JP2010022323A - Prenyltransferase - Google Patents

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JP2010022323A
JP2010022323A JP2008190159A JP2008190159A JP2010022323A JP 2010022323 A JP2010022323 A JP 2010022323A JP 2008190159 A JP2008190159 A JP 2008190159A JP 2008190159 A JP2008190159 A JP 2008190159A JP 2010022323 A JP2010022323 A JP 2010022323A
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Kazufumi Yazaki
一史 矢崎
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Kyoto University
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Kyoto University
API Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for isolating DNA of a membrane-associated prenyltransferase, DNA obtained thereby and a membrane-associated prenyltransferase. <P>SOLUTION: Disclosed is a membrane-associated prenyltransferase wherein the prenyltransferase has at least one conserved motif selected from the group consisting of NDxxDxxxD, NQxxDxxxD, NQxxExxxD, DDxxDxxxD, DQxxDxxxD, DQxxExxxD, NExxDxxxD, NExxExxxD and DExxExxxD, and exhibits enzymatic activity which induces a prenyl group using a flavonoid such as naringenin, an isoflavonoid such as genistein and a chalcone such as isoliquiritigenin as a substrate. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、膜結合性プレニルトランスフェラーゼ、その製造方法、当該トランスフェラーゼをコードするDNA、および当該DNAの単離方法に関する。   The present invention relates to a membrane-bound prenyltransferase, a method for producing the same, a DNA encoding the transferase, and a method for isolating the DNA.

植物の生産する二次代謝産物の数は五万種を超えるとされ、天然有機化合物の大きなリソースとなっている。構造上の特徴から便宜上いくつかのグループに分類されるが、実際には異なったグループ間の特徴を併せ持つ化合物も非常に多い。プレニル化された芳香族化合物はその好例で、プレニル基は植物二次代謝産物の構造や生理活性の多様性に大きく貢献している。生合成的には複合経路と呼ばれる経路で生合成されるこれらの化合物は、耐虫性や耐病性などを担うことで植物の生命維持に必要な役割を担う一方で、薬用植物において生理活性本体としてその薬理作用に寄与しているものもある(非特許文献1)。例えば、プレニルフラボノイドには、抗腫瘍活性や抗菌作用といった様々な生理活性をもつものが多数報告されており(非特許文献2)、医薬及び食品産業でも非常に重要な化合物群となっている。これらはまた植物にとっては食害、感染防御において重要な役割を果たしている。   The number of secondary metabolites produced by plants is said to exceed 50,000, and this is a great resource for natural organic compounds. Although it is classified into several groups for convenience from the structural features, there are actually a large number of compounds having features between different groups. A prenylated aromatic compound is a good example, and the prenyl group contributes greatly to the diversity of structure and physiological activity of plant secondary metabolites. Biosynthetically, these compounds biosynthesized through a pathway called the complex pathway play a role necessary for plant life maintenance by bearing insect resistance, disease resistance, etc. Some of them contribute to their pharmacological action (Non-patent Document 1). For example, many prenylflavonoids having various physiological activities such as antitumor activity and antibacterial activity have been reported (Non-patent Document 2), which is a very important compound group in the pharmaceutical and food industries. They also play an important role in plant damage and defense.

とりわけ、プレニルフラボノイドなどプレニル芳香族化合物の生理活性に対するプレニル基の重要性は多くの研究者により指摘されており、実際プレニル基を持たない母核化合物には生理活性が見られないことも少なくない。従って、これら芳香族化合物のプレニル化を触媒する酵素は、産業的にも非常に重要と認識されている。しかし、芳香族を基質とするプレニルトランスフェラーゼは膜結合性のものが多く、生化学的研究の困難さから、これまで分子生物学的な解析が遅れており、フラボノイドを基質とする植物プレニルトランスフェラーゼに至っては、その遺伝子のクローニングは未だ一例も報告されていなかった。
S. Mesia-Vela et al., Phytomedicine, 8 (2001), p.481-488 H.Y. Sohn et al., Phytomedicine, 11 (2004), p.666-672
In particular, the importance of the prenyl group for the physiological activity of prenyl aromatic compounds such as prenyl flavonoids has been pointed out by many researchers, and in fact, there are many cases where the mother nucleus compound having no prenyl group does not exhibit the physiological activity. . Therefore, enzymes that catalyze the prenylation of these aromatic compounds are recognized as very important industrially. However, many prenyltransferases with aromatic substrates are membrane-bound, and due to the difficulty of biochemical research, molecular biological analysis has been delayed so far. Plant prenyltransferases with flavonoids as substrates are As a result, the cloning of the gene has not been reported yet.
S. Mesia-Vela et al., Phytomedicine, 8 (2001), p.481-488 HY Sohn et al., Phytomedicine, 11 (2004), p.666-672

したがって本発明は、芳香族を基質とする、膜結合性のプレニルトランスフェラーゼのDNAを単離する方法、その単離方法によって得られるDNA、および膜結合性のプレニルトランスフェラーゼの提供を課題とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a method for isolating a membrane-bound prenyltransferase DNA using an aromatic as a substrate, a DNA obtained by the isolation method, and a membrane-bound prenyltransferase.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意研究を重ね、従来、大腸菌を用いた発現系では膜蛋白質を発現させるのは困難であったところ、酵母でライブラリーを作成し、複数のスクリーニング方法を組み合わせることにより植物由来の膜結合性プレニルトランスフェラーゼのcDNAの単離に成功し、さらに改良を重ねて本発明を完成するに至った。   The inventors of the present invention have made extensive studies to solve the above-mentioned problems. Conventionally, it has been difficult to express a membrane protein in an expression system using Escherichia coli. By combining screening methods, we succeeded in isolating plant-derived membrane-bound prenyltransferase cDNA and completed the present invention with further improvements.

すなわち本発明は、以下のものを提供する。
項1.
膜結合性プレニルトランスフェラーゼであって、
NDxxDxxxD、NQxxDxxxD、NQxxExxxD、DDxxDxxxD、DQxxDxxxD、DQxxExxxD、NExxDxxxD、NExxExxxD及びDExxExxxDからなる群より選択される少なくとも1つの保存モチーフを有し、かつ
化学式(I):
That is, the present invention provides the following.
Item 1.
A membrane-bound prenyltransferase comprising:
It has at least one conserved motif selected from the group consisting of NDxxDxxxD, NQxxDxxxD, NQxxExxxD, DDxxDxxxD, DQxxDxxxD, DQxxExxxD, NExxDxxxD, NExxExxxD and DExxExxxD and has the chemical formula (I):

Figure 2010022323
Figure 2010022323

(式中、RおよびRは、同一または異なって、水素基、水酸基、フェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
およびRは、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)、
化学式(II):
(Wherein R 1 and R 2 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group, a phenyl group, a phenol group or an aryl group;
R 3 and R 4 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group),
Chemical formula (II):

Figure 2010022323
Figure 2010022323

(式中、RおよびRは、同一または異なって、水素基、水酸基、フェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
およびRは、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)、
化学式(III):
(Wherein R 5 and R 6 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group, a phenyl group, a phenol group or an aryl group;
R 7 and R 8 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group),
Chemical formula (III):

Figure 2010022323
Figure 2010022323

(式中、Rはフェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
10、R11およびR12は、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)、あるいは
化学式(IV):
(Wherein R 9 represents a phenyl group, a phenol group or an aryl group,
R 10 , R 11 and R 12 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group), or chemical formula (IV):

Figure 2010022323
Figure 2010022323

(式中、R13はフェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
14、R15およびR16は、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)
で表される化合物にプレニル基を導入する酵素活性を示す膜結合性プレニルトランスフェラーゼ。
項2.
プレニルドナーとしてジメチルアリルジホスフェート(DMAPP)、ゲラニル二リン酸(GPP)、ファルネシル二リン酸(FPP)、ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)、フィチル二リン酸(PDP)からなる群より選択される少なくとも1種を基質とする、項1に記載の膜結合性プレニルトランスフェラーゼ。
項3.
以下の(i)又は(ii)のポリペプチド:
(i) 配列番号1、3、5、7、9、11又は13のいずれかのアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(ii) (i)のポリペプチドにおいて、1又は2以上のアミノ酸残基が欠失、付加又は置換されたアミノ酸配列を有し、かつ、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するポリペプチド。
項4.
植物由来である、項1〜3のいずれかに記載の膜結合性プレニルトランスフェラーゼ。
項5.
植物が、マメ科、クワ科、オトギリソウ科、ミカン科、セリ科、キク科またはアサ科あるいはホップから選択される、項4に記載の膜結合性プレニルトランスフェラーゼ。
項6.
以下の(iii)〜(v)のいずれかに示すDNAからなる遺伝子:
(iii) 配列番号2、4、6、8、10、12又は14のいずれかの塩基配列からなるDNA、
(iv) (iii)の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ膜結合性プレニルトランスフェラーゼをコードするDNA、
(v) (iii)の塩基配列からなるDNAと少なくとも70%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNA。
項7.
項6に記載の遺伝子を含むベクター。
項8.
項7に記載のベクターを導入した形質転換体。
項9.
項8に記載の形質転換体を培養し、その形質転換体および/またはその培養物から膜結合性プレニルトランスフェラーゼを採取する工程を含んでなる膜結合性プレニルトランスフェラーゼの調製方法。
項10.
項6に記載の遺伝子によってコードされる膜結合性プレニルトランスフェラーゼ。
項11.
項8に記載の形質転換体を培養し、その形質転換体および/またはその培養物から芳香族プレニル化化合物を採取する工程を含んでなる芳香族プレニル化化合物の製造方法。
項12.
形質転換体が酵母、植物又は植物細胞である、項9又は11に記載の方法。
(Wherein R 13 represents a phenyl group, a phenol group or an aryl group;
R 14 , R 15 and R 16 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group)
A membrane-bound prenyltransferase exhibiting an enzyme activity for introducing a prenyl group into a compound represented by the formula:
Item 2.
At least selected from the group consisting of dimethylallyl diphosphate (DMAPP), geranyl diphosphate (GPP), farnesyl diphosphate (FPP), geranylgeranyl diphosphate (GGPP), and phytyl diphosphate (PDP) as a prenyl donor Item 2. The membrane-bound prenyltransferase according to Item 1, wherein one kind is used as a substrate.
Item 3.
The following polypeptide (i) or (ii):
(I) a polypeptide having the amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 9, 11 or 13;
(Ii) A polypeptide having the amino acid sequence in which one or more amino acid residues are deleted, added or substituted in the polypeptide of (i), and having prenyltransferase activity.
Item 4.
Item 4. The membrane-bound prenyltransferase according to any one of Items 1 to 3, which is derived from a plant.
Item 5.
Item 5. The membrane-bound prenyltransferase according to Item 4, wherein the plant is selected from leguminous, mulberry, hypericum, citrus, sericaceae, chrysanthemum, peas, or hops.
Item 6.
A gene consisting of DNA shown in any of (iii) to (v) below:
(Iii) DNA comprising any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8, 10, 12 or 14;
(Iv) DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to DNA consisting of the base sequence of (iii) and that encodes a membrane-bound prenyltransferase,
(V) DNA comprising a base sequence having at least 70% homology with DNA comprising the base sequence of (iii).
Item 7.
Item 7. A vector comprising the gene according to item 6.
Item 8.
Item 8. A transformant into which the vector according to Item 7 has been introduced.
Item 9.
Item 9. A method for preparing a membrane-bound prenyltransferase comprising culturing the transformant according to Item 8 and collecting a membrane-bound prenyltransferase from the transformant and / or the culture.
Item 10.
A membrane-bound prenyltransferase encoded by the gene of Item 6.
Item 11.
Item 9. A method for producing an aromatic prenylated compound, comprising culturing the transformant according to Item 8, and collecting the aromatic prenylated compound from the transformant and / or the culture.
Item 12.
Item 12. The method according to Item 9 or 11, wherein the transformant is yeast, a plant, or a plant cell.

本発明によれば、
以下の化学式(I):
According to the present invention,
The following chemical formula (I):

Figure 2010022323
Figure 2010022323

(式中、RおよびRは、同一または異なって、水素基、水酸基、フェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
およびRは、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)、
化学式(II):
(Wherein R 1 and R 2 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group, a phenyl group, a phenol group or an aryl group;
R 3 and R 4 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group),
Chemical formula (II):

Figure 2010022323
Figure 2010022323

(式中、RおよびRは、同一または異なって、水素基、水酸基、フェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
およびRは、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)、
化学式(III):
(Wherein R 5 and R 6 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group, a phenyl group, a phenol group or an aryl group;
R 7 and R 8 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group),
Chemical formula (III):

Figure 2010022323
Figure 2010022323

(式中、Rはフェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
10、R11およびR12は、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)、あるいは
化学式(IV):
(Wherein R 9 represents a phenyl group, a phenol group or an aryl group,
R 10 , R 11 and R 12 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group), or chemical formula (IV):

Figure 2010022323
Figure 2010022323

(式中、R13はフェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
14、R15およびR16は、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)
で表される化合物にプレニル基を導入する酵素活性を示す、プレニルトランスフェラーゼおよび当該酵素をコードする遺伝子が提供される。
(Wherein R 13 represents a phenyl group, a phenol group or an aryl group;
R 14 , R 15 and R 16 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group)
A prenyl transferase and a gene encoding the enzyme exhibiting an enzyme activity for introducing a prenyl group into the compound represented by the formula:

また、本発明の酵素により、様々な有用な生理活性を示すプレニル芳香族化合物を大量かつ安価に生産できる。さらに、本発明の遺伝子の配列を用いて、プレニル化二次代謝物を多く含有する植物などから、芳香族化合物をプレニル化する酵素の遺伝子を単離することが可能となる。   In addition, prenyl aromatic compounds exhibiting various useful physiological activities can be produced in large quantities and at low cost by the enzyme of the present invention. Furthermore, using the gene sequence of the present invention, it is possible to isolate a gene of an enzyme that prenylates an aromatic compound from a plant containing a large amount of prenylated secondary metabolites.

また、農業分野における分子育種のツールとしても、本発明の膜結合プレニルトランスフェラーゼ遺伝子を利用することができる。   The membrane-bound prenyltransferase gene of the present invention can also be used as a molecular breeding tool in the agricultural field.

(膜結合性プレニルトランスフェラーゼ)
本発明の膜結合性プレニルトランスフェラーゼは、膜結合性プレニルトランスフェラーゼにおける保存モチーフを少なくとも1つ有し、かつ
以下の化学式(I):
(Membrane-bound prenyltransferase)
The membrane-bound prenyltransferase of the present invention has at least one conserved motif in the membrane-bound prenyltransferase and has the following chemical formula (I):

Figure 2010022323
Figure 2010022323

(式中、RおよびRは、同一または異なって、水素基、水酸基、フェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
およびRは、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)、
化学式(II):
(Wherein R 1 and R 2 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group, a phenyl group, a phenol group or an aryl group;
R 3 and R 4 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group),
Chemical formula (II):

Figure 2010022323
Figure 2010022323

(式中、RおよびRは、同一または異なって、水素基、水酸基、フェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
およびRは、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)、
化学式(III):
(Wherein R 5 and R 6 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group, a phenyl group, a phenol group or an aryl group;
R 7 and R 8 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group),
Chemical formula (III):

Figure 2010022323
Figure 2010022323

(式中、Rはフェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
10、R11およびR12は、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)、あるいは
化学式(IV):
(Wherein R 9 represents a phenyl group, a phenol group or an aryl group,
R 10 , R 11 and R 12 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group), or chemical formula (IV):

Figure 2010022323
Figure 2010022323

(式中、R13はフェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
14、R15およびR16は、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)
で表される化合物にプレニル基を導入する酵素活性を示す膜結合性プレニルトランスフェラーゼである。
(Wherein R 13 represents a phenyl group, a phenol group or an aryl group;
R 14 , R 15 and R 16 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group)
Is a membrane-bound prenyltransferase exhibiting an enzyme activity for introducing a prenyl group into a compound represented by the formula:

本発明の膜結合性プレニルトランスフェラーゼが有する保存モチーフとしては、例えば、NDxxDxxxD、NQxxDxxxD、NQxxExxxD、DDxxDxxxD、DQxxDxxxD、DQxxExxxD、NExxDxxxD、NExxExxxD及びDExxExxxDからなる群より選択される少なくとも1つの保存モチーフが挙げられる。これらの保存モチーフにおいて、xで表された箇所はいかなるアミノ酸であってもよい。以下も同様である。   Examples of the conserved motif possessed by the membrane-bound prenyltransferase of the present invention include at least one conserved motif selected from the group consisting of NDxxDxxxD, NQxxDxxxD, NQxxExxxD, DDxxDxxxD, DQxxDxxxD, DQxxExxxD, NExxDxxxD, NExxExxxD, and DExxExxxD. In these conserved motifs, the position represented by x may be any amino acid. The same applies to the following.

なかでも、N(Q/E)LxDx(D/E)xDの保存モチーフを有するものが好ましい。これらの保存モチーフにおいて、(A/B)と表された箇所は、A又はBのアミノ酸であることを表す。以下も同様である。   Among these, those having a conserved motif of N (Q / E) LxDx (D / E) xD are preferable. In these conserved motifs, the part represented as (A / B) represents an A or B amino acid. The same applies to the following.

さらに、上記の保存モチーフのいずれか1つの直後に連続して、K(V/I)NKのアミノ酸配列を有する膜結合性プレニルトランスフェラーゼが、より好ましい。   Furthermore, a membrane-bound prenyltransferase having an amino acid sequence of K (V / I) NK immediately after any one of the above conserved motifs is more preferable.

本発明の膜結合性プレニルトランスフェラーゼは、さらにVIAxxKDのアミノ酸配列モチーフを有するものが好ましい。また、VIAxxKDxxxxxGDのアミノ酸配列モチーフを有するものがより好ましく、特にVIAxxKDIPDxxGDのものが好適である。   The membrane-bound prenyltransferase of the present invention preferably further has a VIAxxKD amino acid sequence motif. Further, those having an amino acid sequence motif of VIAxxKDxxxxxGD are more preferable, and those having VIAxxKDIPDxxGD are particularly preferable.

本発明の膜結合性プレニルトランスフェラーゼは、またさらにYxxxxxxxG*AT、LxFxIG(W/L)LQ、(S/A)Gxx(S/T)FR, TxPxxxxFCxxIおよびAEYxxxPLFからなる群より選択される少なくとも1つのアミノ酸配列モチーフを有していてもよい。xで表された箇所は上記と同様である。また、これらのモチーフは、相互に、後述の図3のマルチアラインメントで示す程度の間隔をおいた位置に存するのが好ましいが、これらに限定はされない。   The membrane-bound prenyltransferase of the present invention is also at least one selected from the group consisting of YxxxxxxxG * AT, LxFxIG (W / L) LQ, (S / A) Gxx (S / T) FR, TxPxxxxFCxxI and AEYxxxPLF. It may have an amino acid sequence motif. The part represented by x is the same as described above. In addition, these motifs are preferably located at positions spaced apart from each other by the degree of multi-alignment shown in FIG. 3 described later, but are not limited thereto.

本発明の膜結合性プレニルトランスフェラーゼが活性を示す基質としては、フラボノイド、イソフラボノイド、プテロカルパン、クマリン、カルコンおよび/またはフロログルシノールなどが挙げられる。   Examples of the substrate on which the membrane-bound prenyltransferase of the present invention exhibits activity include flavonoids, isoflavonoids, pterocarpan, coumarin, chalcone and / or phloroglucinol.

好ましいフラボノイドとしては、ナリンゲニン、ヘスペレチン、リキリチゲニン(liquiritigenin)、ガランギン、クリシン、サクラネチン、イソサクラネチン、タキシフォリン、アピゲニン、ケンフェロール、ケルセチンなどが挙げられる。   Preferred flavonoids include naringenin, hesperetin, liquiritigenin, galangin, chrysin, sakuranetin, isosakuranetin, taxifolin, apigenin, kaempferol, quercetin and the like.

好ましいイソフラボノイドとしては、ゲニステイン(genistein)、ダイゼイン(daidzein)、ビオカニンA (biochanin A)、フォルモノネチン (formononetin)などが挙げられる。   Preferred isoflavonoids include genistein, daidzein, biochanin A, formononetin and the like.

好ましいカルコンとしては、イソリキリチゲニン(isoliquiritigenin)、 2’,4’,4−トリヒドロキシ−6’−メトキシカルコン、ナリンゲニンカルコン、メチルナリンゲニンカルコンなどが挙げられる。   Preferred chalcones include isoliquiritigenin, 2 ', 4', 4-trihydroxy-6'-methoxy chalcone, naringenin chalcone, methyl naringenin chalcone and the like.

好ましいプテロカルパンとして、グリシノール(glycinol: 別名(6aS, 11aS)-3,9,6a-trihydroxypterocarpan)マーキアイン(maackiain)などが挙げられる。   Preferred pterocarpans include glycinol (also known as (6aS, 11aS) -3,9,6a-trihydroxypterocarpan) maackiain and the like.

本発明の膜結合性プレニルトランスフェラーゼは、プレニルドナーとしてジメチルアリルジホスフェート(DMAPP)、ゲラニル二リン酸(GPP)、ファルネシル二リン酸(FPP)、ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)、フィチル二リン酸(PDP)などを基質とする。   The membrane-bound prenyltransferase of the present invention has dimethylallyl diphosphate (DMAPP), geranyl diphosphate (GPP), farnesyl diphosphate (FPP), geranyl geranyl diphosphate (GGPP), phytyl diphosphate (PGP) as prenyl donors. PDP) is used as a substrate.

例えば、本発明の膜結合性プレニルトランスフェラーゼの例としては、以下の(a)〜(j)のポリペプチドが挙げられる:
(a)配列番号1のアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(b)配列番号1において、1又は2以上のアミノ酸残基が欠失、付加又は置換されたアミノ酸配列を有し、かつ、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するポリペプチド、
(c)配列番号3のアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(d)配列番号3において、1又は2以上のアミノ酸残基が欠失、付加又は置換されたアミノ酸配列を有し、かつ、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するポリペプチド、
(e)配列番号5のアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(f)配列番号5において、1又は2以上のアミノ酸残基が欠失、付加又は置換されたアミノ酸配列を有し、かつ、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するポリペプチド、
(g)配列番号7のアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(h)配列番号7において、1又は2以上のアミノ酸残基が欠失、付加又は置換されたアミノ酸配列を有し、かつ、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するポリペプチド、
(i)配列番号9のアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(j)配列番号9において、1又は2以上のアミノ酸残基が欠失、付加又は置換されたアミノ酸配列を有し、かつ、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するポリペプチド。
(k)配列番号11のアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(l)配列番号11において、1又は2以上のアミノ酸残基が欠失、付加又は置換されたアミノ酸配列を有し、かつ、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するポリペプチド。
(m)配列番号13のアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(n)配列番号13において、1又は2以上のアミノ酸残基が欠失、付加又は置換されたアミノ酸配列を有し、かつ、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するポリペプチド。
For example, examples of the membrane-bound prenyltransferase of the present invention include the following polypeptides (a) to (j):
(A) a polypeptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1,
(B) a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acid residues are deleted, added or substituted in SEQ ID NO: 1 and having prenyltransferase activity;
(C) a polypeptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 3,
(D) a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acid residues are deleted, added or substituted in SEQ ID NO: 3 and having prenyl transferase activity;
(E) a polypeptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 5,
(F) a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acid residues are deleted, added or substituted in SEQ ID NO: 5 and having prenyltransferase activity;
(G) a polypeptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 7,
(H) a polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acid residues are deleted, added or substituted in SEQ ID NO: 7 and having prenyltransferase activity;
(I) a polypeptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 9,
(J) A polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acid residues are deleted, added or substituted in SEQ ID NO: 9 and having prenyltransferase activity.
(K) a polypeptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 11,
(L) A polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acid residues are deleted, added or substituted in SEQ ID NO: 11, and having prenyltransferase activity.
(M) a polypeptide having the amino acid sequence of SEQ ID NO: 13,
(N) A polypeptide having an amino acid sequence in which one or more amino acid residues are deleted, added or substituted in SEQ ID NO: 13, and having prenyltransferase activity.

(b)のポリペプチドは、(a)のポリペプチドにおいて、1又は複数個、例えば1〜50個、好ましくは1〜30個のアミノ酸が置換、付加、欠失又は挿入されたポリペプチドであってもよい。また、(b)のポリペプチドは、(a)のポリペプチドと70%以上の相同性、好ましくは80%以上の相同性を有するポリペプチドであってもよい。   The polypeptide (b) is a polypeptide in which one or more, for example 1 to 50, preferably 1 to 30 amino acids are substituted, added, deleted or inserted in the polypeptide (a). May be. The polypeptide (b) may be a polypeptide having 70% or more homology, preferably 80% or more homology with the polypeptide (a).

(d)のポリペプチドは、(c)のポリペプチドにおいて、1又は複数個、例えば1〜50個、好ましくは1〜30個のアミノ酸が置換、付加、欠失又は挿入されたポリペプチドであってもよい。また、(d)のポリペプチドは、(c)のポリペプチドと70%以上の相同性、好ましくは80%以上の相同性を有するポリペプチドであってもよい。   The polypeptide (d) is a polypeptide in which one or more, for example, 1 to 50, preferably 1 to 30, amino acids are substituted, added, deleted or inserted in the polypeptide (c). May be. The polypeptide (d) may be a polypeptide having 70% or more homology, preferably 80% or more homology with the polypeptide (c).

(f)のポリペプチドは、(e)のポリペプチドにおいて、1又は複数個、例えば1〜50個、好ましくは1〜30個のアミノ酸が置換、付加、欠失又は挿入されたポリペプチドであってもよい。また、(f)のポリペプチドは、(e)のポリペプチドと70%以上の相同性、好ましくは80%以上の相同性を有するポリペプチドであってもよい。   The polypeptide of (f) is a polypeptide in which one or more, for example, 1 to 50, preferably 1 to 30 amino acids are substituted, added, deleted or inserted in the polypeptide of (e). May be. The polypeptide (f) may be a polypeptide having 70% or more homology, preferably 80% or more homology with the polypeptide (e).

(h)のポリペプチドは、(g)のポリペプチドにおいて、1又は複数個、例えば1〜50個、好ましくは1〜30個のアミノ酸が置換、付加、欠失又は挿入されたポリペプチドであってもよい。また、(h)のポリペプチドは、(g)のポリペプチドと70%以上の相同性、好ましくは80%以上の相同性を有するポリペプチドであってもよい。   The polypeptide (h) is a polypeptide in which one or more, for example, 1 to 50, preferably 1 to 30, amino acids are substituted, added, deleted or inserted in the polypeptide (g). May be. The polypeptide (h) may be a polypeptide having 70% or more homology, preferably 80% or more homology with the polypeptide (g).

(j)のポリペプチドは、(i)のポリペプチドにおいて、1又は複数個、例えば1〜50個、好ましくは1〜30個のアミノ酸が置換、付加、欠失又は挿入されたポリペプチドであってもよい。また、(j)のポリペプチドは、(i)のポリペプチドと70%以上の相同性、好ましくは80%以上の相同性を有するポリペプチドであってもよい。   The polypeptide (j) is a polypeptide in which one or more, for example, 1 to 50, preferably 1 to 30, amino acids are substituted, added, deleted or inserted in the polypeptide (i). May be. The polypeptide (j) may be a polypeptide having 70% or more homology, preferably 80% or more homology with the polypeptide (i).

(l)のポリペプチドは、(k)のポリペプチドにおいて、1又は複数個、例えば1〜50個、好ましくは1〜30個のアミノ酸が置換、付加、欠失又は挿入されたポリペプチドであってもよい。また、(l)のポリペプチドは、(k)のポリペプチドと70%以上の相同性、好ましくは80%以上の相同性を有するポリペプチドであってもよい。   The polypeptide (l) is a polypeptide in which one or more, for example, 1 to 50, preferably 1 to 30, amino acids are substituted, added, deleted or inserted in the polypeptide of (k). May be. The polypeptide (1) may be a polypeptide having 70% or more homology, preferably 80% or more homology with the polypeptide (k).

(n)のポリペプチドは、(m)のポリペプチドにおいて、1又は複数個、例えば1〜50個、好ましくは1〜30個のアミノ酸が置換、付加、欠失又は挿入されたポリペプチドであってもよい。また、(n)のポリペプチドは、(m)のポリペプチドと70%以上の相同性、好ましくは80%以上の相同性を有するポリペプチドであってもよい。   The polypeptide (n) is a polypeptide in which one or more, for example 1 to 50, preferably 1 to 30 amino acids are substituted, added, deleted or inserted in the polypeptide (m). May be. The polypeptide (n) may be a polypeptide having 70% or more homology, preferably 80% or more homology with the polypeptide (m).

限定はされないが、具体的には、以下のように置換することが可能である:例えばアミノ酸の置換の場合は、タンパク質の構造保持の観点から、極性、電荷、可溶性、親水性/疎水性の点で、置換前のアミノ酸と類似した性質を有するアミノ酸に置換することができる。例えば、グリシン、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリンは非極性アミノ酸に分類され;セリン、トレオニン、システイン、メチオニン、アスパラギン、グルタミンは極性アミノ酸に分類され;フェニルアラニン、チロシン、トリプトファンは芳香族アミノ酸に分類され;アスパラギン酸、グルタミン酸は酸性アミノ酸に分類される。従って、同じ群のアミノ酸から選択して置換することができる。   Although it is not limited, specifically, substitution is possible as follows: For example, in the case of amino acid substitution, from the viewpoint of maintaining the structure of the protein, it is polar, charged, soluble, hydrophilic / hydrophobic. In this respect, the amino acid can be substituted with an amino acid having properties similar to those of the amino acid before substitution. For example, glycine, alanine, valine, leucine, isoleucine, and proline are classified as nonpolar amino acids; serine, threonine, cysteine, methionine, asparagine, and glutamine are classified as polar amino acids; phenylalanine, tyrosine, and tryptophan are classified as aromatic amino acids. Aspartic acid and glutamic acid are classified as acidic amino acids. Accordingly, substitution can be made by selecting from the same group of amino acids.

好ましい置換の具体例としては、例えば、配列表の配列番号1で表すアミノ酸配列において、126番目のメチオニンのアラニンへの置換、158番目のバリンのメチオニンへの置換などが挙げられる。   Specific examples of preferable substitution include substitution of 126th methionine with alanine and substitution of 158th valine with methionine in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 in the Sequence Listing.

なお、本発明でアミノ酸配列の相同性は、NCBIのBLASTプログラムのデフォルト設定によって解析した場合の数値である。また、好ましくは(Database:nr、Matrix:BLOSUM62、GapCosts:Existence=11,Extension=1、)を用い得る。   In the present invention, the homology of amino acid sequences is a numerical value when analyzed according to the default setting of NCBI's BLAST program. Preferably, (Database: nr, Matrix: BLOSUM62, GapCosts: Existence = 11, Extension = 1) can be used.

また、本発明の膜結合性プレニルトランスフェラーゼは、植物由来であることが好ましく、特に、マメ科、クワ科、オトギリソウ科、ミカン科、セリ科、キク科またはアサ科、ホップ由来であることが好ましい。
(膜結合性プレニルトランスフェラーゼ遺伝子)
本発明には、以下の(o)〜(z)及び(α)(β)のいずれかのDNAからなる膜結合性プレニルトランスフェラーゼ遺伝子が含まれる:
(o)配列番号2の塩基配列からなるDNA、
(p)配列番号2に示す塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ膜結合性プレニルトランスフェラーゼをコードするDNA、
(q)配列番号4の塩基配列からなるDNA、
(r)配列番号4に示す塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ膜結合性プレニルトランスフェラーゼをコードするDNA、
(s)配列番号6の塩基配列からなるDNA、
(t)配列番号6に示す塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ膜結合性プレニルトランスフェラーゼをコードするDNA、
(u)配列番号8の塩基配列からなるDNA、
(v)配列番号8に示す塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ膜結合性プレニルトランスフェラーゼをコードするDNA、
(w)配列番号10の塩基配列からなるDNA、および
(x)配列番号10に示す塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ膜結合性プレニルトランスフェラーゼをコードするDNA。
(y)配列番号12の塩基配列からなるDNA、および
(z)配列番号12に示す塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ膜結合性プレニルトランスフェラーゼをコードするDNA。
(α)配列番号14の塩基配列からなるDNA、および
(β)配列番号14に示す塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ膜結合性プレニルトランスフェラーゼをコードするDNA。
Further, the membrane-bound prenyltransferase of the present invention is preferably derived from a plant, and particularly preferably derived from a legume, mulberry, hypericaceae, citrus, asteraceae, chrysanthemum, or genus, hops. .
(Membrane-bound prenyltransferase gene)
The present invention includes a membrane-bound prenyltransferase gene comprising any of the following DNAs (o) to (z) and (α) (β):
(O) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 2,
(P) a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 and encodes a membrane-bound prenyltransferase;
(Q) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 4,
(R) a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 4 and encodes a membrane-bound prenyltransferase;
(S) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 6,
(T) a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 6 and which encodes a membrane-bound prenyltransferase;
(U) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 8,
(V) a DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 8, and which encodes a membrane-bound prenyltransferase;
(W) hybridizes under stringent conditions with DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 10 and (x) DNA comprising the nucleotide sequence complementary to the nucleotide sequence represented by SEQ ID NO: 10 and membrane-bound DNA encoding sex prenyltransferase.
(Y) hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 12 and (z) DNA consisting of the base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 12 and membrane-bound DNA encoding sex prenyltransferase.
Hybridizes under stringent conditions with (α) DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 14 and (β) DNA consisting of the base sequence complementary to the base sequence shown in SEQ ID NO: 14 and membrane-bound DNA encoding sex prenyltransferase.

ここで、本明細書において「ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするポリヌクレオチド」とは、コロニー・ハイブリダイゼーション法、プラークハイブリダイゼーション法、あるいはサザンブロットハイブリダイゼーション法等を用いることにより得られるポリヌクレオチドを意味し、例えば、検出対象となるポリヌクレオチドを固定化した支持体に、プローブを作用させ、0.7〜1.0MのNaCl存在下において42℃にて2時間プレハイブリダイゼーションを行った後、0.7〜1.0MのNaCl存在下において42℃にて12〜16時間ハイブリダイゼーションを行い、その後0.1〜2倍程度のSSC溶液(
1倍濃度のSSC溶液の組成は、150mM塩化ナトリウム、15mMクエン酸ナトリウム)を用いて42℃でフィルターを洗浄することにより同定できるDNA等を挙げることができる。ハイブリダイゼーションは、Molecular Cloning: A laboratory Mannual, 2nd Ed.,(Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY.,1989)等に記載されている方法に準じて行うことができる。
As used herein, “polynucleotide hybridizing under stringent conditions” refers to a polynucleotide obtained by using a colony hybridization method, a plaque hybridization method, a Southern blot hybridization method, or the like. Meaning, for example, a probe is allowed to act on a support on which a polynucleotide to be detected is immobilized, and after prehybridization at 42 ° C. for 2 hours in the presence of 0.7 to 1.0 M NaCl, Hybridization was performed at 42 ° C. for 12 to 16 hours in the presence of 0.7 to 1.0 M NaCl, and then about 0.1 to 2 times the SSC solution (
Examples of the composition of the SSC solution having a 1-fold concentration include DNA that can be identified by washing the filter at 42 ° C. using 150 mM sodium chloride, 15 mM sodium citrate). Hybridization can be performed according to the method described in Molecular Cloning: A laboratory Mannual, 2nd Ed., (Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor, NY., 1989).

本発明には、(o)〜(z)及び(α)(β)のいずれかのDNAと、例えば70%以上、好ましくは80%以上、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは93%以上、特に好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNAが含まれる。   In the present invention, any one of (o) to (z) and (α) (β) and, for example, 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more, and further preferably 93% or more. Particularly preferred is DNA comprising a base sequence having a homology of 95% or more, most preferably 98% or more.

なお、本発明で塩基配列の相同性は、NCBIのBLASTプログラムのデフォルト設定によって解析した場合の数値である。また、好ましくは(Database:nr、Match,Mismatch:1,-2、GapCosts:Linear)を用い得る。
(ベクター)
本発明のベクターは、上記(o)〜(z)及び(α)(β)のいずれか1または2以上のDNA、あるいは上記の(o)〜(z)及び(α)(β)のいずれかのDNAと相同性を有する塩基配列からなるDNAが挿入された組み換えベクターである。ベクターとしては公知の酵母用、植物細胞用等のものを広く使用できる。公知のベクターとしては、酵母用ベクターとしてはpDR196、pYES-DEST 52、Yip5、Yrp17、Yep24など、植物細胞用としては、pGWB vector(pGWB2、pGWB5、pGWB80など;島根大学、中川強先生よりご分与)、pBiEl2-GUS、pIG121-Hm、pBI121、pBiHyg-HSE、pB119、pBI101、pGV3850、pABH-Hm1などが挙げられる。本発明において使用されるベクターは、必要に応じて、選択マーカー(例えば、薬物耐性遺伝子、抗生物質耐性遺伝子、レポーター遺伝子)を含有する。
(形質転換体)
本発明の形質転換体は、本発明の組み換えベクターを保持する形質転換体である。宿主は、ベクターに適したものを使用すればよい。例えば、酵母、植物、植物細胞、昆虫細胞(Sf9など)などが好ましい。特に好ましい形質転換体としては、酵母、植物又は植物細胞などが挙げられる。形質転換方法は当業者に周知である。
(膜結合性プレニルトランスフェラーゼの調製方法)
上記形質転換体および/またはその培養物の培養液から膜結合性プレニルトランスフェラーゼを回収することで、活性を保持した組換え膜結合性プレニルトランスフェラーゼを得ることができる。
In the present invention, the homology of the base sequence is a numerical value when analyzed according to the default setting of the NCBI BLAST program. Preferably, (Database: nr, Match, Mismatch: 1, -2, GapCosts: Linear) can be used.
(vector)
The vector of the present invention is any one of the above (o) to (z) and (α) (β), or two or more DNAs, or the above (o) to (z) and (α) (β). This is a recombinant vector into which a DNA having a base sequence having homology with the DNA is inserted. Known vectors for yeast, plant cells, etc. can be widely used. Known vectors include pDR196, pYES-DEST 52, Yip5, Yrp17, and Yep24 for yeast vectors, and pGWB vectors for plant cells (pGWB2, pGWB5, pGWB80, etc .; from Shimane University, Tsuyoshi Nakagawa PBiEl2-GUS, pIG121-Hm, pBI121, pBiHyg-HSE, pB119, pBI101, pGV3850, pABH-Hm1, and the like. The vector used in the present invention contains a selectable marker (for example, drug resistance gene, antibiotic resistance gene, reporter gene) as necessary.
(Transformant)
The transformant of the present invention is a transformant carrying the recombinant vector of the present invention. What is necessary is just to use a host suitable for a vector. For example, yeast, plants, plant cells, insect cells (Sf9 etc.) are preferred. Particularly preferred transformants include yeast, plants or plant cells. Transformation methods are well known to those skilled in the art.
(Method for preparing membrane-bound prenyltransferase)
By recovering the membrane-bound prenyltransferase from the transformant and / or the culture solution thereof, a recombinant membrane-bound prenyltransferase retaining the activity can be obtained.

具体的には、例えば、Yazaki et al (JBC, 2002, Vol. 277, p. 6240-6246)に記載の方法を用いて行うことが出来る。   Specifically, for example, the method described in Yazaki et al (JBC, 2002, Vol. 277, p. 6240-6246) can be used.

また、本発明の膜結合プレニルトランスフェラーゼは、例えば、酵母発現系を用いた大量生産により、または大豆などの食用植物で発現させることにより、得ることができる。   In addition, the membrane-bound prenyltransferase of the present invention can be obtained, for example, by mass production using a yeast expression system or by expression in an edible plant such as soybean.

より具体的には、本発明の膜結合プレニルトランスフェラーゼは、酵母において高い活性を持ったタンパク質として発現できるため、形質転換酵母の培養液にナリンゲニン等のフラボノイド、ゲニステイン等のイソフラボノイドあるいはイソリキリチゲニン等のカルコンを基質として投与する事で、効率よくプレニル化フラボノイドの大量生産が可能である。ナリンゲニン、ゲニステイン、イソリキリチゲニン等は適度な水溶性と疎水性を持つため、生体膜を通過する事ができ、酵母細胞内のプレニルトランスフェラーゼと接触できる。酵母はサイトゾルにプレニルドナーとなるDMAPPを生合成する経路(メバロン酸経路)を有しているため、プレニル基質はインビボで供給される。生産されたプレニル化フラボノイド、プレニル化イソフラボノイド、プレニル化カルコン等は、酵母細胞あるいは培地から回収する事で、効率のよい生産が見込まれる。   More specifically, since the membrane-bound prenyltransferase of the present invention can be expressed as a protein having high activity in yeast, flavonoids such as naringenin, isoflavonoids such as genistein, or isoliquiritigenin in the culture solution of transformed yeast It is possible to efficiently mass-produce prenylated flavonoids by administering a chalcone as a substrate. Naringenin, genistein, isoliquiritigenin and the like have moderate water solubility and hydrophobicity, and thus can pass through biological membranes and contact with prenyltransferase in yeast cells. Since yeast has a pathway (mevalonate pathway) for biosynthesizing DMAPP as a prenyl donor in the cytosol, the prenyl substrate is supplied in vivo. The produced prenylated flavonoids, prenylated isoflavonoids, prenylated chalcones and the like are expected to be efficiently produced by recovering them from yeast cells or culture media.

あるいは、本発明の膜結合プレニルトランスフェラーゼを大豆等の植物、あるいは植物細胞で発現させる事で、プレニル化フラボノイド、プレニル化イソフラボノイド、プレニル化カルコン等を植物で生産する事も可能である。植物細胞の場合、DMAPPを生合成する経路は2つあり、一つはサイトゾルのメバロン酸経路、もう一方はプラスチド内に局在する非メバロン酸経路である。前者のDMAPPを利用してプレニル化フラボノイド、プレニル化イソフラボノイド、プレニル化カルコン等を生産させるためには、プラスチド局在化シグナルを除いた改変遺伝子を発現させる。また、後者のDMAPPを利用したプレニル化フラボノイド、プレニル化イソフラボノイド、プレニル化カルコン等の生産を行うためには、内在性のプラスチド局在化シグナルを使うかRuBisCo小サブユニットなど他遺伝子のプラスチド局在化シグナルを連結して発現させ、プレニルトランスフェラーゼをプラスチドに局在させる。フラボノイド、イソフラボノイド、カルコン等の基質は、内在性のものがプレニル化されるため、植物を育成させてその組織からプレニル化されたものを回収する。あるいは、フラボノイド、イソフラボノイド、カルコン等を吸収させてプレニル化させ、それを植物組織から回収する事も効率の良い生産に有効である。植物のどの組織でプレニル化フラボノイドを生産させるのが良いかは、組織特異的なプロモータを利用する事で制御可能である。   Alternatively, prenylated flavonoids, prenylated isoflavonoids, prenylated chalcones, and the like can be produced in plants by expressing the membrane-bound prenyltransferase of the present invention in plants such as soybeans or plant cells. In the case of plant cells, there are two pathways for biosynthesis of DMAPP, one is the cytosolic mevalonate pathway and the other is the non-mevalonate pathway localized in plastids. In order to produce prenylated flavonoids, prenylated isoflavonoids, prenylated chalcones, etc. using the former DMAPP, a modified gene excluding the plastid localization signal is expressed. In addition, in order to produce prenylated flavonoids, prenylated isoflavonoids, prenylated chalcones, etc. using the latter DMAPP, use endogenous plastid localization signals or plastid stations of other genes such as RuBisCo small subunits. The localization signal is ligated and expressed, and the prenyltransferase is localized to the plastid. Since endogenous substances such as flavonoids, isoflavonoids, and chalcones are prenylated, plants are grown and the prenylated substances are recovered from the tissues. Alternatively, it is also effective for efficient production that flavonoids, isoflavonoids, chalcones and the like are absorbed to be prenylated and recovered from the plant tissue. Which tissue in the plant should produce prenylated flavonoids can be controlled by using a tissue-specific promoter.

プレニル化フラボノイド、プレニル化イソフラボノイド、プレニル化カルコン等を生産する植物は、上記のように化合物生産の目的にも利用可能であるが、これらの化合物の多くがファイトアレキシンとして生産されており、高い抗菌活性を有する事から、病原菌、病害虫に対して高い抵抗性を示す事が考えられる。従って、農業分野における分子育種のツールとしても、本発明の膜結合プレニルトランスフェラーゼ遺伝子は利用可能である。   Plants producing prenylated flavonoids, prenylated isoflavonoids, prenylated chalcones, etc. can be used for the purpose of compound production as described above, but many of these compounds are produced as phytoalexins, Since it has high antibacterial activity, it can be considered to show high resistance against pathogenic bacteria and pests. Therefore, the membrane-bound prenyltransferase gene of the present invention can also be used as a molecular breeding tool in the agricultural field.

すなわち、本発明の膜結合プレニルトランスフェラーゼを、穀物、野菜、イモ、果実等の作物植物内で発現させることで、病原菌、病害虫に対して高い抵抗性を持たせることができる。
(遺伝子の単離方法)
また、配列表の配列番号2、4、6、8、10、12または14のいずれかに記載の塩基配列あるいはその一部を含んでなる塩基配列との相同性を利用すれば、膜結合性プレニルトランスフェラーゼ遺伝子を単離することができる。
That is, by expressing the membrane-bound prenyltransferase of the present invention in crop plants such as cereals, vegetables, potatoes and fruits, high resistance to pathogenic bacteria and pests can be obtained.
(Gene isolation method)
Further, if the homology with the base sequence described in any one of SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8, 10, 12, or 14 in the sequence listing or a base sequence comprising a part thereof is utilized, membrane binding The prenyl transferase gene can be isolated.

具体的な方法としては、例えば、膜結合性プレニルトランスフェラーゼ遺伝子が含まれると予想される遺伝子ライブラリーを、前記塩基配列をプローブとしてスクリーニングする方法、あるいは、前記塩基配列情報に基づいたプライマーを調製し、膜結合性プレニルトランスフェラーゼ遺伝子が含まれると予想されるサンプルを鋳型としたPCRを実施する方法などが挙げられる。   Specific methods include, for example, a method of screening a gene library expected to contain a membrane-bound prenyltransferase gene using the base sequence as a probe, or preparing a primer based on the base sequence information. And a method of performing PCR using a sample expected to contain a membrane-bound prenyltransferase gene as a template.

あるいは、塩基配列データベースを適当な相同性検索プログラム(例えばBLAST)でサーチすることにより、前記塩基配列と高い相同性を示すDNA配列を有する遺伝子を探索する方法等も挙げられる。   Alternatively, a method of searching for a gene having a DNA sequence having a high homology with the base sequence by searching a base sequence database with an appropriate homology search program (for example, BLAST), etc. may be mentioned.

以下、本発明を、実施例を示してより詳しく説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example is shown and this invention is demonstrated in more detail, this invention is not limited to these.

1.発現ライブラリーの構築
S.flavescens培養細胞を、フラボノイドのプレニル化酵素を誘導させるために、0.1Mのジャスモン酸メチルDMSO溶液20μlを添加し、36時間培養した(終濃度0.1 mM)。培養細胞よりOligotex-MAG mRNA Purification Kit(タカラバイオ社)を使用してpoly(A)+RNAを単離した。cDNAプラスミドライブラリーを、cDNA Synthesis Kit (STRATAGENE)を使用し、膜結合性タンパク質の酵母発現用ベクターpDR196を用いて、構築した。cDNAの第1鎖を、7μgのポリ(A)+RNA、XhoI制限部位を含むoligo(dT)18アンカープライマーを使用して合成した。cDNAの第2鎖を合成した後、EcoRI制限サイトを含む平滑末端アダプターを二本鎖DNAへ結合させ、次いで当該フラグメントを、構成的プロモーターPMA1を有するプラスミド、pDR196中に組み込んだ。
1. Construction of expression library
In order to induce flavonoid prenylation enzyme, 20 μl of 0.1 M methyl jasmonate DMSO solution was added to S. flavescens cultured cells and cultured for 36 hours (final concentration 0.1 mM). Poly (A) + RNA was isolated from the cultured cells using Oligotex-MAG mRNA Purification Kit (Takara Bio Inc.). A cDNA plasmid library was constructed using the cDNA Synthesis Kit (STRATAGENE) and the yeast expression vector pDR196 for membrane-bound proteins. The first strand of cDNA was synthesized using 7 μg poly (A) + RNA, an oligo (dT) 18 anchor primer containing a XhoI restriction site. After synthesizing the second strand of the cDNA, a blunt end adapter containing an EcoRI restriction site was ligated to the double stranded DNA, and the fragment was then incorporated into a plasmid with the constitutive promoter PMA1, pDR196.

2.SfN8DT cDNAのクローニングおよび機能解析
上記構築したcDNAライブラリーをEscherichia coli DH10Bに導入し、約10,000個のクローンをランダムに選出し、PMA1プロモーター領域にアニールするプライマーを用いて5’末端から配列決定した。そのうち、既知の膜結合性プレニルトランスフェラーゼにおける保存モチーフ6種(NDxxDxxxD, NQxxDxxxD, NQxxExxxD, DDxxDxxxD, DQxxDxxxD, DQxxExxxD)のいずれかを有する200クローンを選出した。当該cDNAクローンを、SOSUIプログラム(http://bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui/)を用いて分析し、少なくとも配列決定した領域において膜貫通領域を有する20クローンを検出した。200クローンを3つの細胞内局在予測プログラム:ChloroP, PSORT, およびWoLF_PSORT(ChloroP;http://www.cbs.dtu.dk/services/ChloroP/, PSORT; http://psort.ims.u-tokyo.ac.jp/form.html, WoLF_PSORT; http://wolfpsort.seq.cbrc.jp/)を用いて分析し、30クローンがプラスチド移行シグナルを有していることがわかった。
2. Cloning and functional analysis of SfN8DT cDNA The cDNA library constructed above was introduced into Escherichia coli DH10B, about 10,000 clones were randomly selected and sequenced from the 5 'end using primers that anneal to the PMA1 promoter region. Among them, 200 clones having any one of the six conserved motifs (NDxxDxxxD, NQxxDxxxD, NQxxExxxD, DDxxDxxxD, DQxxDxxxD, DQxxExxxD) in the known membrane-bound prenyltransferase were selected. The cDNA clone was analyzed using the SOSUI program (http://bp.nuap.nagoya-u.ac.jp/sosui/), and 20 clones having a transmembrane region in at least the sequenced region were detected. 200 clones from three subcellular localization prediction programs: ChloroP, PSORT, and WoLF_PSORT (ChloroP; http://www.cbs.dtu.dk/services/ChloroP/, PSORT; http: //psort.ims.u- tokyo.ac.jp/form.html, WoLF_PSORT; http://wolfpsort.seq.cbrc.jp/), 30 clones were found to have a plastid translocation signal.

これらのクローンを、酢酸リチウム法を用いて酵母株W303-1A-Δcoq2に導入した。SD-Ura液体培地(180ml)中で対数増殖期に達するまで培養することによって、酵母形質転換体中で組換えタンパク質発現させ、そこからYazakiら(JBC, 2002, 277, 6240-6246)に記載の方法を用いてミクロソーム画分を調製した。それぞれの形質転換体の膜フラクションを500μlの0.1 mM Tris-HCl 緩衝液(pH 8.5)中に再懸濁し、次いで、ナリンゲニンとDMAPPを基質として酵素活性によるスクリーニングを行った。   These clones were introduced into the yeast strain W303-1A-Δcoq2 using the lithium acetate method. Recombinant proteins are expressed in yeast transformants by culturing in SD-Ura liquid medium (180 ml) until reaching the logarithmic growth phase, and then described in Yazaki et al. (JBC, 2002, 277, 6240-6246) The microsomal fraction was prepared using the method described above. The membrane fraction of each transformant was resuspended in 500 μl of 0.1 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5), and then screened for enzyme activity using naringenin and DMAPP as substrates.

酵素生成物はHPLC分析を用いてスクリーニングした。HPLC分析は以下の条件で行った:
Shimadzu LC-10A system (島津製作所、日本、京都): column YMC-Pack Pro C18 RS (YMC,日本、京都) 4.6 x 250 mm; 溶媒システム, メタノール:H2O:酢酸(70: 30: 0.3); 流速,1 ml min-1; 検出, SPD6A フォトダイオード・アレイ検出器で230-320 nm。
Enzyme products were screened using HPLC analysis. HPLC analysis was performed under the following conditions:
Shimadzu LC-10A system (Shimadzu, Kyoto, Japan): column YMC-Pack Pro C18 RS (YMC, Kyoto, Japan) 4.6 x 250 mm; solvent system, methanol: H 2 O: acetic acid (70:30: 0.3) ; Flow rate, 1 ml min -1 ; Detection, 230-320 nm with SPD6A photodiode array detector.

その結果、200個の酵母形質転換体中、1つの酵母形質転換体の生成物が、8−ジメチルアリルナリンゲニンと同じ保持時間を有することがわかった(図1)。さらに、その生成物はフォトダイオード・アレイ検出において、標品と同等のUVスペクトルを示した(図1)。   As a result, it was found that one of 200 yeast transformants had the same retention time as that of 8-dimethylallylnaringenin (FIG. 1). Furthermore, the product showed a UV spectrum equivalent to that of a standard sample in the detection of a photodiode array (FIG. 1).

このことから、当該1つ酵母形質転換体の形質転換に用いたクローンにはプレニルトランスフェラーゼがコードされていることがわかった。   From this, it was found that the prenyl transferase was encoded in the clone used for transformation of the one yeast transformant.

こうして、sophoraflavanone G (SFG)生合成における最初のフラボノイド・プレニルトランスフェラーゼであるナリンゲニン 8-ジメチルアリルトランスフェラーゼ(以下SfN8DTと称す)のcDNA(全長1,495 bp, ORF 410 a.a.)が得られた。   Thus, a cDNA (total length 1,495 bp, ORF 410 a.a.) of naringenin 8-dimethylallyltransferase (hereinafter referred to as SfN8DT), which is the first flavonoid prenyltransferase in biosynthesis of sophoraflavanone G (SFG), was obtained.

SfN8DTの塩基配列を配列表の配列番号2に示す。また、SfN8DTのアミノ酸配列を配列番号1に示す。また、SfN8DTが行うプレニル化反応の機構の一例を図2に示す。   The base sequence of SfN8DT is shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing. The amino acid sequence of SfN8DT is shown in SEQ ID NO: 1. An example of the mechanism of the prenylation reaction performed by SfN8DT is shown in FIG.

なお、SfN8DTはSfN8DT-1とも称する。   SfN8DT is also referred to as SfN8DT-1.

3.SfN8DT以外のHPT様クローンのクローニング
クララcDNAライブラリーのシーケンス情報から、SfN8DT同様にホモゲンチジン酸プレニルトランスフェラーゼ(HPT)と高い相同性を有する6クローン(それぞれSf1c12f、Sf1C12c、SfL17a、SfL17b、SfG6DT、SfN8DT-2と称する。なお、Sf1C12fはSfN8DT-3とも称し、Sf1C12cはSfChal1DTとも称する。)を見出し、RACE法によりcDNAを単離した。
3. Cloning of HPT-like clones other than SfN8DT From the Clara cDNA library sequence information, 6 clones (Sf1c12f, Sf1C12c, SfL17a, SfL17b, SfG6DT, SfN8DT-2, respectively) having high homology with homogentisic acid prenyltransferase (HPT) as well as SfN8DT Sf1C12f is also referred to as SfN8DT-3, and Sf1C12c is also referred to as SfChal1DT.), And cDNA was isolated by the RACE method.

具体的には、RACEの鋳型としてはInvitrogen社のGeneRacerキットを用いて作製したcDNA混合物を用い、PCRにより各cDNAの5’-末端あるいは3’-末端を特異的に増幅した。ここで用いたRNA試料は、ライブラリーを作成したものと同じ、ジャスモン酸メチル処理したクララ培養細胞由来の全RNAである。このPCRにおいて、5’-RACEのフォワードプライマーは、上記キットのアダプター配列を、リバースプライマーは、各遺伝子の内部配列とした。3’-RACEの場合には、フォワードプライマーを各遺伝子の内部配列とし、リバースプライマーにはoligo-dT (20 mer) を用いた。増幅されたDNA断片はシーケンシングにより、各遺伝子のcDNA末端である事を確認した。全長cDNAを取得するためには、改めて5’-末端とoligo-dT (20 mer)をプライマーに、GeneRacerの混合物を用いてPCRを行った。   Specifically, a 5'-end or 3'-end of each cDNA was specifically amplified by PCR using a cDNA mixture prepared using a GeneRacer kit manufactured by Invitrogen as a RACE template. The RNA sample used here is the same total RNA derived from Clara cultured cells treated with methyl jasmonate as the library was prepared. In this PCR, the 5'-RACE forward primer was the adapter sequence of the kit, and the reverse primer was the internal sequence of each gene. In the case of 3'-RACE, the forward primer was used as the internal sequence of each gene, and oligo-dT (20 mer) was used as the reverse primer. The amplified DNA fragment was confirmed to be the cDNA end of each gene by sequencing. In order to obtain full-length cDNA, PCR was performed again using a mixture of GeneRacer with 5'-end and oligo-dT (20 mer) as primers.

これらのうち、SfL17b、Sf1C12f、Sf1C12c、SfL17a、SfL17bおよびSfN8DTとホモゲンチジン酸プレニルトランスフェラーゼとの間のシグナルペプチドを除いたアミノ酸配列の相同性を比較した(図3)。その結果、Sf1C12f、Sf1C12c、SfL17a、およびSfL17bはSfN8DTと高い相同性を有していた。Sf1C12f(全長1684bp, ORF 410a.a.)、Sf1C12c(全長1527bp, ORF 391a.a.)、SfL17a(全長1325bp, ORF 407a.a.)、およびSfL17b(全長1373bp, ORF 379a.a.)の塩基配列をそれぞれ配列表の配列番号4、6、8および10に示す。なお、これらのアミノ酸配列をそれぞれ配列表の3、5、7および9に示す。   Of these, the homology of the amino acid sequences excluding the signal peptide between SfL17b, Sf1C12f, Sf1C12c, SfL17a, SfL17b and SfN8DT and homogentisic prenyltransferase was compared (FIG. 3). As a result, Sf1C12f, Sf1C12c, SfL17a, and SfL17b had high homology with SfN8DT. Bases of Sf1C12f (full length 1684bp, ORF 410a.a.), Sf1C12c (full length 1527bp, ORF 391a.a.), SfL17a (full length 1325bp, ORF 407a.a.), and SfL17b (full length 1373bp, ORF 379a.a.) The sequences are shown in SEQ ID NOs: 4, 6, 8, and 10, respectively. These amino acid sequences are shown in 3, 5, 7 and 9 of the sequence listing, respectively.

また、SfN8DT-1(SfN8DT)、SfN8DT-2、SfG6DT、SfChal1DT(Sf1C12c)それぞれの部分配列とホモゲンチジン酸プレニルトランスフェラーゼの部分配列を用いて作製したマルチプルアライメントを図4に示す。その結果、SfN8DT-1(SfN8DT)、SfN8DT-2、SfG6DT、SfChal1DT(Sf1C12c)は高い相同性を有していた。SfG6DT(ORF 407a.a.)及びSfN8DT-2(ORF 407a.a.)の塩基配列をそれぞれ配列表の配列番号12、14に示す。また、これらのアミノ酸配列をそれぞれ配列表の配列番号11、13に示す。   In addition, FIG. 4 shows a multiple alignment prepared using each partial sequence of SfN8DT-1 (SfN8DT), SfN8DT-2, SfG6DT, SfChal1DT (Sf1C12c) and a partial sequence of homogentisic prenyl transferase. As a result, SfN8DT-1 (SfN8DT), SfN8DT-2, SfG6DT, and SfChal1DT (Sf1C12c) had high homology. The nucleotide sequences of SfG6DT (ORF 407a.a.) and SfN8DT-2 (ORF 407a.a.) are shown in SEQ ID NOs: 12 and 14, respectively. In addition, these amino acid sequences are shown in SEQ ID NOS: 11 and 13, respectively.

4.SfN8DTと高い相同性を有する各クローンの機能解析
上記「2.SfN8DT cDNAのクローニングおよび機能解析」で実施したのと同様にして、SfN8DT-2、SfN8DT-3(Sf1C12f)、SfG6DTの機能解析を行った。
4). Functional analysis of clones having high homology with SfN8DT Functional analysis of SfN8DT-2, SfN8DT-3 (Sf1C12f), and SfG6DT was performed in the same manner as in “2. Cloning and functional analysis of SfN8DT cDNA” above. It was.

すなわち、SfN8DTの機能解析時と同様に、これらの cDNAクローンをそれぞれ酵母に導入し、培養して組み換えタンパク質を発現させ、そこからミクロソーム画分を調製した。そして、当該画分(膜フラクション)を500μlの0.1 mM Tris-HCl 緩衝液(pH 8.5)中に再懸濁し、次いで、ナリンゲニン(naringenin)もしくはゲニステイン(genistein)とDMAPPを基質としたときの酵素活性を測定した。   That is, as in the functional analysis of SfN8DT, each of these cDNA clones was introduced into yeast and cultured to express a recombinant protein, from which a microsomal fraction was prepared. Then, the fraction (membrane fraction) is resuspended in 500 μl of 0.1 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5), and then enzyme activity when naringenin or genistein and DMAPP are used as substrates. Was measured.

酵素活性の測定は、SfN8DTの機能解析時と同じHPLC分析条件で、酵素生成物を測定することで行った。   The enzyme activity was measured by measuring the enzyme product under the same HPLC analysis conditions as in the functional analysis of SfN8DT.

酵素活性の測定の結果、SfN8DT-2及びSfN8DT-3(Sf1C12f)を発現させ、ナリンゲニンを基質に用いて調製した画分は、8−ジメチルアリルナリンゲニンと同じ保持時間を有する物質を含むことがわかった。さらに、その生成物はフォトダイオード・アレイ検出において、8−ジメチルアリルナリンゲニン標品と同等のUVスペクトルを示した。   As a result of measuring enzyme activity, it was found that the fraction prepared by expressing SfN8DT-2 and SfN8DT-3 (Sf1C12f) and using naringenin as a substrate contains a substance having the same retention time as 8-dimethylallylnaringenin. It was. In addition, the product showed a UV spectrum equivalent to 8-dimethylallylnaringenin preparation in photodiode array detection.

このことから、SfN8DT-2及びSfN8DT-3(Sf1C12f)もフラボノイド・プレニルトランスフェラーゼであるナリンゲニン 8-ジメチルアリルトランスフェラーゼであることがわかった。   This indicates that SfN8DT-2 and SfN8DT-3 (Sf1C12f) are also naringenin 8-dimethylallyltransferases, which are flavonoid prenyltransferases.

またさらに、酵素活性の測定の結果、SfG6DTを発現させ、ゲニステイン及びDMAPPを基質に用いて調製した画分は、6−ジメチルアリルゲニステインと同じ保持時間を有する物質を含んでいた(図5)。また別途、化学合成した標品と直接比較することで酵素反応産物は6-ジメチルアリルゲニステインであると同定した。   Furthermore, as a result of measuring enzyme activity, the fraction prepared by expressing SfG6DT and using genistein and DMAPP as substrates contained a substance having the same retention time as 6-dimethylallylgenistine (FIG. 5). Separately, the enzyme reaction product was identified as 6-dimethylallylgenstein by direct comparison with a chemically synthesized sample.

このことから、SfG6DTはプレニルトランスフェラーゼであり、少なくともゲニステイン 6−ジメチルアリルトランスフェラーゼとして働くことがわかった。   From this, it was found that SfG6DT is a prenyltransferase and at least works as genistein 6-dimethylallyltransferase.

なお、SfG6DTが行うプレニル化反応の機構の一例(ゲニステイン 6−ジメチルアリルトランスフェラーゼとして働く例)を図6に示す。   An example of the mechanism of the prenylation reaction performed by SfG6DT (an example that works as genistein 6-dimethylallyltransferase) is shown in FIG.

5.酵母発現系を用いた組換えSfG6DTの基質特異性の解析
上述の組換えSfG6DTの基質特異性解析を薄層クロマトグラフィーを用いたRadioactive assayによって行った。
すなわち、まず上述したSfG6DTの機能解析方法と同様にして、SfG6DTを発現した酵母のミクロソーム画分を調製した。
5. Analysis of substrate specificity of recombinant SfG6DT using yeast expression system The substrate specificity analysis of recombinant SfG6DT described above was performed by a radioactive assay using thin layer chromatography.
That is, first, a yeast microsome fraction expressing SfG6DT was prepared in the same manner as the SfG6DT functional analysis method described above.

次に、当該画分(膜フラクション)を500μlの0.1 mM Tris-HCl 緩衝液(pH 8.5)中に再懸濁し、次いで、14Cでラベルしたゲニステインと、DMAPP、GPP、FPP、GGPPからなる群から選ばれる1種とを基質として反応させた。 Next, the fraction (membrane fraction) is resuspended in 500 μl of 0.1 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5), and then the group consisting of 14 C-labeled genistein and DMAPP, GPP, FPP, GGPP. The reaction was carried out with one kind selected from as a substrate.

また、これとは別に、当該画分(膜フラクション)を500μlの0.1 mM Tris-HCl 緩衝液(pH 8.5)中に再懸濁し、次いで、ゲニステイン、ダイゼイン、ビオカニンA(Biochanin A)からなる群から選ばれる1種と、14CでラベルしたDMAPPとを基質として反応させた。 Separately, the fraction (membrane fraction) is resuspended in 500 μl of 0.1 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5), and then from the group consisting of genistein, daidzein, and biochanin A (Biochanin A). One selected species was reacted with 14 C-labeled DMAPP as a substrate.

そして、反応後、各サンプルを薄膜クロマトグラフィープレート(Silica Gel 60 F254;Merck)を用いて分離し(展開溶媒はToluene: EtOAc: AcOH = 70: 30: 0.3)、BAS1800(Fuji Film)によって検出を行った。   After the reaction, each sample is separated using a thin film chromatography plate (Silica Gel 60 F254; Merck) (developing solvent is Toluene: EtOAc: AcOH = 70: 30: 0.3) and detected by BAS1800 (Fuji Film). went.

その結果、組換えSfG6DT は、ゲニステイン以外にも同じイソフラバノン骨格を有するビオカニンA(Biochanin A)も基質とすることがわかった。さらに、プレニルドナーとしては、DMAPP、GPP、FPPを基質とできることがわかった(図7)。   As a result, recombinant SfG6DT was found to use biochanin A having the same isoflavanone skeleton as the substrate in addition to genistein. Furthermore, as a prenyl donor, it was found that DMAPP, GPP, and FPP can be used as substrates (FIG. 7).

6.組換えSfN8DT及びSfG6DTの酵素化学的解析
上述の酵母発現系を用いて、組換えSfN8DT及びSfG6DTのKm、至適温度、至適pH、二価カチオン要求性を調べた。
6). Enzymatic analysis of recombinant SfN8DT and SfG6DT Using the yeast expression system described above, Km, optimum temperature, optimum pH, and divalent cation requirement of recombinant SfN8DT and SfG6DT were examined.

具体的には、前述と同様の方法にて組み換え酵母ミクロソーム画分を調製し、HPLCにより生成物の量を検出した。   Specifically, a recombinant yeast microsome fraction was prepared by the same method as described above, and the amount of the product was detected by HPLC.

Km値の結果を表1に、至適温度、SfN8DTの至適pH、二価カチオン要求性の結果を図8〜10に、SfG6DTの結果を図11〜13に示す。なお、組換えSfN8DTの至適温度は、70〜80℃であり(図8)、組み換えSfG6DTの至適温度は25〜35℃であった(図11)。   The results of Km values are shown in Table 1, the optimum temperature, the optimum pH of SfN8DT, and the results of divalent cation requirement are shown in FIGS. 8 to 10, and the results of SfG6DT are shown in FIGS. In addition, the optimal temperature of recombinant SfN8DT was 70-80 degreeC (FIG. 8), and the optimal temperature of recombinant SfG6DT was 25-35 degreeC (FIG. 11).

Figure 2010022323
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7.SfN8DT及びSfG6DTのmRNAの発現解析
ノーザンブロット及びRT−PCRによりクララ植物体及びクララ培養細胞におけるSfN8DT及びSfG6DTの発現解析を行った。(プローブ: 全長ORF)組織別発現解析には、武田薬草園でサンプリングしたクララ植物体(草丈:約170cm、根直径:〜3cm)を用いた。ノーザンブロット解析の結果、SfN8DT、SfG6DTとも根のみで発現が見られた(図14)が、さらにRT−PCR解析を行ったところ、SfN8DTは根の皮部分特異的に発現し、一方SfG6DTは根の皮より内側で特異的に発現していることがわかった(図15)。
7). Expression analysis of mRNA of SfN8DT and SfG6DT Expression analysis of SfN8DT and SfG6DT in Clara plants and Clara cultured cells was performed by Northern blot and RT-PCR. (Probe: full length ORF) For the tissue-specific expression analysis, Clara plant bodies (plant height: about 170 cm, root diameter: ˜3 cm) sampled at Takeda Yakuzoen were used. As a result of Northern blot analysis, both SfN8DT and SfG6DT were found to be expressed only in the roots (FIG. 14). When RT-PCR analysis was further performed, SfN8DT was expressed specifically in the root skin part, while SfG6DT was rooted. It was found that the protein was specifically expressed inside the skin (FIG. 15).

また、培養細胞においてもMJ(ジャスモン酸メチル)、SA(サリチル酸)及びYE(yeast extract)への発現応答を調べた。植え継ぎ3日後に、MJ、SA、YEをそれぞれ終濃度100 μM、100 μM、5 mg / ml になるよう添加し、24時間後に回収した。その結果、SfN8DTはMJ、SA、YEによりその発現が著しく上昇し、SfG6DTはSAによりその発現が著しく上昇した(図16)。   In addition, the expression responses to MJ (methyl jasmonate), SA (salicylic acid) and YE (yeast extract) were also examined in cultured cells. Three days after transplanting, MJ, SA, and YE were added to final concentrations of 100 μM, 100 μM, and 5 mg / ml, respectively, and collected 24 hours later. As a result, the expression of SfN8DT was remarkably increased by MJ, SA, and YE, and the expression of SfG6DT was remarkably increased by SA (FIG. 16).

8.SfN8DTを用いた植物体でのプレニルフラボノイドの生産
Sf8DTを植物体内で発現させ、植物体内でプレニルフラボノイドを生産できるかを以下のようにして検討した。
<SfN8DT遺伝子の導入及び発現>
SfN8DT遺伝子全長を、上記のようにクローニングしたクローンをテンプレートとし、SfN8DTfull_Fwプライマー(配列番号15)及びSfN8DTfull_Rvプライマー(配列番号16)を用いてPCRによって増幅した。増幅したものをpENTR1Aベクターにサブクローンし、GATEWAYエントリーベクターとした。さらにこれをpGWB2ベクターに組み込み、GATEWAYデスティネーションベクターとした。当該pGWB2-SfN8DTfullベクターを、Agrobacterium tumefaciens GV3101を用いてフローラルディップ法によりシロイヌナズナ(Columbia野生株)へ導入した。T1世代をカナマイシン50μg/mL含有培地で育ててセレクションを行い、さらにT2世代ではSfN8DTfull_Fwプライマー(配列番号15)及びSfN8DTfull_Rvプライマー(配列番号16)を用いてRT-PCRを行って、SfN8DT遺伝子が導入され、発現していることを確認した。
<SfN8DT遺伝子発現株でのプレニルフラボノイドの生産>
上記のSfN8DT遺伝子が発現しているシロイヌナズナ(T2世代)を、ナリンゲニン(naringenin)100μMを加えた寒天培地で2週間栽培した後フリーズドライし、これを約100mg(およそ300〜500植物体のフリーズドライ)収集した。このフリーズドライされたシロイヌナズナを試料として80%アセトン抽出を行い、抽出物を解析して8DN(8-dimethylallyl naringenin)、8DK(des-O-methylanhydroicaritin)、DA(dimethylallylated apigenin)、DQ(dimethylallylated quercetin)が生産されているかを調べた。なお、対照として、シロイヌナズナ野生株を用いて同様の実験を行った。
酵素生成物はHPLC分析を用いてスクリーニングした。HPLC分析は以下の条件で行った:
Shimadzu LC-10A system (島津製作所、日本、京都): column YMC-Pack Pro C18 RS (YMC,日本、京都) 4.6 x 250 mm; 溶媒システム, メタノール:H2O:酢酸(70: 30: 0.3); 流速,1 ml min-1; 検出, SPD6A フォトダイオード・アレイ検出器で230-320 nm。
8). Production of prenylflavonoids in plants using SfN8DT
Whether Sf8DT was expressed in plants and prenylflavonoids could be produced in plants was examined as follows.
<Introduction and expression of SfN8DT gene>
The full length of the SfN8DT gene was amplified by PCR using the clone cloned as described above as a template and using the SfN8DTfull_Fw primer (SEQ ID NO: 15) and the SfN8DTfull_Rv primer (SEQ ID NO: 16). The amplified product was subcloned into the pENTR1A vector and used as the GATEWAY entry vector. Further, this was incorporated into the pGWB2 vector to obtain a GATEWAY destination vector. The pGWB2-SfN8DTfull vector was introduced into Arabidopsis thaliana (Columbia wild strain) by the floral dip method using Agrobacterium tumefaciens GV3101. The T1 generation was grown in a medium containing 50 μg / mL of kanamycin and selected, and in the T2 generation, RT-PCR was performed using the SfN8DTfull_Fw primer (SEQ ID NO: 15) and the SfN8DTfull_Rv primer (SEQ ID NO: 16), and the SfN8DT gene was introduced. It was confirmed that it was expressed.
<Production of prenylflavonoids in SfN8DT gene expression strain>
Arabidopsis thaliana (T2 generation) expressing the above SfN8DT gene is cultivated on an agar medium supplemented with 100 μM naringenin for 2 weeks and then freeze-dried. This is about 100 mg (approximately 300 to 500 freeze-dried plant bodies). ) Collected. The freeze-dried Arabidopsis thaliana was used as a sample for 80% acetone extraction, and the extract was analyzed to obtain 8DN (8-dimethylallyl naringenin), 8DK (des-O-methylanhydroicaritin), DA (dimethylallylated apigenin), DQ (dimethylallylated quercetin) It was investigated whether it was produced. As a control, a similar experiment was performed using a wild Arabidopsis thaliana strain.
Enzyme products were screened using HPLC analysis. HPLC analysis was performed under the following conditions:
Shimadzu LC-10A system (Shimadzu, Kyoto, Japan): column YMC-Pack Pro C18 RS (YMC, Kyoto, Japan) 4.6 x 250 mm; solvent system, methanol: H 2 O: acetic acid (70:30: 0.3) ; Flow rate, 1 ml min -1 ; Detection, 230-320 nm with SPD6A photodiode array detector.

結果を表2に示す。   The results are shown in Table 2.

Figure 2010022323
Figure 2010022323

表2に示されるように、野生株においては8DN、8DK、DA、DQのいずれも生産されないのに対し、SfN8DT遺伝子発現株では8DN、8DK、DA、DQの全てが生産されることがわかった。   As shown in Table 2, it was found that 8DN, 8DK, DA, and DQ were not produced in the wild strain, whereas all 8DN, 8DK, DA, and DQ were produced in the SfN8DT gene expression strain. .

以上のことから、植物体中でSfN8DT遺伝子を発現させることにより、プレニルフラボノイドを生産できることが確認できた。   From the above, it was confirmed that prenylflavonoids can be produced by expressing the SfN8DT gene in the plant body.

9.SfChal1DTの機能解析
SfN8DTの機能解析時と同様に、SfChal1DTの cDNAクローンを酵母に導入し、培養して組み換えタンパク質を発現させ、そこからミクロソーム画分を調製した。そして、当該画分(膜フラクション)を500μlの0.1 mM Tris-HCl 緩衝液(pH 8.5)中に再懸濁し、次いで、カルコンであるイソリキリチゲニン(isoliquiritgenin)とDMAPPを基質としたときの酵素活性を測定した。
9. Functional analysis of SfChal1DT
Similar to the analysis of the function of SfN8DT, a cDNA clone of SfChal1DT was introduced into yeast and cultured to express a recombinant protein, from which a microsomal fraction was prepared. Then, the fraction (membrane fraction) is resuspended in 500 μl of 0.1 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5), and then the enzyme when the chalcone isoliquiritgenin and DMAPP are used as substrates. Activity was measured.

酵素活性の測定には、LC/MSを用い、以下の条件で行った:
Shimadzu model 2010A system LC/MS(島津製作所)(LC-10AD Solvent Delivery systemを使用)
column :4 x 250 mm LiChrospere 100RP-18 (Merck, Tokyo, Japan)
solvent system:エタノール: H2O: ギ酸 (90: 10: 0.3)
flow rate:0.2 ml min-1
サンプルは陽イオンモードで測定し、質量分析の測定範囲は m/z 50 to 600と設定した。
The enzyme activity was measured using LC / MS under the following conditions:
Shimadzu model 2010A system LC / MS (Shimadzu Corporation) (using LC-10AD Solvent Delivery system)
column: 4 x 250 mm LiChrospere 100RP-18 (Merck, Tokyo, Japan)
solvent system: ethanol: H 2 O: formic acid (90: 10: 0.3)
flow rate: 0.2 ml min -1
The sample was measured in positive ion mode, and the measurement range of mass spectrometry was set to m / z 50 to 600.

その結果、プレニル化イソリキリチゲニンの分子量325でトレースしたクロマトグラムにおいて、図17に示されるように、イソリキリチゲニンのジメチルアリル体が酵素反応により生成していることが確認された。このことから、SfChal1DTはカルコンをプレニル化できるプレニルトランスフェラーゼであることがわかった。   As a result, in the chromatogram traced with the molecular weight of 325 of prenylated isoliquiritigenin, it was confirmed that the dimethylallyl form of isoliquiritigenin was produced by the enzymatic reaction, as shown in FIG. This indicates that SfChal1DT is a prenyltransferase that can prenylate chalcones.

SfN8DTで形質転換した酵母のミクロソーム画分に、ナリンゲニンとDMAPPを加えたときの生成物をHPLCで解析した結果を示す。aは8-DN、3’DN、6DNの各標品をHPLCで解析したクロマトグラムを、bは空ベクターを導入した酵母の生成物をHPLCで解析したクロマトグラムを、cはSfN8DTで形質転換した酵母の生成物のHPLCで解析したクロマトグラムを、dはSfN8DTで形質転換した酵母の生成物のフォトダイオード・アレイ検出結果を示す。The result of having analyzed the product when naringenin and DMAPP were added to the microsomal fraction of yeast transformed with SfN8DT by HPLC is shown. a is a chromatogram obtained by analyzing each of 8-DN, 3′DN and 6DN samples by HPLC, b is a chromatogram obtained by analyzing the product of yeast introduced with an empty vector by HPLC, and c is transformed by SfN8DT. In the chromatogram of the yeast product analyzed by HPLC, d shows the photodiode array detection result of the yeast product transformed with SfN8DT. SfN8DTが行うプレニル化反応の機構の一例を示す。An example of the mechanism of the prenylation reaction performed by SfN8DT is shown. SfL17b、SfN8DT、SfL17a、Sf1C12cおよびSf1C12fとその他のホモゲンチジン酸プレニルトランスフェラーゼとの間のシグナルペプチドを除いたアミノ酸配列の相同性の比較を示す。GmVTE2-1, AtVTE2-1, TaVTE2-1, ZmVTE2-1, ApVTE2-1およびCpVTE2-1:Eva Collakova et al, Plant Phys., 2001, 127, 1113-1124およびBeth Savidge etal., Plant Phys., 2002, 129, 321-332参照。HvHGGT, TaHGGTおよびOsHGGT: Edgar B Cahoon et al., Nature Biotech, 2003, 21, 1082-1087参照。GmVTE2-2およびAtVTE2-2:Venkatech et al., Planta, 2006, 223, 1134-1144参照。A comparison of amino acid sequence homologies excluding signal peptides between SfL17b, SfN8DT, SfL17a, Sf1C12c and Sf1C12f and other homogentisic prenyltransferases is shown. GmVTE2-1, AtVTE2-1, TaVTE2-1, ZmVTE2-1, ApVTE2-1 and CpVTE2-1: Eva Collakova et al, Plant Phys., 2001, 127, 1113-1124 and Beth Savidge etal., Plant Phys., See 2002, 129, 321-332. HvHGGT, TaHGGT and OsHGGT: See Edgar B Cahoon et al., Nature Biotech, 2003, 21, 1082-1087. See GmVTE2-2 and AtVTE2-2: Venkatech et al., Planta, 2006, 223, 1134-1144. SfN8DT-1(SfN8DT)、SfN8DT-2、SfG6DT、SfChal1DT(Sf1C12c)それぞれの部分配列とホモゲンチジン酸プレニルトランスフェラーゼの部分配列を用いて作製したマルチプルアライメントを示す。The multiple alignment produced using each partial sequence of SfN8DT-1 (SfN8DT), SfN8DT-2, SfG6DT, SfChal1DT (Sf1C12c) and a partial sequence of homogentisate prenyltransferase is shown. SfG6DTで形質転換した酵母のミクロソーム画分に、ゲニステインとDMAPPを加えたときの生成物をHPLCで解析した結果を示す。The result of having analyzed the product when genistein and DMAPP were added to the microsome fraction of yeast transformed with SfG6DT by HPLC is shown. SfG6DTが行うプレニル化反応の機構の一例を示す。An example of the mechanism of the prenylation reaction performed by SfG6DT is shown. SfG6DTの基質特異性をRadioactive assayによって検討した結果を示す。赤矢印及び青矢印が、検出された6−ジメチルアリルゲニステインを示す。The result of having examined the substrate specificity of SfG6DT by Radioactive assay is shown. The red and blue arrows indicate the detected 6-dimethylallylgenistein. 組換えSfN8DTの至適温度を示すグラフである。It is a graph which shows the optimal temperature of recombinant SfN8DT. 組換えSfN8DTの至適pHを示すグラフである。It is a graph which shows the optimal pH of recombinant SfN8DT. 組換えSfN8DTの二価カチオン要求性を示すグラフである。It is a graph which shows the bivalent cation requirement of recombinant SfN8DT. 組換えSfG6DTの至適温度を示すグラフである。It is a graph which shows the optimal temperature of recombinant SfG6DT. 組換えSfG6DTの至適pHを示すグラフである。It is a graph which shows the optimal pH of recombinant SfG6DT. 組換えSfG6DTの二価カチオン要求性を示すグラフである。It is a graph which shows the bivalent cation requirement of recombinant SfG6DT. クララ各器官におけるSfN8DT及びSfG6DTの発現を検討したノザンブロット解析結果のイメージを示す。The image of the northern blot analysis result which examined the expression of SfN8DT and SfG6DT in each organ of Clara is shown. クララの根におけるSfN8DT及びSfG6DTの発現部位を検討したRT−PCR解析結果のイメージを示す。なお、IFSはイソフラボン合成酵素を、CHSはカルコン合成酵素を、CHIはカルコンイソメラーゼを、それぞれ示す。The image of the RT-PCR analysis result which examined the expression site of SfN8DT and SfG6DT in the root of Clara is shown. Here, IFS represents isoflavone synthase, CHS represents chalcone synthase, and CHI represents chalcone isomerase. MJ、SA、YEのSfN8DT及びSfG6DTの発現に対する影響を検討したノザンブロット解析結果のイメージを示す。The image of the northern blot analysis result which examined the influence with respect to the expression of SfN8DT and SfG6DT of MJ, SA, and YE is shown. SfChal1DTで形質転換した酵母のミクロソーム画分に、イソリキリチゲニンとDMAPPを加えたときの生成物をLC/MSで解析した結果を示す。The results of LC / MS analysis of products obtained by adding isoliquiritigenin and DMAPP to the microsomal fraction of yeast transformed with SfChal1DT.

Claims (12)

膜結合性プレニルトランスフェラーゼであって、
NDxxDxxxD、NQxxDxxxD、NQxxExxxD、DDxxDxxxD、DQxxDxxxD、DQxxExxxD、NExxDxxxD、NExxExxxD及びDExxExxxDからなる群より選択される少なくとも1つの保存モチーフを有し、かつ
化学式(I):
Figure 2010022323
(式中、RおよびRは、同一または異なって、水素基、水酸基、フェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
およびRは、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)、
化学式(II):
Figure 2010022323
(式中、RおよびRは、同一または異なって、水素基、水酸基、フェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
およびRは、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)、
化学式(III):
Figure 2010022323
(式中、Rはフェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
10、R11およびR12は、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)、あるいは
化学式(IV):
Figure 2010022323
(式中、R13はフェニル基、フェノール基若しくはアリール基を示し、
14、R15およびR16は、同一または異なって、水素基、水酸基若しくはメトキシル基を示す)
で表される化合物にプレニル基を導入する酵素活性を示す膜結合性プレニルトランスフェラーゼ。
A membrane-bound prenyltransferase comprising:
It has at least one conserved motif selected from the group consisting of NDxxDxxxD, NQxxDxxxD, NQxxExxxD, DDxxDxxxD, DQxxDxxxD, DQxxExxxD, NExxDxxxD, NExxExxxD and DExxExxxD and has the chemical formula (I):
Figure 2010022323
(Wherein R 1 and R 2 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group, a phenyl group, a phenol group or an aryl group;
R 3 and R 4 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group),
Chemical formula (II):
Figure 2010022323
(Wherein R 5 and R 6 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group, a phenyl group, a phenol group or an aryl group;
R 7 and R 8 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group),
Chemical formula (III):
Figure 2010022323
(Wherein R 9 represents a phenyl group, a phenol group or an aryl group,
R 10 , R 11 and R 12 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group), or chemical formula (IV):
Figure 2010022323
(Wherein R 13 represents a phenyl group, a phenol group or an aryl group;
R 14 , R 15 and R 16 are the same or different and each represents a hydrogen group, a hydroxyl group or a methoxyl group)
A membrane-bound prenyltransferase exhibiting an enzyme activity for introducing a prenyl group into a compound represented by the formula:
プレニルドナーとしてジメチルアリルジホスフェート(DMAPP)、ゲラニル二リン酸(GPP)、ファルネシル二リン酸(FPP)、ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)、フィチル二リン酸(PDP)からなる群より選択される少なくとも1種を基質とする、請求項1に記載の膜結合性プレニルトランスフェラーゼ。 At least selected from the group consisting of dimethylallyl diphosphate (DMAPP), geranyl diphosphate (GPP), farnesyl diphosphate (FPP), geranylgeranyl diphosphate (GGPP), and phytyl diphosphate (PDP) as a prenyl donor The membrane-bound prenyltransferase according to claim 1, wherein one kind is used as a substrate. 以下の(i)又は(ii)のポリペプチド:
(i) 配列番号1、3、5、7、9、11又は13のいずれかのアミノ酸配列を有するポリペプチド、
(ii) (i)のポリペプチドにおいて、1又は2以上のアミノ酸残基が欠失、付加又は置換されたアミノ酸配列を有し、かつ、プレニルトランスフェラーゼ活性を有するポリペプチド。
The following polypeptide (i) or (ii):
(I) a polypeptide having the amino acid sequence of any one of SEQ ID NOs: 1, 3, 5, 7, 9, 11 or 13;
(Ii) A polypeptide having the amino acid sequence in which one or more amino acid residues are deleted, added or substituted in the polypeptide of (i), and having prenyltransferase activity.
植物由来である、請求項1〜3のいずれかに記載の膜結合性プレニルトランスフェラーゼ。 The membrane-bound prenyltransferase according to any one of claims 1 to 3, which is derived from a plant. 植物が、マメ科、クワ科、オトギリソウ科、ミカン科、セリ科、キク科またはアサ科あるいはホップから選択される、請求項4に記載の膜結合性プレニルトランスフェラーゼ。 The membrane-bound prenyltransferase according to claim 4, wherein the plant is selected from legume, mulberry, hypericum, citrus, sericaceae, chrysanthemum or aspens or hops. 以下の(iii)〜(v)のいずれかに示すDNAからなる遺伝子:
(iii) 配列番号2、4、6、8、10、12又は14のいずれかの塩基配列からなるDNA、
(iv) (iii)の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ膜結合性プレニルトランスフェラーゼをコードするDNA、
(v) (iii)の塩基配列からなるDNAと少なくとも70%以上の相同性を有する塩基配列からなるDNA。
A gene consisting of DNA shown in any of (iii) to (v) below:
(Iii) DNA comprising any one of the nucleotide sequences of SEQ ID NOs: 2, 4, 6, 8, 10, 12 or 14;
(Iv) DNA that hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to DNA consisting of the base sequence of (iii) and that encodes a membrane-bound prenyltransferase,
(V) DNA comprising a base sequence having at least 70% homology with DNA comprising the base sequence of (iii).
請求項6に記載の遺伝子を含むベクター。 A vector comprising the gene according to claim 6. 請求項7に記載のベクターを導入した形質転換体。 A transformant into which the vector according to claim 7 has been introduced. 請求項8に記載の形質転換体を培養し、その形質転換体および/またはその培養物から膜結合性プレニルトランスフェラーゼを採取する工程を含んでなる膜結合性プレニルトランスフェラーゼの調製方法。 A method for preparing a membrane-bound prenyltransferase comprising culturing the transformant according to claim 8 and collecting a membrane-bound prenyltransferase from the transformant and / or the culture. 請求項6に記載の遺伝子によってコードされる膜結合性プレニルトランスフェラーゼ。 A membrane-bound prenyltransferase encoded by the gene of claim 6. 請求項8に記載の形質転換体を培養し、その形質転換体および/またはその培養物から芳香族プレニル化化合物を採取する工程を含んでなる芳香族プレニル化化合物の製造方法。 A method for producing an aromatic prenylated compound, comprising culturing the transformant according to claim 8 and collecting the aromatic prenylated compound from the transformant and / or the culture. 形質転換体が酵母、植物又は植物細胞である、請求項9又は11に記載の方法。 The method according to claim 9 or 11, wherein the transformant is a yeast, a plant or a plant cell.
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