained by deleting, substituting, or adding one or more amino acid sequences in SEQ ID NO: 3, and encoding a protein having terpene cyclase activity and prenyl transferase activity.
5’側領域に(a)または(b)に記載するアミノ酸配列からなるテルペン環化酵素ドメインをコードする塩基配列、および3’側領域に(c)または(d)に記載するアミノ酸配列からなるプレニルトランスフェラーゼドメインをコードする塩基配列を有するフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子:
(a)配列番号1に示すアミノ酸配列、
(b)配列番号1に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列、
(c)配列番号2に示すアミノ酸配列、
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
It consists of a base sequence encoding a terpene cyclase domain consisting of the amino acid sequence described in (a) or (b) in the 5 ′ side region, and an amino acid sequence described in (c) or (d) in the 3 ′ side region. Fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene having a base sequence encoding a prenyltransferase domain:
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(B) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting or adding one or a plurality of amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, wherein the amino acid sequence encodes a protein having terpene cyclase activity;
(C) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2,
(D) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting, or adding one or more amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and encoding a protein having prenyltransferase activity.
下記(A)または(B)に記載するアミノ酸配列をコードする塩基配列を有する、請求項3に記載するフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子:
(A)配列番号3に示すアミノ酸配列、
(B)配列番号3において、1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、テルペンシクラーゼ活性およびプレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
The fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene according to claim 3, which has a base sequence encoding the amino acid sequence described in (A) or (B) below:
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 3,
(B) An amino acid sequence obtained by deleting, substituting, or adding one or more amino acid sequences in SEQ ID NO: 3, and encoding a protein having terpene cyclase activity and prenyl transferase activity.
5’側領域に(i)または(ii)に記載するテルペン環化酵素ドメインをコードする塩基配列、および3’側領域に(iii)または(iv)に記載するプレニルトランスフェラーゼドメインをコードする塩基配列を有する、請求項3または4に記載するフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子:
(i)配列番号4に示す塩基配列、
(ii)配列番号4に示す塩基配列と少なくとも85%の同一性を有する塩基配列であって、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質をコードする塩基配列、
(iii)配列番号5に示す塩基配列、
(iv)配列番号5に示す塩基配列と少なくとも85%の同一性を有する塩基配列であって、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードする塩基配列。
A base sequence encoding the terpene cyclase domain described in (i) or (ii) in the 5 ′ side region, and a base sequence encoding the prenyltransferase domain described in (iii) or (iv) in the 3 ′ side region The fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene according to claim 3 or 4, which has
(I) the base sequence shown in SEQ ID NO: 4,
(Ii) a base sequence having at least 85% identity with the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 and encoding a protein having terpene cyclase activity;
(Iii) the base sequence shown in SEQ ID NO: 5,
(Iv) A nucleotide sequence having at least 85% identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 and encoding a protein having prenyl transferase activity.
下記(I)または(II)に記載する塩基配列を有する、請求項3乃至5のいずれかに記載するフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子:
(I)配列番号6に示す塩基配列、
(II)配列番号6に示す塩基配列と少なくとも85%の同一性を有する塩基配列であって、テルペンシクラーゼ活性およびプレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードする塩基配列。
The fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene according to any one of claims 3 to 5, which has the base sequence described in (I) or (II) below:
(I) the base sequence shown in SEQ ID NO: 6,
(II) A base sequence having at least 85% identity with the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 and encoding a protein having terpene cyclase activity and prenyl transferase activity.
請求項3乃至6のいずれかに記載するフシコッカン合成キメラ型酵素遺伝子を含有する組み換えベクター。   A recombinant vector containing the fusicoccan synthetic chimeric enzyme gene according to any one of claims 3 to 6. 請求項7に記載する組み換えベクターを用いて宿主細胞を形質転換して得られる形質転換体。   A transformant obtained by transforming a host cell with the recombinant vector according to claim 7. 宿主細胞が大腸菌である請求項8に記載する形質転換体。   The transformant according to claim 8, wherein the host cell is Escherichia coli. 請求項8または9に記載する形質転換体を培地で培養する工程、および必要に応じて、得られる培養物からテルペンシクラーゼ活性およびプレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質を採取する工程を有する、請求項1または2に記載するフシコッカン合成キメラ型酵素の製造方法。   The method comprising culturing the transformant according to claim 8 or 9 in a medium, and, if necessary, collecting a protein having terpene cyclase activity and prenyl transferase activity from the obtained culture. 2. A method for producing a fusicoccan synthetic chimeric enzyme described in 2. 請求項8または9に記載する形質転換体を培地で培養する工程、および必要に応じて、得られる培養物からフシコッカ-2,10(14)-ジエンを採取することを特徴とする、フシコッカ-2,10(14)-ジエンの製造方法。   A step of culturing the transformant according to claim 8 or 9 in a medium, and if necessary, collecting Fusicocca-2,10 (14) -diene from the obtained culture, A process for producing 2,10 (14) -diene. 下記(a)または(b)に記載するアミノ酸配列からなるテルペン環化酵素:
(a)配列番号1に示すアミノ酸配列、
(b)配列番号1に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
Terpene cyclizing enzyme consisting of the amino acid sequence described in the following (a) or (b):
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(B) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting or adding one or more amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and encoding an amino acid sequence having terpene cyclase activity.
(a)または(b)に記載するアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるテルペン環化酵素遺伝子:
(a)配列番号1に示すアミノ酸配列、
(b)配列番号1に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
A terpene cyclase gene comprising a base sequence encoding the amino acid sequence described in (a) or (b):
(A) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1,
(B) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting or adding one or more amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and encoding an amino acid sequence having terpene cyclase activity.
下記(i)または(ii)に記載する塩基配列からなる請求項13に記載する2テルペン環化酵素遺伝子:
(i)配列番号4に示す塩基配列、
(ii)配列番号4に示す塩基配列と少なくとも85%の同一性を有する塩基配列であって、テルペンシクラーゼ活性を有するタンパク質をコードする塩基配列、
The 2-terpene cyclase gene according to claim 13, which comprises the base sequence described in (i) or (ii) below:
(I) the base sequence shown in SEQ ID NO: 4,
(Ii) a base sequence having at least 85% identity with the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 and encoding a protein having terpene cyclase activity;
下記(c)または(d)に記載するアミノ酸配列からなるプレニルトランスフェラーゼ:
(c)配列番号2に示すアミノ酸配列、
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
A prenyltransferase comprising the amino acid sequence described in (c) or (d) below:
(C) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2,
(D) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting, or adding one or more amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and encoding a protein having prenyltransferase activity.
(c)または(d)に記載するアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるプレニルトランスフェラーゼ遺伝子:
(c)配列番号2に示すアミノ酸配列、
(d)配列番号2に示すアミノ酸配列において1または複数個のアミノ酸配列が欠失、置換または付加してなるアミノ酸配列であって、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードするアミノ酸配列。
A prenyltransferase gene comprising a base sequence encoding the amino acid sequence described in (c) or (d):
(C) the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2,
(D) an amino acid sequence obtained by deleting, substituting, or adding one or more amino acid sequences in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, and encoding a protein having prenyltransferase activity.
下記(iii)または(iv)に記載する塩基配列からなる請求項16に記載するプレニルトランスフェラーゼ遺伝子:
(iii)配列番号5に示す塩基配列、
(iv)配列番号5に示す塩基配列と少なくとも85%の同一性を有する塩基配列であって、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するタンパク質をコードする塩基配列。
The prenyltransferase gene according to claim 16, which comprises the base sequence described in the following (iii) or (iv):
(Iii) the base sequence shown in SEQ ID NO: 5,
(Iv) A nucleotide sequence having at least 85% identity with the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 and encoding a protein having prenyl transferase activity.
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