JP2008505622A - Biologically safe transient protein expression in plants - Google Patents

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マリロネット,シルベストル
エングラー,カロラ
ミュールバウアー,シュテファン
ヘルツ,シュテファン
ヴェルナー,シュテファン
クリミュク,ヴィクトル
グレバ,ユーリ
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Abstract

植物又は植物の葉において目的配列から目的タンパク質を発現させることによって目的タンパク質を産生する方法であって:a)レプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列をT−DNA中に含有するアグロバクテリウム株を補完因子の存在下で植物又は植物の葉に浸潤させることによって植物又は植物の葉にトランスフェクションし、レプリコンをコードする配列は、植物ウイルスに由来する、レプリコンのレプリコン機能に必要な配列、及びレプリコンから発現されるべき目的配列を含有し、b)場合により、工程(a)で浸潤させた植物又は植物の葉から目的タンパク質を単離する、ことを含み、アグロバクテリウム株は、補完因子の非存在下では生物へのT−DNAのトランスフェクションを不良にする第1の遺伝子改変が提供されている、前記方法。  A method for producing a target protein by expressing the target protein from a target sequence in a plant or a plant leaf: a) Agrobacterium containing a heterologous DNA sequence having a sequence portion encoding a replicon in T-DNA A sequence encoding a replicon derived from a plant virus by transfecting the plant or plant leaf by infiltrating the plant or plant leaf in the presence of a complementing factor, is a sequence necessary for the replicon function of the replicon, And A) containing the target sequence to be expressed from the replicon, and b) optionally isolating the target protein from the plant or plant leaf infiltrated in step (a), wherein the Agrobacterium strain is complemented A first genetic modification that makes transfection of T-DNA into organisms poor in the absence of factors There has been provided, the method.

Description

本発明は、アグロバクテリウムによって標的植物に送達される植物ウイルスベクターに基づいた一過性発現を用いた、植物における生物学的に安全な組換えタンパク質の産生方法に関する。また、本発明は、標的宿主植物又は植物の葉における目的配列の発現方法に関する。本発明は、植物全体又は植物の部分において目的タンパク質の大規模産生を高収率で提供する、ウイルスベクターのアグロバクテリウム介在送達の使用について記載する。本発明の方法は、宿主植物へのアグロバクテリウム介在送達による一過性発現を制限する一方で、望ましくない生物への形質転換を制御する。更に、本発明は、植物又は植物の葉において目的配列を発現させるための生物学的に安全なアグロバクテリウムに関する。本発明は、生物学的安全性が上昇した、植物における高収率の工業的タンパク質産生を提供する。   The present invention relates to a method for producing biologically safe recombinant proteins in plants using transient expression based on plant viral vectors delivered to target plants by Agrobacterium. The present invention also relates to a method for expressing a target sequence in a target host plant or plant leaf. The present invention describes the use of Agrobacterium-mediated delivery of viral vectors that provide high yields of large scale production of the protein of interest in the whole plant or plant part. The methods of the present invention control the transformation into undesirable organisms while limiting transient expression by Agrobacterium-mediated delivery to the host plant. Furthermore, the present invention relates to a biologically safe Agrobacterium for expressing a target sequence in a plant or plant leaf. The present invention provides high yields of industrial protein production in plants with increased biological safety.

発明の背景
現在、植物バイオテクノロジーは、植物において外来遺伝子を送達及び発現するための2つのアプローチ:安定な形質転換と一過性発現に依拠している。後者は、アグロ浸潤又はウイルス感染に基づいて構築することができる(概説として:Fischerら、1999、Biotechnol.Appl.Biochem.、30、113−116を参照されたい)。一過性発現は、構成的な、例えば35Sプロモーターの制御下で目的遺伝子の発現を駆動する標準の発現カセットを植物組織にアグロ浸潤させることによって(Vaqueroら、1999、Proc.Natl.Acad.Sci.USA.、96、11128−11133)、又は大規模では、植物にウイルスベクターをトランスフェクションすることによって達成することができる。通常、アグロ浸潤は高収率を提供しないが、p19又はHcProのような転写後遺伝子サイレンシング(PTGS)サプレッサーとの組み合わせにより、タンパク質発現レベルを50倍まで上昇させることができる(Voinnetら、2003、Plant J.、33、549−556)。依然として、ウイルス発現システムによって達成できる生物学的限界を遙かに下回っている(Marillonnetら、2004、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、101、6852−6857)。植物組織において目的組換えタンパク質を一過性発現させるためのアグロ浸潤の使用に基づいたバイオリアクターについての記載は米国特許第6,740,526号に提供されている。しかしながら、この特許は、発現されるべきタンパク質の収率をいかにして改善するかについての記載がなく、当該技術分野において公知の他の方法に勝るものではない(Vaqueroら、1999、Proc.Natl.Acad.Sci.USA.、96、11128−11133)。一過性発現のより強力なアプローチは、ウイルスベクターの使用である。レポーター遺伝子(GFP又はDsRed)のTMVに基づいた発現は、システムの生物学的な収率限界に達することができ、新鮮な葉のバイオマス1gあたり数mgの組換えタンパク質を産生することが示された(Marillonnetら、2004、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、101、6852−6857)。そのようなシステムの相対収率は、TSPの80%まで達することができ、下流処理を著しく容易にし、費用を低下させる。そのような高い相対収率は、ウイルスによって誘導される宿主タンパク質生合成の遮断により可能である。
BACKGROUND OF THE INVENTION Plant biotechnology currently relies on two approaches for delivering and expressing foreign genes in plants: stable transformation and transient expression. The latter can be constructed based on agroinfiltration or viral infection (for review see Fischer et al., 1999, Biotechnol. Appl. Biochem., 30, 113-116). Transient expression is achieved by agroinfiltrating plant tissues with a standard expression cassette that drives expression of the gene of interest under the control of a constitutive, eg, 35S promoter (Vaquero et al., 1999, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96, 11128-11133), or on a large scale, can be achieved by transfecting a plant with a viral vector. Agroinvasion usually does not provide high yields, but protein expression levels can be increased up to 50-fold when combined with a post-transcriptional gene silencing (PTGS) suppressor such as p19 or HcPro (Vonet et al., 2003). Plant J., 33, 549-556). Still far below the biological limits achievable with viral expression systems (Marillonnet et al., 2004, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 6852-6857). A description of a bioreactor based on the use of agroinfiltration to transiently express a recombinant protein of interest in plant tissue is provided in US Pat. No. 6,740,526. However, this patent does not describe how to improve the yield of the protein to be expressed and is not superior to other methods known in the art (Vaquero et al., 1999, Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 96, 11128-11133). A more powerful approach for transient expression is the use of viral vectors. TMV-based expression of the reporter gene (GFP or DsRed) can reach the biological yield limit of the system and has been shown to produce several mg of recombinant protein per gram of fresh leaf biomass. (Marillonnet et al., 2004, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 6852-6857). The relative yield of such a system can reach up to 80% of the TSP, greatly facilitating downstream processing and reducing costs. Such a high relative yield is possible due to the blocking of host protein biosynthesis induced by the virus.

ウイルスベクターは、アグロ浸潤に用いる慣用のベクターよりも高い発現レベルを提供でき(概説として:Porta&Lomonossoff、1996、Mol.Biotechnol.、5、209−221;Yusibovら、1999、Curr.Top.Microbiol.Immunol.、240、81−94を参照されたい)、機能ゲノミクス研究の強力なツールである(Dalmayら、2000、Plant Cell、12、369−379;Ratcliffら、2001、Plant J.、25、237−245;Escobarら、2003、Plant Cell、15、1507−1523)ことは明らかである。当該技術分野における数多くの出版物及び特許がDNA及びRNAのウイルスベクターに基づいたシステムについて記載している(Kumagaiら、1994、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、90、427−430;Malloryら、2002、Nature Biotechnol.20、622−625;Morら、2003、Biotechnol.Bioeng.、81、430−437;US5316931号;US5589367号;US5866785号;US5491076号;US5977438号;US5981236号;WO02/088369号;WO02/097080号;WO98/54342号)。既存のウイルスベクターシステムは、通常、最高性能の点から見ると狭い宿主範囲に限定され、最も好適な宿主におけるそのようなベクターの発現レベルでさえシステムの生物学的な上限を遙かに下回っている。ウイルスに基づいたシステムの重要な問題は、植物細胞へのウイルスレプリコンの送達方法である。大規模産生(例えば農場又は温室において多くの植物で同時に産生すること)に最も広く適用される送達法は、RNAウイルスベクターの感染性コピーの使用である(Kumagaiら、1995、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、92、1679−1683)。組換えRNAウイルスベクターは複製サイクルのあいだに異種挿入物を喪失する傾向が比較的高いため、この方法はin vitroでDNA鋳型の転写を必要とし、したがって非効率的で高価である。   Viral vectors can provide higher expression levels than conventional vectors used for agroinvasion (for review: Porta & Lomonossoff, 1996, Mol. Biotechnol., 5, 209-221; Yusibov et al., 1999, Curr. Top. Microbiol. Immunol. , 240, 81-94), a powerful tool for functional genomics studies (Dalmay et al., 2000, Plant Cell, 12, 369-379; Ratcliff et al., 2001, Plant J., 25, 237-). 245; Escobar et al., 2003, Plant Cell, 15, 1507-1523). Numerous publications and patents in the art describe systems based on DNA and RNA viral vectors (Kumagai et al., 1994, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 427-430; Mallory et al. , 2002, Nature Biotechnol. 20, 622-625; Mor et al., 2003, Biotechnol. Bioeng., 81, 430-437; US5316931; WO02 / 097080; WO98 / 54342). Existing viral vector systems are usually limited to a narrow host range in terms of maximum performance, and even the level of expression of such vectors in the most suitable host is well below the biological upper limit of the system. Yes. An important issue with virus-based systems is how to deliver viral replicons to plant cells. The most widely applied delivery method for large scale production (eg, simultaneous production in many plants on a farm or greenhouse) is the use of infectious copies of RNA viral vectors (Kumagai et al., 1995, Proc. Natl. Acad). Sci. USA, 92, 1679-1683). Since recombinant RNA viral vectors have a relatively high tendency to lose heterologous inserts during the replication cycle, this method requires transcription of the DNA template in vitro and is therefore inefficient and expensive.

一過性経路は、非常に速いが、ウイルスの低感染性、植物の大部分にトランスフェクションすることができないこと、及び遺伝子サイズの限界のために非常に限定されている。植物細胞へ感染性ウイルスベクターを送達するためのアグロ浸潤の使用(Liu&Lomonossof、2002、J.Virol.Methods、105、343−348)、又はアグロバクテリウムによって送達されるウイルスベクター成分からのウイルスベクターの組み立て(Marillonnetら、2004、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、101、6852−6857)について記載する出版物がある。しかしながら、これらの出版物は、アグロ浸潤された植物組織のそれぞれの細胞におけるウイルスレプリコンの効率的な同調形成の問題に取り組んでおらず、更に、ベクターの伝播は細胞間移行及び浸透移行に関するウイルスの能力に依存している。この移行は比較的長期間を必要とし、通常、ウイルスベクターは感染後およそ10〜14日で最高の可能なベクター収率を提供する。これは、植物の細胞内プロセスを妨げる組換えタンパク質、特に制限酵素、プロテアーゼ、非特異的ヌクレアーゼ、多くの医薬タンパク質のような非常に細胞傷害性のタンパク質の産生には受け入れられない。逆に、アグロ浸潤によって送達される標準ベクターは、アグロ送達後3〜4日で最高の可能な発現レベルに達するが、そのようなベクターによって提供される収率は容認し難いほど低い。したがって、事実上アグロ浸潤された植物組織の全ての細胞において目的遺伝子の発現を提供するにもかかわらず、目的タンパク質を発現するための構成的プロモーターによって駆動される効率の低い標準の転写ベクターによって引き起こされる問題に直面する。反対に、アグロ送達されたウイルスベクターは高発現レベルを提供可能であるが、複製をほとんど開始せず、そのため大部分の細胞で発現を提供せず、ほんのわずかな画分のみである(アグロ浸潤された全組織の1%未満)。その結果、そのようなウイルスに基づいたベクターは発現を提供するのに著しく(3〜4倍)長期間を必要とするが、システムの生産性は、特に細胞障害性タンパク質の場合に、理論上の生産性よりも依然として低い。これは、アグロ浸潤された組織において同調発現を提供しないため、特に細胞障害性遺伝子を発現させる場合に、収率に影響を及ぼし、一過性発現システムにウイルスベクターを使用する上で重大な欠点である。また、感染した植物宿主はその組織の大部分においてウイルスベクターを含有しないため、産生プロセスから組織を除外する。更に、感染植物に対してウイルスベクターの最高の可能な伝播(及び発現レベル)を達成するのに要する時間は、標準のアグロ浸潤プロトコールと比較して3〜4倍長い。その上、一過性発現のための記載のシステムはいずれも、遺伝子操作された生物の使用を含めた工業的規模のタンパク質産生において重要な要素である、システムの生物学的安全性を高める問題に取り組んでいなかった。   The transient pathway is very fast but is very limited due to the low infectivity of the virus, the inability to transfect most of the plants, and gene size limitations. Use of agroinfiltration to deliver infectious viral vectors to plant cells (Liu & Lomonossof, 2002, J. Virol. Methods, 105, 343-348), or viral vector components from viral vector components delivered by Agrobacterium There are publications that describe assembly (Marrilonnet et al., 2004, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 101, 6852-6857). However, these publications do not address the issue of efficient synchronization of viral replicons in each cell of agro-infiltrated plant tissue, and further vector propagation is not related to viral translocation and osmotic migration. Depends on ability. This transition requires a relatively long period of time, and viral vectors usually provide the highest possible vector yield approximately 10-14 days after infection. This is unacceptable for the production of recombinant proteins that interfere with plant intracellular processes, particularly highly cytotoxic proteins such as restriction enzymes, proteases, non-specific nucleases, and many pharmaceutical proteins. Conversely, standard vectors delivered by agroinvasion reach the highest possible expression level 3-4 days after agrodelivery, but the yield provided by such vectors is unacceptably low. Thus, in spite of providing expression of the gene of interest in virtually all cells of agro-infiltrated plant tissue, it is caused by a less efficient standard transcription vector driven by a constitutive promoter to express the protein of interest. Face problems. In contrast, agro-delivered viral vectors can provide high expression levels, but rarely initiate replication and thus provide expression in most cells, with only a small fraction (agro infiltration) Less than 1% of total tissue). As a result, while such virus-based vectors require a significant (3-4 times) long period of time to provide expression, the productivity of the system is theoretically especially in the case of cytotoxic proteins. Still lower than productivity. This does not provide synchronized expression in agro-infiltrated tissues, thus affecting yield and is a significant disadvantage for using viral vectors in transient expression systems, especially when expressing cytotoxic genes. It is. Also, the infected plant host excludes the tissue from the production process because it contains no viral vectors in the majority of the tissue. Furthermore, the time required to achieve the highest possible transmission (and expression level) of viral vectors for infected plants is 3-4 times longer compared to standard agroinfiltration protocols. Moreover, any of the described systems for transient expression is an important factor in industrial scale protein production, including the use of genetically engineered organisms, a problem that increases the biological safety of the system. Did not work on.

特許化技術を含め、当該技術分野には数多くの出版物があるにもかかわらず、主に2つの主要な理由により、依然として、商業的な高収率産生のために十分な効率と収率をもって作動するウイルスに基づいた大規模産生システムは存在しない:第1に、一過性の植物ウイルスに基づいた発現システムは、通常特定の宿主に制限され、環境因子の影響を受けやすいため大規模培養に好適であり得ない。その上、これらのシステムは、通常植物宿主のある部分に制限されるため、大部分の植物バイオマスを産生プロセスから除外し、その結果、単位植物バイオマスあたりの組換え産物の相対収率を、トランスジェニック植物において慣用の転写プロモーターによって達成可能なレベルに匹敵するレベルまで最小にする;第2に、各細胞に安定に組み込まれたウイルスレプリコン前駆体を有するトランスジェニック植物宿主を作製することによってウイルスに基づいた産生システムを拡大する試みは、特に、そのような位置におけるレプリコンの標準よりも低い働き、レプリコンから発現されるべき目的遺伝子の「漏出性」、そしてベクターの効率的スイッチシステムの欠失により、解決策を提供していない。RNAレプリコン形成の誘因としてPTGSサイレンシングのサプレッサーを用いることにより、PVXに基づいたベクターにおいて多少の進展が達成されたが(Malloryら、2002、Nature Biotechnol.、20、622−625)、このシステムは、ウイルスベクターの複製を誘発するスイッチ(PTGSサプレッサー)の効率的制御を提供する解決策がないため、依然として実用的価値に遠く及ばない。しかしながら、このシステムは、この種のシステムでこれまで知られた中で最高である、合計可溶性タンパク質(TSP)の3%に達するGUS遺伝子の発現レベルを提供したが、依然として強力なプロモーターの制御下の慣用のトランス遺伝子発現システムよりも良好ではない。植物3分節RNAウイルス、ブロムモザイクウイルス(BMV)に基づいた他の誘導性システム(Moriら、2001、Plant J.、27、79−86)は、目的タンパク質の収率が非常に低かった(3〜4μg/g新鮮重)。これは標準の転写プロモーターによって提供される収率と匹敵する。   Despite numerous publications in the field, including patented technology, there are still sufficient efficiency and yield for commercial high-yield production, mainly for two main reasons. There is no large-scale production system based on a working virus: First, a transient plant virus-based expression system is usually restricted to a specific host and is susceptible to environmental factors, so large-scale culture Cannot be suitable. Moreover, because these systems are usually limited to a certain part of the plant host, most plant biomass is excluded from the production process, resulting in the relative yield of recombinant product per unit plant biomass being transduced. Minimizing to a level comparable to that achievable by conventional transcriptional promoters in transgenic plants; second, by creating a transgenic plant host with a viral replicon precursor stably integrated into each cell. Attempts to expand the production system based on, in particular, work lower than the standard for replicons in such positions, “leakage” of the gene of interest to be expressed from the replicon, and lack of an efficient switch system in the vector Does not provide a solution. Although some progress has been achieved in PVX-based vectors by using PTGS silencing suppressors as triggers for RNA replicon formation (Mallory et al., 2002, Nature Biotechnol., 20, 622-625), However, there is no solution that provides efficient control of the switch that induces viral vector replication (PTGS suppressor), so it remains far from practical value. However, this system provided an expression level of the GUS gene that reached 3% of the total soluble protein (TSP), the best known so far in this type of system, but still under the control of a strong promoter. No better than conventional transgene expression systems. Other inducible systems (Mori et al., 2001, Plant J., 27, 79-86) based on the plant tri-segment RNA virus, brom mosaic virus (BMV), produced very low yields of the target protein (3 ˜4 μg / g fresh weight). This is comparable to the yield provided by a standard transcription promoter.

植物発現システムを用いてこれまでに達成された発現レベルの低さが、これらのシステムが細菌細胞、真菌細胞、又は昆虫細胞の発現システムのような他の発現システムとほとんど競合しない主な理由である。低発現レベルは、植物材料の巨大なバックグラウンドにおけるタンパク質の単離精製のための下流費用を非常に高くする。したがって、単位植物バイオマスあたりの目的タンパク質又は目的産物の収率が増加するにつれて、下流処理費用が急激に減少する。   The low level of expression achieved so far using plant expression systems is the main reason why these systems rarely compete with other expression systems such as bacterial, fungal, or insect cell expression systems. is there. The low expression level makes the downstream costs for the isolation and purification of proteins in a huge background of plant material very high. Therefore, as the yield of the target protein or target product per unit plant biomass increases, the downstream processing cost decreases rapidly.

現在、細菌細胞、真菌細胞、又は昆虫細胞の発現システムのような他の大規模発現システムを用いた市場で競合するほど収率及び効率が十分に高い植物の大規模な一過性発現システムはない。そのような植物の発現は以下の基準をできるだけ良好に満たす必要があるであろう:
(i)できるだけ多くの植物組織及び組織の多くの細胞における目的タンパク質の発現を含め、高収率であること;
(ii)植物細胞の生存に対するタンパク質発現の有害な効果を防止するには、目的タンパク質又は目的産物の発現は、処置された植物又は植物組織の全ての植物細胞において同時に開始する必要がある。
Currently, large-scale transient expression systems for plants with sufficiently high yield and efficiency to compete in the market with other large-scale expression systems such as bacterial, fungal, or insect cell expression systems are Absent. The expression of such plants will need to meet the following criteria as well as possible:
(I) high yield, including expression of the protein of interest in as many plant tissues and as many cells of the tissue as possible;
(Ii) To prevent the detrimental effect of protein expression on plant cell survival, expression of the target protein or target product must be initiated simultaneously in all plant cells of the treated plant or plant tissue.

典型的には、目的タンパク質又は目的産物は、産物又はタンパク質を産生する各細胞にある時点まで蓄積する。しかしながら、蓄積のあいだ、分解過程が進むことが多く、目的タンパク質若しくは目的産物の収率又は品質が低下する傾向にある。したがって、発現スイッチが入った後、目的産物又は目的タンパク質を収穫すべき最適な時点がある。全体的な工程を効率的で収益性のあるものにするには、この最適な時点は、植物の全ての組織又は細胞において、そして選択したロットの全ての植物において同時に到達すべきである;
(iii)システムは、向上したバイオセイフティー性を組み込み、アグロ浸潤に用いるアグロバクテリウムは、少なくとも1つの以下の特徴を有するであろう:開かれた環境における生存率が低いか又はゼロであり、非標的生物又は非標的植物に対する感染性が低いか又はゼロである。
Typically, the target protein or target product accumulates to a certain point in each cell that produces the product or protein. However, the decomposition process often proceeds during accumulation, and the yield or quality of the target protein or target product tends to decrease. Therefore, after the expression switch is turned on, there is an optimal time to harvest the target product or target protein. To make the overall process efficient and profitable, this optimal time point should be reached simultaneously in all tissues or cells of the plant and in all plants of the selected lot;
(Iii) The system incorporates improved biosafety, and Agrobacterium used for agroinfiltration will have at least one of the following characteristics: low or zero survival in an open environment Infectivity to non-target organisms or non-target plants is low or zero.

したがって、本発明の目的は、大規模応用に拡大可能であり、発現すべきタンパク質の収率が高く、そして同時に、非標的生物を外来DNAでトランスフェクション又は形質転換する可能性が低い、生物学的に安全な、植物システムにおいてタンパク質を発現させる方法を提供することである。   Thus, the object of the present invention can be extended to large-scale applications, with high yields of proteins to be expressed, and at the same time, less likely to transfect or transform non-target organisms with foreign DNA. It is to provide a safe method for expressing proteins in plant systems.

発明の一般的な説明
この目的は、標的植物又は標的植物の葉における目的配列からの目的タンパク質の一過性発現による目的タンパク質の産生方法によって達成され、この方法は:
レプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列をT−DNA中に含有するアグロバクテリウム株を補完因子の存在下又は非存在下で植物又は植物の葉に浸潤させることによって植物又は植物の葉にトランスフェクションすることを含み、
レプリコンをコードする配列は、
(i)植物ウイルスに由来する、レプリコンのレプリコン機能に必要な配列、及び
(ii)発現されるべき目的配列、
を含有し、アグロバクテリウム株は、補完因子の非存在下では植物又は植物の葉を含めた生物へのT−DNAのトランスフェクションを不良にする第1の遺伝子改変が提供されている。
General description of the invention This object is achieved by a method of producing a target protein by transient expression of the target protein from the target sequence in the target plant or the target plant leaves, which method comprises:
A plant or a plant leaf is infiltrated with an Agrobacterium strain containing a heterologous DNA sequence having a sequence portion encoding a replicon in T-DNA in the presence or absence of a complementing factor. Including transfection,
The sequence encoding the replicon is
(I) a sequence necessary for a replicon function of a replicon derived from a plant virus, and (ii) a target sequence to be expressed,
And Agrobacterium strains are provided with a first genetic modification that makes transfection of T-DNA into plants, including plants or plant leaves, poor in the absence of a complement factor.

更に、本発明は、
(i)上で定義した通りのアグロバクテリウム株、及び
(ii)上で定義したアグロバクテリウム株の欠陥を補完可能な補完因子をコードする植物又はその種子、
を含むキット部品を提供する。
Furthermore, the present invention provides
(I) an Agrobacterium strain as defined above, and (ii) a plant or seed thereof encoding a complementing factor capable of complementing the defects of the Agrobacterium strain defined above,
A kit part is provided.

更に、本発明は、
(i)上で定義した通りのアグロバクテリウム株、及び
(ii)上で定義したアグロバクテリウム株の欠陥を補完可能な補完因子をコードする第2のアグロバクテリウム株、
を含む、キット部品を提供する。
Furthermore, the present invention provides
(I) an Agrobacterium strain as defined above, and (ii) a second Agrobacterium strain encoding a complementing factor capable of complementing the defects of the Agrobacterium strain defined above,
A kit part is provided.

更に、本発明は:
(i)補完因子の非存在下では植物又は植物の葉の細胞へのT−DNAの導入に必要な細菌の機能を不良にする第1の遺伝子改変を有し、
(ii)他の細菌へのプラスミド伝達の接合能が不良であり、そして
(iii)アグロバクテリウムの増殖に必要な主要代謝産物に対して栄養要求性である、
ことを特徴とする、本発明の方法のためのアグロバクテリウム属の細菌を提供する。
Furthermore, the present invention provides:
(I) having a first genetic modification that, in the absence of a complementing factor, impairs bacterial function required for introduction of T-DNA into a plant or plant leaf cell;
(Ii) poor conjugation capacity for plasmid transfer to other bacteria, and (iii) auxotrophic for the major metabolites required for Agrobacterium growth;
Agrobacterium of the genus Agrobacterium for the method of the present invention is provided.

自然の一般的原理によれば、1つの特性の改良は他の特性に負に影響する傾向があり、逆も同様であるため、システムの2以上の対立する特性を同時に向上させることは困難である。植物に基づいたタンパク質発現システムでは、発現されるべきタンパク質の高発現レベルを達成することと、高い生物学的安全性を達成することを同時に達成することは、高発現効率はシステムの選択性を低下させ、よって生物学的安全性が低い傾向にあるため困難である。例えば、高率発現システムを達成するために植物の感染に用いるアグロバクテリウム株を非常に感染性にする場合、アグロバクテリウム株は、非標的植物に形質移入する可能性が高く、組換えT−DNAが環境中に伝播する傾向があるが、これは回避しなければならない。一方、アグロバクテリウム株の感染性を低くすることによって生物学的安全性を改善する場合、標的植物における形質移入及び発現効率は劣るであろう。したがって、生物学的安全性と発現効率はそのように対立する特性である。   According to the general principles of nature, improving one characteristic tends to negatively affect the other, and vice versa, making it difficult to simultaneously improve two or more opposing characteristics of a system. is there. In a plant-based protein expression system, achieving high expression levels of the protein to be expressed and simultaneously achieving high biological safety means that high expression efficiency increases system selectivity. This is difficult because it tends to be low and thus biological safety tends to be low. For example, if an Agrobacterium strain used to infect a plant to achieve a high rate expression system is highly infectious, the Agrobacterium strain is likely to be transfected into a non-target plant and the recombinant T -There is a tendency for DNA to propagate into the environment, but this must be avoided. On the other hand, if the biological safety is improved by reducing the infectivity of the Agrobacterium strain, the transfection and expression efficiency in the target plant will be poor. Thus, biological safety and expression efficiency are such conflicting characteristics.

植物に基づいたタンパク質発現システムへの要求は、システムを大規模応用、即ち多くの植物又は多くの植物の葉における同時発現に適合させる必要がある場合、より複雑になってさえいる。一方、大規模応用における生物学的安全性は、トランスジェニック生物が開放環境に拡張する可能性がより高まるため、より重要である。一方、高タンパク質発現効率及び高収率は、経済的に競合し得る方法を達成するには、大規模応において必須である。   The need for plant-based protein expression systems is even more complex when the system needs to be adapted for large-scale applications, ie, co-expression in the leaves of many plants or many plants. On the other hand, biological safety in large-scale applications is more important because it increases the likelihood that the transgenic organism will expand into an open environment. On the other hand, high protein expression efficiency and high yield are essential in large scale applications to achieve economically competitive methods.

本発明は、目的タンパク質を産生するための、大規模で非常に効率的且つ生物学的に安全な方法を作製するための手段を初めて提供する。
本発明の方法では、目的タンパク質は、植物又は植物の葉において目的配列から一過性に発現される。一過性発現は、植物又は植物の葉の一過性トランスフェクションによって達成される。「一過性トランスフェクション」という用語は、異種DNA配列の導入が、植物染色体へ異種DNA配列を安定に組み込むためにトランスフェクションされた細胞を選択することなく行われることを意味する。目的配列は目的タンパク質をコードする。目的配列は、外来DNAを植物細胞へ導入可能なアグロバクテリウム株を用いて植物又は植物の葉へ導入される。目的配列は、レプリコンが由来する植物ウイルスに対して異種である。即ち、本発明の方法は、植物又は植物の葉を野生型植物ウイルスで形質転換する場合を含まない。DNA配列は異種目的配列を含有するため異種である。目的配列は、アグロバクテリウム株に対して固有の配列でないことが好ましい。
The present invention provides for the first time a means for producing a large scale, highly efficient and biologically safe method for producing a protein of interest.
In the method of the present invention, the target protein is transiently expressed from the target sequence in a plant or plant leaf. Transient expression is achieved by transient transfection of plants or plant leaves. The term “transient transfection” means that the introduction of a heterologous DNA sequence is performed without selecting transfected cells to stably integrate the heterologous DNA sequence into the plant chromosome. The target sequence encodes the target protein. The target sequence is introduced into a plant or plant leaf using an Agrobacterium strain capable of introducing foreign DNA into a plant cell. The target sequence is heterologous to the plant virus from which the replicon is derived. That is, the method of the present invention does not include the case where a plant or plant leaf is transformed with a wild type plant virus. DNA sequences are heterogeneous because they contain heterologous target sequences. The target sequence is preferably not unique to the Agrobacterium strain.

植物又は植物の葉をアグロバクテリウム株で一過性にトランスフェクションする。植物又は植物の葉は、植物の多くの細胞及び多くの組織が1つの作業工程でトランスフェクションされるようにトランスフェクションされる必要がある。これは、アグロ浸潤によって最高に達成することができるが、植物又は植物の葉の主要部分のトランスフェクションを可能にする他の方法も適用することができる。したがって、植物又は植物の葉にアグロバクテリウム株を浸潤させることによって植物又は植物の葉に一過性にトランスフェクションすることが好ましい。浸潤は、システムの効率に顕著に寄与するため、本発明の重要な要素である。効率が高い程、植物又は植物の細胞のより多くの細胞が目的タンパク質を発現し、さまざまな組織及び細胞において発現開始が良好に同調する。浸潤は、植物又は植物の葉の多くの細胞を1つの作業工程で形質転換することを可能にし、それにより、目的タンパク質の発現がさまざまな植物組織及び植物のさまざまな部分において進む時点が実質的に同調する。更に、浸潤は、かなりの割合の植物又は植物の葉の細胞が形質転換される可能性を実質的に増加させる。したがって、レプリコンの遠隔距離移行の可能性は、全体的な効率を更に増加させることができるが、トランスフェクション及び発現は、植物又は植物の葉におけるレプリコンの遠隔距離移行に依存しない。   Plants or plant leaves are transiently transfected with Agrobacterium strains. Plants or plant leaves need to be transfected so that many cells and many tissues of the plant are transfected in one working step. This can best be achieved by agroinfiltration, but other methods that allow transfection of the main parts of the plant or plant leaf can also be applied. Therefore, it is preferable to transiently transfect plants or plant leaves by infiltrating the plant or plant leaves with an Agrobacterium strain. Infiltration is an important element of the present invention because it significantly contributes to the efficiency of the system. The higher the efficiency, the more cells of the plant or plant cells express the protein of interest and the better the onset of expression in various tissues and cells. Invasion allows transformation of many cells of a plant or plant leaf in a single work step, so that the point at which expression of the protein of interest proceeds in various plant tissues and in various parts of the plant is substantial. Tune in. Furthermore, infiltration substantially increases the likelihood that a significant percentage of plants or plant leaf cells will be transformed. Thus, the possibility of remote distance transfer of the replicon can further increase the overall efficiency, but transfection and expression are not dependent on remote distance transfer of the replicon in the plant or plant leaf.

本発明の方法は、植物への大規模な応用のため、即ち多くの植物で平行して実施するためにデザインされる。本発明の方法では、好ましくは少なくとも5、より好ましくは少なくとも10、より好ましくは少なくとも30、更により好ましくは少なくとも100、最も好ましくは少なくとも1000の植物にアグロバクテリウム株を平行してトランスフェクションする。   The method of the present invention is designed for large-scale application to plants, i.e. to be performed in parallel on many plants. In the method of the present invention, preferably at least 5, more preferably at least 10, more preferably at least 30, even more preferably at least 100, most preferably at least 1000 plants are transfected in parallel with Agrobacterium strains.

本発明の方法を植物全体で実施する場合、トランスフェクション(好ましくは浸潤)は植物のいくつかの部分で行う。例えば、大部分の葉とトランスフェクションするか浸潤させる。全ての葉をトランスフェクションするか浸潤させることが好ましい。より好ましくは、植物の全ての葉及び茎をトランスフェクションするか浸潤させる。目的タンパク質を単離するためにその後収穫される全ての組織をトランスフェクションするか浸潤させるべきである。根における発現及び収穫はシステムの全体的な効率を更に増加させることができるが、通常、根を浸潤させる必要はない。アグロバクテリウム株の懸濁液中に植物を逆さにしてサッと浸し、真空を適用し、その後真空を急速に開放することによって植物全体又は少なくともその土の上の部分を浸潤させることができる。この手順は、規模を拡大することができ、多くの植物に順々に又は同時に適用することができる。   When the method of the invention is carried out on the whole plant, transfection (preferably infiltration) is carried out on several parts of the plant. For example, transfect or infiltrate most leaves. It is preferred to transfect or infiltrate all leaves. More preferably, all leaves and stems of the plant are transfected or infiltrated. All tissues subsequently harvested to isolate the protein of interest should be transfected or infiltrated. Although expression and harvest in the roots can further increase the overall efficiency of the system, it is usually not necessary to infiltrate the roots. The whole plant, or at least the top part of its soil, can be infiltrated by immersing the plant upside down in a suspension of an Agrobacterium strain, applying a vacuum, and then quickly releasing the vacuum. This procedure can be scaled up and applied to many plants in sequence or simultaneously.

本発明の方法を植物の葉で行う場合、葉の1以上の領域で浸潤を行う。好ましくは、葉に噴霧するか、アグロバクテリウム株の懸濁液にサッと浸し、好ましくは、その後アグロバクテリウム細胞を葉の組織に押し付けるか又は吸収させる。本発明にしたがい使用する植物の葉は、植物に付いていることが好ましい。本発明の方法は植物組織培養物で行わないことが好ましい。   When the method of the present invention is performed on plant leaves, infiltration is performed on one or more regions of the leaves. Preferably, the leaves are sprayed or dipped in a suspension of an Agrobacterium strain, preferably after which Agrobacterium cells are pressed or absorbed into the leaf tissue. The leaves of the plant used according to the present invention are preferably attached to the plant. The method of the present invention is preferably not performed on plant tissue culture.

浸潤又はアグロ浸潤はアグロバクテリウム懸濁液を用いたトランスフェクション法として定義することができ、アグロバクテリウムを植物組織(細胞間隙)に押し付けるために圧力差を用いる。   Invasion or Agroinvasion can be defined as a transfection method using Agrobacterium suspension, and pressure difference is used to press Agrobacterium against plant tissues (cell gap).

あるいは、ウイルス粒子を送達するために行ったようにして(Pogueら、2002、Annu.Rev.Phytopathol.、40、45−74)、アグロバクテリウムと研磨剤との混合物を植物へ展開するための高圧噴霧装置を用いてアグロバクテリウムを植物組織へ送達することができる。   Alternatively, as is done to deliver virus particles (Pogue et al., 2002, Annu. Rev. Phytopathol., 40, 45-74) to deploy a mixture of Agrobacterium and abrasive to plants Agrobacterium can be delivered to plant tissue using a high pressure spray device.

アグロバクテリウム株は、補完因子の非存在下ではT−DNAの生物への形質移入を不良にする第1の遺伝子改変を提供される。これは、生物学的安全性を向上させるための本発明の必須要素である。この生物は、異種DNA配列によるトランスフェクションが望ましくない生物である(「非標的生物」)。非標的生物は、とりわけ、植物及び細菌又は真菌のような微生物である。補完因子の非存在下では、本発明の植物種は非標的生物でもない。補完因子の非存在下では、アグロバクテリウム株は、そのような非標的生物に感染することも形質導入することも不良であり、好ましくは不可能である。   The Agrobacterium strain is provided with a first genetic modification that makes T-DNA poorly transfected into the organism in the absence of complementing factors. This is an essential element of the present invention for improving biological safety. This organism is an organism in which transfection with heterologous DNA sequences is undesirable ("non-target organism"). Non-target organisms are, inter alia, plants and microorganisms such as bacteria or fungi. In the absence of a complement factor, the plant species of the invention is not a non-target organism. In the absence of complementing factors, Agrobacterium strains are not capable of infecting or transducing such non-target organisms and are preferably not possible.

アグロバクテリウム株、植物(又は植物の葉)、及び補完因子は、アグロバクテリウム株による植物の感染時、目的配列のトランスフェクション及び/又は発現を可能にするために選択され、一方で非標的生物のトランスフェクション及び/又は発現は起こりそうにない。非標的生物のトランスフェクションに関するアグロバクテリウム株欠陥、好ましくは不能は、アグロバクテリウム株の以後第1の遺伝子改変を称する遺伝子改変によって達成される。   Agrobacterium strains, plants (or plant leaves), and complement factors are selected to allow transfection and / or expression of the target sequence upon infection of the plant by the Agrobacterium strain, while non-targeting Organism transfection and / or expression is unlikely. The Agrobacterium strain deficiency, preferably inability, with respect to transfection of non-target organisms is achieved by genetic modification, referred to hereinafter as the first genetic modification of the Agrobacterium strain.

第1の遺伝子改変は、植物又は植物の葉の細胞へのT−DNAの導入に必要なアグロバクテリウム株の機能を不良にすることが好ましい。これは、標的生物のトランスフェクションに必要な機能をコードするアグロバクテリウム遺伝子を欠失又は分裂させることによって達成することができる。そのような機能は、とりわけ、Ti−プラスミド上、例えば植物又は植物の葉の細胞へ導入すべきT−DNAを有するTi−プラスミド上にコードされる。そのような遺伝子の例は、アグロバクテリウム遺伝子VirE2、GALLS、及びVirFである。   The first genetic modification preferably makes the function of the Agrobacterium strain necessary for introduction of T-DNA into a plant or plant leaf cell poor. This can be accomplished by deleting or disrupting the Agrobacterium gene that encodes a function required for transfection of the target organism. Such a function is encoded inter alia on a Ti-plasmid, for example a Ti-plasmid having T-DNA to be introduced into a plant or plant leaf cell. Examples of such genes are the Agrobacterium genes VirE2, GALLS, and VirF.

他の態様では、第1の遺伝子改変は、アグロバクテリウム株を栄養要求性にし、それにより、その増殖を外部から加えられた代謝産物依存性にする。外部から加えられた代謝産物の非存在下では、アグロバクテリウム株は、生物にT−DNAをトランスフェクションすることができない。   In other embodiments, the first genetic modification renders the Agrobacterium strain auxotrophic, thereby making its growth dependent on exogenously added metabolites. In the absence of externally added metabolites, Agrobacterium strains cannot transfect organisms with T-DNA.

更なる態様では、第1の遺伝子改変として、生物のトランスフェクションに必要なアグロバクテリウム株の機能を、化学的に調節された異種プロモーターの制御下に置く。そのような遺伝子の例は、アグロバクテリウム遺伝子VirE2、GALLS、及びVirFであり、例えば、lacプロモーターの制御下に置くことができる。そのような態様では、補完因子は化学的に調節されたプロモーターを調節可能な小分子化合物である。lacプロモーターの場合、補完因子はIPTG又は乳糖であり得る。したがって、植物又は植物の葉に適用されるアグロバクテリウム懸濁液は、植物の感染、及び好ましくは植物の細胞へのT−DNAの導入を可能にする、IPTG又は乳糖のような小分子化合物を含有することができる。   In a further embodiment, as a first genetic modification, the function of the Agrobacterium strain required for transfection of the organism is placed under the control of a chemically regulated heterologous promoter. Examples of such genes are the Agrobacterium genes VirE2, GALLS, and VirF, which can be placed, for example, under the control of the lac promoter. In such embodiments, the complementing factor is a small molecule compound that can regulate a chemically regulated promoter. In the case of the lac promoter, the complement factor can be IPTG or lactose. Thus, Agrobacterium suspensions applied to plants or plant leaves allow small molecule compounds such as IPTG or lactose to allow plant infection and preferably introduction of T-DNA into plant cells. Can be contained.

他の態様では、第1の遺伝子改変は、アグロバクテリウム株を条件的致死性にし、補完因子は、アグロバクテリウム株の生存に必要な、アグロバクテリウム株の主要代謝産物である。   In other embodiments, the first genetic modification renders the Agrobacterium strain conditional lethal and the complementing factor is the major metabolite of the Agrobacterium strain that is necessary for the survival of the Agrobacterium strain.

上記態様は組み合わせることができる。例えば、アグロバクテリウム株が、植物又は植物の葉の細胞へのT−DNAの導入に必要な機能が不良である場合、システムの生物学的安全性を高めるために、更に栄養要求性及び/又は条件的致死性であることができる。   The above aspects can be combined. For example, if the Agrobacterium strain is deficient in the function required for the introduction of T-DNA into a plant or plant leaf cell, to further increase the biological safety of the system and / or Or it can be conditionally lethal.

補完因子は、第1の遺伝子改変によって不良にされた機能を提供する。補完因子の存在下では、不良のアグロバクテリウム株による植物又は植物の葉の細胞へのT−DNAのトランスフェクションが回復する。補完因子は小分子化合物であることができ、又は第1の遺伝子改変に依存して、タンパク質又は該タンパク質をコードする核酸のようなポリマー性化合物であることもできる。アグロバクテリウム株が栄養要求性である場合、補完因子はアグロバクテリウム株の増殖及び感染性を可能にする。アグロバクテリウム株が、第1の遺伝子改変として不良のVirE2、GALLS、及びVirF遺伝子を有する場合、補完因子はそれぞれVirE2、GALLS、又はVirFであるか、それらをコードする。アグロバクテリウム株が化学的に調節されたプロモーターの制御下にある場合、補完因子は、化学的に調節されたプロモーターを調節可能な、好ましくは誘導可能な小分子化合物であることができる。   The complement factor provides a function that has been compromised by the first genetic modification. In the presence of the complementing factor, the transfection of T-DNA into the plant or plant leaf cells by the defective Agrobacterium strain is restored. The complement factor can be a small molecule compound or, depending on the first genetic modification, a polymeric compound such as a protein or a nucleic acid encoding the protein. If the Agrobacterium strain is auxotrophic, the complementing factor allows the Agrobacterium strain to grow and infect. If the Agrobacterium strain has the defective VirE2, GALLS, and VirF genes as the first genetic modification, the complementing factors are VirE2, GALLS, or VirF, respectively, or encode them. If the Agrobacterium strain is under the control of a chemically regulated promoter, the complementing factor can be a small molecule compound capable of regulating, preferably inducible, a chemically regulated promoter.

補完因子は、その目的を遂行できるように提供される必要がある。補完因子が小分子化合物である場合、植物又は植物の葉の浸潤に用いるアグロバクテリウム株の水性懸濁液中に存在し得る。補完因子がタンパク質である場合も、この水性懸濁液に加えることができる。しかしながら、タンパク質である補完因子(例えばVirE2、GALLS、又はVirF)はDNAにコードされ、浸潤時、植物又は植物の葉に存在するように提供されることが好ましい。1つの態様では、植物又は植物の葉に、補完因子又はそれをコードするDNAを植物又は植物の葉に導入可能な第2のアグロバクテリウム株を浸潤させる。第2のアグロバクテリウム株は、第1の遺伝子改変を有さず、本発明の異種DNA配列も有さないアグロバクテリウム株であることが好ましい。本発明のアグロバクテリウム株及び第2のアグロバクテリウム株は、植物又は植物の葉を浸潤させる際、混合物として用いることができる。少量のそのような混合物が(好ましくは含まれている)本発明の方法を実施する環境を逃れるならば、そのようなアグロバクテリウム株の混合物は、2つの株が互いに近接する可能性を迅速に低下させるように迅速に希釈される。したがって、非標的生物は2つのアグロバクテリウム株に同時に触れず、よって、人工核酸も外来核酸も(例えば異種DNA配列)そのような非標的生物を形質転換しないであろう。   Supplementary factors need to be provided to fulfill their purpose. If the cofactor is a small molecule compound, it can be present in an aqueous suspension of an Agrobacterium strain used for plant or plant leaf infiltration. If the cofactor is a protein, it can also be added to this aqueous suspension. However, it is preferred that a complementing factor that is a protein (eg, VirE2, GALLS, or VirF) is encoded by DNA and provided to be present in the plant or plant leaf upon infiltration. In one embodiment, a plant or plant leaf is infiltrated with a second Agrobacterium strain that can introduce a complement factor or DNA encoding the plant into the plant or plant leaf. The second Agrobacterium strain is preferably an Agrobacterium strain that does not have the first genetic modification and does not have the heterologous DNA sequence of the present invention. The Agrobacterium strain and the second Agrobacterium strain of the present invention can be used as a mixture when infiltrating plants or plant leaves. If a small amount of such a mixture (preferably included) escapes the environment for carrying out the method of the present invention, a mixture of such Agrobacterium strains will quickly increase the likelihood that the two strains will be in close proximity to each other. Diluted quickly to lower. Thus, non-target organisms will not touch two Agrobacterium strains simultaneously, and therefore neither artificial nucleic acids nor foreign nucleic acids (eg, heterologous DNA sequences) will transform such non-target organisms.

他のより好ましい態様では、補完因子は植物又は植物の葉で安定に又は一過性に発現する。補完因子の安定な発現が好ましい。この態様では、植物は、補完因子をコードする遺伝子改変(以下及び特許請求の範囲において「第2の遺伝子改変」と称する)を提供される。アグロバクテリウム株は第2の遺伝子改変を有する植物を排他的に形質転換するため、高度な生物学的安全性はこのようにして達成することができる。アグロバクテリウム株が望ましくない生物又は望ましくない植物を形質転換する可能性は、これらの生物は第2の遺伝子改変を欠失しているため、非常に低い。   In other more preferred embodiments, the complement factor is stably or transiently expressed in the plant or plant leaf. Stable expression of the complement factor is preferred. In this aspect, the plant is provided with a genetic modification encoding a complement factor (hereinafter referred to as “second genetic modification” in the claims). Since the Agrobacterium strain exclusively transforms plants with the second genetic modification, a high degree of biological safety can be achieved in this way. The likelihood that Agrobacterium strains will transform undesirable organisms or plants is very low because these organisms lack the second genetic modification.

これまでに記載した方法の生物学的安全性をさまざまな方法で更に向上させることができる。レプリコンをコードする配列部分は、植物又は植物の葉においてレプリコンの伝播を可能にする機能が不良のレプリコンをコードすることができる。当該機能は、レプリコンの遠隔距離移行又は細胞間移行のための機能、例えばそれぞれウイルスコートタンパク質又はウイルス移行タンパク質であり得る。レプリコンは少なくとも遠隔距離移行の可能性を欠失していることが好ましく、それにより、他の植物へのレプリコンの伝播を回避することができる。遠隔距離移行の可能性の欠失は、原理的にはタンパク質発現効率に不都合であり得る。しかしながら、本発明のシステムでは、本発明の他の要素によって、例えば、植物又は植物の葉の主要部分を浸潤させることによって、及び/又は以下に記載するRNAレプリコン形成の改良方法によって、この不都合を補完することができる。   The biological safety of the methods described so far can be further improved in various ways. The sequence portion encoding the replicon can encode a replicon with a poor function that allows propagation of the replicon in the plant or plant leaf. The function can be a function for remote distance transfer or cell-to-cell transfer of a replicon, such as a virus coat protein or a virus transfer protein, respectively. Preferably, the replicon lacks at least the possibility of remote distance transfer, thereby avoiding the propagation of the replicon to other plants. Deletion of the possibility of distant migration can in principle be inconvenient for protein expression efficiency. However, the system of the present invention overcomes this disadvantage by other elements of the present invention, for example, by infiltrating a plant or a major part of a plant leaf, and / or by the improved methods of RNA replicon formation described below. Can be complemented.

生物学的安全性を更に改良するための他のアプローチは、腫瘍抑制活性タンパク質Osa(REF)を発現する植物のトランスフェクションにアグロバクテリウム株を用いること、及びvirE2遺伝子を提供するための第2のアグロバクテリウム株を用いることである。更に、アグロバクテリウム株は、非標的生物へのT−DNA伝達を低下させるために、遺伝子改変された菌体数感知システム又は病原性誘発調節システムを有することができる。   Other approaches to further improve biological safety are the use of Agrobacterium strains for transfection of plants expressing the tumor suppressor active protein Osa (REF) and a second to provide the virE2 gene. Of Agrobacterium strains. Furthermore, the Agrobacterium strain can have a genetically modified cell number sensing system or pathogenicity-inducing regulatory system to reduce T-DNA transmission to non-target organisms.

本発明の方法の生物学的安全性は、アグロバクテリウム株が、プラスミドDNAの他の細菌への接合性伝達を不良にする更なる遺伝子改変を有するように改良することもできる。接合性伝達は、以下のアグロバクテリウム遺伝子:oriT、traG、及びtraFのうちの少なくとも1つの機能を無効にすることによって達成することができる。   The biological safety of the method of the present invention can also be improved so that Agrobacterium strains have further genetic modifications that make plasmid DNA poorly transmitted to other bacteria. Conjugative transmission can be achieved by disabling the function of at least one of the following Agrobacterium genes: oriT, traG, and traF.

異種DNA配列の配列部分はDNAレプリコンをコードしてもRNAレプリコンをコードしてもよい。RNAレプリコンが好ましく、以下の記載はほとんどRNAレプリコンをコードする配列部分に関係する。   The sequence portion of the heterologous DNA sequence may encode a DNA replicon or an RNA replicon. An RNA replicon is preferred, and the following description mostly relates to the sequence portion encoding the RNA replicon.

レプリコンをコードする配列部分は、レプリコン形成に必要な配列と、レプリコンから発現されるべき目的配列とを含有する。発現されるべき目的配列は、典型的には目的タンパク質をコードし、レプリコンから、又はRNAレプリコンのサブゲノムRNAから目的タンパク質を翻訳するための調節配列を含有することができる。   The sequence portion encoding the replicon contains a sequence necessary for replicon formation and a target sequence to be expressed from the replicon. The target sequence to be expressed typically encodes the target protein and can contain regulatory sequences for translating the target protein from the replicon or from the subgenomic RNA of the RNA replicon.

レプリコンがRNAレプリコンである場合、レプリコン(i)のRNAレプリコン機能に必要な配列は、とりわけ前者が後者のDNAコピー(例えばcDNA)である場合におけるRNAウイルスの配列に相当する。DNAレプリコンの場合、レプリコン機能に関する配列は、細胞核で複製するための機能を有するDNAレプリコンを提供する;DNAレプリコンは、異種DNA配列又はその部分を鋳型として用いる複製によって異種DNA配列から形成することができる。RNAレプリコンの場合、レプリコン形成に関する配列は、細胞質で複製するための機能を有するRNAレプリコンを提供する。RNAレプリコン機能に関する配列は、典型的には、RNA依存性RNAポリメラーゼ(RdRp、レプリカーゼ)のような複製に関与する1以上のタンパク質をコードする。レプリコン機能に関する配列は、更に、サブゲノムプロモーター、転写エンハンサー、又は翻訳エンハンサーのようなレプリカーゼの発現に必要な機能であるか又はそれをコードすることができる。植物におけるRNAウイルスの細胞間伝播又は浸透伝播に関与する移行タンパク質又はコートタンパク質のようなタンパク質は、異種DNA配列中に存在し得るが、レプリコン機能を有さない。いずれにしても、レプリコンをコードする配列部分は野生型植物ウイルスをコードしない。レプリコン機能に関する配列は、植物RNAウイルスはレプリコン機能のための容易に接近可能な供給源であるため、植物RNAウイルスの配列に由来することが好ましい。RNAレプリコンの場合、「由来する」とは、レプリコン機能に関する配列が、RNAウイルスの対応する配列のDNAコピーであり、DNAコピーは細胞核に含有される異種DNA配列に組み込まれることを意味する。「由来する」とは、レプリコン機能に関する配列は、RNAウイルスの対応するRNA配列の正確なDNAコピーである必要はないが、以下に記載するように、機能保存的な相違を発揮できるという意味を含む。相違は機能保存的であるため、レプリコン機能に関する配列は、RNAウイルスに関してそうであるのと同様に、レプリコン機能を実施可能なタンパク質をコードすることが好ましい。   When the replicon is an RNA replicon, the sequence necessary for the RNA replicon function of replicon (i) corresponds in particular to the sequence of the RNA virus when the former is the latter DNA copy (eg cDNA). In the case of a DNA replicon, the sequence relating to the replicon function provides a DNA replicon having the function of replicating in the cell nucleus; the DNA replicon may be formed from the heterologous DNA sequence by replication using the heterologous DNA sequence or part thereof as a template. it can. In the case of an RNA replicon, the sequence for replicon formation provides an RNA replicon that has the function of replicating in the cytoplasm. The sequence for RNA replicon function typically encodes one or more proteins involved in replication, such as RNA-dependent RNA polymerase (RdRp, replicase). The sequence for the replicon function may further be or encode a function necessary for expression of a replicase such as a subgenomic promoter, transcription enhancer, or translational enhancer. Proteins such as translocation proteins or coat proteins that are involved in cell-to-cell or osmotic propagation of RNA viruses in plants can be present in heterologous DNA sequences but have no replicon function. In any case, the sequence portion encoding the replicon does not encode a wild type plant virus. The sequence for the replicon function is preferably derived from the sequence of the plant RNA virus since plant RNA viruses are an easily accessible source for replicon function. In the case of an RNA replicon, “derived from” means that the sequence for the replicon function is a DNA copy of the corresponding sequence of the RNA virus, and the DNA copy is incorporated into a heterologous DNA sequence contained in the cell nucleus. “Derived” means that the sequence related to the replicon function need not be an exact DNA copy of the corresponding RNA sequence of the RNA virus, but can exhibit a function-conservative difference as described below. Including. Since the differences are conservative, the sequence for the replicon function preferably encodes a protein capable of performing the replicon function, as is the case for RNA viruses.

レプリコンがタバコモザイクウイルスのようなトバモウイルスに基づく態様では、レプリコンはRdRpを含有するか又はコードする。このレプリコンは移行タンパク質を更にコードすることができる。このレプリコンは、コートタンパク質(CP)をコードせず、又は含有しないことが好ましい。   In embodiments where the replicon is based on a tobamovirus such as tobacco mosaic virus, the replicon contains or encodes RdRp. This replicon can further encode a translocation protein. This replicon preferably does not encode or contain a coat protein (CP).

更に好ましい態様では、本発明の方法の生物学的安全性は、高度に希釈したアグロバクテリウム株の懸濁液を用いることによって更に改善される。この態様は、アグロバクテリウム株の細胞が環境に広がる可能性を減少させるだけでなく、植物にとって病原体であるアグロバクテリウム株で感染させる際、植物又は植物の葉の露出及びストレスを減少させることによって本発明の方法の効率を改善させる。本発明者らは、驚くべきことに、ある限度内で、本発明の工程(a)で用いるアグロバクテリウム懸濁液の濃度の低下とともに方法の効率が増加することを発見した。とりわけ、植物の細胞で産生されたレプリコンの細胞間移行能は、これらアグロバクテリウム懸濁液濃度の低下とともに増加する。この予想外の現象の理由は未だ特定されていない。この現象はアグロバクテリウム感染に対する植物の反応によるものであり、低アグロバクテリウム濃度ではこの反応は起こらない(又はより少ない程度で起こる)と推測される。   In a further preferred embodiment, the biological safety of the method of the invention is further improved by using a highly diluted suspension of Agrobacterium strain. This aspect not only reduces the potential for Agrobacterium strain cells to spread to the environment, but also reduces the exposure and stress of plants or plant leaves when infected with an Agrobacterium strain that is a pathogen for the plant. Improves the efficiency of the method of the invention. The inventors have surprisingly found that within certain limits, the efficiency of the process increases with decreasing concentration of the Agrobacterium suspension used in step (a) of the present invention. In particular, the ability of the replicon produced in plant cells to move between cells increases with decreasing concentrations of these Agrobacterium suspensions. The reason for this unexpected phenomenon has not yet been identified. This phenomenon is due to the plant's response to Agrobacterium infection, and it is speculated that this reaction does not occur (or occurs to a lesser extent) at low Agrobacterium concentrations.

この好ましい態様では、600nmのOD(光学密度)が1.0のアグロバクテリウム株の細胞懸濁液を少なくとも25倍、好ましくは少なくとも100倍、より好ましくは少なくとも250倍、最も好ましくは少なくとも1000倍に希釈することによって得ることが可能なアグロバクテリウム細胞濃度のアグロバクテリウム株の細胞懸濁液で植物又は植物の葉を浸潤させる。そのような希釈は、600nmの算出OD値がそれぞれ高くても0.04、好ましくは高くても0.01、より好ましくは高くても0.004、最も好ましくは高くても0.001のアグロバクテリウム懸濁液をもたらす。   In this preferred embodiment, a cell suspension of an Agrobacterium strain with an OD (optical density) of 600 nm of at least 25 times, preferably at least 100 times, more preferably at least 250 times, most preferably at least 1000 times. A plant or plant leaf is infiltrated with a cell suspension of an Agrobacterium strain at an Agrobacterium cell concentration that can be obtained by diluting to a low concentration. Such dilution can be achieved by using an agglomeration with a calculated OD value at 600 nm of at most 0.04, preferably at most 0.01, more preferably at most 0.004, most preferably at most 0.001. This results in a bacterial suspension.

次に、レプリコンがRNAレプリコンである場合、発現効率を顕著に増加させる重要な態様が記載される。この態様では、レプリコン機能に関する配列は、植物RNAウイルスの配列の選択された位置で、植物RNAウイルスの配列との機能保存的な相違を発揮し、その相違は、相違を発揮しないRNAレプリコンと比較して、レプリコン形成頻度を上昇させる。その相違は、全体的なプロセスのスイッチがいったん入ると、植物細胞におけるレプリコン形成頻度上昇の原因となる(以下を参照されたい)。レプリコン形成頻度上昇と相違とのあいだの因果関係を示す関連性は、相違を有するレプリコン機能に関する配列と相違を有さないレプリコン機能に関する配列とのあいだのレプリコン形成頻度を比較することによって実験的に試験することができる。そのような実験的比較は、実施例に記載するように、例えば目的配列を発現するプロトプラストを計数することによって行うことができる。容易に検出可能な緑色蛍光タンパク質(GFP)のようなレポータータンパク質をコードする目的配列をこの目的に用いることが好ましい。更に以下に記載するように、細胞間伝播不可能なRNAレプリコンとの実験的比較を行うことも好ましい。   Next, when the replicon is an RNA replicon, an important aspect is described that significantly increases expression efficiency. In this embodiment, the sequence related to the replicon function exhibits a function-conservative difference from the plant RNA virus sequence at a selected position of the plant RNA virus sequence, and the difference is compared to an RNA replicon that does not exhibit the difference. Thus, the frequency of replicon formation is increased. The difference causes an increased frequency of replicon formation in plant cells once the overall process is switched on (see below). The causal relationship between increased replicon frequency and differences is experimentally determined by comparing the frequency of replicon formation between sequences with replicon functions that have differences and sequences with replicon functions that have no differences. Can be tested. Such experimental comparison can be performed, for example, by counting protoplasts expressing the target sequence, as described in the Examples. A target sequence encoding a reporter protein such as easily detectable green fluorescent protein (GFP) is preferably used for this purpose. Further, as described below, it is also preferable to make an experimental comparison with an RNA replicon that cannot be transmitted between cells.

機能保存的な相違は、植物RNAウイルスの配列の選択された位置でレプリコン機能に関する配列に導入される。選択された位置は、核で転写されたRNAレプリコンが機能性レプリコンとして細胞質に出現する可能性の低さの原因である植物RNAウイルスのレプリコン機能に関する配列内に位置する。そのような選択された位置は、高A/T(U)含量、即ち高A含量及び/又は高T含量(RNAレベルでは高U含量)を有するか、又は潜在スプライシング部位、即ち核のスプライシング装置によってスプライシング部位として認識される配列部分を有することが好ましい。選択された位置は、以下に例示するように、RNAウイルスのRNAプロファイルを解析することによってRNAレプリコンが基づくRNAウイルス中に同定することができる。更に、選択された位置は、本発明による相違を発揮しないRNAレプリコンをコードする異種DNAでトランスフェクションした後、植物細胞で形成されるRNAを解析することによって実験的に同定することができる。この実験的解析は、RT−PCRによって、好ましくはRT−PCR産物の配列決定とともに行うことができる。このようにして、RNAレプリコンを破壊するスプライシングイベントを示す望ましくないスプライシング産物を同定することができる。更に、望ましくないスプライシングの正確な部位を同定し、そして機能保存的な相違を選択された位置に導入することによって是正することができる。   Function-conservative differences are introduced into sequences for replicon function at selected positions in the plant RNA virus sequence. The selected position is located within a sequence relating to the replicon function of the plant RNA virus, which is responsible for the low probability that the RNA replicon transcribed in the nucleus will appear in the cytoplasm as a functional replicon. Such a selected position has a high A / T (U) content, ie a high A content and / or a high T content (high U content at the RNA level) or a potential splicing site, ie a nuclear splicing device. It is preferable to have a sequence portion recognized as a splicing site. The selected position can be identified in the RNA virus on which the RNA replicon is based by analyzing the RNA profile of the RNA virus, as exemplified below. Furthermore, the selected position can be identified experimentally by analyzing RNA formed in plant cells after transfection with a heterologous DNA encoding an RNA replicon that does not exhibit differences according to the present invention. This experimental analysis can be performed by RT-PCR, preferably in conjunction with sequencing of the RT-PCR product. In this way, unwanted splicing products can be identified that exhibit splicing events that disrupt the RNA replicon. Furthermore, the exact site of unwanted splicing can be identified and corrected by introducing function-conservative differences at selected locations.

機能保存的な相違は、RNAレプリコン形成頻度に対する選択された位置の有害効果を抑制することによってRNAレプリコン形成頻度を上昇させる。機能保存的な相違は、RNAレプリコンをコードする配列のレプリコン機能に関する配列において高A/T含量を低下させることによって、RNAレプリコンにおいて高A/U含量の低下を含むことができる。高A/U含量は、相違が機能保存的である限り、少なくとも部分的な欠失又はG/C塩基による少なくとも部分的な置換(例えば遺伝コードの縮重を用いて)によって低下させることができる。更に、植物RNAウイルス由来配列のA/Uに富んだ領域に隣接する潜在スプライシング部位は除去することができる。そのような機能保存的な相違は、1つの、好ましくはいくつかの選択された位置に導入することができる。   Function-conservative differences increase RNA replicon formation frequency by suppressing the deleterious effects of selected positions on RNA replicon formation frequency. A function-conservative difference can include a decrease in the high A / U content in the RNA replicon by reducing the high A / T content in the sequence related to the replicon function of the sequence encoding the RNA replicon. High A / U content can be reduced by at least partial deletions or at least partial replacements with G / C bases (eg, using degeneracy of the genetic code) as long as the differences are function-conservative. . Furthermore, potential splicing sites adjacent to A / U rich regions of plant RNA virus-derived sequences can be removed. Such function-conserving differences can be introduced at one, preferably several selected locations.

好ましい機能保存的な相違は、植物RNAウイルスの配列に由来する配列のA/Uに富んだ位置の近傍又はその中への1以上のイントロンの挿入、最も好ましくは核イントロンの挿入、又は核イントロンを形成可能な1以上の配列の挿入を含む。驚くべきことに、A/Uに富んだ位置又はその近傍へのイントロンの導入は、RNAレプリコン形成頻度の上昇をもたらすことが発見された。いくつかのイントロンを導入することができ、さまざまな数の挿入イントロンに関し、本明細書に例示している。1より多いイントロンの効果は累積的である。更に、イントロンの挿入は、他の選択された位置で他の機能保存的な相違と組み合わせることができる。   A preferred functionally conservative difference is the insertion of one or more introns near or into the A / U-rich position of the sequence derived from the plant RNA virus sequence, most preferably a nuclear intron, or a nuclear intron. Insertion of one or more sequences capable of forming Surprisingly, it has been discovered that introduction of introns at or near the A / U-rich location results in increased frequency of RNA replicon formation. Several introns can be introduced and are exemplified herein for varying numbers of inserted introns. The effect of more than one intron is cumulative. Furthermore, intron insertion can be combined with other function-conservative differences at other selected locations.

図11は、発現されるべき目的配列内ではあるが、核イントロンを形成可能な配列の導入例を示す。図11の例では、異種DNA配列の一部のリコンビナーゼによって触媒される反転によって2つの半イントロンからイントロンが形成される。この原理もRNAレプリコンのレプリコン機能に関する配列に応用することができる。同一細胞内で2つの異なるRNAレプリコンが形成される態様では、2つの異なるレプリコン間の組換えは、異なるレプリコン上に存在する2つの半イントロンから1つのイントロンを形成することができる。更に、RNAレプリコンは、いずれもレプリコンではない2つのレプリコン前駆体間の組換えによって形成することができる。この場合も、異なるレプリコン前駆体に由来する2つの半イントロンから1つのイントロンを組み立てることができる。   FIG. 11 shows an example of introduction of a sequence capable of forming a nuclear intron, although it is within the target sequence to be expressed. In the example of FIG. 11, an intron is formed from two half-introns by inversion catalyzed by a recombinase of a portion of the heterologous DNA sequence. This principle can also be applied to sequences relating to the replicon function of RNA replicons. In embodiments where two different RNA replicons are formed in the same cell, recombination between two different replicons can form one intron from two half-introns present on different replicons. Furthermore, RNA replicons can be formed by recombination between two replicon precursors, both of which are not replicons. Again, one intron can be assembled from two half-introns derived from different replicon precursors.

RNAレプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列は、転写がRNAレプリコン形成の必要条件であるため、転写プロモーターに機能可能に連結されているか又は連結可能である。アグロ浸潤させた全ての組織において目的配列の一過性発現を達成するには、転写プロモーターは構成的プロモーターであることが好ましい。構成的プロモーターの例は当該技術分野において公知である。   A heterologous DNA sequence having a sequence portion that encodes an RNA replicon is operably linked to or capable of being linked to a transcription promoter since transcription is a prerequisite for RNA replicon formation. In order to achieve transient expression of the target sequence in all tissues infiltrated with agro, the transcription promoter is preferably a constitutive promoter. Examples of constitutive promoters are known in the art.

本発明の1つの態様では、RNAレプリコンをコードする配列は、RNAレプリコンを共にコードする1以上のセグメントを有する。即ち、RNAレプリコンは1つの連続DNAによってコードされていない。実際、RNAレプリコンは2以上のセグメントによって不連続にコードされ、それにより、セグメントは同一T−DNA上に好ましくは互いに隣接して存在することができる。次に、RNAレプリコン形成は、例えば組換えによるセグメントの再配列を必要とすることができる。組換えのためのリコンビナーゼは、追加のアグロバクテリウム株によって、又は遺伝子操作された植物宿主によって提供することができ、よって一過性発現を植物宿主にとどめることができる。例として、レプリコン機能に関する配列の一部(例えばレプリカーゼをコードする配列の一部)が、そのような配列の他の部分に対して反転方向で異種DNA配列中に存在することができる。反転部分は組換え部位に隣接することができる。次に、レプリコン機能は提供できないため(例えば転写物は機能性レプリカーゼをコードしないため)、異種DNAの転写物はレプリコンではないであろう。組換え部位を認識する部位特異的リコンビナーゼを提供することによってセグメントの1つを反転させ、その結果レプリコンが連続的にコードされる。この態様では、リコンビナーゼを提供することにより、レプリコン形成と目的配列の発現に切り替えるためのスイッチとして機能し(更に以下を参照されたい)、高度な生物学的安全性に寄与することができる。   In one aspect of the invention, the sequence encoding an RNA replicon has one or more segments that together encode the RNA replicon. That is, the RNA replicon is not encoded by one continuous DNA. In fact, the RNA replicon is encoded discontinuously by two or more segments so that the segments can be present on the same T-DNA, preferably adjacent to each other. Second, RNA replicon formation may require rearrangement of segments, eg, by recombination. Recombinases for recombination can be provided by additional Agrobacterium strains or by genetically engineered plant hosts, thus allowing transient expression to remain in the plant host. By way of example, a portion of a sequence for replicon function (eg, a portion of a sequence encoding a replicase) can be present in a heterologous DNA sequence in an inverted orientation relative to other portions of such sequence. The inversion portion can be adjacent to the recombination site. Second, because a replicon function cannot be provided (eg, the transcript does not encode a functional replicase), the transcript of the heterologous DNA will not be a replicon. By providing a site-specific recombinase that recognizes the recombination site, one of the segments is inverted so that the replicon is encoded continuously. In this aspect, by providing the recombinase, it functions as a switch for switching to replicon formation and expression of the target sequence (see further below) and can contribute to a high level of biological safety.

あるいは、セグメントの1つはアグロバクテリウムのT−DNA上に存在することができ、他の1つは植物染色体に組み込むことができる。次に、RNAレプリコンの形成は、RNAレプリコンを組み立てるために、両方のセグメントの転写と、両方の転写物のトランススプライシングを必要とするであろう。この態様は、PCT/EP03/02986号に詳細に記載されているように、子孫植物又は細胞においてRNAレプリコンを共にコードするセグメントを迅速に分離するために用いることができ、システムの生物学的安全性に寄与することができる。   Alternatively, one of the segments can be present on the Agrobacterium T-DNA and the other can be integrated into the plant chromosome. Second, the formation of an RNA replicon will require transcription of both segments and trans-splicing of both transcripts to assemble the RNA replicon. This embodiment can be used to rapidly isolate segments that together encode an RNA replicon in a progeny plant or cell, as described in detail in PCT / EP03 / 02986, and the biological safety of the system Can contribute to sex.

本発明の方法は、本発明の異種DNA配列による植物又は植物の葉の一過性トランスフェクションを含む(工程(a))。「一過性トランスフェクション」という用語は、植物染色体に安定に組み込まれた異種DNAを有する形質転換されたトランスジェニック細胞を選択することなく異種DNAを導入することを意味する。一過性トランスフェクションは、通常、異種DNA配列によってコードされる遺伝子の一過性複製及び/又は一過性発現を提供する。本発明のトランスフェクションは、目的配列の発現を引き起こす。通常、発現は、植物又は植物の葉にアグロ浸潤にて異種DNA配列を提供後、自然発生的に起こる。必要に応じて、発現を引き起こすか又はスイッチを入れるさまざまな方法を用いることができる。本発明の方法のスイッチを入れるためにリコンビナーゼを用いる場合、リコンビナーゼは植物又は植物の葉に一過性に提供することができ、その提供が目的タンパク質の発現スイッチとして作用することができる。そのようなリコンビナーゼは植物細胞に安定にコードされ、構成的又はストレス誘導性プロモーターの制御下でリコンビナーゼを発現できることが好ましい。プロモーターの誘導によりリコンビナーゼ発現を誘導することにより、目的配列の発現を引き起こすことができる。   The method of the present invention involves transient transfection of a plant or plant leaf with the heterologous DNA sequence of the present invention (step (a)). The term “transient transfection” means introducing heterologous DNA without selecting for transformed transgenic cells that have the heterologous DNA stably integrated into the plant chromosome. Transient transfection usually provides for transient replication and / or transient expression of a gene encoded by a heterologous DNA sequence. The transfection of the present invention causes expression of the target sequence. Expression usually occurs spontaneously after providing a heterologous DNA sequence to the plant or plant leaf by agroinfiltration. Various methods of causing or switching on can be used as needed. When using a recombinase to switch on the method of the present invention, the recombinase can be provided transiently to the plant or plant leaf, and the provision can act as an expression switch for the protein of interest. Such a recombinase is preferably stably encoded in plant cells and is capable of expressing the recombinase under the control of a constitutive or stress-inducible promoter. By inducing recombinase expression by inducing a promoter, expression of the target sequence can be caused.

本発明の方法の工程(b)は、工程(a)でトランスフェクションした、好ましくは浸潤させた植物又は植物の葉から目的タンパク質を単離することを含む。目的タンパク質の単離は、発現した目的タンパク質を含有する植物又は植物の葉の均質化を含むことが好ましい。タンパク質を植物から単離するためのさまざまな方法が、本明細書中に援用されるPCT/EP02/09605号、及びそこで引用されている文献に記載されている。   Step (b) of the method of the present invention comprises isolating the protein of interest from the plant or plant leaf transfected, preferably infiltrated in step (a). Isolation of the target protein preferably includes homogenization of the plant or plant leaf containing the expressed target protein. Various methods for isolating proteins from plants are described in PCT / EP02 / 09605, incorporated herein, and the literature cited therein.

本発明は、原理的には、感染性のDNA又はRNAウイルスが存在し、一過性発現を提供するアグロ浸潤が有効であるあらゆる植物に適用することができる。好ましい植物はベンサミアナタバコ及びタバコのようなタバコ種である;タバコ種以外の好ましい植物種は、ペチュニア、アブラナ、カラシナ、クレス、ルッコラ、マスタード、イチゴ、ホウレンソウ、アカザ、レタス、ヒマワリ、及びキュウリである。   The present invention can in principle be applied to any plant in which infectious DNA or RNA viruses exist and agroinfiltration providing transient expression is effective. Preferred plants are tobacco species such as Bensamiana tobacco and tobacco; preferred plant species other than tobacco species are petunia, rape, mustard, cress, arugula, mustard, strawberry, spinach, red aza, lettuce, sunflower, and cucumber It is.

好適な植物/DNA又はRNAウイルスのペアは、以下に示すDNA及びRNAウイルスのリストに由来することができる。特に、本発明によるRNAレプリコン形成が非常に高率であるため、本発明を実施する際、植物ウイルスの植物種特異性はほとんど目立たない。同様に、本発明は、あらゆるRNAウイルスに基づいたRNAレプリコンにより用いることができる。RNAウイルスは、通常、宿主植物の細胞核の外部で展開し、レプリコンを細胞核内で産生する場合、そのようなウイルスに基づいたレプリコンを効果のないものにする選択された位置を有するであろう。本発明は、異なる植物RNAウイルスのあいだで改良レベルがさまざまであり得るが、全てのRNAウイルスに適用することができる。本発明が基づくことができる最も好ましい植物RNAウイルスは、トバモウイルス、特にタバコモザイクウイルス、及びジャガイモXウイルスなどのポテックスウイルスである。タバコモザイクウイルスの場合、通常、発現されるべき目的配列によって置換されるコートタンパク質であろう。移行タンパク質は、除去するか、又は発現されるべき目的配列によって置換することもできる。しかしながら、好ましくは、タバコモザイクウイルスに由来するRNAレプリコは、移行タンパク質をコードし、コートタンパク質が目的配列によって置換されている必要がある。   Suitable plant / DNA or RNA virus pairs can be derived from the list of DNA and RNA viruses shown below. In particular, because of the very high rate of RNA replicon formation according to the present invention, plant species specificity of plant viruses is hardly noticeable when practicing the present invention. Similarly, the present invention can be used with RNA replicons based on any RNA virus. RNA viruses will usually have a selected location that deploys outside the cell nucleus of the host plant and renders the replicon based on such viruses ineffective when the replicon is produced in the cell nucleus. The present invention can be applied to all RNA viruses, although the level of improvement can vary between different plant RNA viruses. The most preferred plant RNA viruses on which the present invention can be based are potex viruses such as tobamoviruses, in particular tobacco mosaic virus, and potato X virus. In the case of tobacco mosaic virus, it will usually be a coat protein replaced by the target sequence to be expressed. The transition protein can also be removed or replaced by the sequence of interest to be expressed. Preferably, however, the RNA replico derived from tobacco mosaic virus encodes a translocation protein and the coat protein needs to be replaced by the target sequence.

植物とRNAレプリコンが由来するウイルスとの好ましい組み合わせは:タバコ種とトバモウイルス、タバコ種とタバコモザイクウイルスなどである。
DNAウイルスの中で、最も好ましいウイルスベクターはジェミニウイルスで構築することができる。ビーンゴールデンモザイクウイルス(BGMV)に基づくウイルス発現ベクターについての記載は、実施例15に提供されている。
Preferred combinations of plants and viruses from which the RNA replicon is derived are: tobacco species and tobamovirus, tobacco species and tobacco mosaic virus, and the like.
Among DNA viruses, the most preferred viral vector can be constructed with geminivirus. A description of a viral expression vector based on Bean Golden Mosaic Virus (BGMV) is provided in Example 15.

本発明の主要な応用は、目的タンパク質の植物又は植物の葉における産生である。本発明の方法を植物で実施する場合、タバコ種のようにヒト又は動物の食物連鎖に入らない植物が好ましい。アグロ浸潤後の植物全体又は植物の部分は、閉鎖環境、例えば温室又は特別に設計されたチャンバーに、所望の発現レベルを提供するのに必要なインキュベーション時間、閉じ込められるであろう。   The main application of the present invention is the production of the target protein in plants or plant leaves. When the method of the invention is carried out on plants, plants that do not enter the human or animal food chain, such as tobacco species, are preferred. The whole plant or plant part after agroinfiltration will be trapped in a closed environment, such as a greenhouse or specially designed chamber, for the incubation time necessary to provide the desired level of expression.

本発明の効率は、植物発現システムの新たな局面を達成するようなものである。本発明により達成可能な発現レベルは、下流処理費用(目的タンパク質の分離・精製を含む)が本発明の方法を他の大規模発現システムと競合させるのに十分なほど低いものである。安定に形質転換された植物を用いた先行技術の発現システムでは、細胞の小さな画分でレプリコンを産生するため、ウイルスに基づいたベクターを用いた場合であっても発現レベルは低い。植物中に伝播するレプリコンは、特に遠隔距離に対する伝播が遅いため、この問題を是正することができない。したがって、植物において発現は均一に進行せず、植物のある部分では目的タンパク質の分解が既に起こるが、他ではタンパク質発現が開始してもいない。更に、先行技術のトランスフェクション又はアグロ浸潤に基づいた一過性発現システムは、1つの産生システムで高発現レベルも高い生物学的安全性も提供しない。本発明は、コンピテント植物宿主のアグロ介在送達を介して植物全体でも分離した植物の部分(例えば葉)でも均一に発現を誘引させる。レプリコンを産生しない細胞の小さな画分を、隣接細胞由来のレプリコンによって速やかに感染させることができる。本発明は、大規模で使用できる初めての高収率植物発現システムを提供する。本発明は、一過性発現システムを特異的に遺伝子操作されたコンピテント植物宿主に限定することによって高い生物学的安全性も提供し、それにより非コンピテント(非標的)生物において発現する確立を低下させ、システムの生物学的安全性を増加させる。   The efficiency of the present invention is such as to achieve a new aspect of the plant expression system. The expression levels achievable with the present invention are such that downstream processing costs (including separation and purification of the protein of interest) are low enough to make the method of the present invention competitive with other large-scale expression systems. In the prior art expression system using stably transformed plants, the replicon is produced in a small fraction of cells, so the expression level is low even when using a virus based vector. Replicons that propagate through plants cannot correct this problem, especially because of the slow propagation to remote distances. Therefore, the expression does not proceed uniformly in the plant, and the target protein is already degraded in some parts of the plant, but protein expression has not started in others. Furthermore, transient expression systems based on prior art transfection or agroinfiltration do not provide high expression levels or high biological safety in one production system. The present invention uniformly induces expression in whole plants or isolated plant parts (eg leaves) via agro-mediated delivery of competent plant hosts. A small fraction of cells that do not produce replicons can be rapidly infected with replicons from neighboring cells. The present invention provides the first high-yield plant expression system that can be used on a large scale. The present invention also provides high biological safety by limiting transient expression systems to specifically engineered competent plant hosts, thereby establishing expression in non-competent (non-target) organisms. Reduce the biological safety of the system.

発明の好ましい態様
目的配列を植物又は植物の葉において発現させることによって目的タンパク質を産生する方法であって:
RNAレプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列をT−DNA中に含有するアグロバクテリウム株を補完因子の存在下で植物又は植物の葉に浸潤させることによって植物又は植物の葉にトランスフェクションすることを含み、
レプリコンをコードする配列は、
(−) 植物ウイルスに由来する、RNAレプリコンのレプリコン機能に必要な配列、及び
(−) 発現されるべき目的配列、
を含有し、
アグロバクテリウム株は、補完因子の非存在下では生物へのT−DNAのトランスフェクションを不良にする第1の遺伝子改変が提供されている。
Preferred Embodiments of the Invention A method for producing a target protein by expressing a target sequence in a plant or plant leaf, comprising:
Transfecting a plant or plant leaf by infiltrating the plant or plant leaf in the presence of a complementing factor with an Agrobacterium strain containing a heterologous DNA sequence having a sequence portion encoding an RNA replicon in T-DNA Including
The sequence encoding the replicon is
(-) A sequence necessary for a replicon function of an RNA replicon derived from a plant virus, and (-) a target sequence to be expressed,
Containing
Agrobacterium strains are provided with a first genetic modification that makes transfection of T-DNA into organisms poor in the absence of complementing factors.

目的配列を植物又は植物の葉において発現させることによって目的タンパク質を産生する方法であって:
好ましくはRNAレプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列をT−DNA中に含有するアグロバクテリウム株を補完因子の存在下で植物又は植物の葉に浸潤させることによって、植物又は植物の葉をトランスフェクションすることを含み、
レプリコンをコードする配列は、
(−) 植物ウイルスに由来する、RNAレプリコンのレプリコン機能に必要な配列、及び
(−) 発現されるべき目的配列、
を含有し、
アグロバクテリウム株は、補完因子の非存在下では生物へのT−DNAのトランスフェクションを不良にする第1の遺伝子改変を提供されており、そして
植物又は植物の葉は、補完因子をコードし、植物又は植物の葉においてそれを発現する第2の遺伝子改変を有する。
A method of producing a target protein by expressing a target sequence in a plant or plant leaf, comprising:
A plant or plant leaf is preferably infiltrated into a plant or plant leaf in the presence of a complementing factor with an Agrobacterium strain containing a heterologous DNA sequence having a sequence portion encoding an RNA replicon in T-DNA. Including transfection,
The sequence encoding the replicon is
(-) A sequence necessary for a replicon function of an RNA replicon derived from a plant virus, and (-) a target sequence to be expressed,
Containing
The Agrobacterium strain has been provided with a first genetic modification that makes T-DNA transfection into organisms poor in the absence of the complement factor, and the plant or plant leaf encodes the complement factor. Having a second genetic modification that expresses it in the plant or plant leaf.

目的配列を植物又は植物の葉において発現させることによって目的タンパク質を産生する方法であって:
600nmの算出光学密度が高くても0.04、好ましくは高くても0.01、より好ましくは高くても0.004、最も好ましくは高くても0.001に相当する細胞濃度を有する、RNAレプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列をT−DNA中に含有するアグロバクテリウム株の細胞懸濁液を補完因子の存在下で植物又は植物の葉に浸潤させることによって植物又は植物の葉にトランスフェクションすることを含み、
レプリコンをコードする配列は、
(−) 植物ウイルスに由来する、RNAレプリコンのレプリコン機能に必要な配列、及び
(−) 発現されるべき目的配列、
を含有し、
アグロバクテリウム株は、補完因子の非存在下では生物へのT−DNAのトランスフェクションを不良にする第1の遺伝子改変が提供されており、そして
レプリコン機能に必要な配列は、選択された位置で、植物RNAウイルスとの機能保存的な相違を発揮し、その相違は、相違を発揮しないRNAレプリコンと比較して、レプリコン形成頻度を上昇させる。
A method of producing a target protein by expressing a target sequence in a plant or plant leaf, comprising:
RNA having a cell concentration corresponding to a calculated optical density at 600 nm of at most 0.04, preferably at most 0.01, more preferably at most 0.004, most preferably at most 0.001 Plant or plant leaf by infiltrating the plant or plant leaf in the presence of a complementing factor with a cell suspension of an Agrobacterium strain containing a heterologous DNA sequence having a sequence portion encoding a replicon in T-DNA Transfecting, and
The sequence encoding the replicon is
(-) A sequence necessary for a replicon function of an RNA replicon derived from a plant virus, and (-) a target sequence to be expressed,
Containing
The Agrobacterium strain is provided with a first genetic modification that renders the transfection of T-DNA into an organism poor in the absence of a complement factor, and the sequence required for replicon function is selected at the selected position. Thus, a function-conservative difference from a plant RNA virus is exhibited, and the difference increases the frequency of replicon formation compared to an RNA replicon that does not exhibit the difference.

更に好ましい態様を特許請求の範囲に定義する。
発明の詳細な説明
本発明者らは、土壌細菌であり、有効な媒介生物であるアグロバクテリウムを用いてRNAウイルスベクターをDNA前駆体として送達するための、高度に活性な合成鋳型を開発した。本明細書において、この改良「アグロ感染」法を用いて、植物の実質的に全ての成熟した葉において一過性遺伝子増幅及び高レベル発現を同時に開始することができ、そしてそのようなトランスフェクション経路を工業的規模で安価に実施することができるを示す。産生を遺伝子操作された「コンピテント」植物宿主に限定し、産生方法の一部ではない他の植物又は微生物へのアグロバクテリウムの感染能を制限することができるような方法で標的植物宿主生物、アグロバクテリウム、及び/又は植物ウイルスを遺伝子操作することによって、生物学的安全性の問題にも取り組む。この技術は、3つの生物学的システムの利点を組み合わせる:ウイルスの速度と発現レベル/収率、アグロバクテリウムのトランスフェクション効率と浸透送達、及び植物の翻訳後能力と低産生コスト。提案した方法は、目的産物をコードする異種核酸による植物の安定な遺伝子改変を必要としない工業的産生経路を可能にし、より安全で制御され、近年の産業基盤に適合している。
Further preferred embodiments are defined in the claims.
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION We have developed a highly active synthetic template for delivering RNA viral vectors as DNA precursors using soil bacteria and an effective vector, Agrobacterium. . Herein, this improved “Agro infection” method can be used to initiate transient gene amplification and high level expression simultaneously in virtually all mature leaves of a plant, and such transfection The route can be implemented inexpensively on an industrial scale. Target plant host organisms in a manner that limits production to genetically engineered “competent” plant hosts and can limit the ability of Agrobacterium to infect other plants or microorganisms that are not part of the production process It also addresses biological safety issues by genetically manipulating Agrobacterium and / or plant viruses. This technology combines the advantages of three biological systems: virus rate and expression level / yield, Agrobacterium transfection efficiency and osmotic delivery, and plant post-translational capacity and low production costs. The proposed method enables an industrial production pathway that does not require stable genetic modification of plants with heterologous nucleic acids encoding the target product, is safer and more controlled, and is compatible with the recent industrial base.

本発明は、ウイルスレプリコン又はその前駆体のアグロバクテリウム介在送達を用いた目的タンパク質の高収率大規模産生のための一過性発現システムについて記載する。レプリコンは目的配列を発現可能であり、システムは組み込まれた生物学的安全性を有し、システムの3つの主要成分のうちの少なくとも2つ(遺伝子操作された植物宿主、アグロバクテリウム、レプリコン)を相互依存にする。   The present invention describes a transient expression system for high-yield large-scale production of a protein of interest using Agrobacterium-mediated delivery of a viral replicon or its precursor. The replicon can express the target sequence, the system has built-in biological safety, and at least two of the three major components of the system (genetically engineered plant host, Agrobacterium, replicon) To be interdependent.

驚くべきことに、システムの主要成分のうちの1つから他の1つへ機能を部分的に委譲することによって生ずるそのような相互依存を、システムの効率に悪影響を及ぼさずに方法全体をよりよく制御し、生物学的安全性を増大させるようになし得ることを発見した。本発明の基本原理を図1(A)に示す。ウイルスレプリコン前駆体のアグロ浸潤に基づいた大規模タンパク質産生方法は、目的タンパク質の発現に必要な機能を実施する際にアグロ浸潤に用いるアグロバクテリウム及び/又はレプリコンを補完するトランスジェニック宿主植物にて実施することができる。RNAレプリコンに関するそのような補完の1つの例を実施例4に記載する。この実施例では、植物全体を機能性移行タンパク質(MP)を欠失したRNAレプリコンをコードする異種DNA配列(図5)により一過性に形質転換した。このレプリコンは細胞間移行できなず、その結果、ウイルスMPを有する発現カセット(pICH10745、図5)を有さない植物宿主では高収率を提供することができない。   Surprisingly, such interdependencies caused by partial delegation of functions from one of the system's main components to the other make the entire method more effective without adversely affecting system efficiency. It has been discovered that it can be well controlled and increase biological safety. The basic principle of the present invention is shown in FIG. A large-scale protein production method based on agroinfiltration of a viral replicon precursor is a transgenic host plant that complements Agrobacterium and / or replicon used for agroinvasion when performing functions necessary for expression of the target protein. Can be implemented. One example of such complementation for RNA replicons is described in Example 4. In this example, the entire plant was transiently transformed with a heterologous DNA sequence encoding an RNA replicon lacking a functional transfer protein (MP) (FIG. 5). This replicon cannot move between cells, and as a result it cannot provide high yields in plant hosts that do not have an expression cassette (pICH10745, FIG. 5) with viral MP.

ウイルスレプリコンの活性化若しくは操作、又は一過性トランスフェクションに必要な機能を植物又は他のアグロバクテリウム株によってトランスで提供する場合、核から細胞質へのRNA放出効率を増加させるための本明細書に記載の基準を用いたとき、発現効率に悪影響は全く見られない。植物イントロンをウイルスRNAレプリコンをコードするある領域へ組み込むことにより、又はレプリコン機能に関する配列内の潜在イントロンの除去若しくは置換により、宿主植物におけるレプリコンの効率を劇的に相加させることができる(少なくとも10倍)。そのような効率の増加は少なくとも1つの容易に測定可能なパラメータに反映された:ベクターの複製を示す細胞の相対的割合、即ち、レプリコン形成頻度の上昇。RNAレプリコン形成開始のそのような最適化は、実質的に植物全体において目的配列の発現スイッチを同時に入れる能力をもたらし、非改変ベクターよりも短時間で目的タンパク質の収率が劇的に増加する。本発明の実施例6〜14は、核から細胞質へのRNAウイルスベクターの放出効率を増加させるためのベクターの改良アプローチについて記載する。ウイルスベクターの改良に関する詳細な説明は、近年、Marillonnet及び同僚らによって公表された(2005、Nature Biotechnol.、23、718−723)。この改良は、RNAレプリコン、植物宿主、及びアグロバクテリウムのあいだで機能を効率的にやりとりさせるため、本発明の重要な態様である。興味深いことに、TMVに基づいたそのような改良ベクターは、ペチュニア、アブラナ、カラシナ、並びにクレス、ルッコラ、及びマスタードのようなタバコ種以外の植物種において効率的に作用する。最も発現する非ナス科種は、イチゴ、ホウレンソウ、アカザである。レタス(特に苗木)及びヒマワリのようなキク科並びにウリ科のキュウリは、さまざまな植物科由来のいくつかの植物種を、好ましくは更に方法を最適化した後で成功裏に用いることができることを示している。 This specification for increasing the efficiency of RNA release from the nucleus to the cytoplasm when the functions required for activation or manipulation of viral replicons or transient transfection are provided in trans by plants or other Agrobacterium strains When using the criteria described in, there is no negative effect on the expression efficiency. By incorporating plant introns into certain regions encoding viral RNA replicons, or by removing or replacing potential introns within sequences for replicon function, the efficiency of the replicon in the host plant can be dramatically added (at least 10 2 times). Such an increase in efficiency was reflected in at least one easily measurable parameter: the relative proportion of cells exhibiting vector replication, i.e. an increase in the frequency of replicon formation. Such optimization of the initiation of RNA replicon formation results in the ability to simultaneously switch on the expression switch of the sequence of interest substantially throughout the plant, dramatically increasing the yield of the protein of interest in a shorter time than the unmodified vector. Examples 6-14 of the present invention describe an improved vector approach to increase the efficiency of RNA viral vector release from the nucleus to the cytoplasm. A detailed description of viral vector improvements has recently been published by Marylonnet and colleagues (2005, Nature Biotechnol., 23, 718-723). This improvement is an important aspect of the present invention because it allows functions to be efficiently exchanged between RNA replicons, plant hosts, and Agrobacterium. Interestingly, such improved vectors based on TMV work efficiently in plant species other than tobacco, such as petunia, rape, mustard, and cress, arugula, and mustard. The most expressed non-solanum species are strawberry, spinach and red akaza. Compositae such as lettuce (especially seedlings) and sunflowers and cucumbers of the family Cucurbitaceae can be used successfully with several plant species from different plant families, preferably after further optimization of the method. Show.

組換えDNAのコード領域へのイントロンの組み込みによる核のトランス遺伝子発現の増加に関する出版物(Mascarenhasら、1990、Plant Mol.Biol.、15、913−920;Bourdonら、2001、EMBO Reports、2、394−398;Rose,AB.、2002、RNA、8、1444−1453;US5,955,330号)にもかかわらず、先行技術には、ウイルスRNAレプリコン前駆体へのイントロンの組み込みが、ウイルスレプリコンの形成頻度及びレプリコンからの目的配列の発現レベルに良い効果を与えるであろうことを示す暗示は全くない。この効果は、核のmRNA転写とウイルスRNAの複製とは異なる細胞内区画で起こることを考慮すると驚くべきことである。RNAレプリコンのcDNAコピーを核内におく場合でさえ、ウイルスレプリコン前駆体の最初のコピーのみが核において産生され、次いで細胞質において核内とは異なる条件下で増幅される。先行技術では、野生型ウイルスcDNAを用いたクローニングのあいだ、大腸菌におけるウイルス遺伝子の「漏出性」発現の細胞障害効果を妨げるために、イントロンの使用が記載されている(Johansen,I.E.、1996、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、93、12400−12405;Yangら、1998、Arch.Virol.、143、2443−2451;Lopez−Moya&Garcia、2000、Virus Res.、68、99−107)。イントロンinclusionが、ウイルスcDNAクローンからのレプリコン形成頻度を上昇させることができることを示す暗示は全くない。   Publications on increased nuclear transgene expression by incorporation of introns into the coding region of recombinant DNA (Mascarenhas et al., 1990, Plant Mol. Biol., 15, 913-920; Bourdon et al., 2001, EMBO Reports, 2, 394-398; Rose, AB., 2002, RNA, 8, 1444-1453; US Pat. No. 5,955,330), the prior art includes the incorporation of introns into viral RNA replicon precursors. There is no implied indication that it will have a positive effect on the frequency of formation and the expression level of the target sequence from the replicon. This effect is surprising considering that nuclear mRNA transcription and viral RNA replication occur in different intracellular compartments. Even when a cDNA copy of the RNA replicon is placed in the nucleus, only the first copy of the viral replicon precursor is produced in the nucleus and then amplified in the cytoplasm under conditions different from those in the nucleus. The prior art describes the use of introns to prevent the “leaking” expression of viral genes in E. coli during cloning with wild-type viral cDNA (Johansen, IE, (1996, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 93, 12400-12405; Yang et al., 1998, Arch. Virol., 143, 2443-2451; Lopez-Moya & Garcia, 2000, Virus Res., 68, 99-107). . There is no suggestion that intron inclusion can increase the frequency of replicon formation from viral cDNA clones.

本発明は、DNA前駆体の転写によって派生し、目的配列の発現のためにデザインされている、RNAウイルス由来レプリコンの形成頻度を根本的に増加させる方法を提供する。この方法は、発現されるべき異種配列のサイズの限界やベクターの高度な不安定性のような、既存のウイルスベクターに基づいた発現システムの限界を克服する。更に、この方法は、より良い生物学的安全性を提供し、トランス遺伝子発現に対する漏出検査制御のデザインを可能にする(非誘導状態でゼロ発現レベル)。そのようなデザインは、RNAウイルス由来レプリコンをデザインするための戦略に統合された部分であるためである。RNAウイルス由来レプリコンの高頻度形成を提供することによって、本明細書に記載のアプローチは、植物全体、又はRNAレプリコンをコードする異種DNA配列を含有する葉のような植物の一部において目的配列の発現を速やかに開始させる。本発明を実施することにより、植物又は植物の葉のアグロ浸潤を介した異種目的配列の発現のためにデザインされた、植物RNAウイルスに由来する実質的に全てのレプリコンの性能を、レプリコン形成頻度の劇的な上昇によって顕著に向上させることができる。   The present invention provides a method for radically increasing the frequency of formation of RNA virus-derived replicons derived from transcription of a DNA precursor and designed for expression of a target sequence. This method overcomes the limitations of expression systems based on existing viral vectors, such as the size limitations of heterologous sequences to be expressed and the high degree of vector instability. Furthermore, this method provides better biological safety and allows the design of leak test controls for transgene expression (zero expression level in non-induced state). This is because such a design is an integrated part of the strategy for designing RNA virus-derived replicons. By providing high-frequency formation of RNA virus-derived replicons, the approach described herein enables the sequence of interest in whole plants or parts of plants such as leaves that contain heterologous DNA sequences encoding RNA replicons. Rapid onset of expression. By practicing the present invention, the performance of substantially all replicons derived from plant RNA viruses designed for the expression of heterologous target sequences via agroinfiltration of plants or plant leaves is determined by the frequency of replicon formation. Can be significantly improved by a dramatic rise in

さまざまな分類群に属するDNA及びRNAウイルスが、本発明によるRNAレプリコンの構築に好適である。本発明を適用できるDNA及びRNAウイルスのリストを以下に提示する。引用符付きの分類群名(イタリック体ではない)は、この分類群にはICTVで国際的に承認された名称がないことを示している。種名(俗名)を標準体で示す。属又は科について正式に帰属されていないウイルスが示されている:
DNAウイルス:
環状2本鎖DNAウイルス:科:カリモウイルス科、属:バドナウイルス属、基準種:ツユクサ黄斑ウイルス、属:カリモウイルス属、基準種:カリフラワーモザイクウイルス、属:“SbCMV様ウイルス”、基準種:ダイズ退緑斑紋ウイルス、属:“CsVMV様ウイルス”、基準種:キャッサバ葉脈モザイクウイルス、属:“RTBV様ウイルス”、基準種:イネtungro bacilliformウイルス、属:“ペチュニア葉脈透化様ウイルス”、基準種:ペチュニア葉脈透化ウイルス
環状1本鎖DNAウイルス:科:ジェミニウイルス科、属:マストレウイルス属(サブグループI ジェミニウイルス)、基準種:トウモロコシ条斑ウイルス、属:クルトウイルス属(サブグループII ジェミニウイルス)、基準種:ビートカーリートップウイルス、属:ベゴモウイルス属(サブグループIII ジェミニウイルス)、基準種:ビーンゴールデンモザイクウイルス;
RNAウイルス:
1本鎖RNAウイルス:科:ブロモウイルス科、属:アルファモウイルス属、基準種:アルファルファモザイクウイルス、属:イラルウイルス属、基準種:タバコ条斑ウイルス、属:ブロモウイルス属、基準種:ブロムモザイクウイルス、属:ククモウイルス属、基準種:キュウリモザイクウイルス;
科:クロステロウイルス科、属:クロステロウイルス属、基準種:ビート黄斑ウイルス、属:クリニウイルス属、基準種:レタス伝染性黄斑ウイルス、科:コモウイルス科、属:コモウイルス属、基準種:ササゲモザイクウイルス、属:ファバウイルス属、基準種:ソラマメ壊疽ウイルス1、属:ネポウイルス属、基準種:タバコ輪点ウイルス;
科:ポティウイルス科、属:ポティウイルス属、基準種:ジャガイモYウイルス、属:ライモウイルス属、基準種:ライグサモザイクウイルス、属:バイモウイルス属、基準種:オオムギ縞萎縮ウイルス;
科:セキウイルス科、属:セキウイルス属、基準種:パースニップ黄斑ウイルス、属:ワイカウイルス属、基準種:イネtungro sphericalウイルス、科:トンブスウイルス科、属:カルモウイルス属、基準種:カーネーション斑紋ウイルス、属:ダイアンソウイルス属、基準種:カーネーション輪点ウイルス、属:マクロモウイルス属、基準種:トウモロコシ黄色斑紋ウイルス、属:ネクロウイルス属、基準種:タバコ壊死ウイルス、属:トンブスウイルス属、基準種:トマトbushy矮化ウイルス、属が未分類の1本鎖RNAウイルス、属:カピロウイルス属、基準種:リンゴステムグルービングウイルス;
属:カーライルウイルス属、基準種:カーネーション潜在ウイルス、属:エナモウイルス属、基準種:エンドウひだ葉モザイクウイルス、
属:フロウイルス属、基準種:土壌伝染性コムギモザイクウイルス、属:ホルデイウイルス属、基準種:オオムギ斑葉モザイクウイルス、属:イダエオウイルス属、基準種:ラズベリーbushy萎縮ウイルス;
属:ルテオウイルス属、基準種:オオムギ黄萎ウイルス、属:マラフィウイルス属、基準種:トウモロコシrayado finoウイルス、属:ポテックスウイルス属、基準種:ジャガイモXウイルス;属:ソベモウイルス属、基準種:Southern bean モザイクウイルス、属:テヌイウイルス属、基準種:イネ縞葉枯ウイルス、
属:トバモウイルス属、基準種:タバコモザイクウイルス、
属:トブラウイルス属、基準種:タバコ茎壊疽ウイルス、
属:トリコウイルス属、基準種:リンゴchlorotic leaf spotウイルス、属:ティモウイルス属、基準種:カブ黄斑モザイクウイルス、属:アンブラウイルス属、基準種:ニンジン斑紋ウイルス;マイナスssRNAウイルス:目:モノネガウイルス目、科:ラブドウイルス科、属:サイトラブドウイルス属、基準種:レタス壊死性黄斑病ウイルス、属:ヌクレオラブドウイルス属、基準種:ジャガイモ黄萎ウイルス;
マイナス1本鎖RNAウイルス:科:ブニヤウイルス科、属:トスポウイルス属、基準種:トマト黄化壊疽ウイルス;
2本鎖RNAウイルス:科:パーティティウイルス科、属:アルファクリプトウイルス属、基準種:シロツメクサ潜在ウイルス1、属:ベータクリプトウイルス属、基準種:シロツメクサ潜在ウイルス2、科:レオウイルス科、属:フィジーウイルス属、基準種:フィジー病ウイルス、属:ファイトレオウイルス属、基準種:創傷腫瘍ウイルス、属:オリザウイルス属、基準種:イネragged stuntウイルス;
未分類ウイルス:
ゲノム:1本鎖RNA、種:ニンニクウイルスA、B、C、D、種:ブドウ葉脈fleckウイルス、種:トウモロコシwhite lineモザイクウイルス、種:オリーブ潜在ウイルス2、種:ウルミアメロンウイルス、種:ペラルゴニウムzonate spotウイルス。
DNA and RNA viruses belonging to various taxonomic groups are suitable for the construction of RNA replicons according to the present invention. A list of DNA and RNA viruses to which the present invention can be applied is presented below. A quoted taxon name (not italic) indicates that this taxon does not have an internationally recognized name on ICTV. The species name (common name) is shown in standard form. Viruses not officially assigned to a genus or family are indicated:
DNA virus:
Circular double-stranded DNA virus: family: caulimovirus family, genus: Badonauirusu genus, type species: Commelina macular virus, Genus: caulimovirus genus, type species: cauliflower mosaic virus, Genus: "SbCMV-like virus", a reference species: soybeans Retrograde macula virus, genus: “CsVMV-like virus”, reference species: cassava vein mosaic virus, genus: “RTBV-like virus”, reference species: rice tungro bacilliform virus, genus: “petunia vein permeability-like virus”, reference species : Petunia vein permeability virus ;
Circular single-stranded DNA viruses: family: geminiviridae, Genus: Masutore genus (subgroup I geminiviruses), type species: maize streak virus, Genus: Kurt genus (Subgroup II geminiviruses), type species: Beat curly top virus, genus: begomovirus genus (subgroup III geminivirus), reference species: bean golden mosaic virus;
RNA virus:
Single-stranded RNA virus: family: bromo virus family, the genus: alpha mode genus, type species: alfalfa mosaic virus, Genus: Ira Le genus, type species: tobacco streak virus, Genus: bromo genus, type species: Blom Mosaic virus, genus: genus Cucumovirus, reference species: cucumber mosaic virus;
Family: Cross-terrorism virus family, the genus: Cross-terrorism genus, type species: beat macular virus, Genus: Clinic genus, type species: Lettuce infectious macular virus, family: Como virus family, the genus: Como genus, type species : cowpea mosaic virus, genus: file server virus genus, type species: broad bean gangrene virus 1, genus: Nepouirusu genus, type species: tobacco ringspot virus;
Family: Potiviridae , Genus: Potivirus genus , Reference species: Potato virus Y, Genus: Rimovirus genus , Reference species: Rigosa mosaic virus , Genus: Bimovirus genus , Reference species: Barley stripe dwarf virus;
Family: cough virus family, the genus: cough genus, type species: parsnip macular virus, Genus: Wa squid genus, type species: rice tungro spherical virus, family: ton ugly virus family, the genus: Carmo genus, type species: carnation mottle virus, genus: Diane Seo genus, type species: carnation Waten virus, genus: macro mode genus, type species: maize yellow mottle virus, genus: Necro genus, type species: tobacco necrosis virus, genus: Tonbusu Virus genus , reference species: tomato bushy hatching virus, genus unclassified single-stranded RNA virus, genus: capirovirus genus , reference species: apple stem grooving virus;
Genus: Carlyle virus genus , Reference species: Carnation latent virus, Genus: Enamovirus genus , Reference species: Pea fold leaf mosaic virus,
Genus: phlovirus genus , reference species: soil infectious wheat mosaic virus, genus: hordei virus genus , reference species: barley spotted mosaic virus, genus: idaeovirus genus , reference species: raspberry bushy dwarf virus;
Genus: luteoviruses genus type species: barley Ki萎virus, Genus: Mara Fi genus, type species: maize rayado fino virus, Genus: potexvirus genus type species: potato virus X; Genus: sobemoviruses genus reference species : Southern bean mosaic virus, Genus: Tenui virus genus , Reference species: Rice stripe virus,
Genus: Tobamovirus genus , reference species: tobacco mosaic virus,
Genus: Tobravirus , Reference species: Tobacco stem gangrene virus,
Genus: Trichovirus genus , reference species: apple chlorotic leaf spot virus, genus: Timovirus genus , reference species: turnip yellow mosaic virus, genus: Ambra virus genus , reference species: carrot mottle virus; minus ssRNA virus: eyes: mononegative virus eyes, family: Rhabdoviridae, genus: site Love de genus, type species: lettuce necrotic macular disease virus, the genus: nucleocapsid Rhabdoviral genus, type species: potato yellow Fusarium virus;
Minus single-stranded RNA virus: Family: Bunyaviridae, Genus: Tospovirus , Reference species: Tomato yellow gangrene virus;
Double-stranded RNA virus: Family: Partiviridae , Genus: Alpha cryptovirus genus , Reference species: White clover latent virus 1, Genus: Beta cryptovirus genus , Reference species: White clover latent virus 2, Family: Reoviridae , genus : Fiji virus genus , reference species: Fiji disease virus, genus: phytoreovirus genus , reference species: wound tumor virus, genus: Orizavirus genus , reference species: rice rugged stunt virus;
Uncategorized virus:
Genome: Single-stranded RNA, Species: Garlic virus A, B, C, D, Species: Grape vein fleck virus, Species: Corn white line mosaic virus, Species: Olive latent virus 2, Species: Urumiamelon virus, Species: Pelargonium Zonate spot virus.

本発明の一般的原理を図1(A)に示す。本発明の実施に多くのさまざまなアプローチを用いることができる。これらのアプローチは一過性発現を提供不可能なアグロバクテリウム変異体の使用に基づくことができ、変異体はトランスジェニック宿主植物又は第2のアグロバクテリウム株によってトランスに補完することができる。   The general principle of the present invention is shown in FIG. Many different approaches can be used to implement the present invention. These approaches can be based on the use of Agrobacterium mutants that cannot provide transient expression, and the mutants can be complemented in trans by a transgenic host plant or a second Agrobacterium strain.

システムの生物学的安全性を高めるために、本発明では感染しやすい植物へのアグロバクテリウムの感染を妨げ、それにより、一過性発現方法に対する制御を高める。植物宿主へのアグロバクテリウムのT−DNA伝達メカニズムに関する包括的な研究があり、これは本発明に成功裏に適用できる。   In order to increase the biological safety of the system, the present invention prevents Agrobacterium infection in susceptible plants, thereby increasing control over transient expression methods. There is comprehensive research on the mechanism of Agrobacterium T-DNA transfer to plant hosts, which can be successfully applied to the present invention.

1つの可能なアプローチは、ウイルスレプリコンをコードする異種DNA配列を有するアグロバクテリウム株を遺伝子操作された植物宿主に明確に限定することである。プラスミドpSAのosa遺伝子は、T−DNA輸送に必要なvirE2タンパク質を抑制することによって一過性発現を抑制し、更に植物の核DNAへの組み込みを抑制できる腫瘍抑制活性タンパク質をコードする(Lee,L−Y.ら、1999、J.Bacteriol.、181、186−196)。しかしながら、この抑制は、osa遺伝子を発現するアグロバクテリウムを野生型virE2を有するがosa遺伝子のないアグロバクテリウムと混合することによって、例えば変異体表現型をトランスで補完することによって逆転することができる。virE2を発現するトランスジェニック植物を作製することによって同様の結果を達成することができる。T−DNAは、その5’端に共有結合的に結合したVirD2とともに1本鎖中間体として植物細胞へ輸送されるが、virE2を欠失するアグロバクテリウム変異体は発癌性ではないため、virE2はこの方法の重要な成分である。そのような変異体の発癌性は、virE2を発現するトランスジェニック植物に接種することによって回復させることができる(Citovsky,V.ら、1992、Science、256、1802−1805)。更に、完全にアセトシリンゴン依存性のアグロバクテリウム変異体がある。本発明の実施例5では、本発明の異種DNA配列を有するアグロバクテリウム株の能力がvirE2タンパク質をトランスで補完するための遺伝子操作された植物宿又は野生型アグロバクテリウムに依存する一過性発現方法について記載する。また、アグロバクテリウム・リゾジェネスGALLSタンパク質は、VirE2の機能を補完することができる(Hodgesら、2004、J.Bacteriol.、186、3065−3077)。そのようなシステムは、異種DNAの伝播制御を顕著に改良し、システムの生物学的安全性を高める。この実施例に記載のように、実際に、virE2を欠失するアグロバクテリウムによる野生型ベンサミアナタバコ植物のアグロ浸潤後、目的タンパク質(GFP)の発現は全く検出されなかった。しかしながら、virE2を発現する補完された宿主植物をアグロ浸潤したとき、又はこの第1の遺伝子改変を有するアグロバクテリウム株との混合物中で野生型アグロバクテリウムをアグロ浸潤したとき、GFPは効率的に発現した。実際に、virE2を欠失するアグロバクテリウムによるT−DNA送達効率は、野生型アグロバクテリウムやトランスで補完された変異体アグロバクテリウムと比較して、約10,000倍低下した(実施例5、図17を参照されたい)。   One possible approach is to explicitly limit Agrobacterium strains with heterologous DNA sequences encoding viral replicons to genetically engineered plant hosts. The osa gene of plasmid pSA encodes a tumor suppressor protein that suppresses transient expression by suppressing the virE2 protein necessary for T-DNA transport, and further suppresses integration into plant nuclear DNA (Lee, LY et al., 1999, J. Bacteriol., 181, 186-196). However, this suppression can be reversed by mixing Agrobacterium expressing the osa gene with Agrobacterium having wild-type virE2 but no osa gene, for example by complementing the mutant phenotype with trans. it can. Similar results can be achieved by creating transgenic plants that express virE2. T-DNA is transported to plant cells as a single-stranded intermediate with VirD2 covalently linked to its 5 ′ end, but Agrobacterium mutants lacking virE2 are not carcinogenic, so virE2 Is an important component of this method. The oncogenicity of such mutants can be restored by inoculating a transgenic plant expressing virE2 (Citovsky, V. et al., 1992, Science 256, 1802-1805). In addition, there are completely acetosyringone-dependent Agrobacterium mutants. In Example 5 of the present invention, the ability of an Agrobacterium strain having a heterologous DNA sequence of the present invention to depend on a genetically engineered plant lodging or wild type Agrobacterium to complement the virE2 protein in trans The expression method is described. Agrobacterium lysogenes GALLS protein can also complement the function of VirE2 (Hodges et al., 2004, J. Bacteriol. 186, 3065-3077). Such a system significantly improves the control of heterologous DNA propagation and increases the biological safety of the system. As described in this example, no expression of the target protein (GFP) was actually detected after agroinfiltration of wild-type N. benthamiana tobacco plants by Agrobacterium lacking virE2. However, when GFP is efficiently infiltrated into a complemented host plant that expresses virE2 or when Agrobacterium is agroinfiltrated in a mixture with an Agrobacterium strain having this first genetic modification, GFP is efficient. Expressed. In fact, the efficiency of T-DNA delivery by Agrobacterium lacking virE2 was reduced by about 10,000-fold compared to wild-type Agrobacterium and mutant Agrobacterium supplemented with trans (Examples). 5, see FIG.

生物学的安全性を高めたシステムを設計するためのアプローチは、virE2機能のトランス補完に限定されない。virF遺伝子もvirE2と同様に、virF欠失アグロバクテリウムを補完することによって一過性発現に適した植物宿主を作製するために用いることができる(Regensburg−Tuink,AJ.&Hooykaas,PJ.、1993、Nature、363、69−71)。興味深いことに、osaタンパク質は、virE2タンパク質とvirFタンパク質の分泌をともに妨げる(Chen,L.ら、2000、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、97、7545−7550)。あるいは、アグロバクテリウム・ツメファシエンスのIncP型又はIncN型接合伝達システムを異なる細菌、大腸菌株へ導入することができ、この菌株は、安全化アグロバクテリウム・ツメファシエンス株の存在下でT−DNA伝達を提供することができる(Pappas,KM.&Winans,SC.、2003、Appl.Envir.Microbiol.、69、6731−6739)。後者は、コンピテントアクセプター宿主及び当該コンピテント宿主に限定された1種又は複数の細菌ドナー株(例えばドナー株とヘルパー株)を有する、生物学的安全性を高めたシステムを設計するための多くのさまざまな可能性があることを示している。このアプローチは、他の生物への望ましくないT−DNA伝達の可能性を顕著に制限する。   Approaches for designing systems with enhanced biological safety are not limited to trans-complementation of virE2 function. The virF gene, like virE2, can also be used to produce a plant host suitable for transient expression by complementing virF-deficient Agrobacterium (Regensburg-Twink, AJ. & Hooykaas, PJ., 1993). , Nature, 363, 69-71). Interestingly, the osa protein prevents both virE2 and virF protein secretion (Chen, L. et al., 2000, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 97, 7545-7550). Alternatively, the Agrobacterium tumefaciens IncP-type or IncN-type conjugation transfer system can be introduced into a different bacterium, E. coli strain, which can transmit T-DNA in the presence of a safe Agrobacterium tumefaciens strain. (Pappas, KM. & Winans, SC., 2003, Appl. Envir. Microbiol., 69, 6731-6739). The latter is for designing a system with enhanced biological safety having a competent acceptor host and one or more bacterial donor strains (eg donor and helper strains) limited to the competent host. It shows many different possibilities. This approach significantly limits the potential for unwanted T-DNA transfer to other organisms.

植物細胞へのアグロバクテリウムのT−DNA伝達能に加えて、アグロバクテリウムは、多くの他の細菌と同様、他の細菌との接合を介して遺伝物質(通常染色体外プラスミドDNA)を伝達することもできる。工業的アグロバクテリウム株から他のアグロバクテリウム株(例えば野生型アグロバクテリウム)へのそのようなプラスミドDNA(例えばバイナリーベクター)の伝達能は、環境へのトランス遺伝子放出に対する制御を危険にさらすであろう。多くの場合、そのような接合伝達は、多くのバイナリーベクターは接合伝達に必要な構造要素(例えば伝達起点を表すoriT)を含有せず、したがって、大腸菌から目的アグロバクテリウム株へのバイナリープラスミドの接合伝達に基づいた三親性接合を介さず、直接形質転換によってのみアグロバクテリウム株に導入することができるため、トランス遺伝子を有するT−DNA領域を有するバイナリーベクターを安全化Tiプラスミドと組換える場合にのみ可能である。さまざまなバイナリーベクターに関する概説として、Hellens,R.、Mullineaux,Ph.&Klee,H.(2000、Trend Plant Sci.、5、446−451)を参照されたい。しかしながら、バイナリーベクターがoriTを含有しない場合でさえ、依然として、バイナリーベクターと居住安全化Tiプラスミドとのあいだで組換わる可能性がある。そのような組換えは、トランス遺伝子を有するT−DNA領域を含有するプラスミドの形成をもたらし得、それにより、プラスミドは異なる細菌間で接合伝達可能であり得る。いくつかの遺伝子がアグロバクテリウム細胞間の接合伝達に関与している(Cookら、1997、J.Bacteriol.、179、1291−1297;Beckら、1989、J.Bacteriol.、171、5281−5289)。しかしながら、最も必須の領域(oriT、traG、traF)は全て居住Tiプラスミド上に局在している(Oger&Farrand、2002、J.Bacteriol.、184、1121−1131;Farrand、Hwang&Cook、1996、J.Bacteriol、178、4233−4247;Li&Farrand、2000、J.Bacteriol.、182、179−188)。相同組換えによるこの領域の除去は、居住Tiプラスミドとバイナリーベクターとの相同組換えが起こる場合でさえ、細菌間接合伝達を低下させるであろう。接合伝達に関与する領域を欠失するアグロバクテリウム株のデザインは、上記参考文献及び標準の分子生物学的技術を用いた本発明の実施例16に提供された記載にしたがい、容易に行うことができる。実施例16は、接合性プラスミド伝達に関与する遺伝子の欠失が、アグロバクテリウムから植物細胞へのT−DNA伝達効率に影響を及ぼさないことを示している(図20も参照されたい)。   In addition to Agrobacterium's ability to transmit T-DNA to plant cells, Agrobacterium, like many other bacteria, transfers genetic material (usually extrachromosomal plasmid DNA) through conjugation with other bacteria. You can also The ability of such plasmid DNA (eg, binary vectors) to transfer from industrial Agrobacterium strains to other Agrobacterium strains (eg, wild-type Agrobacterium) jeopardizes control over transgene release to the environment Will. In many cases, such conjugation transfer involves many binary vectors that do not contain the structural elements necessary for conjugation transfer (eg, oriT, which represents the origin of transmission), and thus the binary plasmid from E. coli to the desired Agrobacterium strain. A binary vector having a T-DNA region having a transgene is recombined with a safety Ti plasmid, since it can be introduced into an Agrobacterium strain only by direct transformation, without a three-parental junction based on conjugation transfer. Only possible if. For a review on various binary vectors, see Helens, R .; Mullineaux, Ph. & Klee, H .; (2000, Trend Plant Sci., 5, 446-451). However, even if the binary vector does not contain oriT, there is still a possibility of recombination between the binary vector and the resident safety Ti plasmid. Such recombination can result in the formation of a plasmid containing a T-DNA region with a transgene so that the plasmid can be conjugatively transferred between different bacteria. Several genes are involved in conjugative transmission between Agrobacterium cells (Cook et al., 1997, J. Bacteriol., 179, 1291-1297; Beck et al., 1989, J. Bacteriol., 171, 5281-5289). ). However, the most essential regions (oriT, traG, traF) are all located on the resident Ti plasmid (Oger & Farland, 2002, J. Bacteriol., 184, 1121-1131; Farland, Hwang & Cook, 1996, J. Bacteriol). 178, 4233-4247; Li & Farland, 2000, J. Bacteriol., 182, 179-188). Removal of this region by homologous recombination will reduce bacterial conjugal transmission even when homologous recombination between the resident Ti plasmid and the binary vector occurs. The design of an Agrobacterium strain lacking a region involved in conjugation transmission should be easily performed according to the above references and the description provided in Example 16 of the present invention using standard molecular biological techniques. Can do. Example 16 shows that deletion of genes involved in conjugative plasmid transfer does not affect the efficiency of T-DNA transfer from Agrobacterium to plant cells (see also FIG. 20).

本発明による発現システムの発現効率を高めるための更なるアプローチは、アグロバクテリウム感染を限定する宿主細胞因子とアグロバクテリウム因子の使用である。多くのそのような因子が、アグロバクテリウムが介在する安定な植物トランスフェクションに関する概説に記載されている(Gelvin,SB.、2003、Trends Biotechnol.、21、95−98;Gelvin,SB.、2003、Microbiol.Mol.Biol.Rev.、67、16−37)。例えば、トランスジェニックタバコ植物においてシロイヌナズナ遺伝子VIP1を過剰発現させることにより、アグロバクテリウムによる一過性の及び安定な遺伝子トランスフェクションに対してより顕著に感受性にすることを見出した(Tzfira,T.、Vaidya,M.&Citovsky,V.、2002、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、99、10435−10440)。植物のトランスフェクション効率を向上させる要因は、アグロバクテリウム病原性遺伝子の構成的発現であり得る。通常、そのような遺伝子は、環境因子又はvir遺伝子の発現を誘引するカスケードの制御下にあり、フェノール化合物、糖、pH変化によってスイッチを入れることができる。これらの因子、VirG のVirAタンパク質介在リン酸化を引き起こし、次いで他のvir遺伝子のプロモーターを活性化することができる。VirG内の単一アミノ酸置換によって起こる突然変異は、VirAとは独立して他のvir遺伝子の構成的発現を引き起こすことができる(Hansen,G.、Das,A.&Chilton,MD.、1994、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、91、7603−7607)。この文献では、アグロバクテリウムの変異体VirG株を用いたGUSレポーター遺伝子による一過性発現実験で、タバコ及びトウモロコシの組織においてGUSを発現する焦点数の顕著な増加を検出した。タバコにおいて一過性発現効率を促進するために複数コピーの野生型VirGを用いたとき、同様の効果を観察したが、トウモロコシにおいては実際のところ効果がなかった。著者らは、そのようなVirG変異体株は、扱いにくい植物種の形質転換に有用であり得ることを示唆している。これは、それらが、通常、形質転換が困難な植物種のためのウイルスベクターに基づいた一過性発現システムの開発にも有用であることを意味している。植物細胞へのT−DNA伝達を刺激する、フェノール化合物(Melchersら、1989、Mol.Microbiol.、3、969−977)、アセトシリンゴン、若しくはオパインなどのさまざまな化学因子とともに、又はそれらとは独立した、上記のようなVirG変異体遺伝子の使用は、一過性発現効率を高めるための有用なアプローチである(Berthelotら、1998、Phytochemistry、49、1537−1548)。   A further approach to increase the expression efficiency of the expression system according to the invention is the use of host cell factors and Agrobacterium factors that limit Agrobacterium infection. Many such factors are described in the review on stable plant transfection mediated by Agrobacterium (Gelvin, SB., 2003, Trends Biotechnol., 21, 95-98; Gelvin, SB., 2003). Microbiol.Mol.Biol.Rev., 67, 16-37). For example, we have found that overexpression of the Arabidopsis gene VIP1 in transgenic tobacco plants makes it more significantly susceptible to transient and stable gene transfection by Agrobacterium (Tzfira, T., Vaidya, M. & Citovsky, V., 2002, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 99, 10435-10440). A factor that improves plant transfection efficiency may be constitutive expression of Agrobacterium virulence genes. Usually such genes are under the control of cascades that induce the expression of environmental factors or vir genes and can be switched on by phenolic compounds, sugars, pH changes. These factors, VirG, can cause VirA protein-mediated phosphorylation and then activate the promoters of other vir genes. Mutations caused by single amino acid substitutions within VirG can cause constitutive expression of other vir genes independent of VirA (Hansen, G., Das, A. & Chicago, MD., 1994, Proc Natl.Acad.Sci.USA, 91, 7603-7607). In this document, a transient increase in the number of focal points expressing GUS in tobacco and corn tissues was detected in a transient expression experiment with a GUS reporter gene using a mutant VirG strain of Agrobacterium. Similar effects were observed when multiple copies of wild-type VirG were used to promote transient expression efficiency in tobacco, but in fact no effect in corn. The authors suggest that such VirG mutant strains may be useful for transformation of cumbersome plant species. This means that they are also useful for the development of transient expression systems based on viral vectors for plant species that are usually difficult to transform. With or with various chemical factors such as phenolic compounds (Melchers et al., 1989, Mol. Microbiol., 3, 969-977), acetosyringone, or opain that stimulate T-DNA transmission into plant cells The use of an independent VirG mutant gene as described above is a useful approach to increase transient expression efficiency (Berthelot et al., 1998, Phytchemistry, 49, 1537-1548).

本発明の一過性発現システム及び方法の生物学的安全性を顕著に高めることができる他の要因は、栄養要求性アグロバクテリウム株の使用である。そのような栄養要求性株は開かれた環境で生存する確率が低いためである。X線処理による栄養要求性アグロバクテリウム株の作製は、Dirks&Peeters(US6323396号)に記載されている。この特許にはいくつかのそのような株(メチオニン若しくはシステイン要求株、又はヒスチジン及びアデニン要求株)が記載されている。生長にメチオニンを必要とする変異体の1つは、ホモシステイン・メチルトランスフェラーゼの機能が欠損している。データベースで完全なアグロバクテリウムゲノム配列を利用可能であることを考慮すると、X線処理によって得られるあまり予測できない結果にかわり、十分に特徴付けられた(配列決定された)アグロバクテリウム株のそのような変異体を、相同組換えによる遺伝子置換を用いて作製することは直接的である。例えば、アグロバクテリウム・ツメファシエンスC58ゲノム配列(GeneBank受託番号NC00305)は、5−メチルテトラヒドロプテロイル−トリグルタミン酸−ホモシステイン・メチルトランスフェラーゼをコードする遺伝子(遺伝子ID 1135697)を含有する。利用可能な配列情報を用いて変異体型遺伝子を作製し、アグロバクテリウムへ更に送達し、目的の栄養要求性変異体 (例えば、ホモシステイン・メチルトランスフェラーゼ変異体型遺伝子の場合、メチオニン代謝欠損変異体) を選択するために、隣接配列とともに、対抗選択可能マーカー遺伝子sacBRを含有する自殺ベクターへクローニングすることができる(Berger&Christie、1993、J.Bacteriology、175、1723−1734)。記載のアプローチ及びさまざまな栄養要求性アグロバクテリウム株に関する公的に利用可能な情報を用いて多くの他の変異体を作製することができる。Collens及び同僚ら(Biotechnol.Prog.20(2004)、890−896)は、挿入変異によって栄養要求性アグロバクテリウム変異体を作製した。そのような変異体株は、アデニン、ロイシン、システイン、又はチアミンの非存在下では増殖できない。これれらの変異体のいくつかは、T−DNA送達効率が低下しているが、他(cys−32)は、野生型アグロバクテリウムよりも高くさえある植物細胞へのT−DNA送達能を有する。影響を受けたことが予想されるアグロバクテリウム遺伝子はおそらくleuB、thiD並びにcysE及びcysKである。当然ながら、栄養要求性株の選択は、植物細胞への効率的T−DNA伝達のためのその適合性に基づくであろう。また、より高い生物学的安全性レベル(野生型への復帰変異頻度が低い)のために、2以上の異なる栄養素供給にたいする栄養要求性株(例えば2以上の変異遺伝子を有する)を作製することができる。栄養要求性アグロバクテリウム株(DleuB及びDpyrE)の作製は、実施例17に記載されている。   Another factor that can significantly increase the biological safety of the transient expression system and method of the present invention is the use of an auxotrophic Agrobacterium strain. This is because such auxotrophic strains have a low probability of living in an open environment. Production of auxotrophic Agrobacterium strains by X-ray treatment is described in Dirks & Peters (US 6323396). The patent describes several such strains (methionine or cysteine-requiring strains, or histidine and adenine-requiring strains). One of the mutants that require methionine for growth lacks the function of homocysteine methyltransferase. Given the availability of the complete Agrobacterium genome sequence in the database, that of a well-characterized (sequenced) Agrobacterium strain replaces the less predictable results obtained by X-ray treatment. It is straightforward to make such variants using gene replacement by homologous recombination. For example, the Agrobacterium tumefaciens C58 genomic sequence (GeneBank accession number NC00305) contains the gene encoding 5-methyltetrahydropteroyl-triglutamate-homocysteine methyltransferase (gene ID 1135697). Create a mutant gene using available sequence information, deliver it to Agrobacterium, and send it to Agrobacterium. Can be cloned into a suicide vector containing the counter-selectable marker gene sacBR along with flanking sequences (Berger & Christie, 1993, J. Bacteriology, 175, 1723-1734). Many other variants can be made using the described approach and publicly available information on various auxotrophic Agrobacterium strains. Collens and colleagues (Biotechnol. Prog. 20 (2004), 890-896) created auxotrophic Agrobacterium mutants by insertional mutagenesis. Such mutant strains cannot grow in the absence of adenine, leucine, cysteine, or thiamine. Some of these mutants have reduced T-DNA delivery efficiency, while others (cys-32) have the ability to deliver T-DNA to plant cells that are even higher than wild-type Agrobacterium. Have The Agrobacterium genes that are expected to be affected are probably leuB, thiD and cysE and cysK. Of course, the selection of an auxotrophic strain will be based on its suitability for efficient T-DNA transfer into plant cells. Also, for higher biological safety levels (low frequency of reversion to wild type), creating auxotrophic strains (eg having two or more mutant genes) for two or more different nutrient supplies Can do. The production of auxotrophic Agrobacterium strains (DleuB and DpyrE) is described in Example 17.

要求される機能(例えばT−DNA伝達)のみを実施し、及び/又はトランス補完因子(例えばvirE2タンパク質、代謝化合物の添加)の存在下でのみ生存できるアグロバクテリウムの変異体株に加えて、細菌細胞の能動生物学的封じ込め(ABC)システムに基づいたアプローチを用いることができる。そのようなシステムの例は、Ronchel&Ramosによって記載されている(2001、Appl.Environ.Microbiol.、67、2649−2656)。この文献において、著者らは、汚染物質の非存在下で細菌集団の生存又は死を細胞死の誘導を介して自由自在に制御するためにデザインしたABCシステムについて記載している。このシステムは、大腸菌gef遺伝子によってコードされるポリン誘導タンパク質のような死滅遺伝子の使用に基づいている。この遺伝子は、lacI誘導性プロモーターの制御下に置かれる。このシステムにおけるLacI発現は、環境シグナルに依存するプロモーターの制御下にある。ABCシステムをデザインするための他の死滅遺伝子を使用する類似スキームは、数多くの文献に記載されている(例えば、Knudsenら(1995)Appl.Environ.Microbiol.61、985−991;Ronchelら(1998)Appl.Environ.Microbiol.64、4904−4911;Torresら(2003)Microbiology 149、3595−3601)。ストレプトアビジンに基づいた封じ込めシステムは、Szafranski及び同僚ら(1997、Proc.Natl.Acad.Sci.USA 94、1059−1063)、並びにKaplan及び同僚ら(1999、Biomol.Eng.、16、135−140)によって記載されている。   In addition to mutant strains of Agrobacterium that perform only the required functions (eg T-DNA transfer) and / or can survive only in the presence of trans-complementing factors (eg addition of virE2 protein, metabolic compounds) An approach based on an active biological containment (ABC) system of bacterial cells can be used. An example of such a system is described by Ronchel & Ramos (2001, Appl. Environ. Microbiol., 67, 2649-2656). In this document, the authors describe an ABC system designed to freely control the survival or death of bacterial populations through the induction of cell death in the absence of contaminants. This system is based on the use of a death gene such as a porin-inducible protein encoded by the E. coli gef gene. This gene is placed under the control of a lacI inducible promoter. LacI expression in this system is under the control of a promoter that depends on environmental signals. Similar schemes using other dying genes to design the ABC system have been described in numerous references (eg, Knudsen et al. (1995) Appl. Environ. Microbiol. 61, 985-991; Ronchel et al. (1998). Appl.Environ.Microbiol.64, 4904-4911; Torres et al. (2003) Microbiology 149, 3595-3601). Containment systems based on streptavidin have been described by Szafranski and colleagues (1997, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 94, 1059-1063), and Kaplan and colleagues (1999, Biomol. Eng., 16, 135-140). ).

あるいは、細菌細胞において機能性の誘導性システムを用いて、特定機能に関与する遺伝子の発現を制御することができる(例えばT−DNA伝達又はアミノ酸などの代謝産物の生合成)。実際に、変異体株(例えば栄養要求性変異体又はvirE2遺伝子機能欠損変異体)を作製するために細菌細胞から遺伝子を削除するかわりに、遺伝子を調節可能プロモーターの制御下に置くことができる。そのような調節可能プロモーターからの目的遺伝子の発現は、この場合テトラサイクリン又はIPTGのような小分子であり得る補完因子の適用を介して制御することができる。例えば十分に記述されたtet及びlacリプレッサーに基づいた細菌の調節可能システムのさまざまな改変を用いて、アグロバクテリウム細胞において目的遺伝子の発現を制御することができる。   Alternatively, functional inducible systems in bacterial cells can be used to control the expression of genes involved in specific functions (eg, T-DNA transfer or biosynthesis of metabolites such as amino acids). Indeed, instead of deleting the gene from the bacterial cell to create a mutant strain (eg, an auxotrophic mutant or a virE2 gene function deficient mutant), the gene can be placed under the control of a regulatable promoter. Expression of the gene of interest from such a regulatable promoter can be controlled through the application of complementing factors, which in this case can be small molecules such as tetracycline or IPTG. For example, various modifications of the bacterial regulatable system based on the well-described tet and lac repressors can be used to control the expression of the gene of interest in Agrobacterium cells.

アグロバクテリウムに加えて、本発明は、植物細胞へのT−DNA伝達のために遺伝子操作された他の微生物に拡大適用することができる。例えば、近年、アグロバクテリウム属以外の共生細菌種を改変して、多くの多様な植物への遺伝子伝達を介在することができることが示された(Broothaertsら、(2005)Nature、433、629−633)。これらの細菌は、安全化Ti−プラスミド及びバイナリーベクターを獲得することによって、遺伝子伝達に適任となっている。   In addition to Agrobacterium, the present invention can be extended to other microorganisms that have been genetically engineered for T-DNA transfer into plant cells. For example, recently it has been shown that symbiotic bacterial species other than the genus Agrobacterium can be modified to mediate gene transfer to many diverse plants (Brotheratats et al. (2005) Nature, 433, 629- 633). These bacteria have become qualified for gene transfer by obtaining safe Ti-plasmids and binary vectors.

植物RNAウイルス(例外はウイロイド−植物細胞核で増幅する小さな非コードRNA−である。概説として、Diener,T.O.、1999、Arch.Virol.Suppl.、15、203−220;Flores,R.、2001、CR Acad.Sci.III、324、943−952を参照されたい)は細胞核では発生せず、細胞質で発生することが知られている。したがって、RNAウイルスの配列は、プレmRNA、rRNA及びtRNAの前駆体を含めたプロセシングされたRNAの、細胞質内の輸送を含めたプロセシング工程に関与するモチーフの存在により、核のRNAプロセシングに抵抗するように適合されていない。5’端キャッピング、スプライシング、3’端生成、ポリアデニル化、分解、塩基及び糖による修飾、並びにエディティング(プラスチド及びミトコンドリア内)などのプロセシングイべントが集中的に研究されている。しかしながら、そのようなイベントの多くの要素は依然として不明確のままである。核におけるプレmRNAの最も劇的な変化は、介在RNA配列(イントロン)が初期転写産物から除去され、同時にエクソンが連結されるプロセスである、プレmRNAのスプライシングのあいだに起こる。スプライシングは、ウリジン(uridilate)に富んだ核の小さなリボ核タンパク質粒子を含む複合体構造であるスプライソームによって介在される。スプライソームは2つの連続工程でスプライシング反応を行う:第1工程−上流エクソン/イントロン接合部の5’スプライス部位を切断してラリアート形成し、第2工程−イントロン/下流エクソン接合部の3’スプライス部位を切断して上流と下流のエクソンを連結する(概説として:Kramer,A.、1996、Annu.Rew.Biochem.、65、367−409;Simpson,GG.&Filipowicz,W.1996、Plant.Mol.Biol.、32、1−41を参照されたい)。イントロン配列に隣接する5’及び3’スプライシング部位のジヌクレオチド(5’/GU;AG/3’)は高等植物で高度に保存されており、単一G置換により関与する部位のスプライシング活性を放棄するであろう。驚くべきことに、植物と動物とのあいだでスプライシング部位が高度に保存されているにもかかわらず、植物において異種イントロンは通常スプライシングされないか、又は不正確にスプライシングされる(van Santen,VL.ら、1987、Gene、56、253−265;Wiebauer,K.、Herrero,J.J.、Filipowicz,W.1988、Mol.Cel.Biol.、8、2042−2051)。植物ウイルスRNAは、核のRNAプロセシング装置に抵抗するための進化的圧力下になかったことを考慮すると、これらのRNAは、いったん核環境に置かれると、スプライシングを含めたそのようなプロセシングの対象となる可能性が非常に高い。この状況は、核遺伝子によってコードされるRNA転写産物とは全く異なる。後者の転写産物は、一連のRNA修飾が核で起こるにもかかわらず、機能性を保つように進化的に適合しているためである。しかしながら、そのような修飾は、ウイルスRNAレプリコン形成に劇的な結果を招くことができる。異種遺伝子のための発現ベクターを作製するために植物ウイルス遺伝子を再操作すると、ウイルス起源のRNA配列と相互作用する配列を更に追加するため、RNAウイルスに基づいたレプリコンの不安定性が更に増し、複製できない欠損RNAを産生するであろう。本発明は、発現ベクターをDNA前駆体として植物又は植物細胞に導入し、一過性発現又は植物染色体DNAへの安定な組み込みを提供する場合に機能性RNAレプリコンの形成頻度を顕著に上昇させる改変を発現ベクターに施すことによって、こうした問題に取り組んでいる。ウイルス由来配列の改変は、RNAウイルスに基づいたレプリコンの効率を高めるための最善策であり得る。改変は、直接的(例えばRNAウイルス由来配列内)でも間接的(例えば非ウイルス起源の配列内)でもよいが、間接的改変は、ウイルス起源の配列に安定効果をもたらし得る。本発明では、RNAレプリコン形成効率の上昇に不可欠であるため、RNAウイルス由来配列内の改変に主に焦点をあてる。   Plant RNA viruses (exceptions are viroids—small non-coding RNAs that amplify in the plant cell nucleus. For review, see Diener, TO, 1999, Arch. Virol. Suppl., 15, 203-220; Flores, R .; 2001, CR Acad.Sci.III, 324, 943-952) is known not to occur in the cell nucleus but in the cytoplasm. Thus, RNA viral sequences resist nuclear RNA processing due to the presence of motifs involved in processing processes, including pre-mRNA, rRNA and tRNA precursors, including cytoplasmic transport. Not so adapted. Processing events such as 5 'end capping, splicing, 3' end generation, polyadenylation, degradation, base and sugar modifications, and editing (inside plastids and mitochondria) have been intensively studied. However, many elements of such events remain unclear. The most dramatic changes in pre-mRNA in the nucleus occur during pre-mRNA splicing, a process in which intervening RNA sequences (introns) are removed from the initial transcript and simultaneously exons are ligated. Splicing is mediated by splicesomes, a complex structure containing small ribonucleoprotein particles of uridilate rich nuclei. The splicesome performs the splicing reaction in two successive steps: 1st step—cleaving the 5 ′ splice site of the upstream exon / intron junction to form a lariat, 2nd step—3 ′ splice of the intron / downstream exon junction Cleavage the site to join upstream and downstream exons (for review: Kramer, A., 1996, Annu. Rew. Biochem., 65, 367-409; Simpson, GG. & Filipowicz, W. 1996, Plant. Mol. Biol., 32, 1-41). The 5 'and 3' splicing site dinucleotides (5 '/ GU; AG / 3') adjacent to the intron sequence are highly conserved in higher plants and abandon splicing activity at sites involved by single G substitutions Will do. Surprisingly, despite the high conservation of splicing sites between plants and animals, heterologous introns are usually not spliced or incorrectly spliced in plants (van Santen, VL. Et al.). 1987, Gene, 56, 253-265; Wiebauer, K., Herrero, JJ, Filipowicz, W. 1988, Mol. Cel. Biol., 8, 2042-2051). Given that plant viral RNAs were not under evolutionary pressure to resist nuclear RNA processing equipment, these RNAs were subject to such processing, including splicing, once placed in the nuclear environment. Is very likely. This situation is quite different from the RNA transcript encoded by the nuclear gene. This is because the latter transcript is evolutionarily adapted to retain functionality despite a series of RNA modifications occurring in the nucleus. However, such modifications can have dramatic consequences for viral RNA replicon formation. Re-engineering plant viral genes to create expression vectors for heterologous genes adds additional sequences that interact with RNA sequences of viral origin, further increasing the instability of RNA virus-based replicons and replication Will produce incomplete defective RNA. The present invention introduces an expression vector into a plant or plant cell as a DNA precursor, and when it provides transient expression or stable integration into plant chromosomal DNA, a modification that significantly increases the frequency of formation of a functional RNA replicon Is addressed by applying to the expression vector. Modification of virus-derived sequences may be the best way to increase the efficiency of RNA virus-based replicons. The modification may be direct (eg, within a sequence derived from an RNA virus) or indirect (eg, within a sequence derived from a non-viral source), but indirect modification may have a stabilizing effect on the sequence derived from the virus. In the present invention, since it is indispensable for increasing the efficiency of RNA replicon formation, the main focus is on alterations in RNA virus-derived sequences.

驚くべきことに、潜在的に問題のある領域が存在する証拠を発見するための第1の試みは成功した。そして、更に驚くべきことに、予想外にも桁違いの改善を発見したことにより、実験的に確認した。発現ベクターpICH8543(実施例1、図2A)のRNAウイルス由来配列を、潜在イントロンとRNAスプライシング部位の存在に関し、NetgeneIIサーバープログラム(http://www.cbs.dtu.dk/services/NetGene2/)を用いて解析することにより、核RNAプロセシング装置によってスプライシングされ得るイントロン様領域の存在が示された(図6の丸で囲んだ領域を参照されたい)。植物ウイルスRNA配列内で潜在的に問題のある領域(選択された位置)を同定するために使用できるプログラムは、さまざまな生物のためのエクソン/イントロン予測プログラム(http://genes.mit.edu/GENSCAN.html)又はスプライシングシグナル予測プログラム(http://125.itba.mi.cnr.it/〜webgene/wwwspliceview.html)のように、他にも多数存在する。   Surprisingly, the first attempt to find evidence that a potentially problematic area exists was successful. And surprisingly, it was experimentally confirmed by unexpectedly finding an order of magnitude improvement. The RNA virus-derived sequence of the expression vector pICH8543 (Example 1, FIG. 2A) is transferred to the Netgene II server program (http://www.cbs.dtu.dk/services/NetGene2/) for the presence of potential introns and RNA splicing sites. Analysis using showed the presence of intron-like regions that could be spliced by the nuclear RNA processing equipment (see circled region in FIG. 6). Programs that can be used to identify potentially problematic regions (selected locations) within plant viral RNA sequences are exon / intron prediction programs for various organisms (http://genes.mit.edu). /GENSCAN.html) or a splicing signal prediction program (http://125.itba.mi.cnr.it/˜webgene/wwwspliceview.html).

既存のプログラムは全て理想的ではなく、誤りがちであることを考慮すると、潜在的に問題のある領域は実験的に決定することもできる。これは、RT−PCRで(Frohman,MA.、1989、Methods Enzymol.、218、340−356)、又はさまざまな転写産物の濃度を正確に定量するのに好適な、リアルタイムPCRと呼ばれる進歩したバージョン(Gibsonら、1996、Genome Res.、6、995−1001)で、核環境で試験されているDNAベクター由来の転写産物を解析することによって行うことができ、好ましくはPCR増幅産物の配列決定を伴う。本発明の機能保存的な相違は、例えばA/Uに富んだ領域(イントロン様)からG/Cに富んだ領域(エクソン様)への置換を伴うサイレント変異を導入することにより、例えばイントロン様配列をエクソン様配列配列で置換することによって、RNAプロファイルを劇的に変化させる(図3の丸で囲んだ領域を参照されたい)。植物のイントロンはエクソンと異なり、通常A/Uに富んでいる(Csank,C.ら、1990、Nucl.Acid Res.、18、5133−5141;Goodall&Filipowicz、1989、Cell、58、473−483)が、例外がある。例えば単子葉植物では、G/Cに富んだイントロンが発見されている(Goodall&Filipowicz、1989、Cell、58、473−483;Goodall&Filipowicz、1991、EMBO J.、10、2635−2644)。本発明のこの態様を実施するには、A/Uに富んだ領域には、A/U含量が少なくとも55%以上の、少なくとも長さ20ヌクレオチドの配列である長い区間だけでなく、純粋にA/Uを含有する配列の並びの6〜19ヌクレオチドの、より短い区間(「アイランド」)も含まれる。本発明におけるA/U内容は、UよりもAに富んだ配列、又はAのみに富んだ配列、そして逆にこの定義によってカバーされる全ての配列を意味する。実施例6では、A/Uに富んだ領域の改変が、GFPを発現する細胞数を少なくとも10倍増加させることを立証する。これは、図10において、pICH15466(改変ベクター、図2A)でアグロ浸潤させた領域と、pICH14833(対照ベクター、図2A)でアグロ浸潤させた領域とを比較することによって立証される。移行タンパク質(MP)の除去は、初期感染部位から隣接細胞への細胞間移行は起こらないため、機能性RNAレプリコンを有する初代培養細胞の正確な計数を可能にする。実施例7では、多くの潜在スプライス部位(図6B)を含有し、移行タンパク質(MP)のサブゲノムプロモーターをカバーする他のUに富んだイントロン様領域の改変を行った(図8、丸で囲んである)。この改変は、ウイルスベクターpICH15900からのレプリコン形成頻度上昇に劇的な効果を及ぼす。プロトプラスト計数実験(実施例7)で立証したように、試験した2つのタバコ種−ベンサミアナタバコ及びタバコに関し、非改変ベクターpICH14833と比較して、およそ100倍増加した(図10A、Bの対応の浸潤領域を参照されたい)。一般に、本発明に記載のアプローチを用いることにより、RNAレプリコン形成頻度をおよそ300倍上昇させ、即ち、機能性レプリコンを有する細胞の割合を約0.2%(対照ベクター)から50%(改変ベクター)以上に増加させることができた。これは限界ではなく、100%の頻度に達することも非常に現実的であると考えられる。   Considering that all existing programs are not ideal and are prone to errors, potentially problematic areas can also be determined experimentally. This is an advanced version called real-time PCR suitable for RT-PCR (Frohman, MA., 1989, Methods Enzymol., 218, 340-356) or for accurately quantifying the concentration of various transcripts. (Gibson et al., 1996, Genome Res., 6, 995-1001) can be performed by analyzing transcripts derived from DNA vectors that have been tested in the nuclear environment, preferably sequencing PCR amplified products. Accompany. The conservative differences of the present invention can be achieved, for example, by introducing silent mutations with substitutions from A / U rich regions (intron-like) to G / C rich regions (exon-like), for example, intron-like Replacing the sequence with exon-like sequence sequences dramatically changes the RNA profile (see circled region in FIG. 3). Plant introns, unlike exons, are usually rich in A / U (Csunk, C. et al., 1990, Nucl. Acid Res., 18, 5133-5141; Goodall & Filipowicz, 1989, Cell, 58, 473-483) There are exceptions. For example, in monocotyledonous plants, introns rich in G / C have been discovered (Goodall & Filipowicz, 1989, Cell, 58, 473-483; Goodall & Filipowicz, 1991, EMBO J., 10, 2635-2644). In practicing this aspect of the invention, the A / U-rich region includes not only a long section that is a sequence of at least 20 nucleotides in length with an A / U content of at least 55%, but also pure A Also included are shorter sections ("islands") of 6-19 nucleotides in a sequence sequence containing / U. A / U content in the context of the present invention means a sequence richer in A than U, or a sequence rich in only A, and conversely all sequences covered by this definition. Example 6 demonstrates that modification of the A / U rich region increases the number of cells expressing GFP by at least 10-fold. This is demonstrated in FIG. 10 by comparing the region agroinfiltrated with pICH15466 (modified vector, FIG. 2A) and the region agroinfiltrated with pICH14833 (control vector, FIG. 2A). Removal of the migration protein (MP) allows accurate counting of primary cultured cells with functional RNA replicons because no cell-to-cell migration from the site of initial infection to adjacent cells occurs. In Example 7, modifications were made to other U-rich intron-like regions that contain many potential splice sites (FIG. 6B) and cover the subgenomic promoter of the transition protein (MP) (FIG. 8, circles). Enclosed). This modification has a dramatic effect on increasing the frequency of replicon formation from the viral vector pICH15900. As demonstrated in the protoplast counting experiment (Example 7), there was an approximately 100-fold increase for the two tobacco species tested-Bensamiana tobacco and tobacco compared to the unmodified vector pICH14833 (corresponding to FIGS. 10A, B). See infiltration area). In general, by using the approach described in the present invention, the frequency of RNA replicon formation is increased approximately 300-fold, ie, the proportion of cells with functional replicon is about 0.2% (control vector) to 50% (modified vector). ) It was possible to increase more. This is not a limit and reaching 100% frequency is also considered very realistic.

そのように高率のレプリコン形成は、同一植物細胞内で2つの異なるRNAレプリコンから2以上の異なる遺伝子を発現させる、例えば植物RNAウイルスに基づいたベクターを用いて異なる遺伝子を共発現させる道を開く。同一細胞で同時に2以上のレプリコンの同調した開放を達成することは、「先着順」の原則はウイルスベクターでは特に真実であるため、そのような共発現に重要である。異なるウイルスベクターは通常伝播領域で重ならないため、又はそのような重なりはわずかであるため、浸透移行も細胞間移行も役立たない。単純な計算によって、同一植物細胞において2つのレプリコンから2つの目的配列の共発現を達成するための、本発明に記載の技術の重要性を立証する。機能性レプリコン形成頻度が全細胞の0.2%である非最適化ウイルスベクターの場合、2つの異なるRNAレプリコンから2つの遺伝子を共発現する細胞の割合は0.2×0.2=0.04%であるが、機能性RNAレプリコン形成頻度が上昇した構築体の場合(全細胞の50%即ち1/2)、上記細胞の割合は0.5×0.5=0.25、即ち25%であり、例えば約625倍高いであろう。最高性能ベクターを用いると(例えばpICH16191、図10C)、機能性レプリコンを有する細胞の割合はおよそ90%に達することもある(図10C、右上)。これは、2つの独立したレプリコンから2つの異なる目的配列を発現させるためにそのようなベクターを用いることにより、全細胞の80%で共発現が起こり得ることを意味している。技術を更に改善し、100%共発現を達成できる可能性は非常に高いと考えられる。   Such a high rate of replicon formation opens the way for two or more different genes to be expressed from two different RNA replicons within the same plant cell, for example using a vector based on a plant RNA virus to co-express different genes. . Achieving synchronized release of two or more replicons simultaneously in the same cell is important for such co-expression because the “first-come-first-served” principle is particularly true for viral vectors. Because different viral vectors usually do not overlap in the transmission region, or because such overlap is small, neither osmotic or cell-to-cell transfer is helpful. A simple calculation demonstrates the importance of the technique described in the present invention to achieve co-expression of two target sequences from two replicons in the same plant cell. In the case of a non-optimized viral vector in which the frequency of functional replicon formation is 0.2% of all cells, the proportion of cells that co-express two genes from two different RNA replicons is 0.2 × 0.2 = 0. For constructs with 04% but an increased frequency of functional RNA replicon formation (50% or 1/2 of total cells), the percentage of cells is 0.5 × 0.5 = 0.25, ie 25 %, For example about 625 times higher. Using the highest performing vectors (eg, pICH16191, FIG. 10C), the percentage of cells with functional replicons can reach approximately 90% (FIG. 10C, upper right). This means that by using such a vector to express two different sequences of interest from two independent replicons, co-expression can occur in 80% of all cells. The possibility of further improving the technology and achieving 100% co-expression is considered very high.

RNAレプリコンから発現されるべき異種目的配列における機能保存的な相違は、特にレプリコン機能に関する配列における相違と組み合わせて、RNAレプリコン形成頻度を上昇させるために使用し得ることに留意することは重要である。例えば、レプリコンの形成及び/又はプロセシングに必要な改変を目的配列内に導入することができる。   It is important to note that function-conservative differences in heterologous target sequences to be expressed from RNA replicons can be used to increase the frequency of RNA replicon formation, especially in combination with differences in sequences related to replicon function. . For example, modifications necessary for replicon formation and / or processing can be introduced into the target sequence.

本発明の他の態様では、核イントロンをレプリコン機能に関する配列に挿入することにより、レプリコン形成頻度が改善された(実施例8)。ウイルスRNA依存性RNAポリメラーゼ(RdRP)のコード領域へのイントロンの組み込み(実施例8及び12)は、改変ベクター(図2A、BのpICH15034、pICH15025、pICH15499)からのレプリコン形成頻度を顕著に(少なくとも50倍)上昇させた(図10A、B)。シロイヌナズナ由来の6つの挿入イントロンを含有するベクターのRNAプロファイルを図9に示す。他の実施例(実施例11)では、MP配列へのイントロンの挿入により、レプリコン形成頻度を少なくとも100倍上昇させる。   In another aspect of the present invention, the frequency of replicon formation was improved by inserting nuclear introns into sequences related to replicon function (Example 8). Intron incorporation into the coding region of viral RNA-dependent RNA polymerase (RdRP) (Examples 8 and 12) significantly increased the frequency of replicon formation from modified vectors (pICH15034, pICH15025, pICH15499 in FIGS. 2A, B) (at least 50 times) (Fig. 10A, B). The RNA profile of a vector containing six inserted introns from Arabidopsis thaliana is shown in FIG. In another example (Example 11), the insertion of an intron into the MP sequence increases the frequency of replicon formation by at least 100 times.

本発明を実施するために多くの核イントロンを用いることができる。そのようなイントロンの例としては、限定されるものではないが、イネtpi Act1遺伝子及びsalT遺伝子由来のイントロン(Rethmeierら、1997、Plant J.、12、895−899;Xuら、1994、Plant Physiol.、100、459−467;McElroyら、1990、Plant Cell、2、163−171);トウモロコシAdh1遺伝子、GapA1遺伝子、アクチン遺伝子、及びBz1遺伝子由来のイントロン(Callisら、1987、Genes Dev.、1、1183−11200;Donathら、1995、Plant Mol.Biol.、28、667−676;Maasら、1991、Plant Mol.Biol.、16、199−207;WE Cohn、K Moldave監修、『核酸研究と分子生物学の進歩』、第42巻、Academic Press、ニューヨーク、pp.229−257中のSinibaldi&Mettler、1992);ペチュニア ルビスコ遺伝子SSU301由来のイントロン(Deanら、1989、Plant Cell、1、201−208);シロイヌナズナA1 EF1α遺伝子、UBQ10遺伝子、UBQ3遺伝子、PAT1遺伝子由来のイントロン(Curieら、1993、Mol.Gen.Genet.228、428−436;Norrisら、1993、Plant Mol.Biol.、21、895−906;Rose&Last、1997、Plant J.、11、455−464);並びに他の多くのものが挙げられる。合成イントロンも本発明に用いることができる。最小の使用可能イントロン又はそれらの部分は、通常、内部のイントロン配列に隣接する、スプライスドナー部位及びアクセプター部位に限定され得る。好ましくはイントロンのサイズは少なくとも50ヌクレオチド、より好ましくは100〜200ヌクレオチドである必要があるが、実際にはイントロンのサイズに限定はない。しかしながら、構築体のサイズは遺伝子操作に好適なように維持される必要がある。イントロンの由来、その構造及びサイズは、ベクターの性質に応じて個々に選択することができる。選択したイントロン又は対応のイントロン部分の効率を試験するために一過性発現実験を用いることができる。   Many nuclear introns can be used to practice the present invention. Examples of such introns include, but are not limited to, rice tpi Act1 and salT gene derived introns (Rethmeier et al., 1997, Plant J., 12, 895-899; Xu et al., 1994, Plant Physiol. , 100, 459-467; McElroy et al., 1990, Plant Cell, 2, 163-171); introns derived from maize Adh1, GapA1, actin and Bz1 genes (Callis et al., 1987, Genes Dev., 1). Donath et al., 1995, Plant Mol. Biol., 28, 667-676; Maas et al., 1991, Plant Mol. Biol., 16, 199-207; Ohn, supervised by K Moldave, “Advances in Nucleic Acid Research and Molecular Biology”, Volume 42, Academic Press, New York, pp. 229-257; Intron from Petunia Rubisco gene SSU301 (Dean et al., 1989). , Plant Cell, 1, 201-208); Arabidopsis A1 EF1α gene, UBQ10 gene, UBQ3 gene, intron derived from PAT1 gene (Curie et al., 1993, Mol. Gen. Genet. 228, 428-436; Norris et al., 1993, Plant Mol.Biol., 21, 895-906; Rose & Last, 1997, Plant J., 11, 455-464); The Synthetic introns can also be used in the present invention. The smallest usable introns or portions thereof can be limited to splice donor and acceptor sites, usually adjacent to internal intron sequences. Preferably the intron size should be at least 50 nucleotides, more preferably 100-200 nucleotides, but in practice the intron size is not limited. However, the size of the construct needs to be maintained to be suitable for genetic manipulation. The origin of the intron, its structure and size can be selected individually depending on the nature of the vector. Transient expression experiments can be used to test the efficiency of selected introns or corresponding intron moieties.

上記改変の効果は累積的であり、例えばイントロンの挿入をMPサブゲノムプロモーターの改変と組み合わせると、レプリコン形成頻度をおよそ300倍に上昇させることができる(実施例9)。RNAレプリコン形成頻度を上昇させるためのイントロン挿入に好ましい領域は、本明細書において選択された領域という。そのような位置は「イントロン様」構造を含有することができる。これは、MP、実際にはMPサブゲノムプロモーターのように問題のある領域の極近傍にイントロンを挿入することによって確認される(実施例11)。レプリコン形成頻度に100倍の上昇が観察された。「エクソン様」領域へのイントロンの挿入は、イントロン様領域への挿入のような明白な効果を有さない(実施例10)。   The effect of the modification is cumulative. For example, when intron insertion is combined with modification of the MP subgenomic promoter, the frequency of replicon formation can be increased approximately 300 times (Example 9). Preferred regions for intron insertion to increase the frequency of RNA replicon formation are referred to herein as selected regions. Such positions can contain “intron-like” structures. This is confirmed by inserting an intron in the immediate vicinity of the problematic region, such as MP, actually the MP subgenomic promoter (Example 11). A 100-fold increase in replicon formation frequency was observed. Insertion of an intron into an “exon-like” region has no obvious effect like insertion into an intron-like region (Example 10).

目的配列の一過性発現に適格な、即ち本発明の欠損アグロバクテリウム株の補完に適格な植物宿主の作製に必要な代理機能を有するトランスジェニック植物宿主を作製するためにさまざまな方法を用いることができる。アグロバクテリウムによって運ばれるTi−プラスミドにより(US5,591,616号;US4,940,838号;US5,464,763号)、又は粒子銃若しくは微粒子銃(US05100792号;EP00444882B1号;EP00434616B1号)により、植物細胞をベクターで形質転換することができる。マイクロインジェクション(WO09/209696号;WO09/400583A1号;EP175966B1号)、エレクトロポレーション(EP00564595B1号;EP00290395B1号;WO08/706614A1号)、又はプロトプラストのPEG介在形質転換などのような他の植物形質転換法も用いることができる。ベクター送達方法の選択は、形質転換される植物種に依存し得る。例えば、微粒子銃は通常単子葉植物の形質転換に好ましいが、双子葉植物には、アグロバクテリウム介在形質転換が一般に良好な結果を与える。   A variety of methods are used to generate transgenic plant hosts that have the surrogate function necessary for the generation of plant hosts that are eligible for transient expression of the target sequence, i.e., suitable for complementing the defective Agrobacterium strain of the present invention. be able to. By Ti-plasmid carried by Agrobacterium (US 5,591,616; US 4,940,838; US 5,464,763) or by particle gun or fine particle gun (US 05100792; EP00444882B1; EP00434616B1) Plant cells can be transformed with vectors. Other plant transformation methods such as microinjection (WO09 / 209696; WO09 / 400583A1; EP175966B1), electroporation (EP00564595B1; EP00290395B1; WO08 / 706614A1), or PEG-mediated transformation of protoplasts Can also be used. The choice of vector delivery method may depend on the plant species to be transformed. For example, particle guns are usually preferred for transformation of monocotyledonous plants, whereas for dicotyledonous plants, Agrobacterium-mediated transformation generally gives good results.

以下の実施例では、タバコ細胞へのアグロバクテリウム介在ベクター(異種DNA配列)送達を用いた。しかしながら、ベクターは、目的植物種の安定な又は一過性の形質転換又はトランスフェクションに好適な標準技術にしたがい、植物に組み込むことができる。双子葉植物の形質転換技術は当該技術分野において周知であり、アグロバクテリウムに基づいた技術とアグロバクテリウムを必要としない技術が含まれる。非アグロバクテリウム技術には、プロトプラスト又は細胞による外来遺伝物質の直接取り込みが含まれる。これらの技術には、PEG又はエレクトロポレーションを介在する取り込み、粒子銃介在送達、及びマイクロインジェクションが含まれる。これらの技術の例は、Paszkowskiら、EMBO J.、3、2717−2722(1984);Potrykusら、Mol.Gen.Genet.、199、169−177(1985);Reichら、Biotechnology 4:1001−1004(1986);及びKleinら、Nature 327、70−73(1987)に記載されている。いずれの場合にも、形質転換細胞は標準技術を用いて完全な植物に再生される。   In the examples below, Agrobacterium-mediated vector (heterologous DNA sequence) delivery to tobacco cells was used. However, the vector can be incorporated into plants according to standard techniques suitable for stable or transient transformation or transfection of the plant species of interest. Dicotyledonous transformation techniques are well known in the art and include techniques based on Agrobacterium and techniques that do not require Agrobacterium. Non-Agrobacterium techniques include direct uptake of foreign genetic material by protoplasts or cells. These techniques include PEG or electroporation mediated uptake, particle gun mediated delivery, and microinjection. Examples of these techniques are described in Paszkowski et al., EMBO J. et al. 3, 2717-2722 (1984); Potrykus et al., Mol. Gen. Genet. 199, 169-177 (1985); Reich et al., Biotechnology 4: 1001-1004 (1986); and Klein et al., Nature 327, 70-73 (1987). In either case, transformed cells are regenerated into complete plants using standard techniques.

アグロバクテリウム介在トランスフェクションは、そのトランスフェクション効率の高さと多くのさまざまな種を用いる広範な有用性のために、双子葉植物のトランスフェクションに好ましい技術である。アグロバクテリウムによって日常的に形質転換され得る多くの作物種には、タバコ、トマト、ヒマワリ、ワタ、アブラナ、ジャガイモ、ダイズ、アルファルファ、及びポプラが含まれる(EP 0 317 511号(ワタ)、EP 0 249 432号(トマト)、WO87/07299号(アブラナ属)、米国特許第4,795,855号(ポプラ))。   Agrobacterium-mediated transfection is a preferred technique for transfection of dicotyledons because of its high transfection efficiency and broad utility with many different species. Many crop species that can be routinely transformed by Agrobacterium include tobacco, tomato, sunflower, cotton, rape, potato, soybean, alfalfa, and poplar (EP 0 317 511 (cotta), EP No. 0 249 432 (tomato), WO 87/07299 (Brassica), US Pat. No. 4,795,855 (poplar)).

本発明の例では、目的遺伝子を一過性発現させるためのT−DNAのアグロバクテリウム介在送達法であるアグロ接種を用いた(Vaqueroら、1999、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、96、11128−11133)。アグロ接種は、小規模から中規模の組換えタンパク質産生システムだけでなく、ベクター最適化の要素としても非常に有用なツールであり、構築体のさまざまな変異体を用いて迅速な結果を得ることが可能である。   In the examples of the present invention, Agro inoculation, which is an Agrobacterium-mediated delivery method of T-DNA for transient expression of a target gene, was used (Vaquero et al., 1999, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 96). 11128-11133). Agro inoculation is a very useful tool not only for small to medium recombinant protein production systems, but also as an element of vector optimization, to obtain rapid results using various variants of the construct Is possible.

アグロ浸潤を実施するには、先行技術に記載のように、通常、アグロバクテリウムの一晩培養物を準備する(Marillonnetら、2004、Proc.Natl.Acad.Sci.USA.、101、6853−6857)。通常、一晩培養物の光学密度(O.D.)は波長600nmで3〜3.5単位に達し、アグロ浸潤の前に3〜5倍に希釈され、5〜9×10コロニー形成単位を生ずる(Turpenら、1993、J.Virol.Methods、42、227−240)。発明者らは、10倍、10倍、及び10倍希釈も、特に本明細書に記載のような機能保存的な相違を有するレプリコン機能に関する配列との組み合わせにおいて、非常に効率的に作用することを発見した。驚くべきことに、浸潤させたタバコの葉におけるベクターはその性能を更に向上させ、形質転換アグロバクテリウムの希釈率を上げるとGFPの良好な収率を与えた。例えば、10倍希釈は10倍希釈よりも良好な結果を与えた。10倍希釈は10倍希釈よりも良好なGFP収率を生ずる。この現象に対する可能な説明は、おそらく高濃度の病原性細菌に対する植物の応答の結果としての、非常に濃縮したアグロバクテリウム懸濁液の、ウイルスベクターの機能、例えば細胞間移行に対する負の効果である。この現象は、アグロ浸潤を介する組換えタンパク質産生に必要なアグロバクテリウム量を、先行技術の方法と比較して、少なくとも1桁軽減させるため、大規模な工業的タンパク質発現方法に特別な価値がある。 To perform agroinfiltration, an overnight culture of Agrobacterium is usually set up as described in the prior art (Marillonnet et al., 2004, Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 101, 6853- 6857). Typically, the optical density (OD) of an overnight culture reaches 3 to 3.5 units at a wavelength of 600 nm and is diluted 3 to 5 times before agroinfiltration to give 5-9 × 10 9 colony forming units. (Turpen et al., 1993, J. Virol. Methods, 42, 227-240). The inventors have also found that 10 2 fold, 10 3 fold, and 10 4 fold dilutions are also very efficient, especially in combination with sequences related to replicon functions that have function-conservative differences as described herein I found it to work. Surprisingly, the vector in infiltrated tobacco leaves further improved its performance and gave a good yield of GFP with increasing dilution of transformed Agrobacterium. For example, a 10 3 fold dilution gave better results than a 10 2 fold dilution. A 10 2 fold dilution yields a better GFP yield than a 10 fold dilution. A possible explanation for this phenomenon is the negative effect of highly concentrated Agrobacterium suspensions on viral vector functions, such as cell-to-cell migration, possibly as a result of the plant's response to high concentrations of pathogenic bacteria. is there. This phenomenon has particular value in large-scale industrial protein expression methods because it reduces the amount of Agrobacterium required for recombinant protein production via agroinvasion by at least an order of magnitude compared to prior art methods. is there.

実施例13では、不活化ウイルスRNAに基づいたレプリコンのDNA前駆体について示す。レプリコンは本発明にしたがって最適化される。更に、レプリコンは、非コンピテント植物、例えばゲノムDNAに安定に組み込まれたリコンビナーゼを提供する発現カセットを含有しない植物へアグロ送達された場合に目的配列の発現を妨げる構造を含有する。機能性RNAレプリコンの形成と同様に、発現は、部位特異的組換えにより構築体の一部を反転させることによって誘引することができる。この反転は、2つのイントロンの形成と、機能性目的配列の集合をもたらすことができる。実施例13に記載のシステムは、ウイルスベクターの最適化だけでなく、工業的タンパク質又は医薬用タンパク質を発現させるための植物発現システムを用いる高度な生物学的安全性基準の達成方法を示している。   Example 13 shows a replicon DNA precursor based on inactivated viral RNA. The replicon is optimized according to the present invention. In addition, replicons contain structures that prevent expression of the target sequence when agro-delivered to non-competent plants, such as plants that do not contain an expression cassette that provides recombinase stably integrated into genomic DNA. Similar to the formation of a functional RNA replicon, expression can be induced by reversing part of the construct by site-specific recombination. This inversion can result in the formation of two introns and a collection of functional target sequences. The system described in Example 13 demonstrates how to achieve high biological safety standards using plant expression systems to express industrial or pharmaceutical proteins as well as viral vector optimization. .

リコンビナーゼの転写は、誘導性の又は他の調節された(例えば発生学的に調節された)プロモーターの制御下に置くことができる。誘導性プロモーターは、その誘導条件によって2つのカテゴリーに分けることができる:非生物的因子(温度、光、化学物質)によって誘導されるものと、生物的因子、例えば病原体又は害虫の攻撃によって誘導できるものである。第1のカテゴリーの例は、熱誘導性(US05187287号)及び低温誘導性(US05847102号)のプロモーター、銅誘導性システム(Mettら、1993、Proc.Natl.Acad.Sci.USA、90、4567−4571)、ステロイド誘導性システム(Aoyama&Chua、1997、Plant J.、11、605−612;McNellisら、1998、Plant J.、14、247−257;US06063985号)、エタノール誘導性システム(Caddickら、1997、Nature Biotech.、16、177−180;WO09/321334号)、並びにテトラサイクリン誘導性システム(Weinmannら、1994、Plant J.、5、559−569)である。植物の化学誘導性システムの分野における最新の発展の1つは、グルココルチコイド デキサメサゾンによってスイッチを入れることができ、テトラサイクリンによってスイッチを切ることができるキメラプロモーターである(Bohnerら、1999、Plant J.、19、87−95)。化学的誘導性システムの概説として:Zuo&Chua(2000、Current Opin.Biotechnol.、11、146−151)及びPadidam,M(2003、Curr.Opin.Plant Biol.、6、169−177)を参照されたい。誘導性プロモーターの他の例は、植物の病原性関連(PR)遺伝子の発現を制御するプロモーターである。これらのプロモーターは、植物を、病原体の攻撃に対する応答における植物シグナル伝達経路の重要成分であるサリチル酸で、又はPR遺伝子発現を誘引可能な他の化学化合物(ベンゾ−1,2,3−チアジアゾール又はイソニコチン酸)(US05942662号)で処理することによって誘導することができる。   Recombinase transcription can be under the control of an inducible or other regulated (eg, developmentally regulated) promoter. Inducible promoters can be divided into two categories depending on their induction conditions: those induced by abiotic factors (temperature, light, chemical) and those induced by biological factors such as pathogen or pest attack. Is. Examples of the first category are heat-inducible (US05187287) and cold-inducible (US05847102) promoters, copper-inducible systems (Mett et al., 1993, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 90, 4567- 4571), steroid-inducible systems (Aoyama & Chua, 1997, Plant J., 11, 605-612; McNellis et al., 1998, Plant J., 14, 247-257; US06063985), ethanol-inducible systems (Caddick et al., 1997). , Nature Biotech., 16, 177-180; WO 09/321334), and the tetracycline inducible system (Weinmann et al., 1994, Plant J., 5, 559-569). That. One of the latest developments in the field of plant chemical inducible systems is a chimeric promoter that can be switched on by glucocorticoid dexamethasone and switched off by tetracycline (Bohner et al., 1999, Plant J., 19, 87-95). For a review of chemical inductive systems: see Zuo & Chua (2000, Current Opin. Biotechnol., 11, 146-151) and Padidam, M (2003, Curr. Opin. Plant Biol., 6, 169-177). . Other examples of inducible promoters are promoters that control the expression of plant pathogenicity-related (PR) genes. These promoters can direct plants to salicylic acid, a key component of the plant signaling pathway in response to pathogen attack, or other chemical compounds that can induce PR gene expression (benzo-1,2,3-thiadiazole or isoforms). It can be induced by treatment with nicotinic acid (US 05942662).

本発明は、実施例に記載のTMVに基づいたベクターに限定されず、他の植物RNAウイルスに基づいたレプリコンにも適用可能である。他の植物ウイルスRNA配列の解析(実施例14、図13、図14)により、TMVに関して記載したものと類似の選択された位置及び植物核遺伝子のプレmRNAの配列を示す(図12)。これは、本発明に記載のアプローチを用いて、問題のある領域を除去/置換することにより、及び/又は核イントロンを挿入することにより、実際に植物RNAウイルス由来レプリコンを解消することができる強力な証拠である。   The present invention is not limited to the TMV-based vectors described in the examples, but can also be applied to replicons based on other plant RNA viruses. Analysis of other plant viral RNA sequences (Example 14, FIG. 13, FIG. 14) shows selected positions similar to those described for TMV and the sequence of the pre-mRNA of the plant nuclear gene (FIG. 12). This is a powerful that can actually eliminate plant RNA virus-derived replicons by removing / substituting problematic regions and / or inserting nuclear introns using the approach described in the present invention. This is proof.

本発明を用いて植物又は植物細胞において発現させることができる目的タンパク質、それらの断片(機能性又は非機能性)、及びそれらの人工誘導体には、限定されるものではないが、以下が含まれる:デンプン修飾酵素(デンプン合成酵素、デンプンリン酸化酵素、脱分岐酵素、デンプン分岐酵素、デンプン分岐酵素II、顆粒結合型デンプン合成酵素)、ショ糖リン酸合成酵素、ショ糖ホスホリラーゼ、ポリガラクツロナーゼ、ポリフルクタンスクラーゼ、ADPグルコース ピロホスホリラーゼ、シクロデキストリン グリコシルトランスフェラーゼ、フルクトシル トランスフェラーゼ、グリコーゲン合成酵素、ペクチン エステラーゼ、アプロチニン、アビジン、細菌レバンスクラーゼ、大腸菌glgAタンパク質、MAPK4と相同分子種、窒素同化/代謝酵素、グルタミン合成酵素、植物オスモチン、2Sアルブミン、タウマチン、部位特異的リコンビナーゼ/インテグラーゼ(FLP、Cre、Rリコンビナーゼ、Int、SSVIインテグラーゼR、インテグラーゼφC31、又はそれらの活性断片若しくは変異体)、オイル修飾酵素(脂肪酸不飽和化酵素、エロンガーゼなどのような)、イソペンテニル トランスフェラーゼ、Sca M5(ダイズ カルモジュリン)、甲虫型毒素又は殺虫活性断片、ユビキチン結合酵素(E2)融合タンパク質、脂質、アミノ酸、糖、核酸、及び多糖を代謝する酵素、スーパーオキシドジスムターゼ、不活性プロ酵素型プロテアーゼ、植物タンパク質毒素、繊維産生植物における改質繊維、バチルス・スリンギエンシス由来の甲虫活性毒素(Bt2毒素、殺虫性結晶タンパク質(ICP)、CrylC毒素、δエンドトキシン、ポリオペプチド毒素、プロトキシンなど)、昆虫特異的毒素AaIT、セルロース分解酵素、Acidothermus celluloticus由来のE1セルラーゼ、リグニン修飾酵素、シンナモイル アルコール脱水素酵素、トレハロース−6−リン酸合成酵素、サイトカイニン代謝経路の酵素、HMG−CoA 還元酵素、大腸菌無機ピロホスファターゼ、種子貯蔵タンパク質、エルウィニア・ヘルビコラ リコピン合成酵素、ACCオキシダーゼ、pTOM36にコードされるタンパク質、フィターゼ、ケトヒドロラーゼ、アセトアセチルCoA還元酵素、PHB(ポリヒドロキシブタノエート)合成酵素、ポリヒドロキシルアルカノエート(PHA)の合成に関与する酵素、アシルキャリアータンパク質、ナピン、EA9、非高等植物フィトエン合成酵素、pTOM5にコードされるタンパク質、ETR(エチレン受容体)、色素体ピルビン酸リン酸ジキナーゼ、線虫誘導性膜貫通ポアタンパク質、植物細胞の光合成機能又はプラスチド機能を高める形質、スチルベン合成酵素、フェノールをヒドロキシル化可能な酵素、カテコール ジオキシゲナーゼ、カテコール 2,3−ジオキシゲナーゼ、クロロムコネート シクロイソメラーゼ、アントラニル酸合成酵素、アブラナ属AGL15タンパク質、フルクトース 1,6−ビホスファターゼ(FBPアーゼ)、AMV RNA3、PVYレプリカーゼ、PLRVレプリカーゼ、ポティウイルスコートタンパク質、CMVコートタンパク質、TMVコートタンパク質、ルテオウイルス レプリカーゼ、MDMVメッセンジャーRNA、変異体ジェミニウイルス レプリカーゼ、Umbellularia californica C12:0選択性アシル−ACPチオエステラーゼ、植物のC10又はC12:0選択性アシル−ACPチオエステラーゼ、C14:0選択性アシル−ACPチオエステラーゼ(luxD)、植物合成酵素因子A、植物合成酵素因子B、D6−不飽和化酵素、脂肪酸の生合成及び修飾、例えば植物細胞における脂肪酸のペルオキシソームβ酸化において酵素活性を有するタンパク質、アシル−CoAオキシダーゼ、3−ケトアシル−CoAチオラーゼ、リパーゼ、トウモロコシ アセチル−CoA−カルボキシラーゼ、など;5−エノールピルビルシキミ酸−3−リン酸合成酵素(EPSP)、ホスフィノスリシン アセチルトランスフェラーゼ(BAR、PAT)、CP4タンパク質、ACC脱アミノ酵素、翻訳後切断部位を有するタンパク質、スルホンアミド耐性を付与するDHPS遺伝子、細菌ニトリラーゼ、2,4−D モノオキシゲナーゼ、アセト乳酸合成酵素又はアセトヒドロキシ酸合成酵素(ALS、AHAS)、ポリガラクツロナーゼ、Taqポリメラーゼ、細菌ニトリラーゼ、制限酵素、メチラーゼ、DNA及びRNAリガーゼ、DNA及びRNAポリメラーゼ、逆転写酵素、ヌクレアーゼ(DNA分解酵素及びRNA分解酵素)、ホスファターゼ、トランスフェラーゼなどを含めた細菌又はファージ由来の他の多くの酵素。   The target proteins that can be expressed in plants or plant cells using the present invention, their fragments (functional or non-functional), and their artificial derivatives include, but are not limited to: : Starch modifying enzyme (starch synthase, starch phosphorylase, debranching enzyme, starch branching enzyme, starch branching enzyme II, granule-bound starch synthase), sucrose phosphate synthase, sucrose phosphorylase, polygalacturonase , Polyfructan sucrase, ADP glucose pyrophosphorylase, cyclodextrin glycosyltransferase, fructosyl transferase, glycogen synthase, pectin esterase, aprotinin, avidin, bacterial levansucrase, E. coli glgA protein, MAPK4 and phase Molecular species, nitrogen assimilation / metabolizing enzyme, glutamine synthase, plant osmotin, 2S albumin, thaumatin, site-specific recombinase / integrase (FLP, Cre, R recombinase, Int, SSVI integrase R, integrase φC31, or those Active fragment or mutant), oil modifying enzyme (such as fatty acid desaturase, elongase, etc.), isopentenyl transferase, Sca M5 (soybean calmodulin), beetle-type toxin or insecticidal active fragment, ubiquitin-conjugating enzyme (E2) fusion Enzymes that metabolize proteins, lipids, amino acids, sugars, nucleic acids, and polysaccharides, superoxide dismutase, inactive proenzyme-type proteases, plant protein toxins, modified fibers in fiber-producing plants, and shells derived from Bacillus thuringiensis Active toxins (Bt2 toxin, insecticidal crystal protein (ICP), CrylC toxin, δ endotoxin, poliopeptide toxin, protoxin, etc.), insect-specific toxin AaIT, cellulolytic enzyme, E1 cellulase from Acidothermus celluloticus, lignin modifying enzyme, Cinnamoyl alcohol dehydrogenase, trehalose-6-phosphate synthase, cytokinin metabolic pathway enzyme, HMG-CoA reductase, E. coli inorganic pyrophosphatase, seed storage protein, Erwinia herbicola lycopene synthase, ACC oxidase, pTOM36 Protein, phytase, ketohydrolase, acetoacetyl CoA reductase, PHB (polyhydroxybutanoate) synthase, polyhydroxyl alkenyl Enzyme involved in the synthesis of ate (PHA), acyl carrier protein, napin, EA9, non-higher plant phytoene synthase, protein encoded by pTOM5, ETR (ethylene receptor), plastid pyruvate phosphate dikinase, nematode Inducible transmembrane pore protein, trait that enhances photosynthesis or plastid function of plant cells, stilbene synthase, enzyme capable of hydroxylating phenol, catechol dioxygenase, catechol 2,3-dioxygenase, chloromuconate cycloisomerase, anthranil Acid synthase, Brassica AGL15 protein, fructose 1,6-biphosphatase (FBPase), AMV RNA3, PVY replicase, PLRV replicase, potyvirus coat protein, CMV co Protein, TMV coat protein, luteovirus replicase, MDMV messenger RNA, mutant geminivirus replicase, Umbellularia californica C12: 0 selective acyl-ACP thioesterase, plant C10 or C12: 0 selective acyl-ACP thioesterase, C14 : 0-selective acyl-ACP thioesterase (luxD), plant synthase factor A, plant synthase factor B, D6-desaturase, fatty acid biosynthesis and modification, eg enzymes in peroxisome β oxidation of fatty acids in plant cells Active protein, acyl-CoA oxidase, 3-ketoacyl-CoA thiolase, lipase, maize acetyl-CoA-carboxylase, etc .; 5-eno Pyruvylshikimate-3-phosphate synthase (EPSP), phosphinothricin acetyltransferase (BAR, PAT), CP4 protein, ACC deaminase, protein with post-translational cleavage site, DHPS gene conferring sulfonamide resistance, Bacterial nitrilase, 2,4-D monooxygenase, acetolactate synthase or acetohydroxy acid synthase (ALS, AHAS), polygalacturonase, Taq polymerase, bacterial nitrilase, restriction enzyme, methylase, DNA and RNA ligase, DNA and Many other enzymes from bacteria or phage, including RNA polymerases, reverse transcriptases, nucleases (DNA-degrading enzymes and RNA-degrading enzymes), phosphatases, transferases, etc.

本発明は、工業的酵素(セルラーゼ、リパーゼ、プロテアーゼ、フィターゼなど)、及び線維性タンパク質(コラーゲン、クモの糸タンパク質など)を含めた、商業的に価値があり、医薬的に重要なタンパク質の分子農業及び精製のために用いることができる。ヒト又は動物の健常なタンパク質は、本発明で記載したアプローチを用いて発現させ、精製することができる。そのような目的タンパク質の例としては、とりわけ、免疫応答タンパク質(モノクローナル抗体、1本鎖抗体、T細胞受容体など)、病原性微生物由来のものを含めた抗原、コロニー刺激因子、レラキシン、ソマトトロピン(HGH)及びプロインスリンを含めたポリペプチドホルモン、サイトカインとその受容体、インターフェロン、成長因子及び凝固因子、酵素学的に活性なリソソーム酵素、線溶性ポリペプチド、血液凝固因子、トリプシン、トリプシノーゲン、a1−アンチトリプシン(AAT)、ヒト血清アルブミン、グルコセレブロシダーゼ、天然コレラ毒素B、並びに上記タンパク質の融合体、変異体型、及び合成誘導体のような機能保存的タンパク質、トロンビン、ヒト胃リパーゼ、顆粒球−マクロファージコロニー刺激因子(GM−CMF)、セルピン、ラクトフェリン、リゾチーム、オレオシン、プロトロンビン、α−ガラクトシダーゼが挙げられる。   The present invention relates to commercially valuable and pharmaceutically important protein molecules, including industrial enzymes (cellulase, lipase, protease, phytase, etc.) and fibrous proteins (collagen, spider silk protein, etc.) Can be used for agriculture and refining. Healthy human or animal proteins can be expressed and purified using the approaches described in this invention. Examples of such target proteins include, inter alia, immune response proteins (monoclonal antibodies, single chain antibodies, T cell receptors, etc.), antigens including those derived from pathogenic microorganisms, colony stimulating factors, relaxin, somatotropin ( Polypeptide hormones including HGH) and proinsulin, cytokines and their receptors, interferons, growth factors and clotting factors, enzymatically active lysosomal enzymes, fibrinolytic polypeptides, blood clotting factors, trypsin, trypsinogen, a1- Function-conservative proteins such as antitrypsin (AAT), human serum albumin, glucocerebrosidase, natural cholera toxin B, and fusion, mutant and synthetic derivatives of the above proteins, thrombin, human gastric lipase, granulocyte-macrophages Colony stimulating factor GM-CMF), serpin, lactoferrin, lysozyme, oleosin, prothrombin, alpha-galactosidase.

本特許出願で優先権を主張する欧州特許出願第04016011.1号の内容は、本明細書にその全体が援用される。
実施例
以下の実施例は、本発明を具体的に説明するために提示するものである。必要に応じて改変や変形を行うことができる。
The contents of European Patent Application No. 04016011.1 claiming priority in this patent application are hereby incorporated by reference in their entirety.
Examples The following examples are presented to illustrate the present invention. Modifications and modifications can be made as necessary.

TMVに基づいたRNAベクターの構築
アブラナ科植物感染性のトバモウイルス(cr−TMV;Dorokhovら、1994、FEBS Lett.350、5−8)及びカブ葉脈透化ウイルス(TVCV;Larteyら、1994、Arch.Virol.138.287−298)のクローン化cDNAは、ロシアのモスクワ大学のAtabekov教授から入手した。緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子を含有するウイルスベクターは、いくつかのクローニング工程で作製した。得られた構築体pICH8543(図2A)は、順に:シロイヌナズナ アクチン2プロモーター由来の787bp断片(ACT2、参考文献Anら、1996、GenBank受託番号AB026654、bp57962〜58748)、TVCVの5’端(GenBank受託番号BRU03387、bp1〜5455)、cr−TMV断片(GenBank受託番号Z29370、bp5457〜5677、コートタンパク質CPの開始コドンを除去するためチミン5606がシトシンに変わっている)、配列「taa teg ata act cga g」、合成GFP(sGFP)遺伝子、cr−TMV 3’−非翻訳領域(3’−NTR;GenBank受託番号Z29370、bp6078〜6312)、最後にノパリン合成酵素(Nos)ターミネーターを含有する。断片全体を、Carb pBIN19由来のバイナリーベクターであるpICBV10のT−DNAの左の境界(LB)と右の境界(RB)とのあいだクローニングした。pICH8543でアグロバクテリウム株GV3101を形質転換し、ベンサミアナタバコの葉に浸潤させた。3dpiで出現したGFP蛍光の焦点は、増殖してコンフルエントになった。驚くべきことに、たとえ浸潤領域の大部分の細胞がウイルスの複製と移行により最終的にGFPを発現しても、GFPを発現する多くの独立した焦点によって検出されたように、ウイルス複製を開始したのはわずかな画分の細胞のみであった。ベンサミアナタバコの葉に35Sプロモーター制御下のGFP遺伝子を浸潤させることにより、浸潤領域のほとんど全ての細胞においてGFPが発現するため(図示していない)、限定要因は植物細胞へのDNA送達でないことが明らかになった。
Construction of RNA Vectors Based on TMV Brassicaceae Infectious Tobamovirus (cr-TMV; Dorokhov et al., 1994, FEBS Lett. 350, 5-8) and Turnip Leaf Vibrating Virus (TVCV; Lartey et al., 1994, Arch. Virol.138.287-298) was obtained from Prof. Tabekov at the University of Moscow, Russia. A viral vector containing the green fluorescent protein (GFP) gene was generated in several cloning steps. The resulting construct, pICH8543 (FIG. 2A), in order: Arabidopsis actin 2 promoter-derived 787 bp fragment (ACT2, references An et al., 1996, GenBank accession number AB026654, bp57962-58748), TVCV 5 ′ end (GenBank accession). No. BRU03387, bp1-5455), cr-TMV fragment (GenBank accession number Z29370, bp5457-5567, thymine 5606 is changed to cytosine to remove the start codon of coat protein CP), the sequence “taa tegata act cga g ”, Synthetic GFP (sGFP) gene, cr-TMV 3′-untranslated region (3′-NTR; GenBank accession number Z29370, bp 6078-6312), and finally nopaline synthase (Nos) ) Contains a terminator. The entire fragment was cloned between the left border (LB) and the right border (RB) of the T-DNA of pICBV10, a binary vector derived from Carb R pBIN19. Agrobacterium strain GV3101 was transformed with pICH8543 and infiltrated into the leaves of Bensamiana tobacco. The focal point of GFP fluorescence that appeared at 3 dpi grew and became confluent. Surprisingly, even though most cells in the infiltrated area eventually express GFP by viral replication and translocation, they initiate viral replication as detected by the many independent foci that express GFP Only a few fractions of cells were done. The limiting factor is not DNA delivery to plant cells because GFP gene is expressed in almost all cells in the invasion region by infiltrating the GFP gene under the control of 35S promoter into the leaf of Bensamiana tobacco (not shown) It became clear.

この観察結果について確認するため、MPに変異を含有するウイルスベクター構築体を作製した。pICH14833と呼ばれるこの構築体は、pICH8543に類似するが、MP遺伝子における、MPに存在するEcoRI部位の上流の389bpの欠失により異なっている。この欠失を含めたNcoI−EcoRI断片の配列を配列番号1として付録に示す。ウイルス構築体全体(ACT2プロモーターからNosターミネーターまで)を、pBIN19由来Kan バイナリーベクターであるpICBV49のT−DNAの左の境界と右の境界とのあいだにクローニングした。MP内の欠失のために、この構築体から産生されるレプリコンは細胞間移行できないが、細胞内で自律複製可能である。MPを、例えばカリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーターのような構成的プロモーターからトランスで提供すると、細胞間移行を回復させることができる。 In order to confirm this observation result, a viral vector construct containing a mutation in MP was prepared. This construct, called pICH14833, is similar to pICH8543, but differs by a 389 bp deletion in the MP gene upstream of the EcoRI site present in MP. The sequence of the NcoI-EcoRI fragment including this deletion is shown in the Appendix as SEQ ID NO: 1. The entire viral construct (ACT2 promoter to Nos terminator) was cloned between the left and right borders of the T-DNA of pICBV49, a pBIN19-derived Kan R binary vector. Because of the deletion in the MP, the replicon produced from this construct cannot translocate between cells, but is capable of autonomous replication within the cell. When MP is provided in trans from a constitutive promoter such as the cauliflower mosaic virus 35S promoter, cell-to-cell transition can be restored.

MP発現構築体を作製するために、クローン化TVCV cDNA(GenBank受託番号Z29370、bp4802〜5628)からPCRにてTVCV MP遺伝子を増幅させ、35Sプロモーターの制御下でバイナリーベクターにサブクローニングした。pICH10745と呼ばれる得られた構築体(図示していない)及びpICH14833でアグロバクテリウム株GV3101を形質転換し、ベンサミアナタバコの葉に浸潤させた。pICH14833単独で浸潤させることにより、浸潤領域内にわずかなGFP発現細胞が出現した。浸潤領域から作製されたプロトプラストを計数することにより、合計500個プロトプラストのうち、わずか1〜3個のプロトプラストがGFPを発現することを発見した(0.2〜0.6%)。pICH14833とpICH10745との共浸潤により、それぞれの初期GFP発現細胞から増殖した、GFPを発現する焦点が形成された。最終的に、細胞間移行により、浸潤領域のかなりの割合の細胞がGFPを発現した(図10A)。   To create an MP expression construct, the TVCV MP gene was amplified by PCR from cloned TVCV cDNA (GenBank accession number Z29370, bp 4802-5628) and subcloned into a binary vector under the control of the 35S promoter. The resulting construct called pICH10745 (not shown) and pICH14833 were transformed into Agrobacterium strain GV3101 and infiltrated into the leaves of Bensamiana tobacco. When infiltrated with pICH14833 alone, few GFP-expressing cells appeared in the infiltrated area. By counting the protoplasts made from the infiltrated area, it was found that only 1-3 protoplasts expressed GFP out of a total of 500 protoplasts (0.2-0.6%). The co-infiltration of pICH14833 and pICH10745 formed a focal point for GFP growth from each initial GFP-expressing cell. Eventually, due to cell-to-cell migration, a significant proportion of cells in the infiltrated area expressed GFP (FIG. 10A).

ロシアのモスクワ大学のAtabekov教授から入手した、上記アブラナ科植物感染性のトバモウイルス(cr−TMV;Dorokhovら、1994、FEBS Lett.350、5−8)及びカブ葉脈透化ウイルス(TVCV;Larteyら、1994、Arch.Virol.138、287−298)の同一クローン化cDNAを用いて、いくつかの更なるウイルスベクターを構築した。いくつかのクローニング工程で緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子を含有するウイルスベクターを作製した。得られた構築体pICH16707(図2C)は、順に:シロイヌナズナ アクチン2プロモーター由来の787bp断片(ACT2、参考文献Anら、1996、GenBank受託番号AB026654、bp57962〜58748)、TVCVの5’端(GenBank受託番号BRU03387、bp1〜5455)、cr−TMVの断片(GenBank受託番号Z29370、bp5457〜5677、コートタンパク質CPの開始コドンを除去するためにチミン5606がシトシンに変わっている)、配列「taa tcg ata act cga g」、合成GFP(sGFP)遺伝子、cr−TMV 3’−非翻訳領域(3’−NTR;GenBank受託番号Z29370、bp6078〜6312)、最後にノパリン合成酵素(Nos)ターミネーターを含有する。完全な断片を、Kan pBIN19由来バイナリーベクターであるpICBV29のT−DNAの左の境界(LB)と右の境界(RB)とのあいだにクローニングした。pICH16707でアグロバクテリウム株GV3101を形質転換した。形質転換アグロバクテリウム株を飽和するまでLB培地中で一晩増殖させた。アグロバクテリウムを増殖させた200μlの一晩培養物を、マイクロ遠心機にて8000rpmで3分間沈殿させた。沈殿を、10mM MES(pH5.5)、10mM MgSOを含有する1mlの溶液に再懸濁させ、ODをおよそ0.7とした。温室栽培ベンサミアナタバコ植物の葉に針の無いシリンジで浸潤させた。浸潤後3日目にGFP蛍光の焦点が出現した。蛍光の焦点は増殖して数日後にコンフルエントになった。 The cruciferous plant infectious tobamovirus (cr-TMV; Dorokhov et al., 1994, FEBS Lett. 350, 5-8) and turnip vein transilluminating virus (TVCV; Lartey et al., 1994, Arch.Virol.138, 287-298), and several additional viral vectors were constructed using the same cloned cDNA. A viral vector containing the green fluorescent protein (GFP) gene was generated in several cloning steps. The resulting construct, pICH16707 (FIG. 2C), in order: Arabidopsis actin 2 promoter-derived 787 bp fragment (ACT2, References An et al., 1996, GenBank accession number AB026654, bp57962-58748), TVCV 5 ′ end (GenBank accession) Number BRU03387, bp 1-5455), a fragment of cr-TMV (GenBank accession number Z29370, bp 5457-5679, thymine 5606 has been changed to cytosine to remove the start codon of coat protein CP), the sequence "taa tcg data act cgag ", synthetic GFP (sGFP) gene, cr-TMV 3'-untranslated region (3'-NTR; GenBank accession number Z29370, bp 6078-6312), and finally nopaline synthase ( Nos) contains a terminator. The complete fragment was cloned between the left border (LB) and the right border (RB) of the T-DNA of pICBV29, a binary vector derived from Kan R pBIN19. Agrobacterium strain GV3101 was transformed with pICH16707. Transformed Agrobacterium strains were grown overnight in LB medium until saturated. An overnight culture of 200 μl grown Agrobacterium was precipitated for 3 minutes at 8000 rpm in a microcentrifuge. The precipitate was resuspended in 1 ml of solution containing 10 mM MES (pH 5.5), 10 mM MgSO 4 to an OD of approximately 0.7. The leaves of greenhouse-grown benthamiana tobacco plants were infiltrated with a syringe without a needle. The focus of GFP fluorescence appeared 3 days after infiltration. The fluorescence focus became confluent after a few days of growth.

OD0.3〜0.4のアグロバクテリウムを有する大量の浸潤溶液(3リットル)を調製した。ポットを用いてベンサミアナタバコ植物全体を逆さにして溶液にサッと浸し、乾燥器に入れ、十分な溶液が葉に浸透するまで1〜2分間真空を施した。次に植物を取り出し、温室に置いて再生させた。浸潤後3〜4日目に、シリンジを用いて手で浸潤させた領域のように、浸潤領域に蛍光の斑点が出現した。写真は、浸潤後10日目のそのような植物を示す(図3)。   A large volume of infiltration solution (3 liters) with an Agrobacterium of OD 0.3-0.4 was prepared. The whole Bensamiana tobacco plant was inverted using a pot and dipped into the solution, placed in a drier and vacuumed for 1-2 minutes until enough solution had penetrated the leaves. The plants were then removed and placed in a greenhouse for regeneration. On the 3rd to 4th days after the infiltration, fluorescent spots appeared in the infiltrated area like an area infiltrated by hand with a syringe. The picture shows such a plant 10 days after infiltration (Figure 3).

トバモウイルスなどのRNAウイルスは細胞質で複製し、決して核には入らない。したがって、核のプレmRNAプロセシング装置に曝露されない環境で展開する。その結果、人工ウイルス構築体から核において産生されるRNAレプリコン転写物は、RNAプロセシング装置によって認識され正しくプロセシングされることができない。その上、ウイルスベクター由来のRNAレプリコンは非常に大きい:TMVに基づいたレプリコンの場合およそ7,000ヌクレオチド。そのように大きなサイズの植物遺伝子は非常にわずかであり、そのような遺伝子の大部分は、プレmRNAのプロセシングを容易にし、核から輸送し、プロセシングされた転写産物の安定性を向上させるイントロンを含有する。したがって、正確なプロセシングと、正確にプロセシングされた転写産物の核から細胞質への輸送の効率を向上させるプレmRNAの改変は、ウイルス複製を開始する細胞数の増加をもたらすであろうという仮説を立てた。結局、核へのDNA送達 後、ウイルス複製をより効率的に開始できるRNAウイルスに基づいたベクターを作製するために使用できるアプローチは2つあることがわかる:(1)1つのアプローチは、無用のプロセシングイベント(潜在スプライス部位を用いた選択的スプライシングイベント、又は中途終止イベントなど)を誘導し得る配列特徴の除去である;(2)第2のアプローチは、正しくプロセシングされる転写産物量を増加させ、RNAの核から細胞質への輸送を改善させ、及び/又は転写物の安定性を向上させるイントロンの付加である。   RNA viruses such as tobamovirus replicate in the cytoplasm and never enter the nucleus. Therefore, it deploys in an environment that is not exposed to nuclear pre-mRNA processing equipment. As a result, RNA replicon transcripts produced in the nucleus from artificial virus constructs cannot be recognized and processed correctly by the RNA processing apparatus. Moreover, viral vector-derived RNA replicons are very large: approximately 7,000 nucleotides for TMV-based replicons. There are very few plant genes of such size, and most of such genes have introns that facilitate pre-mRNA processing, transport from the nucleus, and improve the stability of the processed transcripts. contains. Therefore, it is hypothesized that alterations in pre-mRNA that improve the efficiency of accurate processing and transport of correctly processed transcripts from the nucleus to the cytoplasm will result in an increase in the number of cells that initiate viral replication. It was. Ultimately, it can be seen that there are two approaches that can be used to create RNA virus-based vectors that can initiate viral replication more efficiently after DNA delivery to the nucleus: (1) One approach is useless. Removal of sequence features that can induce processing events (such as alternative splicing events with potential splice sites, or premature termination events); (2) The second approach increases the amount of transcripts that are correctly processed The addition of introns that improve RNA transport from the nucleus to the cytoplasm and / or improve transcript stability.

TMVに基づいた改良RNAベクターの構築
目的配列が浸潤領域で発現する速度を向上させるために、91〜443ヌクレオチドのサイズの16のシロイヌナズナ イントロンをベクターの位置1〜16に付加した:(TVCV配列に対する位置、GenBank受託番号BRU03387):1、bp209;2、bp423;3、bp828;4、bp1169;5、bp1378;6、bp1622;7、bp1844;8、bp2228;9、bp2589;10、bp2944;11、bp3143;12、bp3381;13、bp3672;14、bp3850;15、bp4299;16、bp4497;17、bp5099;18、bp5287;19、bp5444。得られた構築体pICH18711(図2C)を、さまざまな段階の(播種後17〜35日目)いくつかのベンサミアナタバコ植物の真空浸潤に用いた。GFP蛍光は2日後に出現し、浸潤後6日目に非常に強かった。写真は、浸潤後4日目を示す(図4)。GFP蛍光は、非改良ベクターpICH16707よりも非常に速く(浸潤後4〜6日)葉領域全体を覆った。改良ウイルスベクターの詳細な説明は、近年公表された(Marillonnetら、2005、Nature Biotechnol.、23、718−723)。
Construction of an improved RNA vector based on TMV In order to increase the rate at which the target sequence is expressed in the invasion region, 16 Arabidopsis introns of size 91-443 nucleotides were added at positions 1-16 of the vector: (for the TVCV sequence Position, GenBank accession number BRU03387): 1, bp 209; 2, bp 423; 3, bp 828; 4, bp 1169; 5, bp 1378; 6, bp 1622; 7, bp 1844; 8, bp 2289; 9, bp 2944; 11, 12, bp 3672; 13, bp 3850; 15, bp 4299; 16, bp 4497; 17, bp 5099; 18, bp 5287; 19, bp 5444. The resulting construct pICH18711 (FIG. 2C) was used for vacuum infiltration of several N. benthamiana tobacco plants at various stages (17-35 days after sowing). GFP fluorescence appeared after 2 days and was very strong at 6 days after infiltration. The photograph shows the fourth day after infiltration (FIG. 4). GFP fluorescence covered the entire leaf area much faster (4-6 days after infiltration) than the unmodified vector pICH16707. A detailed description of the improved viral vectors has been published recently (Marillonnet et al., 2005, Nature Biotechnol., 23, 718-723).

植物全体の代わりに、ベンサミアナタバコ植物の枝(茎及び葉)を真空浸潤させた。幹の基部を1杯の水の中に入れることによって幹を回復させた。GFPは3日後に葉に出現し、植物全体ではなく植物の部分を目的遺伝子の発現に用いることができることを示した。   Instead of the whole plant, the branches (stems and leaves) of the benthamiana tobacco plant were vacuum infiltrated. The trunk was restored by placing the trunk base in a glass of water. GFP appeared in the leaves after 3 days, indicating that plant parts, not whole plants, could be used for expression of the target gene.

アグロバクテリウムによって送達されたウイルスベクターの真空浸潤を用いた薬用タンパク質の発現
医薬的に関心のある2つのタンパク質を、GFPの代わりに上記改良ベクター中にクローニングした。第1のタンパク質ヒト成長ホルモン(hGH)(配列 Genbank受託番号NM_000515)のクローニングによりベクターpICH17991を得た(図2C)。第2のタンパク質ヒトインターフェロンα(配列 Genbank受託番号V00548)のクローニングによりベクターpICH19081を得た(図2C)。この構築体では、インターフェロンの最初の17アミノ酸(LLVALLVLSCKSSCSVG)が、シロイヌナズナ カルレティキュリン アポプラスト標的配列(matqrranpsslhlitvfsllvavvsaev)で置換されている。構築体をアグロバクテリウム株 GV3101に挿入し、植物全体の浸潤に用いた。両方のタンパク質に関し、高レベルのタンパク質発現が得られた。pICH17991に関し、たとえタンパク質の毒性が浸潤領域で細胞死をもたらしても、浸潤葉組織1gあたり1mgのhGHという高レベルの発現が得られた。
Expression of medicinal proteins using vacuum infiltration of viral vectors delivered by Agrobacterium Two proteins of pharmaceutical interest were cloned into the improved vector instead of GFP. The vector pICH17991 was obtained by cloning of the first protein human growth hormone (hGH) (sequence Genbank accession number NM — 000515) (FIG. 2C). The vector pICH19081 was obtained by cloning the second protein human interferon α (sequence Genbank accession number V00548) (FIG. 2C). In this construct, the first 17 amino acids of the interferon (LLVALLVLLSCKSSCSVG) have been replaced with the Arabidopsis calreticulin apoplast target sequence (matqrranpssllitvfsllvvvsaev). The construct was inserted into Agrobacterium strain GV3101 and used to infiltrate the entire plant. High levels of protein expression were obtained for both proteins. For pICH17991, high levels of expression of 1 mg hGH per gram of infiltrated leaf tissue were obtained even though protein toxicity resulted in cell death in the infiltrated area.

MPを欠失するベクターによる植物全体の浸潤
pICH17811におけるMPの初めのAvrII部位にフレームシフトを作製し(図2C)、構築体pICH18722を得た(図5)。このフレームシフトはMP機能を完全に排除しており、この構築体の浸潤により、個々の細胞のみにおいて複製と発現をもたらす。しかしながら、イントロンの存在のために、多数の細胞が依然としてGFPを発現する。
Invasion of entire plant by vector lacking MP A frameshift was made at the first AvrII site of MP in pICH17811 (FIG. 2C), resulting in construct pICH18722 (FIG. 5). This frameshift completely eliminates MP function, and invasion of this construct results in replication and expression only in individual cells. However, due to the presence of introns, many cells still express GFP.

TVCVのMPコード配列を、クローン化TVCV cDNA(GenBank受託番号Z29370、bp4802〜5628)からPCRにて増幅し、35Sプロモーターの制御下、バイナリーベクターにサブクローニングしてプラスミドpICH10745を得た。pICH18722とpICH10745との共浸潤により、少なくともMPが一過性に発現しているあいだは細胞間移行が完全に回復する。pICH10745にてベンサミアナタバコを安定に形質転換した。MPを発現する完全な形質転換体にpICH18722を浸潤させることにより、野生型植物の浸潤はウイルスベクターの細胞間移行をもたらさないが、野生型植物全体にpICH18711を浸潤させた場合と同様のGFP発現をもたらした(図16を参照されたい)。   The MPC coding sequence of TVCV was amplified by PCR from the cloned TVCV cDNA (GenBank accession number Z29370, bp 4802-5628) and subcloned into a binary vector under the control of the 35S promoter to obtain plasmid pICH10745. Co-infiltration of pICH18722 and pICH10745 completely restores cell-to-cell migration at least during the transient expression of MP. Bensamiana tobacco was stably transformed with pICH10745. By infiltrating pICH18722 into a complete transformant expressing MP, invasion of wild type plants does not result in cell-to-cell transfer of the viral vector, but GFP expression is similar to when pICH18711 is infiltrated throughout the wild type plant. (See FIG. 16).

目的遺伝子の一過性発現を提供するための変異体アグロバクテリウムの補完
a)VirE2を発現するトランスジェニック植物宿主によるトランス補完
VirE2遺伝子を、アグロバクテリウム・ツメファシエンスC58 T−DNA(Gene Bank受託番号AE009437、b.p6368〜8038)のDNA調製物からPCRで増幅し、TVCVのMP遺伝子を置換したベクターpICH10745にクローニングした。得られた構築体pICHVirE2(図15)を、選択剤として50mg/Lのカナマイシン(Km)を用いて、アグロバクテリウム・ツメファシエンス(GV3101)、及びベンサミアナタバコ植物のアグロバクテリウム介在葉ディスクトランスフェクションに用いた、機能性VirE2遺伝子欠失アグロバクテリウム・ツメファシエンス固定した(Horshら、1985、Science、227、1229−1231)。MPにフレームシフトを有する構築体pICH18722(図5)にてVirE2機能欠損アグロバクテリウム・ツメファシエンス株を形質転換した。この欠損は、VirE2遺伝子の欠失により引き起こし、野生型植物とpICH10745で形質転換した植物のアグロ浸潤実験に用いた。
Complementation of mutant Agrobacterium to provide transient expression of the gene of interest a) Trans-complementation by a transgenic plant host expressing VirE2 The VirE2 gene was transferred to Agrobacterium tumefaciens C58 T-DNA (Gene Bank accession number) AE009437, b.p6368-8038) was amplified by PCR and cloned into the vector pICH10745 in which the TVCV MP gene was replaced. The resulting construct pICHVirE2 (FIG. 15) was transformed into Agrobacterium tumefaciens (GV3101) and Agrobacterium-mediated leaf disc transfer of Bensamiana tobacco plant using 50 mg / L kanamycin (Km) as a selective agent. The functional VirE2 gene-deleted Agrobacterium tumefaciens used for the transfection was fixed (Horsh et al., 1985, Science 227, 1229-1231). A VirE2 function-deficient Agrobacterium tumefaciens strain was transformed with the construct pICH18722 (FIG. 5) having a frameshift in MP. This deficiency was caused by the deletion of the VirE2 gene and was used for agroinfiltration experiments in wild type plants and plants transformed with pICH10745.

コンピテント及び野生型宿主を用いて、葉表面の同一領域あたりのGFP発現細胞数を計数することにより、又は(より正確には)対照及び改変ウイルスベクターを用いたウイルス複製の開始頻度を比較するために図10Cに示すように、コンピテント及び野生型宿主におけるGFP発現プロトプラストの割合を測定して比較することにより、一過性発現効率の比較を行った。一過性発現を提供するT−DNA送達のそのような相対頻度は、生物学的安全性を構築していないシステムとの比較において、システムの生物学的安全性レベルの測定として用いることができる。   Compare competent and wild type hosts by counting the number of GFP-expressing cells per leaf surface, or (more precisely) the frequency of initiation of virus replication using control and modified viral vectors Therefore, as shown in FIG. 10C, transient expression efficiency was compared by measuring and comparing the proportion of GFP expression protoplasts in competent and wild type hosts. Such relative frequency of T-DNA delivery that provides transient expression can be used as a measure of the biological safety level of the system in comparison to a system that has not established biological safety. .

VirE2機能を欠損した他の多くのアグロバクテリウム株、例えばVirE2の挿入変異を有する株(Christieら、1988、J.Bacteriol.、170、2659−2667)又はvirE2機能を抑制するosa遺伝子を有するプラスミドpSAを有する株(Lee、L−Yら、1999、J.Bacteriol.、181、186−196)をこの実験に用いることができる。更に、Tiプラスミド(例えばGeneBank受託番号NC003065;NC001277)及び染色体DNA(例えばGeneBank受託番号NC003063;NC003063)を含めたアグロバクテリウムゲノム配列情報の利用可能性により、相同組換えによって機能性遺伝子をその変異体型に置換することで、あらゆる種類の変異体を作製することができる。さまざまに希釈した、VirE2含有及びVirE2欠損アグロバクテリウム株の一晩培養物を比較することによって、植物細胞へのT−DNA伝達効率に対するVirE2遺伝子の効果について試験した。アグロバクテリウム株はともにpICH18711ウイルスベクターをバイナリーベクターのT−DNA領域内に含有する(図2C)。そのような比較の結果を図17に示す。VirE2欠損アグロバクテリウム株によるT−DNA伝達効率が、機能性VirE2遺伝子含有アグロバクテリウムと比較して、少なくとも10,0000倍低下していることは写真から明らかである。コンピテント(pICHVIRE2で形質転換されている)及び野生型のベンサミアナタバコ植物の葉における一過性発現効率の比較を行い、pICHVirE2で形質転換したトランスジェニック植物からのVirE2遺伝子機能の非常に効率的なトランス補完を示した(図18)。異なる希釈系列(示していない)を用いて実験することにより、トランスジェニック宿主からのVirE2遺伝子機能のトランス補完効率が、機能性VirE2遺伝子を有するアグロバクテリウム株の使用に匹敵することを立証した。   Many other Agrobacterium strains lacking VirE2 function, for example, strains having insertion mutations in VirE2 (Christie et al., 1988, J. Bacteriol., 170, 2659-2667) or plasmids having an osa gene that suppresses virE2 function Strains carrying pSA (Lee, LY et al., 1999, J. Bacteriol., 181, 186-196) can be used for this experiment. Furthermore, the availability of Agrobacterium genomic sequence information, including Ti plasmids (eg GeneBank accession number NC003065; NC001277) and chromosomal DNA (eg GeneBank accession numbers NC003063; NC003063), mutates functional genes by homologous recombination. All kinds of mutants can be created by substituting for body shape. The effect of the VirE2 gene on T-DNA transfer efficiency to plant cells was tested by comparing overnight cultures of various diluted VirE2-containing and VirE2-deficient Agrobacterium strains. Both Agrobacterium strains contain the pICH18711 viral vector within the T-DNA region of the binary vector (FIG. 2C). The result of such comparison is shown in FIG. It is clear from the photograph that the T-DNA transfer efficiency by the VirE2-deficient Agrobacterium strain is at least 10,000 fold lower than that of the functional VirE2 gene-containing Agrobacterium. Comparison of transient expression efficiency in leaves of competent (transformed with pICHVIRE2) and wild-type N. benthamiana tobacco plants, and very efficient of VirE2 gene function from transgenic plants transformed with pICHVirE2 Showed trans-complementation (FIG. 18). Experiments with different dilution series (not shown) demonstrated that the trans-complementing efficiency of VirE2 gene function from the transgenic host is comparable to the use of Agrobacterium strains with a functional VirE2 gene.

b)VirE2を発現する野生型アグロバクテリウム株との混合によるトランス補完
pICH18722を有するvirE2機能欠損株を、virE2機能をトランスで補完するアグロバクテリウム・ツメファシエンス株C58と混合することによって、virE2機能の補完を達成した以外は、先の実施例に記載の実験を反復した。新たに接種した両アグロバクテリウム株の培養物を光学密度OD600が2.5〜3.0になるまで一晩増殖させ、植物組織の浸潤のために等量で混合した。浸潤用最終混合物を50倍、100倍、1000倍、及び10000倍に希釈した。植物組織の浸潤をベンサミアナタバコ及びタバコの葉にて行った。pICH18711バイナリーを有するΔVirE2株(機能性MPを有する)を用いて同様の実験を行った。この実験の結果を図19に示す。pICH18711バイナリーを有する変異体株(T−DNA+、ΔVirE2)と野生型株(T−DNA−、VirE2)との共浸潤は、野生型株によるT−DNAの直接送達(T−DNA+、VirE2)よりも、T−DNA送達がまさに効率的であることは明らかである。
b) Trans complementation by mixing with wild type Agrobacterium strain expressing VirE2 By mixing a virE2 function deficient strain carrying pICH18722 with an Agrobacterium tumefaciens strain C58 which complements virE2 function in trans, The experiment described in the previous example was repeated except that complementation was achieved. Freshly inoculated cultures of both Agrobacterium strains were grown overnight until the optical density OD 600 was 2.5-3.0 and mixed in equal amounts for infiltration of plant tissue. The final mixture for infiltration was diluted 50 times, 100 times, 1000 times, and 10,000 times. Plant tissue infiltration was performed with N. benthamiana tobacco and tobacco leaves. Similar experiments were performed using the ΔVirE2 strain (with functional MP) with pICH18711 binary. The result of this experiment is shown in FIG. Co-invasion of mutant strains (T-DNA +, ΔVirE2) with pICH18711 binary and wild-type strains (T-DNA-, VirE2) is more directly from T-DNA delivery by wild-type strains (T-DNA +, VirE2). However, it is clear that T-DNA delivery is just efficient.

イントロン様配列の除去により、細胞質におけるウイルスRNAレプリコン形成頻度が上昇する
pICH4351由来のRNAレプリコンの配列をNetgeneIIサーバープログラム(http://www.cbs.dtu.dk/services/NetGene2/)を用いて解析したところ、選択的スプライシングイベントを誘導し得るいくつかのイントロン様配列特徴に気づいた。そのような特徴の1つは、RdRPの初めにある、0.6kbのウリジンに富んだ領域(GenBank受託番号BRU03387のヌクレオチド827〜1462に対応)である(図6A)。pICH14833において、オリジナル配列とは異なる、PCRで変異させた配列で、54ヌクレオチド置換によりこの領域を置換した(付録に配列番号2として示す配列、図7)。52ヌクレオチド置換は、Tに富んだ配列を、よりGCに富んだ配列に置換するために行った。RdRPのタンパク質配列を変えないように、全てのヌクレオチド置換をサイレントにした。この変異断片も、推定潜在スプライスドナー部位とアクセプター部位をそれぞれ除去するために導入された2つのヌクレオチド置換(829位と1459位;GenBank受託番号BRU03387に対する座標)を含有する。これらの変異の効果を試験するために、得られたクローンpICH15466(図2A)を、pICH10745(トランス移行タンパク質)と共に、又は伴わずに、ベンサミアナタバコの葉にアグロ浸潤させた。浸潤後8日目に、pICH15466を浸潤させた領域において、GFP発現細胞数の10倍増加を観察した(pICH14833と比較、図10)。これは、ウイルスレプリコンからイントロン様配列を除去することにより、無用の選択的スプライシングイベントを妨げ、より効率的にウイルス複製を開始することを示唆している。pICH15466とpICH10745との共浸潤は、非改変レプリコンと同様の速度で改変レプリコンの細胞間移行をもたらす。これは、RNA配列の改変がウイルスベクターの細胞間移行に影響を及ぼさなかったことを示している。
Removal of intron-like sequences increases the frequency of viral RNA replicon formation in the cytoplasm Analysis of RNA replicon sequences from pICH4351 using the NetgeneII server program (http://www.cbs.dtu.dk/services/NetGene2/) As a result, we noticed several intron-like sequence features that could induce alternative splicing events. One such feature is the 0.6 kb uridine rich region at the beginning of RdRP (corresponding to nucleotides 827 to 1462 of GenBank accession number BRU03387) (FIG. 6A). In pICH14833, this region was replaced by a 54 mutated sequence that was different from the original sequence and mutated by PCR (sequence shown as SEQ ID NO: 2 in the Appendix, FIG. 7). A 52 nucleotide substitution was made to replace the T rich sequence with a more GC rich sequence. All nucleotide substitutions were made silent so as not to change the protein sequence of RdRP. This mutant fragment also contains two nucleotide substitutions (positions 829 and 1459; coordinates for GenBank accession number BRU03387) introduced to remove the putative potential splice donor and acceptor sites, respectively. To test the effects of these mutations, the resulting clone, pICH15466 (FIG. 2A), was agroinfiltrated into the leaves of Bensamiana tobacco with or without pICH10745 (transtranslocation protein). On the 8th day after infiltration, a 10-fold increase in the number of GFP-expressing cells was observed in the region infiltrated with pICH15466 (compared with pICH14833, FIG. 10). This suggests that removal of intron-like sequences from the viral replicon prevents unwanted alternative splicing events and initiates viral replication more efficiently. Co-infiltration of pICH15466 and pICH10745 results in cell-to-cell movement of the modified replicon at a similar rate as the unmodified replicon. This indicates that the modification of the RNA sequence did not affect the intercellular transfer of the viral vector.

MPサブゲノムプロモーターにおけるイントロン様配列の除去
第2の潜在的に問題のある領域はMPサブゲノムプロモーターに対応する(図6B)。この領域は非常にTに富んでおり、イントロン配列に非常に近似している。その結果、多くの潜在スプライスドナー部位及びアクセプター部位が、イントロン予測プログラムによって隣接配列中に予測される。残念ながら、サブゲノムプロモーター機能に影響を及ぼすことなくこの領域を容易に改変することはできない。サブゲノムプロモーターを構わずに全領域を完全に変異させ、MPをトランスで提供し、予想されるMP発現の喪失を補償することにした。この構築体からMPは発現しないため、目的遺伝子の発現を駆動するために必要なCPサブゲノムプロモーターを含有する3’配列以外は、MP配列の大部分も削除した。したがって、pICH14833の383bp断片(GenBank受託番号BRU03387のbp4584〜5455)を297bp変異断片で置換した。得られた構築体pICH15900(図2A)を、pICH10745と共に、又は伴わずに、ベンサミアナタバコの葉にアグロ浸潤させた。興味深いことに、pICH14833を浸潤させた葉領域と比較して、複製開始細胞数の大幅な増加を検出した。浸潤葉領域から調製したGFP発現プロトプラストを計数することにより、この改変で、未改変pICH14833と比較して、ウイルス複製開始細胞数が80〜100倍増加すると概算している。pICH15900をpICH10745(p35S−MP発現カセット)を共浸潤させ、細胞間移行によるGFP蛍光の増加を検出した。しかしながら、この増加は、細胞間移行がなくても非常に多くの細胞が既にGFPを発現していたため、非常に限られていた。pICH15900含有アグロバクテリウム懸濁液の1000倍希釈を、pICH10745含有アグロバクテリウムの未希釈懸濁液と共浸潤させることにより、分離したGFP発現焦点を生じさせた。蛍光焦点は、pICH14833を用いて得た対照焦点と同様の明るさ及び同一サイズであった。これは、pICH15900の改変及びMPのトランス送達は、複製レベル、目的配列の発現、及び細胞間移行に関し、レプリコンの機能性を傷つけないことを示している。同一構築体(pICH14933及びpICH15900、pICH10745と共に、又は伴わずに)をタバコの葉に共浸潤させた。pICH15900の改変は、ベンサミアナタバコの場合と同様に複製開始細胞数を増加させた(pICH14833との比較)。
Removal of intron-like sequences in the MP subgenomic promoter The second potentially problematic region corresponds to the MP subgenomic promoter (Figure 6B). This region is very T rich and very close to the intron sequence. As a result, many potential splice donor and acceptor sites are predicted in the flanking sequences by the intron prediction program. Unfortunately, this region cannot be easily modified without affecting subgenomic promoter function. It was decided to completely mutate the entire region regardless of the subgenomic promoter and provide MP in trans to compensate for the expected loss of MP expression. Since MP was not expressed from this construct, most of the MP sequence was also deleted except for the 3 ′ sequence containing the CP subgenomic promoter necessary to drive expression of the target gene. Therefore, the 383 bp fragment of pICH14833 (genBank accession number BRU03387, bp4584-5455) was replaced with the 297 bp mutant fragment. The resulting construct, pICH15900 (FIG. 2A), was agroinfiltrated into leaves of Bensamiana tobacco with or without pICH10745. Interestingly, a significant increase in the number of replication-initiating cells was detected compared to the leaf region infiltrated with pICH14833. By counting GFP-expressing protoplasts prepared from the infiltrated leaf region, it is estimated that this modification will increase the number of viral replication initiation cells by 80-100 fold compared to unmodified pICH14833. pICH15900 was co-infiltrated with pICH10745 (p35S-MP expression cassette), and an increase in GFP fluorescence due to cell-to-cell transfer was detected. However, this increase was very limited because so many cells had already expressed GFP even without cell-to-cell transfer. A 1000-fold dilution of the pICH15900-containing Agrobacterium suspension was co-infiltrated with an undiluted suspension of pICH10745-containing Agrobacterium to generate isolated GFP expression foci. The fluorescence focus was as bright and the same size as the control focus obtained with pICH14833. This indicates that modification of pICH15900 and trans-delivery of MP do not impair the functionality of the replicon with respect to replication levels, expression of target sequences, and cell-to-cell migration. The same construct (with or without pICH14933 and pICH15900, pICH10745) was co-infiltrated into tobacco leaves. The modification of pICH15900 increased the number of replication-initiating cells as compared to Bensamiana tobacco (compared to pICH14833).

イントロン付加は細胞質における機能性RNAレプリコンの形成頻度を上昇させる
次に、レプリコンをコードする配列部分へのイントロン付加が複製開始頻度を上昇させるかどうかについて試験した。2つの構築体pICH15025及びpICH15034(図2A)を作製した。いずれも、3つの異なるシロイヌナズナ イントロンをRdRPの2つの異なる領域中に含有する。pICH15025を、RdRPの中央にイントロンを含有するようにデザインした。一方、pICH15034は、RdRPの3’端であるMPサブゲノムプロモーターの上流にイントロンを含有する。イントロンをシロイヌナズナ ゲノムDNAからPCRで増幅し、予定のイントロン/エクソン接合部が重複するプライマーを用いて、PCRでウイルス配列に組み込んだ。イントロン含有断片をAvaI/HindIII断片(付録の配列番号4)としてpICH14833にサブクローニングしてpICH15025を作製するか、又はPstI/Ncol断片(付録の配列番号5)としてサブクローニングしてpICH15034を作製した。
Intron addition increases the frequency of functional RNA replicon formation in the cytoplasm Next, it was tested whether intron addition to the sequence portion encoding the replicon would increase the frequency of replication initiation. Two constructs, pICH15025 and pICH15034 (FIG. 2A) were generated. Both contain three different Arabidopsis introns in two different regions of RdRP. pICH15025 was designed to contain an intron in the middle of RdRP. On the other hand, pICH15034 contains an intron upstream of the MP subgenomic promoter, which is the 3 ′ end of RdRP. Introns were amplified from Arabidopsis genomic DNA by PCR and incorporated into viral sequences by PCR using primers that overlap the expected intron / exon junction. The intron-containing fragment was subcloned into pICH14833 as an AvaI / HindIII fragment (Appendix SEQ ID NO: 4) to generate pICH15025, or was subcloned as a PstI / Ncol fragment (Appendix SEQ ID NO: 5) to generate pICH15034.

2つの構築体をベンサミアナタバコの葉にアグロ浸潤させ、pICH14833と比較した。2つの構築体はウイルス複製開始細胞数を顕著に増加させた(図10A)。この増加は、pICH14833に対して約50倍の改善であると概算した。また、2つの構築体をMP発現クローンとともに共浸潤させ、細胞間移行はイントロンのないクローンと同じであることがわかった。2つの構築体をタバコにおいても試験し、ベンサミアナタバコと同じ改善を観察した(図10B)。   The two constructs were agroinfiltrated into the leaves of Bensamiana tobacco and compared with pICH14833. The two constructs significantly increased the number of cells that initiated viral replication (FIG. 10A). This increase was estimated to be about a 50-fold improvement over pICH14833. In addition, the two constructs were co-infiltrated with the MP-expressing clone, and the cell-to-cell transition was found to be the same as the clone without intron. Two constructs were also tested in tobacco and observed the same improvement as Bensamiana tobacco (FIG. 10B).

6つのイントロン全てを含有する第3のクローンpICH15499を作製した(図9、2B、10A、10B)。この構築体をベンサミアナタバコ及びタバコにおいて試験した。この構築体は、3つのイントロンを有する個々の構築体よりも効率的であったが、その改善は相加的ではなかった。   A third clone, pICH15499, containing all 6 introns was generated (FIGS. 9, 2B, 10A, 10B). This construct was tested in N. benthamiana and tobacco. Although this construct was more efficient than the individual construct with three introns, the improvement was not additive.

イントロン付加とイントロン様配列の除去は、細胞質における機能性RNAレプリコン形成頻度を上昇させる
1つの構築体におけるイントロン様特徴の除去と、追加イントロンの付加は、両タイプの改変がウイルス複製開始の向上に寄与できることを示した。pICH15499の6つのイントロンを、変異MPサブゲノムプロモーター領域を含有するpICH15900へサブクローニングした。得られたクローンpICH15860(図2B)をベンサミアナタバコの葉に浸潤させたところ、GFPを発現する全てのプロトプラストのおよそ50%〜90%の範囲で、それぞれの親クローンよりも顕著に良好に作用することを発見した(図10)。最高性能の構築体は、RdRP領域と改変MPサブゲノムプロモーター領域にイントロンを含有する(pICH16191、図10C)。未改変クローンとの比較で、これは80〜300倍の改善に相当する。また、この構築体を、MP発現構築体(pICH10745)と共に共浸潤させたところ、改変が細胞間移行も複製も傷つけないことを発見した。
Intron addition and removal of intron-like sequences increase the frequency of functional RNA replicon formation in the cytoplasm Removal of intron-like features in one construct and addition of additional introns both types of modifications improve viral replication initiation It showed that it can contribute. The six introns of pICH15499 were subcloned into pICH15900 containing the mutated MP subgenomic promoter region. The resulting clone, pICH15860 (FIG. 2B), was infiltrated into the leaves of N. benthamiana tobacco and was significantly better than the respective parent clones in the range of approximately 50% to 90% of all protoplasts expressing GFP. It was found to work (FIG. 10). The highest performing construct contains introns in the RdRP region and the modified MP subgenomic promoter region (pICH16191, FIG. 10C). Compared to unmodified clones, this represents an 80-300 fold improvement. The construct was also co-infiltrated with the MP expression construct (pICH10745) and found that the modification did not damage cell-to-cell migration or replication.

全てのイントロン付加が細胞質における機能性RNAレプリコンの出現頻度を上昇させるわけではない
2つの異なるシロイヌナズナ イントロンをRdRPの初めに挿入し、クローンpICH15477を得た(図2B)(この領域の配列を配列番号7として付録に示す)。この領域の配列は、イントロンを付加する前に、既に非常に「エクソン様」(例えばGCに富んでおり、潜在スプライス部位がない)に見える。この構築体で、ウイルス複製の開始に全く改善は見られなかった。したがって、あらゆるイントロン付加がウイルスベクターを改善するわけではない。イントロン挿入又は変異生成のために選択した位置は重要なパラメータであるように見える。例えば、MPサブゲノムプロモーターのような問題のある構造の近傍領域に作製した全てのイントロン挿入又はヌクレオチド置換は大きな改善をもたらしたが、既に「エクソン様」である配列へのイントロン挿入は顕著にウイルス複製開始を改善しなかった。
Not all intron additions increase the appearance of functional RNA replicons in the cytoplasm Two different Arabidopsis introns were inserted at the beginning of RdRP, resulting in clone pICH15477 (FIG. 2B) (the sequence of this region is SEQ ID NO: 7 in the appendix). The sequence in this region already appears very “exon-like” (eg, rich in GC and lack of potential splice sites) before adding introns. This construct did not show any improvement in the initiation of viral replication. Thus, not every intron addition improves the viral vector. The location chosen for intron insertion or mutagenesis appears to be an important parameter. For example, all intron insertions or nucleotide substitutions made in the vicinity of problematic structures such as the MP subgenomic promoter have resulted in significant improvements, but intron insertion into sequences that are already “exon-like” Did not improve replication initiation.

MP配列へのイントロン挿入はウイルスレプリコン形成頻度を上昇させる
初めに、制限酵素AvrIIで消化し、充填し、再連結することによって、MPにフレームシフトを作製した。次にMPに2つのイントロンを挿入した。得られたクローンpICH16422(図2B)をベンサミアナタバコの葉に浸潤させた。機能性ウイルスレプリコン含有細胞数に約100倍の増加を検出した。
Intron insertion into the MP sequence increases the frequency of virus replicon formation. A frameshift was created in the MP by first digesting with the restriction enzyme AvrII, filling and religation. Next, two introns were inserted into the MP. The resulting clone, pICH16422 (FIG. 2B), was infiltrated into the leaves of Bensamiana tobacco. An approximately 100-fold increase in the number of functional virus replicon-containing cells was detected.

MP含有ベクターへのイントロン挿入は自律機能性クローンのウイルス複製開始頻度を上昇させる
pICH15499のKpnI/EcoRI断片pICH8543へサブクローニングした。得られたクローン16700(図2B)は、RdRPに6つのイントロンを有する完全なウイルスベクターを含有する。このクローンをベンサミアナタバコの葉に浸潤させたところ、効率的に複製を開始した。また、このクローンは、追加MPをトランスで提供ことを必要とせずに細胞間移行可能であって。
Intron insertion into MP-containing vectors increases the frequency of viral replication initiation of autonomously functional clones. Subcloning into the KpnI / EcoRI fragment pICH8543 of pICH15499. The resulting clone 16700 (FIG. 2B) contains a complete viral vector with 6 introns in RdRP. When this clone was infiltrated into a leaf of Bensamiana tobacco, replication was efficiently initiated. This clone can also be transferred between cells without having to provide additional MP in trans.

遺伝子操作された宿主植物におけるアグロ送達された不活性レプリコンの活性化
イントロン含有ウイルスベクター前駆体をトランスジェニック植物へアグロ浸潤させることも可能である。目的タンパク質の産生を運命付けられていない植物(例えば開放環境の植物)の偶発的感染を回避するために、ベクターの一部をアンチセンス方向に存在させた不活性クローンを作製することができる(図11)。反転断片の先端に組換え部位とイントロン配列とを組み込むことにより、適切なリコンビナーゼを用いることによってこの断片を正しい方向に「反転」させることが可能である。組換え部位はスプライシングによってレプリコンから完全に排除されるであろう。プロレプリコン中のイントロンは、組換えと転写の後、効率的に複製を開始させる。1つの具体例では、組換え部位が、目的遺伝子内であってプロレプリコンの下流に局在する。そのような立体配置は、組換え前の遺伝子発現を妨げる。RdRP中やプロモーターの上流のように、プロレプリコンの他の領域に組換え部位が局在する場合、他の立体配置を検討することができる。組換え部位のイントロン配列は、先に記載したように、組換え部位をレプリコンから完全に除去させる利点を有するだけでなく、ウイルス複製効率を上昇させる。リコンビナーゼ活性を提供するトランスジェニック植物宿主は、遺伝子操作して、不活性ウイルスベクター前駆体を含有するベクターと共にアグロ浸潤に用いることができる。ウイルスベクター前駆体は、遺伝子操作された植物宿主の細胞においてのみ活性化することができる。
Activation of agro-delivered inactive replicons in genetically engineered host plants It is also possible to introgress intron-containing viral vector precursors into transgenic plants. In order to avoid accidental infection of plants that are not destined to produce the target protein (for example, plants in an open environment), inactive clones can be produced in which a part of the vector is present in the antisense direction ( FIG. 11). By incorporating a recombination site and an intron sequence at the tip of the inverted fragment, it is possible to “invert” this fragment in the correct direction by using an appropriate recombinase. The recombination site will be completely eliminated from the replicon by splicing. Introns in the proreplicon efficiently initiate replication after recombination and transcription. In one embodiment, the recombination site is located within the gene of interest and downstream of the proreplicon. Such a configuration prevents gene expression prior to recombination. When recombination sites are localized in other regions of the proreplicon, such as in RdRP or upstream of the promoter, other configurations can be considered. Intron sequences at the recombination site not only have the advantage of completely removing the recombination site from the replicon, as described above, but also increase the efficiency of viral replication. Transgenic plant hosts that provide recombinase activity can be genetically engineered and used for agroinfiltration along with vectors containing inactive viral vector precursors. Viral vector precursors can only be activated in genetically engineered plant host cells.

植物ウイルスRNA配列は潜在的に不安定領域を含有する
選択された植物RNAウイルスのRNAプロファイルを、十分に特徴付けられた植物遺伝子(AtDMC1)のものと同様に、NetgeneIIサーバープログラム(http://www.cbs.dtu.dk/services/NetGene2/)を用いて解析した。AtDMC1について図12に示すRNAプロファイルは、先にcDNA配列とゲノムDNA配列との比較によって同定した14のイントロンの存在を明確に反映している(丸で囲んである)。2つの植物ウイルスのRNAプロファイルは、植物の核環境に置かれた場合、RNAの安定性に問題を引き起こし得る領域を有することは明らかである(図13、図14を参照されたい)。ブロモモザイクウイルス、異なるTMV株、及び他の多くのものなど、いくつかの他の代表的植物RNAウイルス(示していない)のRNAプロファイルを解析した。これらは全て、DNA前駆体として植物細胞へ送達された場合に植物RNAウイルスに基づいたレプリコン形成効率を落とし得る、潜在的に問題のある領域を有している。
Plant virus RNA sequences contain potentially unstable regions The RNA gene profile of the selected plant RNA virus, as well as that of the well-characterized plant gene (AtDMC1), can be obtained from the Netgene II server program (http: /// www.cbs.dtu.dk/services/NetGene2/). The RNA profile shown in FIG. 12 for AtDMC1 clearly reflects the presence of 14 introns previously identified by comparison of cDNA and genomic DNA sequences (circled). It is clear that the RNA profiles of the two plant viruses have regions that can cause problems with RNA stability when placed in the plant's nuclear environment (see FIGS. 13 and 14). The RNA profiles of several other representative plant RNA viruses (not shown) were analyzed, such as bromo mosaic virus, different TMV strains, and many others. All of these have potentially problematic areas that can reduce the efficiency of replicon formation based on plant RNA viruses when delivered to plant cells as DNA precursors.

ジェミニウイルスベクターによる植物全体の浸潤
ビーンゴールデンモザイクウイルス(BGMV)単離体DSMZ PV−0094に基づいた発現ベクターpICH4300、pICH5202/3、及びpICH5170(図15)を、WO02/077246号の実施例10及び11に記載したように作製した。構築体pICH5170を、実施例5に記載のようにベンサミアナタバコ植物及びタバコ植物の安定な形質転換に用いた。構築体pICH5202/3及びpICH5170を、VirE2機能欠損アグロバクテリウム・ツメファシエンス及びアグロバクテリウム・ツメファシエンスC58株に固定した。固定化ウイルスレプリコン(pICH5202/3)を有する株を、pICH5170で形質転換したタバコ植物全体のアグロ浸潤に用いた。トランスジェニック植物宿主は、いわゆる共通領域(CR)に局在するジェミニウイルスの複製起点を有するGFPを有するDNAレプリコンの複製を提供した。VirE2機能欠損アグロバクテリウム株の場合、非形質転換アグロバクテリウム・ツメファシエンスC58と共にアグロ浸潤を行った。あるいは、pICHVirE2で形質転換したベンサミアナタバコ植物を、pICH5170で形質転換させた植物と交配させた。両構築体由来のT−DNA領域を含有するF1子孫をPCRで選択し、アグロバクテリウム機能を有し、pICH5202/3を有するアグロ浸潤に用いた。
Whole Plant Invasion with Geminivirus Vectors Expression vectors pICH4300, pICH5202 / 3, and pICH5170 (FIG. 15) based on Bean Golden Mosaic Virus (BGMV) isolate DSMZ PV-0094 (FIG. 15) are described in Example 10 and WO02 / 077246. 11 was prepared. The construct pICH5170 was used for stable transformation of N. benthamiana and tobacco plants as described in Example 5. The constructs pICH5202 / 3 and pICH5170 were immobilized on VirE2 function deficient Agrobacterium tumefaciens and Agrobacterium tumefaciens C58 strains. Strains carrying the immobilized viral replicon (pICH5202 / 3) were used for agroinfiltration of whole tobacco plants transformed with pICH5170. The transgenic plant host provided replication of a DNA replicon with GFP with a geminivirus origin of replication located in the so-called common region (CR). In the case of the Agrobacterium strain deficient in VirE2, Agro infiltration was performed together with non-transformed Agrobacterium tumefaciens C58. Alternatively, a benthamiana tobacco plant transformed with pICHVirE2 was crossed with a plant transformed with pICH5170. F1 progeny containing the T-DNA region from both constructs were selected by PCR and used for Agro infiltration with Agrobacterium function and pICH5202 / 3.

固定化ウイルスレプリコン(pICH5170)を有する株をタバコ植物全体のアグロ浸潤に用いた。
上記実験の結果は、トランスジェニック宿主植物又はVirE2発現アグロバクテリウムによって機能を補完することなくVirE2機能欠損株を用いた場合、浸潤植物においてGFPを全く発現しないことを示した。しかしながら、VirE2機能のトランス補完を必要とする実験における発現レベルは、ベクターをアグロバクテリウム・ツメファシエンスC58に固定した場合と顕著な差を示さなかった。
A strain with an immobilized viral replicon (pICH5170) was used for agroinfiltration of the entire tobacco plant.
The results of the above experiment showed that GFP was not expressed at all in the infiltrating plant when the VirE2 function-deficient strain was used without complementing the function with the transgenic host plant or VirE2-expressing Agrobacterium. However, expression levels in experiments requiring trans-complementation of VirE2 function did not show any significant difference from when the vector was immobilized on Agrobacterium tumefaciens C58.

細菌プラスミド接合性伝達欠損変異体の作製
tra遺伝子及びtrb遺伝子は、Tiプラスミドの接合性伝達に関与すると記載されている(Farrandら、1996、J.Bacteriol.、178、4233−4247;Liら、1999、J.Bacteriol.、181、5033−41)。アグロバクテリウム・ツメファシエンス株C58のTiプラスミドからこれらの遺伝子を削除するために、隣接DNA領域を含有するベクターを形質転換に用い、2つの連続的組換えイベントにより、欠失を導入した。欠失ベクターは、正の選択マーカーとしてカルベニシリン耐性を、負の選択マーカーとしてショ糖不耐性を引き起こすsacB遺伝子を含有するベクターpDNR−1r(クローンテック)に基づいている。
Generation of Bacterial Plasmid Conjugative Transmission Deficient Mutants The tra and trb genes have been described to be involved in conjugative transmission of Ti plasmids (Farland et al., 1996, J. Bacteriol. 178, 4233-4247; Li et al., 1999, J. Bacteriol., 181, 5033-41). In order to delete these genes from the Ti plasmid of Agrobacterium tumefaciens strain C58, a vector containing flanking DNA regions was used for transformation and the deletion was introduced by two consecutive recombination events. The deletion vector is based on the vector pDNR-1r (Clontech) containing the sacB gene causing carbenicillin resistance as a positive selectable marker and sucrose intolerance as a negative selectable marker.

tra遺伝子(traG、traD、traC、oriT、traA、traF、traB、traH、traM)を欠失させるために、およそ700bpの隣接領域をアグロバクテリウムC58 DNAから、oSM570プライマー(5’−gaggatccaacgtttaggagaaccag−3’)+oSM571プライマー(5’−ttggtctcacggtatacgcacactgaacatgcg−3’)、及びoSM572プライマー(5’−ttggtctcaaccggtttccgtttgtctc−3’)+oSM573プライマー(5’−acgtctagagatcgcgttccagaccaac−3’)を用いてPCRで増幅させた。PCR断片をBsaIで制限処理した後連結し、追加ヌクレオチドを導入することなくBst11071制限部位を作製した;外端にプライマーを用いてBamHI部位とXbaI部位を導入した。BamHIとXbaIで制限処理したベクターpDNR−1rに2つのPCR断片を連結した。得られたプラスミドpICF12721を、エレクトロポレーションによるアグロバクテリウム形質転換に用い、初めはカルベニシリンで、その後抗生物質はないが5%ショ糖の存在下で選択し、2重組換えイベントを有する、ベクター骨格を含有しない細胞を対抗選択した。   To delete the tra gene (traG, traD, traC, oriT, traA, traF, traB, traH, traM), an approximately 700 bp flanking region was deleted from Agrobacterium C58 DNA with the oSM570 primer (5'-gaggatccaacgtttaggagaccag-3 ') + OSM571 primer (5'-ttggtcacgggtatacgcactactaaccatgcg-3') and oSM572 primer (5'-ttgggtcaccaccggttcccctttgttctcc-3 ') + oSM573 primer (5'-actgtcggg The PCR fragment was ligated after restriction treatment with BsaI, and a Bst11071 restriction site was created without introducing additional nucleotides; a BamHI site and an XbaI site were introduced at the outer ends using primers. Two PCR fragments were ligated to the vector pDNR-1r restricted with BamHI and XbaI. The resulting plasmid pICF12721 was used for Agrobacterium transformation by electroporation and was first selected with carbenicillin and then without antibiotics but in the presence of 5% sucrose and having a double recombination event Cells that did not contain were counterselected.

trb遺伝子(trbB、trbC、trbD、trbE、trbJ)を欠失させるために、およそ700bpの隣接領域を、アグロバクテリウムC58 DNAから、oSM566プライマー(5’−ctgaattcaggcaaacgcaccgtgagatg−3’)+oSM567プライマー(5’−tcaccatgggtcacgcggcactcctg−3’)、及びoSM568プライマー(5’−tcaccatggcccaggcccggcgtgaac−3’)+oSM569プライマー(5’−acatctagatgccggcatcgaagatgttg−3’)を用いてPCRで増幅させた。PCR断片の連結により、追加のヌクレオチドを導入することなくNcoI制限部位を作製した;外端にEcoRI部位及びXbaI部位をプライマーによって導入した。2つのPCR断片を、EcoRII及びXbaIで制限処理したベクターpDNR−1rに連結した。得られたプラスミドpICF12711を上記のようにアグロバクテリウム形質転換に用いた。   To delete the trb gene (trbB, trbC, trbD, trbE, trbJ), an approximately 700 bp flanking region was extracted from Agrobacterium C58 DNA with oSM566 primer (5'-ctgaattcaggcaacccccgtggatagg-3 ') + oSM56' primer -Tcaccatgggtcacgcggcactcctg-3 ') and oSM568 primer (5'-tcaccatggccccagggccccggcgtgaac-3') + oSM569 primer (5'-actattagatgccgggcatcgagagtggtggg ') PCR fragment ligation created an NcoI restriction site without introducing additional nucleotides; an EcoRI site and an XbaI site were introduced at the outer ends with primers. The two PCR fragments were ligated into the vector pDNR-1r restricted with EcoRII and XbaI. The resulting plasmid pICF12711 was used for Agrobacterium transformation as described above.

アグロバクテリウム間の接合伝達を測定するために、オパイン結合リプレッサーをコードするaccR遺伝子をカナマイシン耐性カセットで置換することによって、構成的伝達を示す選択可能Tiプラスミドを構築した。これは、やはりベクターpDNR−1rに基づき、アグロバクテリウムC58 DNAからoSM554プライマー(5’−gagctagctccgtccttcacctgggc−3’)+oSM555プライマー(5’−ttggtctcaccggccgatagccaaaaactgc−3’)、及びoSM556プライマー(5’−ttggtctcgccggccaaactccggtttgc−3’)+oSM557プライマー(5’−atgggcccttcgaacgcaattcctgttgc−3’)を用いてPCRで増幅させた2つの隣接領域、及びそれらのあいだのXmaIII部位にカナマイシン耐性(oSM584プライマー(5’−cctcggccgcgaacggcctcac−3’)及びoSM585プライマー(5’−ctacggccgctgacagctaaaacaattcatcc−3’)を用いてバイナリーベクターpICH18711からPCRで増幅させた)を含有するベクターpICF12741でアグロバクテリウム・ツメファシエンス株C58を形質転換することによって作製した。カナマイシン耐性Tiプラスミドを有する株を、染色体リファンピシン耐性を有するがTiプラスミドのないアクセプター株GV3101と共に、ニトロセルロースメンブラン上で28℃にて2時間、Piper&Farrand(1999、Appl Environ Microbiol.、65、2798−2801)に記載されたのと同様にインキュベーションした。リファンピシンとカナマイシンを添加したプレートでトランス接合個体を選択した。aceを欠失しているが無傷のtra遺伝子及びtrb遺伝子を有するTiプラスミドの場合、投入ドナーあたりの接合効率はおよそ3〜4×10−4トランス接合個体であった。tra及びtrb変異体の場合、接合効率は検出限界以下であった(<10−7)。 To measure conjugative transmission between Agrobacterium, a selectable Ti plasmid showing constitutive transmission was constructed by replacing the accR gene encoding an opain binding repressor with a kanamycin resistance cassette. This is also based on the vector pDNR-1r, from Agrobacterium C58 DNA to oSM554 primer (5'-gagcttagctccgtccttcacctggggc-3gt), ') + OSM557 primer (5'-atgggcccttcgaacgcaattcctgttgc-3'), two adjacent regions amplified by PCR, and the XmaIII site between them, kanamycin resistance (oSM584 primers (5'-cctggggccgcgaacgggcctcac-3 ') Primer The 5'-ctacggccgctgacagctaaaacaattcatcc-3 ') Agrobacterium tumefaciens strain C58 in vector pICF12741 containing was amplified by PCR from the binary vector PICH18711) was used to prepare by transforming. Strains carrying the kanamycin resistant Ti plasmid together with acceptor strain GV3101 resistant to chromosomal rifampicin but without Ti plasmid at 28 ° C. for 2 hours on a nitrocellulose membrane, Piper & Farrand (1999, Appl Environ Microbiol., 65, 2798-2801 Incubation was carried out as described in). Transzygous individuals were selected on plates supplemented with rifampicin and kanamycin. In the case of Ti plasmid lacking ace but having intact tra and trb genes, the conjugation efficiency per input donor was approximately 3-4 × 10 −4 transconjugation individuals. In the case of the tra and trb mutants, the conjugation efficiency was below the detection limit (<10 −7 ).

ベンサミアナタバコ植物に、GFPをコードするウイルスベクターpICH18711を含有する細菌を浸潤させることにより、植物へのDNA伝達に対する変異の影響について試験した。細菌は、葉で単一蛍光スポットを観察できるように、さまざまな希釈率で用いた。植物へのDNA伝達効率は、ace、tra、又はtrb欠失のない細菌と匹敵するものであった。   Bensamiana tobacco plants were tested for the effect of mutations on DNA transfer to plants by infiltration with bacteria containing the viral vector pICH18711 encoding GFP. Bacteria were used at various dilutions so that a single fluorescent spot could be observed on the leaves. DNA transfer efficiency to plants was comparable to bacteria without ace, tra, or trb deletions.

栄養要求性変異体の作製
栄養要求性アグロバクテリウム株を作製するために、ロイシンの生合成に関与する3−イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素をコードするleuB遺伝子とウリジンの生合成に関与するオロチン酸ホスホリボシルトランスフェラーゼをコードするpyrEを選択した。leuBのコード配列は、アグロバクテリウム染色体の逆鎖に局在する仮想タンパク質ATU2792の3’と重複するため、完全に欠失させることができない。したがって、染色体1のbp2792384−2793470を、上流配列の775bpと下流配列の834bpとを、leuBコード配列の5’端に天然に生ずるBspHI制限部位を介して接続することにより欠失させるために選択した。ベクターpDNR−1r(クローンテック)を用いて、アグロバクテリウムの標的遺伝子内に欠失を作製した。
Preparation of auxotrophic mutants To produce an auxotrophic Agrobacterium strain, leuB gene encoding 3-isopropylmalate dehydrogenase involved in leucine biosynthesis and orotic acid involved in uridine biosynthesis PyrE encoding phosphoribosyltransferase was selected. The coding sequence of leuB overlaps 3 'of the hypothetical protein ATU2792 located in the reverse strand of the Agrobacterium chromosome and cannot be completely deleted. Thus, chromosome 1 bp 27938384-2793470 was selected to be deleted by joining the upstream sequence 775 bp and the downstream sequence 834 bp to the 5 ′ end of the leuB coding sequence via a naturally occurring BspHI restriction site. . A deletion was made in the target gene of Agrobacterium using the vector pDNR-1r (Clontech).

leuBと同様に、pyrE遺伝子の異化補完は可能ではない。ウラシルホスホリボシルトランスフェラーゼ遺伝子がアグロバクテリウムに存在するため、ウリジン添加は安価なウラシルで置き換え得る。更に、pyrE欠失は正の選択マーカーとして用いることができる。選択は、野生型アグロバクテリウムは毒性のウラシル類似体である5−フルオロオロチン酸に対して感受性であるが、pyrE変異体は当然耐性であるという事実を利用する。   As with leuB, catabolic complementation of the pyrE gene is not possible. Since the uracil phosphoribosyltransferase gene is present in Agrobacterium, uridine addition can be replaced by cheap uracil. Furthermore, pyrE deletion can be used as a positive selectable marker. Selection takes advantage of the fact that wild-type Agrobacterium is sensitive to the toxic uracil analog 5-fluoroorotic acid, but the pyrE mutant is naturally resistant.

pyrEの開始コドンは、異なるデータベースにおいて異なって注記されている(bp394734−395534、受託番号NP_531105とbp394836−395534、受託番号Q8UI98)。しかしながら、他のpyrE配列に対する相同性はbp394836の前からは開始しない。それにもかかわらず、2つの欠損変異体(欠失は1番染色体の394760位又は394849位から開始し、いずれも395531位で終わる)をデザインした。欠失含有断片を、ベクターpDNR−1rのEcoRI−BamHI部位にクローニングし、ベクターpICF1263(ΔleuB bp2792384−2793470)、pICF1264(ΔpyrE bp394760−395531)、及びpICF1265(ΔpyrE bp394848−395531)を得た(図21を参照されたい)。   The start codon for pyrE is noted differently in different databases (bp 394734-395534, accession numbers NP_531105 and bp 394836-395534, accession number Q8UI98). However, homology to other pyrE sequences does not begin before bp 394836. Nevertheless, two deletion mutants were designed (deletions start at position 394760 or 394849 on chromosome 1 and both end at position 395531). The deletion-containing fragment was cloned into the EcoRI-BamHI site of the vector pDNR-1r, resulting in the vectors pICF1263 (ΔleuB bp2792384-2793470), pICF1264 (ΔpyrE bp394760-395531), and pICF1265 (ΔpyrE bp394948-3951) (FIG. 3). See).

アグロバクテリウム株GV3101を、プラスミドpICF1263−3(ΔleuB bp2792384−2793470)、pICF1264−1(ΔpyrE bp394760−395531)、及びpICF1265−10(ΔpyrE bp394848−395531)で形質転換した。カルベニシリン含有培地での選択2日目に少量の形質転換体(6〜10cfu/μg)を得た。LB+リファンピシン液及びLB+リファンピシン+サッカロース液中で選択したクローンを連続して増殖させることによって共組換え体を決定した。標的遺伝子に所望の欠失を含有するアグロバクテリウム変異体を、LB+リファンピシン+サッカロース培養物から単離したアグロバクテリウムDNAのPCR解析によって確認した。   Agrobacterium strain GV3101 was transformed with plasmids pICF1263-3 (ΔleuB bp27932384-2793470), pICF1264-1 (ΔpyrE bp394760-395531), and pICF1265-10 (ΔpyrE bp394848-395531). A small amount of transformants (6 to 10 cfu / μg) was obtained on the second day of selection on a medium containing carbenicillin. Co-recombinants were determined by serial growth of selected clones in LB + Rifampicin solution and LB + Rifampicin + Saccharose solution. Agrobacterium mutants containing the desired deletion in the target gene were confirmed by PCR analysis of Agrobacterium DNA isolated from LB + Rifampicin + Saccharose cultures.

変異体株1263−3−3及び1263−3−10並びに野生型親株GV3101を、30mg/l及び150mg/l ロイシンの添加の有無において、LB富栄養培地及びM9最少培地中で増殖させた。変異体株と野生型株とのあいだでLB培地での増殖に差はなかったが、M9培地では野生型株のみ増殖できた。M9培地にロイシンを添加した場合、野生型株も変異体株も増殖できた。添加ありと添加なしの培地でのさまざまな変異体株の増殖を図22及び図23に示す。ロイシン濃度の増加とともに増殖率が増加した。アグロバクテリウム変異体1263−3−3をGFPプラスミドpICH18711で形質転換し、ベンサミアナタバコにおける感染効率について解析した。   Mutant strains 1263-3-3 and 1263-3-10 and wild type parent strain GV3101 were grown in LB rich medium and M9 minimal medium with or without the addition of 30 mg / l and 150 mg / l leucine. There was no difference in growth in the LB medium between the mutant strain and the wild type strain, but only the wild type strain was able to grow in the M9 medium. When leucine was added to M9 medium, both wild type and mutant strains were able to grow. Growth of various mutant strains in media with and without addition is shown in FIGS. Growth rate increased with increasing leucine concentration. Agrobacterium mutant 1263-3-3 was transformed with GFP plasmid pICH18711 and analyzed for infection efficiency in N. benthamiana tobacco.

付録
配列番号1(pICH14833のNcoI−EcoRI断片):
Appendix SEQ ID NO: 1 (NcoI-EcoRI fragment of pICH14833):

Figure 2008505622

配列番号2(pICH15466の部分):
Figure 2008505622

SEQ ID NO: 2 (part of pICH15466):

Figure 2008505622
配列番号3(pICH15900の部分):
Figure 2008505622
SEQ ID NO: 3 (part of pICH15900):

Figure 2008505622

配列番号4(pICH15025の部分):
Figure 2008505622

SEQ ID NO: 4 (part of pICH15025):

Figure 2008505622

配列番号5(pICH15034の部分):
Figure 2008505622

SEQ ID NO: 5 (part of pICH15034):

Figure 2008505622

配列番号6(pICH15477の断片):
Figure 2008505622

SEQ ID NO: 6 (fragment of pICH15477):

Figure 2008505622
Figure 2008505622

図1Aは、生物学的安全性の上昇(A)に基づいた、本発明の一般的原理を表す。FIG. 1A represents the general principle of the present invention based on increased biological safety (A). 図1Bは、RNAウイルスに基づくレプリコン形成頻度の上昇(B)に基づいた、本発明の一般的原理を表す。FIG. 1B represents the general principle of the present invention based on an increase in the frequency of replicon formation based on RNA viruses (B). 図2Aは、未改変の及び本発明にしたがい改変したウイルス構築体を図式的に示す。Act2−シロイヌナズナ アクチン2遺伝子のプロモーター;RdRP−ウイルスRNA依存性RNAポリメラーゼ;MP−ウイルス移行タンパク質;NTR−ウイルス3’非翻訳領域;GFP−緑色蛍光タンパク質;インターフェロン−ヒトインターフェロンα 2b;hGH−ヒト成長ホルモン;nos−ノパリン合成酵素遺伝の転写終止領域。FIG. 2A schematically shows an unmodified and modified virus construct according to the present invention. Act2-Arabidopsis actin 2 gene promoter; RdRP-virus RNA-dependent RNA polymerase; MP-virus translocation protein; NTR-virus 3 'untranslated region; GFP-green fluorescent protein; interferon-human interferon alpha 2b; hGH-human growth Hormone; nos-nopaline synthase gene transcription termination region. 図2Bは、未改変の及び本発明にしたがい改変したウイルス構築体を図式的に示す。Act2−シロイヌナズナ アクチン2遺伝子のプロモーター;RdRP−ウイルスRNA依存性RNAポリメラーゼ;MP−ウイルス移行タンパク質;NTR−ウイルス3’非翻訳領域;GFP−緑色蛍光タンパク質;インターフェロン−ヒトインターフェロンα 2b;hGH−ヒト成長ホルモン;nos−ノパリン合成酵素遺伝の転写終止領域。FIG. 2B schematically shows an unmodified and modified virus construct according to the present invention. Act2-Arabidopsis actin 2 gene promoter; RdRP-virus RNA-dependent RNA polymerase; MP-virus translocation protein; NTR-virus 3 'untranslated region; GFP-green fluorescent protein; interferon-human interferon alpha 2b; hGH-human growth Hormone; nos-nopaline synthase gene transcription termination region. 図2Cは、未改変の及び本発明にしたがい改変したウイルス構築体を図式的に示す。Act2−シロイヌナズナ アクチン2遺伝子のプロモーター;RdRP−ウイルスRNA依存性RNAポリメラーゼ;MP−ウイルス移行タンパク質;NTR−ウイルス3’非翻訳領域;GFP−緑色蛍光タンパク質;インターフェロン−ヒトインターフェロンα 2b;hGH−ヒト成長ホルモン;nos−ノパリン合成酵素遺伝の転写終止領域。FIG. 2C schematically shows an unmodified and modified virus construct according to the present invention. Act2-Arabidopsis actin 2 gene promoter; RdRP-virus RNA-dependent RNA polymerase; MP-virus translocation protein; NTR-virus 3 'untranslated region; GFP-green fluorescent protein; interferon-human interferon alpha 2b; hGH-human growth Hormone; nos-nopaline synthase gene transcription termination region. 図3は、ベクターpICH16707のアグロ浸潤後10日目のベンサミアナタバコ植物をUV光下にて示す。FIG. 3 shows a benthamiana tobacco plant 10 days after agroinfiltration with vector pICH16707 under UV light. 図4は、ベクターpICH18711のアグロ浸潤後4日目の、17日(A)、22日(B)、28日(C)、及び35日(D)齢のベンサミアナタバコ植物をUV光下にて示す。FIG. 4 shows 17 days (A), 22 days (B), 28 days (C), and 35 days (D) of N. benthamiana tobacco plants under UV light 4 days after agroinfiltration of vector pICH18711. Is shown. 図5は、構築体pICH18722及びpICH10745のT−DNA領域を図式的に示す。Act2−シロイヌナズナ アクチン2遺伝子のプロモーター;RdRP−ウイルスRNA依存性RNAポリメラーゼ;MP−ウイルス移行タンパク質;NTR−ウイルス3’非翻訳領域;GFP−緑色蛍光タンパク質;nosT−ノパリン合成酵素遺伝子の転写終止領域;nosP−ノパリン合成酵素遺伝子の転写プロモーター;oscT−オクトピン合成酵素遺伝子の転写終止領域;NPTII−ネオマイシン ホスホトランスフェラーゼII遺伝子のコード配列;TVCV MP−カブ葉脈透化ウイルスの移行タンパク質。FIG. 5 schematically shows the T-DNA region of the constructs pICH18722 and pICH10745. Act2-Arabidopsis actin 2 gene promoter; RdRP-viral RNA-dependent RNA polymerase; MP-virus translocation protein; NTR-virus 3 'untranslated region; GFP-green fluorescent protein; transcription termination region of nosT-nopaline synthase gene; transcription promoter of nosP-nopaline synthase gene; transcription termination region of oscT-octopine synthase gene; coding sequence of NPTII-neomycin phosphotransferase II gene; transition protein of TVCV MP- turnip vein translucency virus. 図6は、ベクターpICH8543の転写領域のイントロン予測プロファイルを示す。ヌクレオチド番号を横軸に示す。縦軸は、対応の配列/配列領域がコード配列(コード)であるか、ドナー部位(ドナー)若しくはアクセプター部位(アクセプター)として作用する確率を示す。丸で囲んだ部分は、機能保存的な相違を導入すべき選択された位置に相当する。FIG. 6 shows the intron prediction profile of the transcription region of vector pICH8543. Nucleotide numbers are shown on the horizontal axis. The vertical axis indicates the probability that the corresponding sequence / sequence region is a coding sequence (code) or acts as a donor site (donor) or an acceptor site (acceptor). The circled area corresponds to the selected position where a function-conservative difference should be introduced. 図6は、ベクターpICH8543の転写領域のイントロン予測プロファイルを示す。ヌクレオチド番号を横軸に示す。縦軸は、対応の配列/配列領域がコード配列(コード)であるか、ドナー部位(ドナー)若しくはアクセプター部位(アクセプター)として作用する確率を示す。丸で囲んだ部分は、機能保存的な相違を導入すべき選択された位置に相当する。FIG. 6 shows the intron prediction profile of the transcription region of vector pICH8543. Nucleotide numbers are shown on the horizontal axis. The vertical axis indicates the probability that the corresponding sequence / sequence region is a coding sequence (code) or acts as a donor site (donor) or an acceptor site (acceptor). The circled area corresponds to the selected position where a function-conservative difference should be introduced. 図7は、ベクターpICH15466の転写領域(転写領域の前半の半分)のイントロン予測プロファイルを示す。丸で囲んだ領域は本発明に記載のように改変されている(図6Aとの比較)。FIG. 7 shows the intron prediction profile of the transcription region of vector pICH15466 (the first half of the transcription region). The circled region has been modified as described in the present invention (comparison with FIG. 6A). 図8は、pICH15900の転写領域(転写領域の第2の半分)のイントロン予測プロファイルを示す。丸で囲んだ領域は本発明に記載のように改変されている(図6Bとの比較)。FIG. 8 shows the intron prediction profile of the transcription region of pICH15900 (second half of the transcription region). The circled region has been modified as described in the present invention (comparison with FIG. 6B). 図9は、pICH15499の転写領域のイントロン予測プロファイルを示す。丸で囲んだ領域は、6つの挿入された植物核イントロンに相当する。FIG. 9 shows the intron prediction profile of the transcription region of pICH15499. The circled region corresponds to six inserted plant nucleus introns. 図9は、pICH15499の転写領域のイントロン予測プロファイルを示す。丸で囲んだ領域は、6つの挿入された植物核イントロンに相当する。FIG. 9 shows the intron prediction profile of the transcription region of pICH15499. The circled region corresponds to six inserted plant nucleus introns. 図10は、ベンサミアナタバコ及びタバコの葉におけるウイルス構築体のアグロ浸潤後のGFP発現を示す。各浸潤領域におけるベクター同定番号を示す。A−ベンサミアナタバコ、アグロ浸潤後8日目。FIG. 10 shows GFP expression after agroinfiltration of viral constructs in N. benthamiana tobacco and tobacco leaves. The vector identification number in each infiltration area is shown. A-Benthamiana tobacco, 8 days after agroinfiltration. 図10は、ベンサミアナタバコ及びタバコの葉におけるウイルス構築体のアグロ浸潤後のGFP発現を示す。各浸潤領域におけるベクター同定番号を示す。B−タバコ、アグロ浸潤後8日目。FIG. 10 shows GFP expression after agroinfiltration of viral constructs in N. benthamiana tobacco and tobacco leaves. The vector identification number in each infiltration area is shown. B-Tobacco, 8 days after agro infiltration. 図10は、ベンサミアナタバコ及びタバコの葉におけるウイルス構築体のアグロ浸潤後のGFP発現を示す。各浸潤領域におけるベクター同定番号を示す。C−アグロ浸潤後5日目に単離したベンサミアナタバコのプロトプラスト。右の写真の多くの光点は、非常に高頻度のレプリコン形成及びGFP発現を示す。FIG. 10 shows GFP expression after agroinfiltration of viral constructs in N. benthamiana tobacco and tobacco leaves. The vector identification number in each infiltration area is shown. C-Protoplast of N. benthamiana tobacco isolated 5 days after infiltration of agro. Many light spots in the right photograph show very high frequency replicon formation and GFP expression. 図11は、本発明にしたがいデザインされたRNAウイルスに基づいたレプリコン前駆体の略図であり、非誘導状態では目的配列(GFP、Gと示す)の発現レベルがゼロである。P−転写プロモーター;T−転写終止領域;SM−選択可能マーカー遺伝子;Ac2−シロイヌナズナ アクチン2遺伝子のプロモーター;RdRP−ウイルスRNA依存性RNAポリメラーゼ;MP−ウイルス移行タンパク質;NTR−ウイルス3’非翻訳領域。FIG. 11 is a schematic representation of a replicon precursor based on an RNA virus designed according to the present invention, where the expression level of the target sequence (denoted as GFP, G) is zero in the non-induced state. T-transcription promoter; T-transcription termination region; SM-selectable marker gene; Ac2-Arabidopsis actin 2 gene promoter; RdRP-viral RNA-dependent RNA polymerase; MP-viral translocation protein; NTR-virus 3 'untranslated region . 図12は、直鎖(+鎖)を用いたシロイヌナズナ減数分裂特異的遺伝子AtDMC1(GenBank受託番号U76670)のイントロン予測プロファイルを示す。イントロンコード領域を丸で囲んである。FIG. 12 shows the intron prediction profile of the Arabidopsis meiosis-specific gene AtDMC1 (GenBank accession number U76670) using the straight chain (+ strand). The intron coding region is circled. 図13Aは、ジャガイモXウイルス(PVX)ゲノム(GenBank受託番号AF172259)の直鎖(+鎖)内の潜在的に問題のある領域(丸で囲んである)の予測プロファイルを示す。FIG. 13A shows the predicted profile of a potentially problematic region (circled) within the straight chain (+ strand) of the potato X virus (PVX) genome (GenBank accession number AF172259). 図13Bは、ジャガイモXウイルス(PVX)ゲノム(GenBank受託番号AF172259)の直鎖(+鎖)内の潜在的に問題のある領域(丸で囲んである)の予測プロファイルを示す。FIG. 13B shows the predicted profile of potentially problematic regions (circled) within the straight chain (+ strand) of the potato X virus (PVX) genome (GenBank accession number AF172259). 図14は、アルファルファモザイクウイルスゲノムRNA1(GenBank受託番号K02703)の直鎖(+鎖)の潜在的に問題のある領域(丸で囲んである)の予測プロファイルを示す。FIG. 14 shows the predicted profile of the linear (+ strand) potentially problematic region (circled) of alfalfa mosaic virus genomic RNA1 (GenBank accession number K02703). 図14は、アルファルファモザイクウイルスゲノムRNA2(GenBank受託番号K02702)の直鎖(+鎖)の潜在的に問題のある領域(丸で囲んである)の予測プロファイルを示す。FIG. 14 shows the predicted profile of the linear (+ strand) potentially problematic region (circled) of alfalfa mosaic virus genomic RNA2 (GenBank accession number K02702). 図14は、アルファルファモザイクウイルスゲノムRNA3(GenBank受託番号L00163)の直鎖(+鎖)の潜在的に問題のある領域(丸で囲んである)の予測プロファイルを示す。FIG. 14 shows the predicted profile of the linear (+ strand) potentially problematic region (circled) of alfalfa mosaic virus genomic RNA3 (GenBank accession number L00163). 図15は、構築体pICHVirE2、pICH4300、pICH5202/3、及びpICH5170のT−DNA領域の略図を示す。FIG. 15 shows a schematic representation of the T-DNA regions of the constructs pICHVirE2, pICH4300, pICH5202 / 3, and pICH5170. 図16は、機能性MP(移行タンパク質)欠失ウイルスベクターの細胞間移行のトランスジェニック植物宿主(ベンサミアナタバコ)からのトランス補完の効果を示す。上部のラベルは植物を表し、下部のラベルはアグロ浸潤に用いたベクターを示す。左の写真は図示したように処理した植物の典型的な葉を示す。右の写真はトランスジェニック植物の全体を示す。WT:野生型植物;pICH10745トランスジェニック:TVCV移行タンパク質(MP)を発現するトランスジェニック植物;pICH18722:細胞間移行不良のウイルスベクターによる浸潤;pICH18711:細胞間移行可能なウイルスベクターによる浸潤。GFP発現を検出するために植物をUV光下にて示す。FIG. 16 shows the effect of trans-complementation from a transgenic plant host (N. benthamiana tobacco) on cell-to-cell transfer of a functional MP (translocation protein) -deficient viral vector. The upper label represents a plant and the lower label represents the vector used for agroinfiltration. The photograph on the left shows a typical leaf of a plant treated as shown. The photo on the right shows the entire transgenic plant. WT: wild type plant; pICH10745 transgenic: transgenic plant expressing TVCV transition protein (MP); pICH18722: invasion by a viral vector with poor cell-to-cell transfer; Plants are shown under UV light to detect GFP expression. 図17は、バイナリーベクターpICH18711からのT−DNA伝達効率に対するVirE2遺伝子の効果を示す。VirE2:機能性VirE2遺伝子を含有するアグロバクテリウムを浸潤させたベンサミアナタバコの葉;ΔvirE2:VirE2遺伝子機能不良のアグロバクテリウムを浸潤させたベンサミアナタバコの葉;10〜10の数は浸潤前のアグロバクテリウムストックの希釈を示す(ΔVirE2株とVirE2株のストックは同一OD600)。矢印は同一のT−DNA伝達頻度を発揮する条件を結び付けており、ΔVirE2株は10倍希釈、VirE2株は10倍希釈に相当する。FIG. 17 shows the effect of the VirE2 gene on T-DNA transfer efficiency from the binary vector pICH18711. VirE2: Agrobacterium leaf infiltrated with Agrobacterium containing a functional VirE2 gene; ΔvirE2: A leaf of Venthamiana tobacco infiltrated with a dysfunctional Agrobacterium; 10 2 to 10 7 Numbers indicate dilution of Agrobacterium stock prior to infiltration (ΔVirE2 and VirE2 stocks are the same OD 600 ). The arrows linking the condition to exert the same T-DNA transfer frequency, DerutaVirE2 strain 10 2-fold dilutions, the VirE2 strains corresponding to 10 7 fold dilution. 図18は、野生型(WT)植物、及びpICH18711バイナリーベクターを含有するΔVirE2アグロバクテリウム株を浸潤させたトランスジェニック(pICHVirE2)植物を示す。写真は、10dpi(浸潤後日数)にUV光下にて撮影した。同一のアグロバクテリウム一晩培養物を、WTの浸潤には10倍に希釈し、トランスジェニック植物の浸潤には1000倍に希釈した。FIG. 18 shows wild type (WT) plants and transgenic (pICHVirE2) plants infiltrated with a ΔVirE2 Agrobacterium strain containing the pICH18711 binary vector. The photograph was taken under UV light at 10 dpi (days after infiltration). The same Agrobacterium overnight culture was diluted 10-fold for WT infiltration and 1000-fold for transgenic plant infiltration. 図19は、野生型植物への変異体アグロバクテリウム(機能性virE2遺伝子を欠失)と野生型アグロバクテリウム(VirE2遺伝子機能を維持)との共浸潤によるVirE2遺伝子機能のトランス補完を示す。変異体及び野生型のアグロバクテリウムをさまざまな組み合わせで浸潤させたベンサミアナタバコの葉をUV光下にて示す。四角内のラベルは、アグロバクテリウムの個々の種類を表す。四角のあいだの+印は、葉の同一の場所に2種類のアグロバクテリウムを共浸潤させたことを示す。「T−DNA」の前の+印又は−印は、それぞれ、GFPを有するT−DNAの存在及び不存在を示す。機能性VirE2の不存在をΔで示す。FIG. 19 shows trans-complementation of VirE2 gene function by co-infiltration of mutant Agrobacterium (deleting functional virE2 gene) and wild-type Agrobacterium (maintaining VirE2 gene function) into wild type plants. Bensamiana tobacco leaves infiltrated with various combinations of mutant and wild type Agrobacterium are shown under UV light. The labels in the square represent individual types of Agrobacterium. A plus sign between the squares indicates that two types of Agrobacterium were co-infiltrated at the same location on the leaf. A + mark or a − sign in front of “T-DNA” indicates the presence or absence of T-DNA having GFP, respectively. The absence of functional VirE2 is indicated by Δ. 図20は、aceオペロンを欠失したアグロバクテリウムからのT−DNA伝達効率試験の結果を示す。TiプラスミドpMP90(対照)又はpTiC58Δacc(acc欠失)を有するアグロバクテリウム株GV3101を、GFPをコードするウイルスベクターpICH18711で形質転換し、一晩培養物のさまざまな希釈物を植物の浸潤に用いた。写真は接種後7日目にUV光下にて撮影した。FIG. 20 shows the results of a T-DNA transfer efficiency test from Agrobacterium lacking the ace operon. Agrobacterium strain GV3101 carrying the Ti plasmid pMP90 (control) or pTiC58Δacc (acc deletion) was transformed with the viral vector pICH18711 encoding GFP and various dilutions of the overnight culture were used for plant infiltration . Photographs were taken under UV light 7 days after inoculation. 図21は、アグロバクテリウムのΔleuB変異体及びΔpyrE変異体を作製するための戦略を表す。FIG. 21 represents a strategy for making Agrobacterium ΔleuB and ΔpyrE variants. 図22は、補完の有無における、さまざまな培地でのアグロバクテリウム株1264(ΔpyrE)の増殖速度を示す。ΔpyrE変異体株1264−1−2及び1264−1−8はウラシル含有培地においてのみ増殖する。縦軸上の数値はOD600を示す。FIG. 22 shows the growth rate of Agrobacterium strain 1264 (ΔpyrE) on various media with and without complementation. ΔpyrE mutant strains 1264-1-2 and 1264-1-8 grow only in media containing uracil. The numerical value on the vertical axis represents OD 600 . 図23は、補完の有無における、さまざまな培地でのアグロバクテリウム株1263(ΔleuB)の増殖速度を示す。ΔleuB変異体株1263−3−3及び1263−3−10はロイシン依存性であるが、野生型親株GV3101はロイシン依存性ではない。縦軸上の数値はOD600を示す。FIG. 23 shows the growth rate of Agrobacterium strain 1263 (ΔleuB) on various media with and without complementation. ΔleuB mutant strains 1263-3-3 and 1263-3-3-10 are leucine-dependent, whereas wild-type parent strain GV3101 is not leucine-dependent. The numerical value on the vertical axis represents OD 600 .

Claims (40)

目的配列を植物又は植物の葉において発現させることによって目的タンパク質を産生する方法であって:
(a)レプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列をT−DNA中に含有するアグロバクテリウム株を補完因子の存在下又は非存在下で植物又は植物の葉にトランスフェクションし、レプリコンをコードする配列は、
(i)植物ウイルスに由来する、レプリコンのレプリコン機能に必要な配列、及び
(ii)発現されるべき目的配列、
を含有し、
(b)場合により、工程(a)で浸潤させた植物又は植物の葉から目的タンパク質を単離する、
ことを含み、
アグロバクテリウム株は、補完因子の非存在下では生物へのT−DNAのトランスフェクションを不良にする第1の遺伝子改変が提供されている、前記方法。
A method of producing a target protein by expressing a target sequence in a plant or plant leaf, comprising:
(A) Agrobacterium strain containing a heterologous DNA sequence having a sequence part encoding a replicon in T-DNA is transfected into a plant or a plant leaf in the presence or absence of a complementing factor to encode the replicon The array to be
(I) a sequence necessary for a replicon function of a replicon derived from a plant virus, and (ii) a target sequence to be expressed,
Containing
(B) optionally, isolating the protein of interest from the plant or plant leaf infiltrated in step (a),
Including
The method, wherein the Agrobacterium strain is provided with a first genetic modification that renders the transfection of T-DNA into an organism poor in the absence of a complementing factor.
第1の遺伝子改変が、植物又は植物の葉の細胞へのT−DNAの導入に必要なアグロバクテリウム株の機能を不良にする、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the first genetic modification makes the function of the Agrobacterium strain necessary for introduction of T-DNA into the plant or plant leaf cell poor. 補完因子が、アグロバクテリウム株による植物又は植物の葉の細胞へのT−DNAのトランスフェクションに必要な機能を提供する、請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the complementing factor provides a function necessary for transfection of T-DNA into a plant or plant leaf cell by an Agrobacterium strain. 植物又は植物の葉の細胞へのT−DNAのトランスフェクションに必要な機能が、VirE2、GALLS、及びVirFから成る群より選択される遺伝子又はタンパク質によって提供される、請求項3に記載の方法。   4. The method of claim 3, wherein the function required for transfection of T-DNA into a plant or plant leaf cell is provided by a gene or protein selected from the group consisting of VirE2, GALLS, and VirF. 第1の遺伝子改変として、生物へのトランスフェクションに必要なアグロバクテリウム株の機能が、化学的に調節された異種プロモーターの制御下に置かれており;補完因子が、化学的に調節されたプロモーターを調節可能な小分子化合物である、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。   As a first genetic modification, the function of the Agrobacterium strain required for transfection into the organism is placed under the control of a chemically regulated heterologous promoter; the complementing factor is chemically regulated The method according to any one of claims 1 to 4, which is a small molecule compound capable of regulating a promoter. 補完因子が、第2のアグロバクテリウム株によって植物又は植物の葉に提供される、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。   5. A method according to any one of claims 1 to 4, wherein the complementing factor is provided to the plant or plant leaf by a second Agrobacterium strain. 植物に、補完因子であるか又は補完因子をコードする第2の遺伝子改変を提供する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the plant is provided with a second genetic modification that is a complement factor or encodes a complement factor. アグロバクテリウム株が栄養要求性であり、アグロバクテリウム株の栄養要求性増殖に必要な主要代謝産物の存在下で植物又は植物の葉に提供される、請求項2〜8のいずれか1項に記載の方法。   9. Agrobacterium strain is auxotrophic and is provided to a plant or plant leaf in the presence of a major metabolite required for auxotrophic growth of the Agrobacterium strain. The method described in 1. 第1の遺伝子改変がアグロバクテリウム株を栄養要求性にし、補完因子が、アグロバクテリウム株の栄養要求性増殖に必要なアグロバクテリウム株の主要代謝産物である、請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the first genetic modification makes the Agrobacterium strain auxotrophic and the complementing factor is a major metabolite of the Agrobacterium strain required for the auxotrophic growth of the Agrobacterium strain. . アグロバクテリウム株が条件的致死性であり、アグロバクテリウム株の生存に必要な代謝産物の存在下で増殖し、及び/又は植物又は植物の葉に提供される、請求項2〜7のいずれか1項に記載の方法。   The Agrobacterium strain is conditionally lethal, grows in the presence of metabolites necessary for the survival of the Agrobacterium strain, and / or is provided to the plant or plant leaf. The method according to claim 1. 第1の遺伝子改変がアグロバクテリウム株を条件的致死性にし、補完因子が、アグロバクテリウム株の生存に必要なアグロバクテリウム株の主要代謝産物である、請求項1に記載の方法。   2. The method of claim 1, wherein the first genetic modification renders the Agrobacterium strain conditional lethal and the complementing factor is the major metabolite of the Agrobacterium strain that is necessary for the survival of the Agrobacterium strain. アグロバクテリウム株が、アグロバクテリウムから又はアグロバクテリウムへのプラスミドの接合性伝達を不良にする更なる遺伝子改変を有する、請求項1〜11のいずれか1項に記載の方法。   12. A method according to any one of claims 1 to 11, wherein the Agrobacterium strain has a further genetic modification that makes the conjugative transfer of the plasmid from or to Agrobacterium poor. 接合性伝達の不良が、以下の遺伝子:oriT、traG、及びtraFのうちの少なくとも1つの機能を欠失することによって起こる、請求項12に記載の方法。   13. The method of claim 12, wherein poor conjugative transmission occurs by deleting a function of at least one of the following genes: oriT, traG, and traF. レプリコンをコードする配列部分が、植物又は植物の葉におけるレプリコンの伝播に必要な機能を欠損したレプリコンをコードする、請求項1〜13のいずれか1項に記載の方法。   14. The method according to any one of claims 1 to 13, wherein the sequence portion encoding the replicon encodes a replicon lacking a function necessary for propagation of the replicon in a plant or plant leaf. 配列部分が、レプリコンの遠隔距離移行又は細胞間移行に必要な機能を欠損したレプリコンをコードする、請求項14に記載の方法。   15. The method of claim 14, wherein the sequence portion encodes a replicon that lacks a function necessary for replicon distance transfer or cell-to-cell transfer. レプリコンの伝播に必要な機能が、植物又は植物の葉において異種DNA配列以外の核酸配列から機能を発現させることによって植物又は植物の葉に提供される、請求項14又は15に記載の方法。   The method according to claim 14 or 15, wherein the function required for propagation of the replicon is provided to the plant or plant leaf by expressing the function from a nucleic acid sequence other than a heterologous DNA sequence in the plant or plant leaf. アグロバクテリウム株が腫瘍抑制活性タンパク質Osaを発現する、請求項1〜16のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 16, wherein the Agrobacterium strain expresses a tumor suppressor active protein Osa. アグロバクテリウム株が、非標的生物へのT−DNA伝達を減少させるための、遺伝子改変された菌体数感知システム又は病原性誘導調節システムを有する、請求項1〜17のいずれか1項に記載の方法。   The Agrobacterium strain has a genetically modified cell number sensing system or pathogenicity induction regulation system for reducing T-DNA transmission to a non-target organism according to any one of claims 1 to 17. The method described. 補完因子が、植物又は植物の葉において2つのRNA配列のトランススプライシングによって提供され、2つのRNA配列のうちの多くても1つがアグロバクテリウム株にコードされる、請求項1〜18のいずれか1項に記載の方法。   The complementing factor is provided by trans-splicing of two RNA sequences in a plant or plant leaf, and at most one of the two RNA sequences is encoded by an Agrobacterium strain. 2. The method according to item 1. レプリコンがDNAレプリコンである、請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 19, wherein the replicon is a DNA replicon. レプリコンがRNAレプリコンであり、RNAレプリコンをコードする配列部分が転写プロモーターに機能可能に連結している、請求項1〜19のいずれか1項に記載の方法。   20. The method according to any one of claims 1 to 19, wherein the replicon is an RNA replicon, and the sequence portion encoding the RNA replicon is operably linked to a transcription promoter. レプリコン機能に必要な配列が、選択された位置で、植物RNAウイルスとの機能保存的な相違を発揮し、その相違は、相違を発揮しないRNAレプリコンと比較してレプリコン形成頻度を上昇させる、請求項21に記載の方法。   The sequence required for the replicon function exhibits a function-conservative difference with the plant RNA virus at the selected position, and the difference increases the frequency of replicon formation compared to an RNA replicon that does not exhibit the difference. Item 22. The method according to Item 21. 機能保存的な相違が、A/Uに富んだ領域に隣接する潜在スプライシング部位の除去を含む、請求項22に記載の方法。   23. The method of claim 22, wherein the function conservative difference comprises removal of a potential splicing site adjacent to the A / U rich region. 機能保存的な相違が、レプリコン形成に必要な配列のA/Uに富んだ位置の近傍又はその中に1以上の核イントロン又は核イントロンを形成可能な1以上の配列の挿入を含む、請求項22又は23に記載の方法。   The function-conservative difference comprises the insertion of one or more nuclear introns or one or more sequences capable of forming a nuclear intron in or near the A / U-rich position of the sequence required for replicon formation. The method according to 22 or 23. レプリコンが、植物又は植物の葉において細胞間移行不良である、請求項1〜24のいずれか1項に記載の方法。   25. The method according to any one of claims 1 to 24, wherein the replicon has poor intercellular transfer in plants or plant leaves. 植物ウイルスがトバモウイルスであり、好ましくはタバコモザイクウイルスである、請求項21〜25のいずれか1項に記載の方法。   26. The method according to any one of claims 21 to 25, wherein the plant virus is a tobamovirus, preferably a tobacco mosaic virus. アグロバクテリウム株がアグロバクテリウム・ツメファシエンス若しくはアグロバクテリウム・リゾゲネス、又はアグロバクテリウム由来機能性T−DNA伝達発生装置を含有するように操作された他の微生物である、請求項1〜26のいずれか1項に記載の方法。   27. The Agrobacterium strain is Agrobacterium tumefaciens or Agrobacterium rhizogenes, or other microorganisms engineered to contain an Agrobacterium-derived functional T-DNA transfer generator. The method according to any one of the above. 遺伝子改変が細菌染色体及び/又はプラスミド染色体上になされる、請求項1〜27のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 27, wherein the genetic modification is performed on a bacterial chromosome and / or a plasmid chromosome. 植物又は植物の葉を、工程(a)において、600nmの算出光学密度が高くても0.04、好ましくは高くても0.01、より好ましくは高くても0.004、最も好ましくは高くても0.001に相当するアグロバクテリウム株の細胞濃度を有するアグロバクテリウム株の懸濁液に浸潤させ、算出光学密度は、600nmのODが1.0のアグロバクテリウム懸濁液のそれぞれ少なくとも25倍希釈、好ましくは少なくとも100倍希釈、より好ましくは少なくとも250倍希釈、最も好ましくは少なくとも1000倍希釈によって規定される、請求項1〜28のいずれか1項に記載の方法。   The plant or plant leaf in step (a) has a calculated optical density at 600 nm of at most 0.04, preferably at most 0.01, more preferably at most 0.004, most preferably at most Is infiltrated into a suspension of an Agrobacterium strain having a cell concentration of Agrobacterium strain equivalent to 0.001, and the calculated optical density is at least each of an Agrobacterium suspension having an OD of 600 nm of 1.0. 29. A method according to any one of the preceding claims, defined by a 25-fold dilution, preferably at least a 100-fold dilution, more preferably at least a 250-fold dilution, most preferably at least a 1000-fold dilution. 植物又は植物の葉が以下の種:ベンサミアナタバコ、タバコ、ペチュニア、アブラナ、カラシナ、クレス、ルッコラ、マスタード、イチゴ、ホウレンソウ、アカザ、レタス、ヒマワリ、及びキュウリのうちの1つに属する、請求項1〜29のいずれか1項に記載の方法。   The plant or plant leaf belongs to one of the following species: Bensamiana tobacco, tobacco, petunia, rape, mustard, cress, arugula, mustard, strawberry, spinach, red aza, lettuce, sunflower, and cucumber Item 30. The method according to any one of Items 1 to 29. 植物又は植物の葉を浸潤させることによってトランスフェクションを行う、請求項1〜30のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 30, wherein the transfection is performed by infiltrating a plant or a leaf of the plant. 目的配列を植物又は植物の葉において発現させることによって目的タンパク質を産生する方法であって:
(a)レプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列をT−DNA中に含有するアグロバクテリウム株を補完因子の存在下又は非存在下で植物又は植物の葉にトランスフェクションし、RNAレプリコンをコードする配列は、
(i)植物ウイルスに由来する、RNAレプリコンのレプリコン機能に必要な配列、及び
(ii)発現されるべき目的配列、
を含有し、
(b)場合により、工程(a)で浸潤させた植物又は植物の葉から目的タンパク質を単離する、
ことを含み、
アグロバクテリウム株は、補完因子の非存在下では生物へのT−DNAのトランスフェクションを不良にする第1の遺伝子改変が提供されており、そして
レプリコン機能に必要な配列は、選択された位置で、植物RNAウイルスとの機能保存的な相違を発揮し、その相違は、相違を発揮しないRNAレプリコンと比較してレプリコン形成頻度を上昇させる、前記方法。
A method of producing a target protein by expressing a target sequence in a plant or plant leaf, comprising:
(A) Transfecting an Agrobacterium strain containing a heterologous DNA sequence having a sequence portion encoding a replicon in T-DNA into a plant or a plant leaf in the presence or absence of a complementing factor, The encoding sequence is
(I) a sequence necessary for a replicon function of an RNA replicon derived from a plant virus, and (ii) a target sequence to be expressed,
Containing
(B) optionally, isolating the protein of interest from the plant or plant leaf infiltrated in step (a),
Including
The Agrobacterium strain is provided with a first genetic modification that renders the transfection of T-DNA into an organism poor in the absence of a complement factor, and the sequence required for replicon function is selected at the selected position. Thus, the method exhibits a function-conservative difference from a plant RNA virus, and the difference increases the frequency of replicon formation compared to an RNA replicon that does not exhibit the difference.
目的配列を植物又は植物の葉において発現させることによって目的タンパク質を産生する方法であって:
(a)レプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列をT−DNA中に含有するアグロバクテリウム株を補完因子の存在下又は非存在下で植物又は植物の葉にトランスフェクションし、RNAレプリコンをコードする配列は、
(i)植物ウイルスに由来する、RNAレプリコンのレプリコン機能に必要な配列、及び
(ii)発現されるべき目的配列、
を含有し、
(b)場合により、工程(a)で浸潤させた植物又は植物の葉から目的タンパク質を単離する、
ことを含み、
アグロバクテリウム株は、補完因子の非存在下では生物へのT−DNAのトランスフェクションを不良にする第1の遺伝子改変が提供されており、そして
レプリコン機能に必要な配列は1以上の核イントロンを含有する、前記方法。
A method of producing a target protein by expressing a target sequence in a plant or plant leaf, comprising:
(A) Transfecting an Agrobacterium strain containing a heterologous DNA sequence having a sequence portion encoding a replicon in T-DNA into a plant or a plant leaf in the presence or absence of a complementing factor, The encoding sequence is
(I) a sequence necessary for a replicon function of an RNA replicon derived from a plant virus, and (ii) a target sequence to be expressed,
Containing
(B) optionally, isolating the protein of interest from the plant or plant leaf infiltrated in step (a),
Including
The Agrobacterium strain is provided with a first genetic modification that makes T-DNA transfection poor in organisms in the absence of complementing factors, and the sequence required for replicon function is one or more nuclear introns. Containing said process.
目的配列を植物又は植物の葉において発現させることによって目的タンパク質を産生する方法であって:
(a)レプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列をT−DNA中に含有するアグロバクテリウム株を補完因子の存在下又は非存在下で植物又は植物の葉にトランスフェクションし、RNAレプリコンをコードする配列は、
(i)植物ウイルスに由来する、RNAレプリコンのレプリコン機能に必要な配列、及び
(ii)発現されるべき目的配列、
を含有し、
(b)場合により、工程(a)で浸潤させた植物又は植物の葉から目的タンパク質を単離する、
ことを含み、
アグロバクテリウム株は、補完因子の非存在下では植物又は植物の葉の細胞へのT−DNAの導入に必要なアグロバクテリウム株の機能を不良にする第1の遺伝子改変が提供されており、そして
アグロバクテリウム株は、他の細菌へのプラスミドDNAの接合性伝達を不良にする更なる遺伝子改変を有する、前記方法。
A method of producing a target protein by expressing a target sequence in a plant or plant leaf, comprising:
(A) Transfecting an Agrobacterium strain containing a heterologous DNA sequence having a sequence portion encoding a replicon in T-DNA into a plant or a plant leaf in the presence or absence of a complementing factor, The encoding sequence is
(I) a sequence necessary for a replicon function of an RNA replicon derived from a plant virus, and (ii) a target sequence to be expressed,
Containing
(B) optionally, isolating the protein of interest from the plant or plant leaf infiltrated in step (a),
Including
Agrobacterium strains are provided with a first genetic modification that, in the absence of a complementing factor, impairs the function of the Agrobacterium strain necessary for the introduction of T-DNA into a plant or plant leaf cell. And the Agrobacterium strain has a further genetic modification that impairs the conjugative transfer of plasmid DNA to other bacteria.
目的配列を植物又は植物の葉において発現させることによって目的タンパク質を産生する方法であって:
(a)レプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列をT−DNA中に含有するアグロバクテリウム株を補完因子の存在下又は非存在下で植物又は植物の葉にトランスフェクションし、RNAレプリコンをコードする配列は、
(i)植物ウイルスに由来する、RNAレプリコンのレプリコン機能に必要な配列、及び
(ii)発現されるべき目的配列、
を含有し、
(b)場合により、工程(a)で浸潤させた植物又は植物の葉から目的タンパク質を単離する、
ことを含み、
アグロバクテリウム株は、補完因子の非存在下では植物又は植物の葉の細胞へのT−DNAの導入に必要なアグロバクテリウム株の機能を不良にする第1の遺伝子改変が提供されており、そして、
アグロバクテリウム株は、アグロバクテリウム株の栄養要求性増殖に必要な主要代謝産物に対して栄養要求性である、前記方法。
A method of producing a target protein by expressing a target sequence in a plant or plant leaf, comprising:
(A) Transfecting an Agrobacterium strain containing a heterologous DNA sequence having a sequence portion encoding a replicon in T-DNA into a plant or a plant leaf in the presence or absence of a complementing factor, The encoding sequence is
(I) a sequence necessary for a replicon function of an RNA replicon derived from a plant virus, and (ii) a target sequence to be expressed,
Containing
(B) optionally, isolating the protein of interest from the plant or plant leaf infiltrated in step (a),
Including
The Agrobacterium strain is provided with a first genetic modification that makes the Agrobacterium strain function defective for the introduction of T-DNA into the plant or plant leaf cells in the absence of a complement factor. And
Said method, wherein the Agrobacterium strain is auxotrophic for the major metabolites required for the auxotrophic growth of the Agrobacterium strain.
目的配列を植物又は植物の葉において発現させることによって目的タンパク質を産生する方法であって:
(a)レプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列をT−DNA中に含有するアグロバクテリウム株を補完因子の存在下又は非存在下で植物又は植物の葉にトランスフェクションし、RNAレプリコンをコードする配列は、
(i)植物ウイルスに由来する、RNAレプリコンのレプリコン機能に必要な配列、及び
(ii)発現されるべき目的配列、
を含有し、
(b)場合により、工程(a)で浸潤させた植物又は植物の葉から目的タンパク質を単離する、
ことを含み、
アグロバクテリウム株は、補完因子の非存在下では植物又は植物の葉の細胞へのT−DNAの導入に必要なアグロバクテリウム株の機能を不良にする第1の遺伝子改変が提供されており、
アグロバクテリウム株は、アグロバクテリウム株の栄養要求性増殖に必要な主要代謝産物に対して栄養要求性であり、そして
レプリコン機能に必要な配列は1以上の核イントロンを含有する、前記方法。
A method of producing a target protein by expressing a target sequence in a plant or plant leaf, comprising:
(A) Transfecting an Agrobacterium strain containing a heterologous DNA sequence having a sequence portion encoding a replicon in T-DNA into a plant or a plant leaf in the presence or absence of a complementing factor, The encoding sequence is
(I) a sequence necessary for a replicon function of an RNA replicon derived from a plant virus, and (ii) a target sequence to be expressed,
Containing
(B) optionally, isolating the protein of interest from the plant or plant leaf infiltrated in step (a),
Including
Agrobacterium strains are provided with a first genetic modification that, in the absence of a complementing factor, impairs the function of the Agrobacterium strain necessary for the introduction of T-DNA into a plant or plant leaf cell. ,
Said method wherein the Agrobacterium strain is auxotrophic for the major metabolites required for the auxotrophic growth of the Agrobacterium strain, and the sequence required for replicon function contains one or more nuclear introns.
(i)請求項1に定義した通りのアグロバクテリウム株、及び
(ii)請求項1に定義したアグロバクテリウム株の欠陥を補完可能な補完因子をコードする植物又はその種子、
を含む、キット部品。
(I) an Agrobacterium strain as defined in claim 1, and (ii) a plant encoding a complement factor capable of complementing the defects of the Agrobacterium strain defined in claim 1 or seeds thereof,
Including kit parts.
(i)請求項1に定義した通りのアグロバクテリウム株、及び
(ii)請求項1で定義したアグロバクテリウム株の欠陥を補完可能な補完因子をコードする第2のアグロバクテリウム株、
を含む、キット部品。
(I) an Agrobacterium strain as defined in claim 1, and (ii) a second Agrobacterium strain encoding a complement factor capable of complementing the defects of the Agrobacterium strain defined in claim 1;
Including kit parts.
(i)補完因子の非存在下では植物又は植物の葉の細胞へのT−DNAの導入に必要な細菌の機能を欠損した第1の遺伝子改変を有し、
(ii)他の細菌へのプラスミド伝達の接合能を欠損しており、そして
(iii)栄養要求性である、
ことを特徴とする、アグロバクテリウム属の細菌。
(I) having a first genetic modification lacking a bacterial function necessary for introduction of T-DNA into a plant or plant leaf cell in the absence of a complement factor;
(Ii) lacks the ability to conjugate plasmid transfer to other bacteria, and (iii) is auxotrophic.
A bacterium belonging to the genus Agrobacterium, characterized by
アグロバクテリウムが、レプリコンをコードする配列部分を有する異種DNA配列をT−DNA中に含有し、レプリコンをコードする配列は、
(i) 植物ウイルスに由来する、植物のレプリコンのレプリコン機能に必要な配列、及び
(ii) 細菌を適用した植物において発現されるべき目的配列、
を含有する、請求項39に記載の細菌。
Agrobacterium contains a heterologous DNA sequence in the T-DNA having a sequence portion encoding a replicon, and the sequence encoding the replicon is:
(I) a sequence necessary for a replicon function of a plant replicon derived from a plant virus, and (ii) a target sequence to be expressed in a plant to which a bacterium is applied,
40. The bacterium of claim 39, comprising:
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