JP2013141421A - Plant having increased content of aromatic amino acid and method for producing the same - Google Patents

Plant having increased content of aromatic amino acid and method for producing the same Download PDF

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Ya-Qin Lang
亜琴 郎
Hiroto Hirano
博人 平野
Tetsuya Miwa
哲也 三輪
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a transformed plant which produces an aromatic amino acid in a larger amount than the same kind of wild type plant cultivated in identical conditions, and to provide a transformed plant which produces a secondary metabolite originated from the aromatic amino acid in a larger amount than the same kind of wild type plant cultivated in identical conditions.SOLUTION: In a plant having a shikimic acid synthesis route, the activity of 3-deoxy-D-arabino-heptulonate-7-phosphate synthetase (DAHPS) is increased, or the feed back inhibition of DAHPS is reversed. More specifically, the present invention includes transfer of a feed back inhibition reversal aroG modified in a gene aroG encoding DAHPS to a plant.

Description

本発明は、植物における芳香族アミノ酸合成系の遺伝子操作に関する。特に、本発明は、芳香族アミノ酸含量が増強された形質転換植物およびその作製方法に関する。
また、本発明は芳香族アミノ酸に由来する二次代謝産物の含量が増加した形質転換植物およびその作製方法に関する。
The present invention relates to genetic manipulation of aromatic amino acid synthesis systems in plants. In particular, the present invention relates to a transformed plant having an enhanced aromatic amino acid content and a method for producing the same.
The present invention also relates to a transformed plant having an increased content of secondary metabolites derived from aromatic amino acids and a method for producing the same.

芳香族アミノ酸のフェニルアラニン、チロシンとトリプトファンは蛋白質を合成する基質である一方、植物においては生長調節物質のホルモン、及び二次代謝産物の生産の基質でもある。
動物においては、これらのアミノ酸は必須アミノ酸であり、食物から摂取しなければならない。特に、トリプトファンはリジン、メチオニン、トレオニンと共に植物由来の飼料の品質を表す一つの栄養素である。したがって、食料や飼料となる作物に、これらのアミノ酸が高含有することが望ましい。
芳香族アミノ酸を基質として様々な機能性二次代謝産物が合成される。例えば、フェニルアラニンから合成されるフェニルプルパノイド、フラボノイド及びアルカノイドなどの2次代謝産物では、多くの成分が植物体内で抗菌、抗ストレス作用などを示し、これらは健康食品や薬としても使われている。抗酸化物質の一種であるビタミンEはチロシンの経路から合成される。また、トリプトファン合成経路からは植物の生長調節物質オーキシンの一種であるインドール酢酸などが合成される。以上のように、植物に含まれるアミノ酸の蓄積量の改変は、有用な二次代謝産物の大量合成や未知の機能性成分の検出に繋がると期待される。従って、機能性成分の探索に芳香族アミノ酸が高含有した植物の作出が期待される。
芳香族アミノ酸はシキミ酸合成経路からスタートする。シキミ酸合成経路とはホスホエノールピルビン酸(PEP)とエリスロース-4-リン酸(E-4P)が結合し、3-デオキシ-D-アラビノ-へプツロソン-7-リン酸(DAHP)になる反応から始まって、6つの酵素が関与し、7つの反応を通し、最後コリスミ酸が合成される経路である。この合成経路から、抗インフルエンザの薬として知られる、タミフルの原料、シキミ酸が合成される。そして、コリスミ酸を基質とし、芳香族アミノ酸のフェニルアラニン、チロシンとトリプトファンが合成される。シキミ酸合成経路を制御すると全ての芳香族アミノ酸、およびこの経路に係わる2次代謝産物も制御されると考えられる。
工業上では、微生物を利用してシキミ酸合成経路、及びアミノ酸合成経路を制御し、大量に芳香族アミノ酸を合成していることが知られており、フィードバック阻害解除遺伝子の導入が有効な手段として利用されている(欧州特許 EP745671;米国特許 US7638312)。
植物においては、芳香族アミノ酸合成経路の後半段階に関わる遺伝子のフィードバック阻害解除遺伝子を導入する手法で、芳香族アミノ酸を増加させた幾つかの報告がある。例えば、ArabidopsisにE. coliのフィードバック阻害解除遺伝子pheAを導入して、フェニルアラニンの高含量化している(Plant J. 2009;60(1):156-67)。また、Tozawa らはRiceにRice由来のフィードバック阻害解除遺伝子OASA1Dを導入してトリプトファンを増加させた(Plant Phys. 2001; 126: 1493-1506)。また、タバコに酵母由来のPDH遺伝子を導入し、ビタミンEを大量に合成させた(Plant Phys., 2004; 134: 92-100)。このような例においては、各アミノ酸合成経路の最終段階に関わる遺伝子を発現させているので、各遺伝子に対して1つのアミノ酸しか有効に増加させられない。
一方、シキミ酸合成経路のフィードバック阻害解除遺伝子を利用した芳香族アミノ酸増大の試みは、植物ではまだ報告がない。シキミ酸合成経路の最初のステップは、解糖系によって生成されるホスホエノールピルビン酸(PEP)と、D-エリトロース-4-リン酸(E-4P)とが結合して3-デオキシ-D-アラビノ-へプツロソン-7-リン酸が生成される工程である。この工程に関与する酵素はDAHPSである。微生物中では、DAHPSは3つのアイソザイムが存在し、aroG、aroF、aroHと呼ばれており、それぞれDAHPSの活性を80%、20%、1%有することが知られている。aroGはフェニルアラニンに、aroFはチロシンに、aroHはトリプトファンによってフィードバック阻害されることが知られている(J. BACTERIOL., 1988; 170(2) : 5500-5506)。フェニルアラニンによるフィードバック阻害が解除された例示的大腸菌DAHPSはaroGによってコードされるDAHPSのアミノ酸配列のN末端から150番目のプロリン(Pro)が他のアミノ酸、好ましくはロイシン(Leu)に置換された変異を有する。また、チロシンによるフィードバックが解除された例示的大腸菌DAHPSはaroFによってコードされるDAHPSのアミノ酸配列の148番目のProがLeuに置換された変異を有する(J. BACTERIOL., Nov. 1990, p. 6581-6584)。トリプトファンによるフィードバックが解除された、aroHによってコードされる大腸菌DAHPSの変異体の例はJ. BACTERIOL., Dec. 1988, p. 5500-5506に記載されている。
植物では、シロイヌナズナにおいて、2つのDAHPS遺伝子が存在し、それぞれ生理活性を持つと言われているが(Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1991; 88: 8821-8825、Mol. Plant, 2010; 3(6): 956-972)、アミノ酸からのフィードバック阻害を受けるかどうかは明らかにされていない。
The aromatic amino acids phenylalanine, tyrosine and tryptophan are substrates for protein synthesis, while in plants they are growth regulator hormones and secondary metabolite production substrates.
In animals, these amino acids are essential amino acids and must be taken from food. In particular, tryptophan is one nutrient that represents the quality of plant-derived feed together with lysine, methionine, and threonine. Therefore, it is desirable that these amino acids are contained in a high amount in food and feed crops.
Various functional secondary metabolites are synthesized using aromatic amino acids as substrates. For example, in secondary metabolites such as phenylpurpanoids, flavonoids and alkanoids synthesized from phenylalanine, many components exhibit antibacterial and antistress effects in plants, and these are also used as health foods and medicines. . Vitamin E, a type of antioxidant, is synthesized from the tyrosine pathway. In addition, indoleacetic acid, which is a kind of plant growth regulator auxin, is synthesized from the tryptophan synthesis pathway. As described above, modification of the amount of accumulated amino acids contained in plants is expected to lead to mass synthesis of useful secondary metabolites and detection of unknown functional components. Therefore, the production of plants with high content of aromatic amino acids is expected for the search for functional components.
Aromatic amino acids start from the shikimic acid synthesis pathway. Shikimic acid synthesis pathway combines phosphoenolpyruvate (PEP) and erythrose-4-phosphate (E-4P) into 3-deoxy-D-arabino-heptuloson-7-phosphate (DAHP) Starting from the reaction, 6 enzymes are involved, and through 7 reactions, the final chorismate is synthesized. From this synthetic pathway, shikimic acid, a raw material of Tamiflu, known as an anti-influenza drug, is synthesized. The aromatic amino acids phenylalanine, tyrosine, and tryptophan are synthesized using chorismic acid as a substrate. Control of the shikimate synthesis pathway is thought to control all aromatic amino acids and secondary metabolites involved in this pathway.
Industrially, it is known that aromatic amino acids are synthesized in large quantities by controlling the shikimate synthesis pathway and amino acid synthesis pathway using microorganisms, and introduction of feedback inhibition release genes is an effective means. (European patent EP745671; US patent US7638312).
In plants, there have been several reports of increasing aromatic amino acids by introducing a feedback inhibition release gene of a gene involved in the latter half of the aromatic amino acid synthesis pathway. For example, E. coli feedback inhibition release gene pheA is introduced into Arabidopsis to increase the content of phenylalanine (Plant J. 2009; 60 (1): 156-67). In addition, Tozawa et al. Increased Tryptophan by introducing Rice-derived feedback inhibition release gene OASA1D into Rice (Plant Phys. 2001; 126: 1493-1506). In addition, a yeast-derived PDH gene was introduced into tobacco to synthesize vitamin E in large quantities (Plant Phys., 2004; 134: 92-100). In such an example, since a gene related to the final stage of each amino acid synthesis pathway is expressed, only one amino acid can be effectively increased for each gene.
On the other hand, attempts to increase aromatic amino acids using a gene for feedback inhibition of the shikimate synthesis pathway have not yet been reported in plants. The first step of the shikimic acid synthesis pathway is the combination of phosphoenolpyruvate (PEP) produced by glycolysis and D-erythrose-4-phosphate (E-4P) to form 3-deoxy-D- This is the process in which arabino-heptuloson-7-phosphate is produced. The enzyme involved in this process is DAHPS. In microorganisms, DAHPS has three isozymes, called aroG, aroF, and aroH, which are known to have DAHPS activity of 80%, 20%, and 1%, respectively. AroG is known to be feedback-inhibited by phenylalanine, aroF by tyrosine, and aroH by tryptophan (J. BACTERIOL., 1988; 170 (2): 5500-5506). An exemplary Escherichia coli DAHPS in which feedback inhibition by phenylalanine is released is a mutation in which the 150th proline (Pro) from the N-terminal of the amino acid sequence of DAHPS encoded by aroG is replaced with another amino acid, preferably leucine (Leu). Have. In addition, exemplary E. coli DAHPS in which feedback by tyrosine was released has a mutation in which 148th Pro in the amino acid sequence of DAHPS encoded by aroF is replaced with Leu (J. BACTERIOL., Nov. 1990, p. 6581). -6584). Examples of mutants of E. coli DAHPS encoded by aroH, desensitized to tryptophan feedback, are described in J. BACTERIOL., Dec. 1988, p. 5500-5506.
In Arabidopsis thaliana, two DAHPS genes exist and are said to have physiological activities, respectively (Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1991; 88: 8821-8825, Mol. Plant, 2010; 3 (6): 956-972), whether it is subject to feedback inhibition from amino acids has not been clarified.

欧州特許第745671号公報European Patent No. 745671 米国特許第7638312号公報U.S. Patent No. 7638312

Plant J. 2009;60(1):156-67.Plant J. 2009; 60 (1): 156-67. Plant Phys., 2001; 126: 1493-1506Plant Phys., 2001; 126: 1493-1506 Plant Phys., 2004; 134: 92-100Plant Phys., 2004; 134: 92-100 J. BACTERIOL., 1988; 170(2) : 5500-5506J. BACTERIOL., 1988; 170 (2): 5500-5506 J. BACTERIOL., Nov. 1990, p. 6581-6584J. BACTERIOL., Nov. 1990, p. 6581-6584 J. BACTERIOL., Dec. 1988, p. 5500-5506J. BACTERIOL., Dec. 1988, p. 5500-5506 Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1991; 88: 8821-8825Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1991; 88: 8821-8825 Mol. Plant, 2010; 3(6): 956-972Mol. Plant, 2010; 3 (6): 956-972

本発明は、同一条件で栽培した同種の野生型植物に比較して、芳香族アミノ酸の含量が増大した形質転換植物を提供する。また、本発明は、同一条件で栽培した同種の野生型植物に比較して、芳香族アミノ酸に由来する二次代謝産物の含量が増大した形質転換植物を提供する。さらに、本発明は、同一条件で栽培した同種の野生型植物に比較して芳香族アミノ酸に由来する新規な二次代謝物質を産生する形質転換植物を提供する。   The present invention provides a transformed plant having an increased content of aromatic amino acids as compared to the same type of wild-type plant cultivated under the same conditions. The present invention also provides a transformed plant having an increased content of secondary metabolites derived from aromatic amino acids as compared to the same type of wild-type plant cultivated under the same conditions. Furthermore, the present invention provides a transformed plant that produces a novel secondary metabolite derived from an aromatic amino acid as compared to the same type of wild-type plant cultivated under the same conditions.

本発明はシキミ酸合成経路に関与する3-デオキシ-D-アラビノ-ヘプツロン-7-リン酸合成酵素(DAHPS)の活性が増大した、および/または、DAHPSのフィードバック阻害が解除された、形質転換植物およびその作出方法を提供する。
特に、本発明はDAHPSをコードする遺伝子aroGを改変したフィードバック阻害解除aroGを植物に導入することにより、同一条件で栽培した同種の野生型植物に比較して芳香族アミノ酸の含量が増大した形質転換植物およびその作出方法を提供する。
また、本発明は、大腸菌のaroGを改変したフィードバック阻害解除aroGを植物に導入することにより、同一条件で栽培した同種の野生型植物に比較して芳香族アミノ酸に由来する二次代謝産物の含量が増大した形質転換植物およびその作出方法を提供する。
The present invention relates to transformation in which the activity of 3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase (DAHPS) involved in the shikimate synthesis pathway is increased and / or feedback inhibition of DAHPS is released. A plant and a method for producing the plant are provided.
In particular, the present invention introduces a feedback inhibition release aroG in which a gene aroG encoding DAHPS has been modified into a plant, thereby transforming the aromatic amino acid content to be increased as compared to a wild-type plant of the same species cultivated under the same conditions. A plant and a method for producing the plant are provided.
In addition, the present invention introduces a feedback inhibition release aroG obtained by modifying aroG of Escherichia coli into a plant, so that the content of secondary metabolites derived from aromatic amino acids compared to the same type of wild-type plant cultivated under the same conditions Provides transformed plants and methods for their production.

図1はLigation PCRによる遺伝子配列の連結の概略を示す。FIG. 1 shows an outline of ligation of gene sequences by Ligation PCR. 図2はフィードバック阻害が解除されたDAHPSをコードするaroG(フィードバック阻害解除aroG)を含む遺伝子構築物の構造を示す。NPT II:ネオマイシホスホトランスフェラーゼII遺伝子; CaMV 35S promoter: カリフラワーモザイクウイルス35Sプロモーター;rbcS:リブロース-1,5-二燐酸カルボキシラーゼ/オキシゲナーゼ(RubisCo)小サブユニットのトランジットペプチドコード配列;aroG:変異aroG(バクテリアのフィードバック非感受性DAHPS遺伝子);HA:ヘマグルチニンエピトープタグ;NOS-ter:ノパリンオクトピンシンターゼターミネーター;ATG:翻訳開始コドン;TAG:終止コドン;LB:T-DNA領域の左ボーダー配列;RB:T-DNA領域の右ボーダー配列。FIG. 2 shows the structure of a gene construct containing aroG encoding DAHPS with released feedback inhibition (feedback inhibition released aroG). NPT II: neomycin phosphotransferase II gene; CaMV 35S promoter: cauliflower mosaic virus 35S promoter; rbcS: ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase / oxygenase (RubisCo) small subunit transit peptide coding sequence; aroG: mutant aroG ( Bacterial feedback insensitive DAHPS gene); HA: hemagglutinin epitope tag; NOS-ter: nopaline octopine synthase terminator; ATG: translation start codon; TAG: stop codon; LB: left border sequence of T-DNA region; RB: Right border sequence of T-DNA region. 図3は野生型植物およびフィードバック阻害解除aroGを導入した形質転換植物のゲノム分析の結果を示す。Mは100 bp のDNAマーカー、レーン上の3、4、5、6、7、8、9、12、14、16、20はそれぞれ形質転換体系統の番号である。Wは野生型を示す。FIG. 3 shows the results of genome analysis of wild-type plants and transformed plants into which feedback inhibition-removed aroG was introduced. M is a DNA marker of 100 bp, and 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 12, 14, 16, and 20 on the lane are transformant line numbers. W indicates a wild type. 図4は野生型植物およびフィードバック阻害解除aroGを導入した形質転換体のアミノ酸分析結果を示す。縦軸は新鮮質量あたりのアミノ酸含量(mmol/g FW)を示す。横軸の数字はそれぞれ形質転換系統の番号である。FIG. 4 shows the amino acid analysis results of a wild type plant and a transformant into which feedback inhibition release aroG was introduced. The vertical axis represents the amino acid content per fresh mass (mmol / g FW). The numbers on the horizontal axis are the numbers of transformed lines. 図5は野生型植物およびフィードバック阻害解除aroGを導入した形質転換系統のウエスタンブロット分析の結果を示す。各レーンの上の数字はそれぞれ形質転換系統の番号を示す。FIG. 5 shows the results of Western blot analysis of wild type plants and transformed lines into which feedback inhibition-removed aroG was introduced. The numbers above each lane indicate the number of the transformed line. 図6は野生型植物およびフィードバック阻害解除aroGを導入した形質転換系統のポリフェノール総量の分析結果を示す。縦軸は植物体新鮮質量100g当たりの、没食子酸(gallic acid)に相当するポリフェノール含量(mg)を示す。横軸の数字は形質転換系統の番号を示す。Wは野生型を示す。FIG. 6 shows the analysis results of the total amount of polyphenols of the wild type plant and the transformed line into which feedback inhibition release aroG was introduced. The vertical axis represents the polyphenol content (mg) corresponding to gallic acid per 100 g of fresh plant mass. The numbers on the horizontal axis indicate the numbers of transformed lines. W represents a wild type. 図7は野生型植物およびフィードバック阻害解除aroGを導入した形質転換系統の抽出液の抗酸化活性の測定結果を示す。縦軸は植物体新鮮質量100g中の同等なフリーラジカルの消去能を有するアスコルビン酸に相当する量(mg)を示す。横軸の数字は形質転換系統の番号を示す。Wは野生型を示す。FIG. 7 shows the measurement results of the antioxidant activity of the extract of a wild type plant and a transformed line into which feedback inhibition release aroG was introduced. The vertical axis represents the amount (mg) corresponding to ascorbic acid having an equivalent free radical scavenging capacity in 100 g of fresh plant mass. The numbers on the horizontal axis indicate the numbers of transformed lines. W represents a wild type. フェニルアラニンによるフィードバック阻害が解除された変異型大腸菌DAHPSのアミノ酸配列およびそれをコードするヌクレオチド配列。Amino acid sequence of mutant E. coli DAHPS desensitized to feedback inhibition by phenylalanine and nucleotide sequence encoding it. 図8−1つづき。Fig. 8-1 continued.

本発明は、植物における芳香族アミノ酸合成系の遺伝子操作に関する。具体的には、本発明は、芳香族アミノ酸含量が増強されたトランスジェニック植物、およびその作製方法に関する。
本発明において、芳香族アミノ酸合成に関与する酵素、特にシキミ酸合成系路に関与する酵素の活性および/またはそれらの酵素をコードする遺伝子が改変される。
このような発現の改変は、例えば、
a)酵素のコーディング配列が強力な構成プロモーターに機能し得る状態で結合されているトランスジーン、
b)芳香族アミノ酸合成に関与する酵素をコードする遺伝子のコピー数増加、
c)芳香族アミノ酸合成に関与する酵素をコードする遺伝子の発現を活性化する調節遺伝子、
d)芳香族アミノ酸合成に関与する酵素のフィードバック阻害の解除、
等によっておこなうことができる。
本発明の一実施態様においては、芳香族アミノ酸合成を行う酵素の活性が増大される。本発明の別の実施態様においては、芳香族アミノ酸合成を行う酵素をコードする遺伝子の発現が増強される。本発明の特に好ましい実施態様においては、芳香族アミノ酸合成に関与する遺伝子のフィードバック阻害を解除することにより、植物における芳香族アミノ酸合成が増強される。なお、本発明の形質転換植物におけるフィードバック阻害の「解除」とは、フィードバック阻害が全く生じないことのみを意味するのではなく、フィードバック阻害が同条件で栽培された野生型植物に比べて30%以上低下、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上低下、更に好ましくは90%以上低下、最も好ましくは99%以上低下していることを言う。また、フィードバック阻害の「解除」の程度は、例えば、Kikuchiら(Appl. Environ. Microbiol., 1997, 63, 761-762)が開示する手法により確認することができる。より具体的にはPhe(フェニルアラニン)存在下でDAHPS活性をSchonerとHerrman(J. Biol. Chem.,1976, 251, 5440-5447)の方法に従って測定し、共存するPhe濃度とDAHPS活性の低下との関係を測定することによりフィードバック阻害の解除の程度を評価することができる。例えば2〜10 mMの範囲の特定濃度のPhe共存下におけるDAHPSの比活性(U/mg)を野生型と本発明の形質転換植物由来のサンプルで比較することによってフィードバック阻害の程度を測定することができる。1Uは例えばホスホエノールピルビン酸とエリスロース-4-リン酸から37℃、1分間に1 μmolのDAHPを生成する酵素活性の単位として定義することができる。具体的には、前記Kikuchiらの文献に示されたように2 mMPheによって野生型DAHPS活性が90%阻害される場合、本発明の形質転換植物のDAHPS活性が2 mMのPheによって90%未満しか阻害されない場合、本発明の形質転換植物のDAHPSのフィードバック阻害は野生型植物に比べて「解除」されていると判断することができ、さらに本発明の形質転換植物のDAHPS活性が2 mMのPheによって45%しか阻害されない場合は本発明の形質転換植物のDAHPSのフィードバック阻害は野生型植物に比べて50%低下していると判断することができる。また、Pheによって本発明の形質転換植物のDAHPS活性が(測定可能範囲で)全く阻害されない場合、あるいは、寧ろPheによって活性が上昇する場合であっても、本発明の形質転換植物における芳香族アミノ酸合成に関与する遺伝子のフィードバック阻害が「同条件で栽培された野生型植物に比べてフィードバック阻害が同条件で栽培された野生型植物に比べて30%以上低下、好ましくは50%以上、より好ましくは70%以上低下、更に好ましくは90%以上低下、最も好ましくは99%以上低下している」のは言うまでもない。
The present invention relates to genetic manipulation of aromatic amino acid synthesis systems in plants. Specifically, the present invention relates to a transgenic plant having an enhanced aromatic amino acid content and a method for producing the same.
In the present invention, the activities of enzymes involved in aromatic amino acid synthesis, particularly the enzymes involved in the shikimate synthesis pathway and / or the genes encoding these enzymes are modified.
Such modification of expression is, for example,
a) a transgene in which the coding sequence of the enzyme is operably linked to a strong constitutive promoter,
b) increased copy number of a gene encoding an enzyme involved in aromatic amino acid synthesis;
c) a regulatory gene that activates the expression of a gene encoding an enzyme involved in aromatic amino acid synthesis;
d) cancellation of feedback inhibition of enzymes involved in aromatic amino acid synthesis;
Etc.
In one embodiment of the invention, the activity of an enzyme that performs aromatic amino acid synthesis is increased. In another embodiment of the present invention, the expression of a gene encoding an enzyme that performs aromatic amino acid synthesis is enhanced. In a particularly preferred embodiment of the invention, aromatic amino acid synthesis in plants is enhanced by eliminating feedback inhibition of genes involved in aromatic amino acid synthesis. “Release” of feedback inhibition in the transformed plant of the present invention does not only mean that feedback inhibition does not occur at all, but feedback inhibition is 30% compared to wild-type plants cultivated under the same conditions. It means a reduction of more than 50%, preferably 50% or more, more preferably 70% or more, further preferably 90% or more, and most preferably 99% or more. In addition, the degree of “cancellation” of feedback inhibition can be confirmed, for example, by the technique disclosed by Kikuchi et al. (Appl. Environ. Microbiol., 1997, 63, 761-762). More specifically, in the presence of Phe (phenylalanine), DAHPS activity was measured according to the method of Schoner and Herrman (J. Biol. Chem., 1976, 251, 5440-5447), and the coexisting Phe concentration and DAHPS activity decreased The degree of cancellation of feedback inhibition can be evaluated by measuring the relationship. For example, measuring the degree of feedback inhibition by comparing the specific activity (U / mg) of DAHPS in the presence of a specific concentration of Phe in the range of 2 to 10 mM with a sample derived from the wild type and the transformed plant of the present invention. Can do. 1 U can be defined, for example, as a unit of enzyme activity that produces 1 μmol of DAHP per minute at 37 ° C. from phosphoenolpyruvate and erythrose-4-phosphate. Specifically, when wild-type DAHPS activity is inhibited by 90% by 2 mMPhe as shown in the above-mentioned Kikuchi et al., The DAHPS activity of the transformed plant of the present invention is less than 90% by 2 mM Phe. If not inhibited, it can be determined that the feedback inhibition of DAHPS of the transformed plant of the present invention is “removed” compared to the wild-type plant, and the transformed plant of the present invention has a DHPS activity of 2 mM Phe. When only 45% is inhibited by the above, it can be judged that the DAHPS feedback inhibition of the transformed plant of the present invention is 50% lower than that of the wild type plant. Even if Phe does not inhibit (in a measurable range) the DAHPS activity of the transformed plant of the present invention at all, or even if the activity is increased by Phe, the aromatic amino acid in the transformed plant of the present invention The feedback inhibition of the genes involved in the synthesis is “30% lower than the wild type plant cultivated under the same condition compared to the wild type plant cultivated under the same condition, preferably 50% or more, more preferably Needless to say, the decrease is 70% or more, more preferably 90% or more, and most preferably 99% or more.

本発明の方法は例えば以下の手順を含む:
a)シキミ酸合成系路に関与する遺伝子をクローニングする工程;
b)得られた遺伝子をフィードバック阻害が解除されるように改変する工程;
c)必要に応じて、改変した遺伝子を必要により適切なベクターへ適切な方向に挿入し、再クローニングする工程;
d)b)で得られた改変遺伝子またはc)で得られたベクターを植物または植物細胞へ導入し、形質転換体を得る工程。
The method of the invention comprises, for example, the following procedure:
a) cloning a gene involved in the shikimic acid synthesis pathway;
b) modifying the obtained gene so that feedback inhibition is released;
c) if necessary, inserting the modified gene into an appropriate vector in an appropriate direction, if necessary, and recloning;
d) A step of introducing a modified gene obtained in b) or a vector obtained in c) into a plant or plant cell to obtain a transformant.

また、本発明は、
a)シキミ酸合成系路に関与する遺伝子をクローニングする工程;
b)得られた遺伝子をフィードバック阻害が解除されるように改変する工程;
c)改変した遺伝子またはその断片を用いて植物ゲノムにフィードバック阻害が解除された遺伝子を組み込むことにより、形質転換体を得る工程、
を含んでも良い。
いずれの場合も、形質転換体が植物細胞の場合は得られた形質転換細胞を植物体へ再生することができる。
The present invention also provides:
a) cloning a gene involved in the shikimic acid synthesis pathway;
b) modifying the obtained gene so that feedback inhibition is released;
c) obtaining a transformant by incorporating a gene whose feedback inhibition has been released into the plant genome using the modified gene or a fragment thereof,
May be included.
In either case, when the transformant is a plant cell, the obtained transformed cell can be regenerated into the plant body.

本発明において、活性が増強されるシキミ酸合成系路に関与する酵素には3-デオキシ-D-アラビノ-へプツロソン-7-リン酸合成酵素(DAHPS)が含まれる。また、本発明においてフィードバック阻害が解除されるシキミ酸合成系路に関与する遺伝子には、シキミ酸合成系路の最初のステップに関与する3-デオキシ-D-アラビノ-へプツロソン-7-リン酸合成酵素(DAHPS)のサブユニットを構成する少なくとも一つの遺伝子が含まれる。上述したように、大腸菌のDAHPSには3つのアイソザイムが存在し、それぞれaroG、aroF、aroHと呼ばれる遺伝子によってコードされている。このうちaroGによってコードされるDAHPSアイソザイムはDAHPSの全活性の80%を担い、aroGによってコードされるDAHPSは多数の2次代謝産物合成の基質となるフェニルアラニンによってフィードバック阻害される。したがって、本発明において活性が増大されるシキミ酸合成系路に関与する酵素としてはaroGによってコードされるDAHPSが特に好ましく、本発明において発現が増強される、または、フィードバック阻害が解除されるDAHPSをコードする遺伝子としてaroGが特に好ましい。本発明に使用できる、フェニルアラニンによるフィードバック阻害が解除された例示的大腸菌DAHPSはaroGによってコードされるDAHPS(配列番号2)のアミノ酸配列の150番目のプロリン(Pro)が他のアミノ酸、好ましくはロイシン(Leu)に置換された変異を有する(配列番号4)。   In the present invention, enzymes involved in the shikimate synthesis pathway whose activity is enhanced include 3-deoxy-D-arabino-heptuloson-7-phosphate synthase (DAHPS). In the present invention, the gene involved in the shikimate synthesis pathway in which feedback inhibition is released includes 3-deoxy-D-arabino-heptuloson-7-phosphate involved in the first step of the shikimate synthesis pathway. It contains at least one gene constituting the subunit of synthase (DAHPS). As described above, there are three isozymes in DAHPS of E. coli, which are encoded by genes called aroG, aroF, and aroH, respectively. Among them, DAHPS isozyme encoded by aroG is responsible for 80% of the total activity of DAHPS, and DAHPS encoded by aroG is feedback-inhibited by phenylalanine, which is a substrate for the synthesis of many secondary metabolites. Therefore, DAHPS encoded by aroG is particularly preferable as an enzyme involved in the shikimate synthesis pathway whose activity is increased in the present invention. In the present invention, DAHPS whose expression is enhanced or feedback inhibition is released is selected. AroG is particularly preferred as the gene to be encoded. An exemplary Escherichia coli DAHPS that is desensitized to feedback inhibition by phenylalanine that can be used in the present invention has a proline (Pro) at the 150th amino acid sequence of DAHPS (SEQ ID NO: 2) encoded by aroG as another amino acid, preferably leucine ( Leu) has a mutation substituted (SEQ ID NO: 4).

本発明において、フィードバック阻害が解除されるシキミ酸合成系路に関与する酵素をコードする遺伝子、特にaroG遺伝子の由来は特に限定されず、細菌、酵母、藻類、および植物由来の対応する遺伝子であってよい。一般に動物にはシキミ酸合成系路は動物には見られないが、存在したとすればその経路に関与する遺伝子も本発明において発現を増強する遺伝子、または、フィードバック阻害を解除すべき遺伝子として利用できることは当然である。そのような供給源から得られた配列は植物細胞内で機能する適切なプロモーターと機能可能に連結させることができ、また宿主植物におけるそれらの翻訳効率を高めるため、あるいはコードされた酵素の触媒作用を変えるためにin vitro突然変異誘発またはde novo合成によって改変してもよい。これらの改変には基質および/または触媒作用に関与する残基の修飾が含まれるが、これらに限られない。さらに、シキミ酸合成系路に関与する酵素をコードする遺伝子は、発現される宿主あるいはオルガネラのコドン使用頻度に応じて最適なコドンを有するように改変することもできる。また、これらの遺伝子配列に適切なトランジットペプチド、例えば葉緑体への移行を促進するトランジットペプチド、をコードする核酸配列を連結してもよい。   In the present invention, the origin of a gene encoding an enzyme involved in the shikimate synthesis pathway in which feedback inhibition is released, particularly the aroG gene, is not particularly limited, and is a corresponding gene derived from bacteria, yeast, algae, and plants. It's okay. In general, the shikimic acid synthesis pathway is not found in animals, but if it exists, the gene involved in that pathway is also used as a gene that enhances expression in the present invention or a gene that should cancel feedback inhibition. It is natural that we can do it. Sequences obtained from such sources can be operably linked to appropriate promoters that function in plant cells, to increase their translation efficiency in the host plant, or to catalyze the encoded enzyme. May be modified by in vitro mutagenesis or de novo synthesis to alter. These modifications include, but are not limited to, modification of residues involved in substrate and / or catalysis. Furthermore, a gene encoding an enzyme involved in the shikimic acid synthesis pathway can be modified to have an optimal codon according to the codon usage of the host to be expressed or the organelle. In addition, a nucleic acid sequence encoding an appropriate transit peptide such as a transit peptide that promotes transfer to chloroplasts may be linked to these gene sequences.

さらに、ホスホエノールピルビン酸(PEP)とD-エリトロース-4-リン酸(E-4P)とから3-デオキシ-D-アラビノ-へプツロソン-7-リン酸3-デオキシ-D-アラビノ-へプツロソン-7-リン酸を合成する活性(3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素活性、すなわち、DAHPS活性)を有し、フィードバック阻害が解除されたポリペプチドをコードする限り、上述した様々な核酸配列にストリンジェントな条件でハイブリダイズする核酸も本発明に使用することができる。したがって、配列番号2のアミノ酸配列からなるタンパク質の1以上のアミノ酸が欠失、付加、置換されたタンパク質をコードする核酸断片も、DAHPS活性を有し、かつ、アミノ酸配列の150番目のProがLeuに置換された変異を含むポリペプチドをコードする限り本発明に利用することができる。ここで、「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。「ストリンジェントな条件」とは、いわゆる特異的なハイブリッドが形成され、非特異的なハイブリッドが形成されない条件をいう。そのような条件はSambrook et al., 2001, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Third Edition (2001) Cold Spring Harbor Laboratory Press等に記載されているように当業者によく知られたものである。ストリンジェントな条件には、相同性が高いDNA同士、例えば80、90、95、97または99%以上の相同性を有するDNA同士がハイブリダイズし、それより相同性が低いDNA同士がハイブリダイズしない条件、および、通常のサザンハイブリダイゼ−ションの洗浄条件である60℃、1xSSC,0.1%SDS、好ましくは、0.1xSSC、0.1%SDSさらに好ましくは、68℃、0.1xSSC、0.1%SDSに相当する塩濃度、温度で、1回より好ましくは2〜3回洗浄する条件が含まれる。アミノ酸配列および核酸配列の相同性は、例えばEBI(European Bioinformatics Institute、http://www.ebi.ac.uk/)から提供されているBLAST、FASTA等の、当業者によく知られた解析プログラムを標準的なパラメーターと共に用いて計算することができる。   In addition, 3-deoxy-D-arabino-heptuloson-7-phosphate 3-deoxy-D-arabino-heptuloson from phosphoenolpyruvate (PEP) and D-erythrose-4-phosphate (E-4P) As long as it encodes a polypeptide that has an activity to synthesize 7-phosphate (3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase activity, ie, DAHPS activity) and is desensitized to feedback inhibition, Nucleic acids that hybridize to the various nucleic acid sequences described above under stringent conditions can also be used in the present invention. Therefore, a nucleic acid fragment encoding a protein in which one or more amino acids of the protein consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 has been deleted, added, or substituted has DAHPS activity, and the 150th Pro in the amino acid sequence is Leu. Any polypeptide can be used in the present invention as long as it encodes a polypeptide containing a mutation substituted for. Here, “stringent conditions” refers to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. “Stringent conditions” refers to conditions under which so-called specific hybrids are formed and non-specific hybrids are not formed. Such conditions are well known to those skilled in the art as described in Sambrook et al., 2001, Molecular Cloning: A Laboratory Manual, Third Edition (2001) Cold Spring Harbor Laboratory Press. Under stringent conditions, DNAs with high homology, for example, DNAs having a homology of 80, 90, 95, 97 or 99% or higher hybridize, and DNAs with lower homology do not hybridize with each other. Equivalent to the washing conditions for normal Southern hybridization, 60 ° C., 1 × SSC, 0.1% SDS, preferably 0.1 × SSC, 0.1% SDS, more preferably 68 ° C., 0.1 × SSC, 0.1% SDS The conditions include washing at a salt concentration and temperature to wash once, more preferably 2 to 3 times. The homology of the amino acid sequence and the nucleic acid sequence is an analysis program well known to those skilled in the art, such as BLAST, FASTA, etc. provided by EBI (European Bioinformatics Institute, http://www.ebi.ac.uk/) Can be calculated using standard parameters.

本発明の特に好ましい実施態様においては、大腸菌(E.coli)由来のDAHPS遺伝子、特にaroGが、フィードバック阻害が解除されるように改変され、改変されたE.coli DAHPS遺伝子は適切なプロモーターに連結された遺伝子構築物として植物に導入される。そのような遺伝子構築物の作製方法は当業者にはよく知られたものである。特定の遺伝子を改変する部位特異的変異導入方法も当業者にはよく知られたものである。大腸菌のarogG遺伝子のヌクレオチド配列を配列番号1に、aroGにコードされるDAHPSのアミノ酸配列を配列番号2に示す。フェニルアラニンによるフィードバック阻害が解除された大腸菌DAHPSの例はDAHPSのアミノ酸配列の150番目のプロリン(Pro)が他のアミノ酸、好ましくはロイシン(Leu)に置換された変異DAHPSである。このようなアミノ酸配列を有するDAHPSをコードする変異aroGの作製は、配列番号1および2の情報に基づいて部位特異的変異導入によって容易に作成することができる。フェニルアラニンによるフィードバック阻害が解除された大腸菌DAHPSをコードするヌクレオチド配列の例を配列番号3に、フィードバック阻害が解除されたDAHPSのアミノ酸配列の例を配列番号4に、および、それらをまとめて図8−1および図8−2に示す。配列番号4のアミノ酸配列以外に、配列番号2記載のアミノ酸配列の202位のアラニン(Ala)がスレオニン(Thr)に置換された配列、146位のアスパラギン酸(Asp)がアスパラギン(Asn)に置換された配列、または、147位のメチオニン(Met)がイソロイシン(Ile)に置換された配列からなる変異型DAHPSもフィードバック阻害が解除されたDAHPSの例である。   In a particularly preferred embodiment of the invention, the DAHPS gene from E. coli, in particular aroG, has been modified so that feedback inhibition is released and the modified E. coli DAHPS gene is linked to a suitable promoter. Introduced into plants as a genetic construct. Methods for producing such gene constructs are well known to those skilled in the art. Site-directed mutagenesis methods for modifying specific genes are also well known to those skilled in the art. The nucleotide sequence of the arogG gene of E. coli is shown in SEQ ID NO: 1, and the amino acid sequence of DAHPS encoded by aroG is shown in SEQ ID NO: 2. An example of Escherichia coli DAHPS in which feedback inhibition by phenylalanine is canceled is a mutant DAHPS in which the 150th proline (Pro) in the amino acid sequence of DAHPS is replaced with another amino acid, preferably leucine (Leu). A mutation aroG encoding DAHPS having such an amino acid sequence can be easily prepared by site-directed mutagenesis based on the information of SEQ ID NOs: 1 and 2. An example of a nucleotide sequence encoding Escherichia coli DAHPS in which feedback inhibition by phenylalanine is released is shown in SEQ ID NO: 3, an example of an amino acid sequence of DAHPS in which feedback inhibition is released is shown in SEQ ID NO: 4, and these are collectively shown in FIG. 1 and FIG. 8-2. In addition to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4, a sequence in which alanine (Ala) at position 202 is replaced with threonine (Thr) in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 2, and aspartic acid (Asp) at position 146 is replaced with asparagine (Asn) Or a mutant DAHPS comprising a sequence in which methionine (Met) at position 147 is replaced with isoleucine (Ile) is also an example of DAHPS in which feedback inhibition is released.

本明細書においては配列番号2のアミノ酸配列からなるポリペプチドに対して、少なくとも80、90、95、97または99%以上の配列同一性を有するポリペプチドであって、3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素活性を有し、かつ、配列番号2のアミノ酸配列の150番目に対応するProが他のアミノ酸、好ましくはLeuに置換されたポリペプチドは「フィードバック阻害が解除された3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素(DAHPS)」であり、そのような酵素をコードする遺伝子はフィードバック阻害が解除されたDAHPSをコードする「フィードバック阻害解除aroG」または「変異aroG」である。配列番号2のアミノ酸配列からなるポリペプチドに対して、少なくとも80、90、95、97または99%以上の配列同一性を有するポリペプチドをコードする核酸断片は、たとえば配列番号1または配列番号3の配列情報に基づいて1または2以上の核酸プローブを設計し、それらのプローブを用いて、上述したハイブリダイズ条件下でシキミ酸合成系路を有する種々の生物種のcDNAライブラリー等をスクリーニングすることによっても容易に得られる。得られたクローンがDAHPS活性を有することは適切な宿主−発現系を用いて確認することができる。配列番号2のアミノ酸配列からなるポリペプチドに対して、少なくとも80、90、95、97または99%以上の配列同一性を有するポリペプチドにおける、配列番号2のアミノ酸配列の150番目の位置のProに対応するプロリンの位置は、配列番号2のアミノ酸配列からなるポリペプチドと他のポリペプチドとのアラインメントによって同定することができる。配列のアラインメントはEBI等で提供しているCLUSTALW等の当業者によく知られたツールを使って行うことができる。   As used herein, a polypeptide having at least 80, 90, 95, 97, or 99% sequence identity to the polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, comprising 3-deoxy-D-arabino -A polypeptide having a heptulon-7-phosphate synthase activity and having Pro substituted at the 150th position of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 with another amino acid, preferably Leu, is "released from feedback inhibition. 3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase (DAHPS) ", and the gene encoding such an enzyme is" feedback inhibition released aroG "encoding DAHPS with released feedback inhibition or It is “mutant aroG”. A nucleic acid fragment encoding a polypeptide having at least 80, 90, 95, 97 or 99% sequence identity to the polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is, for example, that of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3. Designing one or two or more nucleic acid probes based on sequence information, and using these probes to screen cDNA libraries of various species having a shikimate synthesis pathway under the hybridizing conditions described above. Can also be easily obtained. It can be confirmed that the obtained clone has DAHPS activity using an appropriate host-expression system. Pro in the 150th position of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 in a polypeptide having at least 80, 90, 95, 97 or 99% sequence identity to the polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 The position of the corresponding proline can be identified by alignment of the polypeptide consisting of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 with other polypeptides. Sequence alignment can be performed using tools well known to those skilled in the art such as CLUSTALW provided by EBI and the like.

大腸菌DAHPSに対応する植物の内在性遺伝子について、上記と同様な変異を相同組換え等によって導入することにより、異種DNAを導入することなく、シキミ酸合成経路に関与する酵素のフィードバック阻害を解除することもできる。たとえば、シロイヌナズナのDAHPS遺伝子配列は、Keithら、1991,Proc. Natl. Acad. Sci. USA,88:8821-8825; Accession No. M74819から得ることができ、この配列情報に基づいて、シロイヌナズナまたは他の植物種における大腸菌DAHPSに対応する内在性遺伝子について上記と同様な変異を相同組換え等によって導入することができる。
本発明に使用される遺伝子構築物は、一般に、aroGまたは変異aroGの他に植物細胞内で機能する適切なプロモーター、ノパリン合成酵素遺伝子ターミネーターのような適切なターミネーター、その他の発現制御に有用なエレメント(たとえばエンハンサー)、および、形質転換体を選抜するための適切なマーカー遺伝子、例えばカナマイシン耐性遺伝子、G418耐性遺伝子、ハイグロマイシン耐性遺伝子などを含む薬剤耐性遺伝子を含んでよい。この構築物に含まれるプロモーターは構成的プロモーターであっても器官特異的若しくは生育特異的であってもよく、使用する宿主、遺伝子、必要とする発現量、発現させるべき器官、生育ステージ等に依存して選択することができる。本発明においてシキミ酸合成系路に関与する変異を含むまたは含まない遺伝子、特に変異を含むまたは含まないDAHPS遺伝子を発現させる場合、前述のプロモーターおよびその他の発現制御に有用なエレメントを複数使用することが望ましいこともある。
Eliminate feedback inhibition of enzymes involved in the shikimate synthesis pathway without introducing heterologous DNA by introducing a mutation similar to the above into the endogenous gene of the plant corresponding to E. coli DAHPS. You can also. For example, the Arabidopsis DAHPS gene sequence can be obtained from Keith et al., 1991, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 88: 8821-8825; Accession No. M74819, and based on this sequence information, Arabidopsis or other For the endogenous gene corresponding to Escherichia coli DAHPS in these plant species, mutations similar to those described above can be introduced by homologous recombination or the like.
In addition to aroG or mutant aroG, gene constructs used in the present invention generally include appropriate promoters that function in plant cells, appropriate terminators such as nopaline synthase gene terminators, and other elements useful for expression control ( And drug resistance genes including, for example, kanamycin resistance gene, G418 resistance gene, hygromycin resistance gene and the like, and appropriate marker genes for selecting transformants. The promoter contained in this construct may be a constitutive promoter, organ-specific or growth-specific, depending on the host used, gene, required expression level, organ to be expressed, growth stage, etc. Can be selected. In the present invention, when expressing a gene containing or not containing a mutation involved in the shikimate synthesis pathway, particularly a DAHPS gene containing or not containing a mutation, a plurality of the aforementioned promoters and other elements useful for expression control should be used. May be desirable.

芳香族アミノ酸含量の増大した植物は、上述のように改変されたシキミ酸合成経路に関与する酵素、特にDAHPSをコードする核酸分子に連結された植物プロモーターを含む遺伝子構築物で植物細胞を形質転換することにより作製することができる。本発明の好ましい実施態様において使用される関連プロモーターは強力かつ非器官特異的または非生育ステージ特異的プロモーター(例えば、多くまたは全ての組織中で強く発現するプロモーター)である。この様な強力な構成的プロモーターにはCaMV35Sプロモーターが含まれる。
本発明の更に別の実施態様において、誘導プロモーターを所望の酵素をコードする配列に結合させた遺伝子構築物で植物を形質転換する事が有利であり得る。この様なプロモーターには、熱ショック遺伝子、フェニルアラニンアンモニアリアーゼ遺伝子などの防御応答遺伝子、傷害応答遺伝子が含まれるがこれらに限定されない。
Plants with increased aromatic amino acid content are transformed into plant cells with a genetic construct comprising a plant promoter linked to a nucleic acid molecule encoding DAHPS, an enzyme involved in the shikimate synthesis pathway modified as described above. Can be produced. Related promoters used in preferred embodiments of the invention are strong and non-organ-specific or non-growth stage-specific promoters (eg, promoters that are strongly expressed in many or all tissues). Such strong constitutive promoters include the CaMV35S promoter.
In yet another embodiment of the invention, it may be advantageous to transform a plant with a genetic construct in which an inducible promoter is linked to a sequence encoding the desired enzyme. Such promoters include but are not limited to defense response genes such as heat shock genes, phenylalanine ammonia lyase genes, and injury response genes.

上述の遺伝子構築物は、その構築物を選抜するための選択可能なマーカーを含んでもよい。例えば、細菌中で伝達される構築物は抗生物質耐性遺伝子、例えばカナマイシン、テトラサイクリン、ストレプトマイシン、またはクロラムフェニコール対する耐性を与える遺伝子を含むことが好ましい。構築物を伝達するのに適したベクターとして、プラスミッド、コスミド、バクテリオファージまたはウイルスが挙げられる。加えて、組換え構築物は、これらの構築物により形質転換された植物細胞の単離、同定または追跡のための植物発現性の選抜マーカー遺伝子又はスクリーニング可能なマーカー遺伝子を含んでも良い。選抜マーカーには、例えば、カナマイシン、G418、およびハイグロマイシンなどの抗生物質に対する耐性、スルフォニル尿素、フォスフィノスリシン、およびグリフォセートなどの除草剤に対する耐性を付与する遺伝子が含まれる、これらに限定されない。スクリーニング可能なマーカー遺伝子には、β−グルクロニダーゼ遺伝子、ルシフェラーゼ遺伝子が含まれるがこれらに限定はされない。   The gene construct described above may include a selectable marker for selecting the construct. For example, constructs transmitted in bacteria preferably include genes that confer resistance to antibiotic resistance genes such as kanamycin, tetracycline, streptomycin, or chloramphenicol. Suitable vectors for transferring the construct include plasmids, cosmids, bacteriophages or viruses. In addition, the recombinant constructs may include plant-expressing selectable marker genes or screenable marker genes for the isolation, identification or tracking of plant cells transformed with these constructs. Selection markers include, but are not limited to, genes that confer resistance to antibiotics such as kanamycin, G418, and hygromycin, and resistance to herbicides such as sulfonylurea, phosphinothricin, and glyphosate. . Marker genes that can be screened include, but are not limited to, β-glucuronidase gene and luciferase gene.

本発明に使用できる遺伝子導入法は特に限定されず、植物細胞あるいは植物体への遺伝子導入法として当業者に知られるいずれの方法を使用してもよい。例えば、本発明の実施態様の一つにおいて、アグロバクテリウムが遺伝子構築物を植物に導入するのに用いられる。この様な形質転換は2成分アグロバクテリウムT-DNAベクター(Bevan, 1984, Nuc. acid Res. 12:8711-8721)、および同時培養操作(Horschら、1985, Science, 227:1229-1231)を使用することが望ましい。アグロバクテリウム形質転換系はまた単子葉植物および植物細胞を形質転換するのに使用することもできる。植物を形質転換するためにアグロバクテリウム系を利用した植物の形質転換法は当業者によく知られたものである。   The gene introduction method that can be used in the present invention is not particularly limited, and any method known to those skilled in the art as a gene introduction method into a plant cell or a plant body may be used. For example, in one embodiment of the present invention, Agrobacterium is used to introduce a genetic construct into a plant. Such transformation can be performed using a two-component Agrobacterium T-DNA vector (Bevan, 1984, Nuc. Acid Res. 12: 8711-8721) and a co-culture procedure (Horsch et al., 1985, Science, 227: 1229-1231). It is desirable to use The Agrobacterium transformation system can also be used to transform monocotyledonous plants and plant cells. Plant transformation methods utilizing the Agrobacterium system to transform plants are well known to those skilled in the art.

別の実施態様において、組換え核酸構築物を植物および植物細胞に導入する為の種々の別法を使用することができる。別の遺伝子導入法および形質転換方法には、裸のDNAの、カルシウム、ポリエチレングリコール(PEG)またはエレクトロポレーションを用いたプロトプラスト形質転換法、減圧浸潤法を用いたin planta形質転換法(C. R. Acad Sci. Paris, Life Science, 1993; 316, 1194-1199)が含まれる。
本発明において対象とする植物は特に限定されず、たとえば、トマト、ポテト、ビート、ダイズ、シロイヌナズナ、トウモロコシ、小麦、イネ、サトウキビ、トウガラシ、レタス、サツマイモ、ブロッコリー、ベリー類(イチゴ、ラズベリー、ポイズンベリー、グースベリー、ブルーベリー、マリオンベリー等)が挙げられるが、これらに限定されない。
In other embodiments, various alternative methods for introducing recombinant nucleic acid constructs into plants and plant cells can be used. Alternative gene transfer and transformation methods include naked DNA, protoplast transformation using calcium, polyethylene glycol (PEG) or electroporation, in planta transformation using reduced pressure infiltration (CR Acad Sci. Paris, Life Science, 1993; 316, 1194-1199).
Plants targeted in the present invention are not particularly limited, and for example, tomato, potato, beet, soybean, Arabidopsis, corn, wheat, rice, sugarcane, pepper, lettuce, sweet potato, broccoli, berries (strawberry, raspberry, poison berry) , Gooseberry, blueberry, marionberry, etc.), but is not limited thereto.

形質転換された植物体、植物細胞、カルス、組織等は、形質転換に用いた遺伝子構築物に存在するマーカー遺伝子によりコードされた形質につき選択又はスクリーニングする事により同定され、単離することができる。更に形質転換された植物細胞および植物は、本発明の組換え核酸構築物に存在しうる可視のマーカー遺伝子(例えば、β−グルクロニダーゼ遺伝子、ルシフェラーゼ遺伝子)の活性につきスクリーニングする事により同定することもできる。この様な選択方法およびスクリーニング方法は当業者に公知である。
さらに、本発明の遺伝子構築物を含む植物または植物細胞形質転換体を同定するために当業者に知られた種々の方法を使用することができる。そのような方法には、1)導入された組換えDNA断片を検出および同定するためのサザン分析またはPCR増幅;2)遺伝子構築物のRNA転写産物を検出および同定するためのノーザンブロット、S1 RNase保護、プライマー伸長PCR増幅または逆転写酵素PCR (RT-PCR)増幅;および、3)タンパク質ゲル電気泳動、ウエスタンブロット、免疫沈殿、またはエンザイムイムノアッセイ、が含まれるが、これらに限定されない。これらのアッセイ方法も当業者によく知られたものである。特定の変異を有するDNA断片をそのような変異を有しないDNA断片と区別する方法は当業者にはよく知られたものである。
形質転換された植物は所望の生物学的変化に関してスクリーニングすることができる。例えば、形質転換植物についてDAHPSレベルまたはDAHPS遺伝子発現レベルを所望の組織および/または生育段階で測定することができる。さらに、芳香族アミノ酸の含量、芳香族アミノ酸に由来する二次代謝産物、特にポリフェノール類等についてスクリーニングすることもできる。さらに、形質転換植物の抽出物について抗酸化活性を測定することもできる。
A transformed plant body, plant cell, callus, tissue or the like can be identified and isolated by selecting or screening for a trait encoded by a marker gene present in the gene construct used for transformation. Furthermore, transformed plant cells and plants can also be identified by screening for the activity of visible marker genes (eg, β-glucuronidase gene, luciferase gene) that may be present in the recombinant nucleic acid construct of the present invention. Such selection methods and screening methods are known to those skilled in the art.
In addition, various methods known to those skilled in the art can be used to identify plants or plant cell transformants containing the gene construct of the present invention. Such methods include: 1) Southern analysis or PCR amplification to detect and identify introduced recombinant DNA fragments; 2) Northern blot, S1 RNase protection to detect and identify RNA transcripts of gene constructs Including, but not limited to, primer extension PCR amplification or reverse transcriptase PCR (RT-PCR) amplification; and 3) protein gel electrophoresis, western blot, immunoprecipitation, or enzyme immunoassay. These assay methods are also well known to those skilled in the art. Methods for distinguishing DNA fragments having specific mutations from DNA fragments not having such mutations are well known to those skilled in the art.
Transformed plants can be screened for the desired biological change. For example, the DAHPS level or DAHPS gene expression level can be measured in a desired tissue and / or growth stage for a transformed plant. Furthermore, it is possible to screen for the content of aromatic amino acids and secondary metabolites derived from aromatic amino acids, particularly polyphenols. Furthermore, antioxidant activity can also be measured about the extract of a transformed plant.

本発明の形質転換植物の芳香族アミノ酸の含量は、同条件で栽培した野生型植物に比較して1.2倍以上に増大している。本明細書において「芳香族アミノ酸」には、フェニルアラニン、チロシン、トリプトファンが含まれる。特に本発明の形質転換植物は同条件で栽培した野生型植物に比較して、植物体またはその一部の単位質量あたりのトリプトファンの含量が好ましくは2倍以上増加しているか、または、チロシンの含量が好ましくは10倍以上、特に好ましくは15倍以上に増加しているか、または、フェニルアラニンの含量が好ましくは10倍以上、特に好ましくは50倍以上に増加している。特に本発明の形質転換植物は、同条件で栽培した野生型植物に比較して、植物体またはその一部の単位質量あたりのトリプトファンの含量が好ましくは2倍以上増加しており、チロシンの含量が好ましくは10倍以上、より好ましくは15倍以上、特に好ましくは30倍以上に増加しており、かつ、フェニルアラニンの含量が好ましくは10倍以上、より好ましくは50倍以上、特に好ましくは160倍以上に増加している。植物の芳香族アミノ酸の含量は例えば商業的に入手可能な高速アミノ酸分析計によって簡便に測定することができる。   The aromatic amino acid content of the transformed plant of the present invention is increased by 1.2 times or more compared to the wild type plant cultivated under the same conditions. In the present specification, “aromatic amino acid” includes phenylalanine, tyrosine and tryptophan. In particular, in the transformed plant of the present invention, the content of tryptophan per unit mass of the plant body or a part thereof is preferably increased by 2 times or more compared to a wild type plant cultivated under the same conditions, or The content is preferably increased 10 times or more, particularly preferably 15 times or more, or the phenylalanine content is preferably increased 10 times or more, particularly preferably 50 times or more. In particular, in the transformed plant of the present invention, the tryptophan content per unit mass of the plant body or a part of the plant body or a part thereof is preferably increased by 2 times or more compared to the wild type plant cultivated under the same conditions. Is preferably 10 times or more, more preferably 15 times or more, particularly preferably 30 times or more, and the phenylalanine content is preferably 10 times or more, more preferably 50 times or more, particularly preferably 160 times. More than that. The aromatic amino acid content of a plant can be easily measured by, for example, a commercially available high-speed amino acid analyzer.

本発明の形質転換植物は芳香族アミノ酸含量が同条件で栽培した野生型植物に比較して増大しているので、本発明の形質転換植物において芳香族アミノ酸に由来する2次代謝産物の含量も増大している。このような二次代謝産物には、ポリフェノール類、アルカロイド、フェニルプロパノイド、ビタミンEなどが含まれる。好ましくは、本発明の形質転換植物の二次代謝産物の含量は同条件で栽培した野生型植物の1.2倍以上に増加する。特に、本発明の形質転換植物のポリフェノール類の含量は、植物体または植物体の一部の単位質量あたり同条件で栽培した野生型植物の1.2倍以上、より好ましくは1.8倍以上に増加する。ポリフェノールまたはポリフェノール類とは分子内に複数のフェノール性ヒドロキシ基を持つ化学物質の総称であり、フラボノイド、フェノール酸、エラグ酸、リグナン、クルクミン、クマリン等が含まれる。フラボノイドにはアントシアニン、イソフラボン、フラボノール、カテキン、タンニン、ルチンが含まれるが、これらに限定されない。植物体または植物細胞からのポリフェノール類の回収方法は当業者にはよく知られており(Molecules 2008, 13, 581-594; Journal of Engineering Science and Technology 2007, 2(1), 70-80; J. Agric. Food Chem. 2006, 54, 112-119; J. Agric. Food Chem. 2003, 51, 1237-1241)、例えば以下のように回収およびその総量を測定することができる。   Since the transformed plant of the present invention has an increased aromatic amino acid content as compared to a wild type plant cultivated under the same conditions, the content of secondary metabolites derived from aromatic amino acids in the transformed plant of the present invention is also increased. It is increasing. Such secondary metabolites include polyphenols, alkaloids, phenylpropanoids, vitamin E and the like. Preferably, the content of the secondary metabolite of the transformed plant of the present invention is increased to 1.2 times or more of the wild type plant cultivated under the same conditions. In particular, the content of polyphenols in the transformed plant of the present invention increases 1.2 times or more, more preferably 1.8 times or more of a wild type plant cultivated under the same conditions per unit mass of the plant body or a part of the plant body. Polyphenol or polyphenols is a general term for chemical substances having a plurality of phenolic hydroxy groups in the molecule, and includes flavonoids, phenolic acid, ellagic acid, lignan, curcumin, coumarin and the like. Flavonoids include, but are not limited to, anthocyanins, isoflavones, flavonols, catechins, tannins, rutin. Methods for recovering polyphenols from plants or plant cells are well known to those skilled in the art (Molecules 2008, 13, 581-594; Journal of Engineering Science and Technology 2007, 2 (1), 70-80; J Agric. Food Chem. 2006, 54, 112-119; J. Agric. Food Chem. 2003, 51, 1237-1241). For example, the recovery and the total amount thereof can be measured as follows.

例えば、植物体全体または果実などの植物体の一部、またはその他の植物由来のサンプルを蒸留水で洗浄し、ホモゲナイザーまたは超音波等の適切な方法で破砕する。サンプルは乾燥したものでもよい。場合により、破砕の前に凍結(あるいは凍結乾燥)してもよい。凍結によってポリフェノール類の収率が増大することもある。破砕後、サンプルを乾燥させても良い。破砕した(または更に乾燥させた)サンプルをサンプル質量の3〜10倍体積の70%メタノール水性溶液または70%アセトン水性溶液(pH約2)で約5分間〜1時間処理してポリフェノール類を抽出することができる。あるいは、破砕した(または更に乾燥させた)サンプルに適当量のエタノールを添加し、窒素雰囲気下で約60rmpで連続撹拌しながら、約10 MPaの圧力をかけてポリフェノール類を高圧抽出することもできる。サンプルと抽出バッファーの混合物を遠心またはろ過して残渣を除去し、抽出液を回収し、場合により更に真空にして抽出液の溶媒を蒸発させてもよい。溶媒を蒸発させて得られた乾燥物はそのまま、または適当な溶媒、例えば約70%(v/v)のメタノールに溶解して測定用のサンプル又はその他の用途に利用することができ、-20℃〜-80℃の低温下で保存することもできる。フェノール類の総量はFolin-Ciocalteau法(Am. J. Enol. Vitic. 1965, 16, 144-158)によって測定することができる。たとえば、50μL〜1mLのサンプル抽出液に1mL〜5mLの純水を加え、75μL〜1mLのFolin-Ciocalteau試薬 (2N) (SIGMA)を入れて、よく混合した後、5分間〜1時間室温でインキュベートする。次に、300μL〜10mLの7〜15%の炭酸ナトリウムを加えて、2時間インキュベートした後、750nm〜765nmにおける吸光度を測定することによってサンプル中のフェノール類の総量を決定することができる。標準曲線は没食子酸またはタンニン酸を用いて作製することができ、この標準曲線に基づいてフェノール類の総量を定量することができる。
個々のフェノール類化合物については高性能クロマトグラフィー(HPLC)等で測定することができる。HPLCで分析する場合は、サンプルをHPLCに装荷し、例えば、1%ギ酸とアセトニトリルの濃度勾配を用いて各フェノール化合物を溶出することができる。例えばギ酸中のアセトニトリル濃度(%v/v)を0〜15%(0〜50分)、15〜25%(50〜60分)、25〜100%(60〜70分)、100%(70〜72分)、100〜0%(72〜80分)と変化させてフェノール化合物を順次溶出することができる。
For example, a whole plant or a part of a plant such as a fruit, or a sample derived from another plant is washed with distilled water and crushed by a suitable method such as a homogenizer or ultrasonic waves. The sample may be dried. In some cases, it may be frozen (or lyophilized) before crushing. Freezing may increase the yield of polyphenols. After crushing, the sample may be dried. Extract the polyphenols by treating the crushed (or further dried) sample with 3 to 10 times the volume of 70% methanol aqueous solution or 70% acetone aqueous solution (pH about 2) for about 5 minutes to 1 hour. can do. Alternatively, an appropriate amount of ethanol can be added to a crushed (or further dried) sample, and polyphenols can be extracted at high pressure by applying a pressure of about 10 MPa while continuously stirring at about 60 rpm under a nitrogen atmosphere. . The mixture of the sample and the extraction buffer is centrifuged or filtered to remove the residue, and the extract is recovered. In some cases, the solvent of the extract may be evaporated by further vacuuming. The dried product obtained by evaporating the solvent can be used as it is or dissolved in a suitable solvent, for example, about 70% (v / v) methanol and used for a sample for measurement or other applications. It can also be stored at a low temperature of -80 ° C. The total amount of phenols can be measured by the Folin-Ciocalteau method (Am. J. Enol. Vitic. 1965, 16, 144-158). For example, add 1 mL to 5 mL of pure water to 50 μL to 1 mL of sample extract, add 75 μL to 1 mL of Folin-Ciocalteau reagent (2N) (SIGMA), mix well, and incubate at room temperature for 5 minutes to 1 hour. To do. Next, the total amount of phenols in the sample can be determined by adding 300 μL to 10 mL of 7-15% sodium carbonate, incubating for 2 hours, and measuring the absorbance at 750 nm to 765 nm. A standard curve can be prepared using gallic acid or tannic acid, and the total amount of phenols can be quantified based on this standard curve.
Individual phenol compounds can be measured by high performance chromatography (HPLC) or the like. When analyzing by HPLC, the sample can be loaded on the HPLC and, for example, each phenol compound can be eluted using a concentration gradient of 1% formic acid and acetonitrile. For example, acetonitrile concentration (% v / v) in formic acid is 0-15% (0-50 minutes), 15-25% (50-60 minutes), 25-100% (60-70 minutes), 100% (70 -72 minutes) and 100 to 0% (72-80 minutes), and the phenol compound can be eluted sequentially.

ポリフェノール類は抗酸化活性を有することが知られている。本発明の形質転換植物のポリフェノール含量は増大しているので、本発明の形質転換植物の抗酸化活性は同条件で栽培した野生型植物に比較して増大している。好ましくは、本発明の形質転換植物は、抗酸化活性が同条件で栽培した野生型植物の抗酸化活性の1.2倍以上、特に好ましくは2倍以上に増加している。抗酸化活性は、例えば、植物体若しくはその一部分から抽出した植物抽出物を用いて測定され、植物体またはその一部分の単位質量あたりの抗酸化活性に換算される。好ましくは、前記植物抽出物は70%メタノール水性溶液または70%アセトン水性溶液(約pH2)を用いて植物から抽出される。抗酸化活性は例えば以下のように測定することができる。
上述のように抽出したフェノール類を含むサンプルの抗酸化活性はフリーラジカルスカヴェンジング能測定法(DPPH(2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル)法)(J. Sci. Food Agric. 1998, 76, 270-276)、第二鉄還元抗酸化力測定法(FRAP法)(Anal. Biochem. 1996, 239. 70-76)およびABTSラジカルカチオン捕獲能測定法(ABTS法)(Free Radical Biol. Med.1999,26, 1231-1237)等を用いて測定することができる。DPPH法は、2,2-ジフェニル-1-ピクリルヒドラジル(DPPH)の安定なフリーラジカルとフェノール類等の水素供与体との反応性に基づいている。DPPH溶液の脱色がサンプルの抗酸化活性の指標となる。DPPH法では、DPPH(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)ラジカルに対する消去能が測定される。サンプルの適当量、たとえばサンプル50μLに700μLのメタノールを加えて、750uLの0.02mg/mLのDPPH (ALFA AESAR)を加えてよく混合する。必要であれば、サンプルの希釈列を作製してもよい。混合後10〜30分間室温でインキュベートし、517nmまたは530nmにおける吸光度を測定する。アスコルビン酸を用いて標準曲線を作製し、フリーラジカルの消去能に関して植物体新鮮質量100gと等価なアスコルビン酸の量(mg)として抗酸化活性を測定することができる。
Polyphenols are known to have antioxidant activity. Since the polyphenol content of the transformed plant of the present invention is increased, the antioxidant activity of the transformed plant of the present invention is increased compared to the wild type plant cultivated under the same conditions. Preferably, the transformed plant of the present invention has an antioxidant activity that is 1.2 times or more, particularly preferably 2 times or more that of a wild-type plant cultivated under the same conditions. The antioxidant activity is measured using, for example, a plant extract extracted from the plant body or a part thereof, and converted to the antioxidant activity per unit mass of the plant body or a part thereof. Preferably, the plant extract is extracted from the plant using a 70% aqueous methanol solution or a 70% aqueous acetone solution (about pH 2). Antioxidant activity can be measured, for example, as follows.
Antioxidant activity of samples containing phenols extracted as described above was measured by free radical scavenging ability measurement method (DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) method) (J. Sci. Food Agric. 1998, 76, 270-276), ferric reduction antioxidant power measurement method (FRAP method) (Anal. Biochem. 1996, 239. 70-76) and ABTS radical cation capture capacity measurement method (ABTS method) (Free Radical Biol. Med. 1999, 26, 1231-1237) and the like. The DPPH method is based on the reactivity of a stable free radical of 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) with a hydrogen donor such as phenols. Decolorization of the DPPH solution is an indicator of the antioxidant activity of the sample. In the DPPH method, the scavenging ability for the DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) radical is measured. Add an appropriate amount of sample, for example, 700 μL of methanol to 50 μL of sample, add 750 uL of 0.02 mg / mL DPPH (ALFA AESAR) and mix well. If necessary, a dilution series of samples may be created. Incubate for 10-30 minutes at room temperature after mixing and measure absorbance at 517 nm or 530 nm. A standard curve can be prepared using ascorbic acid, and the antioxidant activity can be measured as the amount (mg) of ascorbic acid equivalent to 100 g of fresh plant mass with respect to the ability to scavenge free radicals.

FRAP法はフェノール類がFe3+をFe2+に還元できることに基づいている。FRAP法では、たとえば30μLのサンプルと250μLのFRAP試薬とを混合し、1時間後に595nmの吸光度の変化を測定し、植物体新鮮質量1gについて単位時間に還元されたFe2+のモル数(μmol)として抗酸化活性を測定することができる。標準曲線はFeSO4を用いて作製することができる。
ABTS法は2,2'-アジノビス(3-エチル-2,3-ジヒドロベンゾチアゾール-6-スルホン酸(ABTS)の酸化によって生じるラジカルカチオンであるABTS+の捕獲能に基づいている。たとえば、ABTS水溶液と過硫酸カリウム溶液とを混合し、最終濃度2.5 mM過硫酸カリウム溶液中の7 mM ABTS溶液を作製する。サンプルのメタノール希釈液10μLと前述のABTS溶液990μLとを混合し、6分後に734nmの吸光度を測定する。標準曲線はアスコルビン酸等を用いることによって作製することができる。植物体新鮮質量100gと等価なアスコルビン酸のモル数(μmol)として抗酸化活性を測定することができる。
The FRAP method is based on the ability of phenols to reduce Fe 3+ to Fe 2+ . In the FRAP method, for example, 30 μL of a sample and 250 μL of FRAP reagent are mixed, and after 1 hour, the change in absorbance at 595 nm is measured, and the mole number of Fe 2+ reduced per unit time per 1 g of fresh plant mass (μmol) ) Antioxidant activity can be measured. A standard curve can be made using FeSO 4 .
The ABTS method is based on the trapping ability of ABTS + , a radical cation generated by oxidation of 2,2'-azinobis (3-ethyl-2,3-dihydrobenzothiazole-6-sulfonic acid (ABTS). Mix the aqueous solution with potassium persulfate solution to make a 7 mM ABTS solution in a final concentration of 2.5 mM potassium persulfate solution, mix 10 μL of the sample methanol dilution with 990 μL of the ABTS solution described above, and after 6 minutes 734 nm The standard curve can be prepared by using ascorbic acid, etc. Antioxidant activity can be measured as the number of moles (μmol) of ascorbic acid equivalent to 100 g of fresh plant mass.

本発明の形質転換植物は同種の野生型植物と同様な条件で栽培することができる。栽培された形質転換植物から上述したように70%メタノールまたは70%アセトン(pH 2.0)等を用いて芳香族アミノ酸やポリフェノール類を植物体またはその一部、または植物細胞から抽出して回収することもできる。   The transformed plant of the present invention can be cultivated under the same conditions as wild type plants of the same species. Extracting and recovering aromatic amino acids and polyphenols from the plant body or a part thereof, or plant cells using 70% methanol or 70% acetone (pH 2.0) as described above from the cultivated transformed plant You can also.

大腸菌(E. coli)のaroG遺伝子の植物形質転換ベクターへの組込み
i)フィードバック阻害解除aroG遺伝子の作製
大腸菌のDAHPSは、DAHPSのアミノ酸配列(配列番号2)の150番目のプロリン(Pro)をロイシン(Leu)に置換するとフェニルアラニンによるフィードバック阻害が解除される(Kikuchiら、Appl. Environ. Microbiol., 1997, 63, 761-762)。DAHPSのアミノ酸配列におけるProからLeuへの変異は大腸菌のDAHPSをコードするDNA配列(配列番号1)の449位のCをTに変えることによって行った。これにより、フェニルアラニンによるフィードバック阻害が解除される。フィードバック阻害解除aroGは具体的には以下のように作製した(Kikuchiら、Appl. Environ. Microbiol., 1997, 63, 761-762、特願平3-196226)。
Incorporation of E. coli aroG gene into plant transformation vector i) Preparation of feedback inhibition release aroG gene DAHPS of E. coli is leucine by the 150th proline (Pro) of DAHPS amino acid sequence (SEQ ID NO: 2). Substitution with (Leu) eliminates feedback inhibition by phenylalanine (Kikuchi et al., Appl. Environ. Microbiol., 1997, 63, 761-762). The mutation from Pro to Leu in the amino acid sequence of DAHPS was performed by changing C at position 449 in the DNA sequence (SEQ ID NO: 1) encoding DAHPS of E. coli to T. Thereby, feedback inhibition by phenylalanine is released. Specifically, feedback inhibition release aroG was prepared as follows (Kikuchi et al., Appl. Environ. Microbiol., 1997, 63, 761-762, Japanese Patent Application No. 3-196226).

aroG遺伝子のクローニング
野生種E. coli W3110のDNAから5'-GTATTTACCCCGTTATTGTC-3(配列番号5)および5'-ACTCCGCCGGAAGTGACTAA-3’(配列番号6)のプライマーを用いてPCRにより、aroG遺伝子の全長配列を含む2.0 kbのフラグメントを増幅した。このフラグメントを制限酵素SalI とEco47IIIで切断し、ベクターpMW119 (Wako Pure Chemical Industries, Osaka, Japan)のSalI-SmaIに挿入した。このベクターを大腸菌へ導入し、Wizard Minipreps DNA Purification System (Promega)のキットを用い、aroG遺伝子を含むpMW119プラスミドを回収した。
Cloning of aroG gene Full length sequence of aroG gene by PCR using 5'-GTATTTACCCCGTTATTGTC-3 (SEQ ID NO: 5) and 5'-ACTCCGCCGGAAGTGACTAA-3 '(SEQ ID NO: 6) primers from the DNA of wild type E. coli W3110 A 2.0 kb fragment containing was amplified. This fragment was digested with restriction enzymes SalI and Eco47III and inserted into SalI-SmaI of vector pMW119 (Wako Pure Chemical Industries, Osaka, Japan). This vector was introduced into E. coli, and the pMW119 plasmid containing the aroG gene was recovered using the Wizard Minipreps DNA Purification System (Promega) kit.

ヒドロキシルアミン処理によりaroG遺伝子変異体の作出
5mgのpMW119プラスミドDNAを100 ml の処理バッファー(50mMリン酸ナトリウム、400mM ヒドロキシルアミンと、1mM EDTA、pH 6.0)中で75℃、2 h インキュベーションを行い、変異処理をした。処理したDNAをEASYTRAPシステム(Takara Shuzo, Kyoto, Japan)で精製し、DAHPS遺伝子の欠失したE. coli株(aroF363 aroG365 aroH367 str-712 thi-1 his-4 proA2 argE3 ilv-7) (J. Bacteriol. 99:707 (1969))へ導入した。得られた形質転換体は10 mM のPheを含有する寒天培地(カナマイシン50 ug/ml)でスクリーングを行い、Pheに対する耐性を評価した。その結果、Phe 耐性がある4つの形質転換体、pAROG4, pAROG8, pAROG15とpAROG29が得られた。aroG遺伝子の野生型と変異型のDNA配列を分析し、変異型の配列を確認した(表1)。その4つの形質転換体のDAHPS活性を解析した結果、pAROG4の活性が最も高かった。pAROG4ではaroGのDNA配列の449位のCがTに変化し、コードされるアミノ酸配列の150番目のProがLeuに置換されていた。この変異aroG(フィードバック阻害解除aroG)を以後の実験に使用した。
フェニルアラニンによるフィードバック阻害が解除された大腸菌DAHPSをコードするヌクレオチド配列を配列番号3に、フィードバック阻害が解除された大腸菌DAHPSのアミノ酸配列を配列番号4に示す。
Generation of aroG gene mutant by hydroxylamine treatment 5 mg of pMW119 plasmid DNA is incubated at 75 ° C for 2 h in 100 ml treatment buffer (50 mM sodium phosphate, 400 mM hydroxylamine, 1 mM EDTA, pH 6.0). Processed. E. coli strain (aroF363 aroG365 aroH367 str-712 thi-1 his-4 proA2 argE3 ilv-7) lacking the DAHPS gene was purified using the EASYTRAP system (Takara Shuzo, Kyoto, Japan). Bacteriol. 99: 707 (1969)). The obtained transformant was screened on an agar medium (kanamycin 50 ug / ml) containing 10 mM Phe, and its resistance to Phe was evaluated. As a result, four transformants having phe resistance, pAROG4, pAROG8, pAROG15 and pAROG29 were obtained. The wild type and mutant DNA sequences of the aroG gene were analyzed to confirm the mutant sequence (Table 1). As a result of analyzing the DAHPS activity of the four transformants, the activity of pAROG4 was the highest. In pAROG4, C at position 449 in the aroG DNA sequence was changed to T, and the 150th Pro in the encoded amino acid sequence was replaced with Leu. This mutation aroG (feedback inhibition release aroG) was used in subsequent experiments.
The nucleotide sequence encoding E. coli DAHPS in which feedback inhibition by phenylalanine is released is shown in SEQ ID NO: 3, and the amino acid sequence of E. coli DAHPS in which feedback inhibition is released is shown in SEQ ID NO: 4.

表1.変異型aroGの変異箇所および変異配列
a変異した箇所を下線で示す。アミノ酸配列変異について数字は残基番号を示す。
Table 1. Mutation site and mutation sequence of mutant aroG
aThe mutated part is underlined. For amino acid sequence variations, numbers indicate residue numbers.

ii)遺伝子配列の連結
Ligation PCR法(図1)を用い、フィードバック阻害解除aroG遺伝子配列の前に240bpのRubisCoスモールサブユニットトランジットペプチド配列(rbcS TP)(配列番号7)、aroG遺伝子配列の後ろにタンパク質検出用のHA(ヘマグルチニンエピトープタグ)配列TACCCATACGACGTCCCAGACTACGCT(配列番号8)を連結した。
プライマーrbcS_FとrbcS_Rを用い、シロイヌナズナのDNAから240bpのrbcS TPの配列をPCR増幅してrbcS TP断片DNAを得た。rbcS TPの配列の先頭には制限酵素Sma IサイトCCCGGGを含む15bpのベクターpUC19の配列と、配列の後ろに制限酵素Sal IのサイトGTCGACが付加されている。
プライマーaroG_FとaroG_Rを用い、aroGのDNA配列の449位のCがTに変化した、フィードバック阻害解除aroGを含むプラスミドDNAからaroG配列(ストップコドンなしの1050bp)を増幅してaroG遺伝子断片を得た。この断片においては、aroG遺伝子配列の5'側に8bpのrbcS TP配列と制限酵素Sal IのサイトGTCGA、および、3'側ストップコドンの手前に27bpのHA配列とKpn IのサイトGGTACCが付加されている。
上述の増幅した2つのPCR増幅産物を精製して以下のPCR用のテンプレートDNAとした。rbcS_FとHA-aroG_Rプライマーを用い、上述のrbcS TP断片DNAとaroG 遺伝子断片DNAをテンプレートとしてLigation PCRを行い、rbcS TP+aroG+HAの連結した配列を得た。この配列の下流に15bpのベクターpUC19の配列、制限酵素Sst IサイトGAGCTCとストップコドンTGAが付加している。使用したプライマーの配列を表2にまとめる。
ii) Linkage of gene sequences
Using Ligation PCR method (Fig. 1), 240bp RubisCo small subunit transit peptide sequence (rbcS TP) (SEQ ID NO: 7) before the feedback inhibition release aroG gene sequence, and HA for protein detection after the aroG gene sequence. The hemagglutinin epitope tag) sequence TACCCATACGACGTCCCAGACTACGCT (SEQ ID NO: 8) was ligated.
Using the primers rbcS_F and rbcS_R, the 240 bp rbcS TP sequence was PCR amplified from Arabidopsis thaliana DNA to obtain rbcS TP fragment DNA. The sequence of rbcS TP has a 15 bp vector pUC19 containing the restriction enzyme Sma I site CCCGGG, and the restriction enzyme Sal I site GTCGAC added after the sequence.
Using the primers aroG_F and aroG_R, aroG gene fragment was obtained by amplifying the aroG sequence (1050 bp without stop codon) from the plasmid DNA containing feedback inhibition released aroG, in which C at position 449 of the aroG DNA sequence was changed to T. . In this fragment, an 8 bp rbcS TP sequence and a restriction enzyme Sal I site GTCGA are added 5 'to the aroG gene sequence, and a 27 bp HA sequence and a Kpn I site GGTACC are added before the 3' stop codon. ing.
The two amplified PCR products described above were purified and used as the following template DNA for PCR. Ligation PCR was performed using rbcS_F and HA-aroG_R primers and the above-mentioned rbcS TP fragment DNA and aroG gene fragment DNA as a template to obtain a sequence in which rbcS TP + aroG + HA was linked. Downstream of this sequence is a 15 bp vector pUC19 sequence, restriction enzyme Sst I site GAGCTC and stop codon TGA. The primer sequences used are summarized in Table 2.

表2.HA配列およびRubisCoスモールサブユニットシグナルペプチド配列をaroG配列に連結するために使用したプライマー
Table 2. Primers used to link the HA sequence and the RubisCo small subunit signal peptide sequence to the aroG sequence

上述のすべてのPCR増幅は以下のような条件で行った。1)95℃ 1min、2)94℃ 30s, 56℃ 30s, 72℃ 30sで、30サイクル、3)72℃ 7min。反応液組成(トータル25μl):dH2O(滅菌水) 18.3 μl; 10×PCR buffer 2.5μl; dNTP mix 2.0 μl;フォワードプライマー (10μM) 0.5 μl; リバースプライマー (10 μM) 0.5 ul; EXTaqポリメラーゼ(5 unit/μl) (TaKaRa 社製) 0.2 μl; DNAテンプレート (50ng/μl) 1.0 μl。
連結した配列をクローニング用ベクターpUC19(Clontech)に挿入した。コロニーからrbcS TP-aroG-HAを含むプラスミドを回収して配列を確認した。pUC19プラスミドから制限酵素Sma IとSst Iの二重切断よりrbcS TP-aroG-HA断片を切り出した。
All the PCR amplifications described above were performed under the following conditions. 1) 95 ° C 1min, 2) 94 ° C 30s, 56 ° C 30s, 72 ° C 30s, 30 cycles, 3) 72 ° C 7min. Reaction solution composition (total 25 μl): dH 2 O (sterile water) 18.3 μl; 10 × PCR buffer 2.5 μl; dNTP mix 2.0 μl; forward primer (10 μM) 0.5 μl; reverse primer (10 μM) 0.5 ul; EXTaq polymerase ( 5 unit / μl) (TaKaRa) 0.2 μl; DNA template (50 ng / μl) 1.0 μl.
The ligated sequence was inserted into a cloning vector pUC19 (Clontech). A plasmid containing rbcS TP-aroG-HA was recovered from the colony and the sequence was confirmed. The rbcS TP-aroG-HA fragment was excised from the pUC19 plasmid by double digestion with restriction enzymes Sma I and Sst I.

iii)変異aroGを含む植物形質転換ベクターの構築
植物形質転換ベクターpBI121(Clontech社)を制限酵素Sma IとSst Iで処理し、得られた産物をアガロースゲルで分離して、大きな方のベクター断片を回収した。Sma IとSst Iで切り出したrbcS TP-aroG-HA DNA断片と回収したベクター断片とをライゲーションし、rbcS TP-aroG-HA配列をベクターpBI121のSma IとSst I制限酵素のサイトに挿入した(図2)。得られたプラスミドDNAの配列を確認した。次に、このrbcS TP-aroG-HA配列を含むプラスミドをアグロバクテリウム・ツメファシエンスEHA105株に導入した。
iii) Construction of plant transformation vector containing mutant aroG Plant transformation vector pBI121 (Clontech) was treated with restriction enzymes Sma I and Sst I, and the resulting product was separated on an agarose gel to obtain the larger vector fragment. Was recovered. The rbcS TP-aroG-HA DNA fragment excised with Sma I and Sst I was ligated with the recovered vector fragment, and the rbcS TP-aroG-HA sequence was inserted into the Sma I and Sst I restriction enzyme sites of vector pBI121 ( Figure 2). The sequence of the obtained plasmid DNA was confirmed. Next, a plasmid containing this rbcS TP-aroG-HA sequence was introduced into Agrobacterium tumefaciens strain EHA105.

E. coli aroG遺伝子の植物形質転換ベクターへの組込み
実施例1で作製したpBI121aroGをアグロバクテリウム・ツメファシエンス EHA105株に導入し、得られたpBI121aroGを有するアグロバクテリウムEHA105培養液を減圧浸潤法によりシロイヌナズナColumbiaに感染させた。減圧浸潤法を用いたin planta形質転換法はBechtold らの方法(C. R. Acad Sci. Paris, Life Science, 1993; 316, 1194-1199)に従った。
シロイヌナズナを鉢で約3週間栽培した。シロイヌナズナは抽苔し始め、茎の高さが5〜6 cmになったところで摘心を行った。摘心後、植物体を更に数日から1週間栽培し、植物をアグロバクテリウムに感染できる状態にした。
aroGを挿入したpBI121ベクターを保持するアグロバクテリウム EHA105を2日間前培養し、前培養したアグロバクテリウムをLB液培地(抗生物質カナマイシンを含む)で更に24時間振とう培養した。その後、遠心により培養液からアグロバクテリウムを回収し、培地(1/2 MS, 5% Sucrose, SilwetL77 0.05%, pH5.7)に1時間懸濁して感染液を調製した。
シロイヌナズナ植物体からすでに開花または結実している花を取り除いた。シロイヌナズナ植物体が植えられた鉢を逆さにして、植物体を感染液に浸けた。鉢を入れたビーカーをデシケーターにいれ、-50kPaの圧にて5分間吸引した後、ゆっくり圧を戻し、植物に残った菌液をタオルで除去した。プラスチックのバケツに鉢を横倒しにして置き、ラップをかぶせて、一晩置いた。翌日、ラップを取り除き、鉢を起こして、光条件の良い場所で栽培を続けた。感染約4週間後種子を収穫した。収穫した種子を用い、実施例3に記載したように形質転換体の選抜を行った。
Incorporation of E. coli aroG gene into plant transformation vector pBI121aroG prepared in Example 1 was introduced into Agrobacterium tumefaciens strain EHA105, and the resulting Agrobacterium EHA105 culture solution containing pBI121aroG was obtained by Arabidopsis thaliana using the reduced pressure infiltration method. Infected with Columbia. The in planta transformation method using the vacuum infiltration method followed the method of Bechtold et al. (CR Acad Sci. Paris, Life Science, 1993; 316, 1194-1199).
Arabidopsis was cultivated in a pot for about 3 weeks. The Arabidopsis began to extract moss, and chopped when the stem height reached 5-6 cm. After pinching, the plant body was further cultivated for several days to a week, so that the plant could be infected with Agrobacterium.
Agrobacterium EHA105 holding the pBI121 vector inserted with aroG was pre-cultured for 2 days, and the pre-cultured Agrobacterium was further cultured with shaking in LB medium (containing antibiotic kanamycin) for 24 hours. Thereafter, Agrobacterium was collected from the culture solution by centrifugation, and suspended in a medium (1/2 MS, 5% Sucrose, Silwet L77 0.05%, pH 5.7) for 1 hour to prepare an infectious solution.
Flowers already flowering or fruiting were removed from Arabidopsis plants. The pot in which the Arabidopsis plant was planted was inverted and the plant was immersed in the infectious solution. The beaker containing the pot was placed in a desiccator and sucked for 5 minutes at a pressure of -50 kPa. Then, the pressure was slowly restored, and the bacterial solution remaining on the plant was removed with a towel. The bowl was placed on its side in a plastic bucket, covered with wrap and placed overnight. The next day, the wrap was removed, the pot was raised, and cultivation was continued in a place with good light conditions. The seeds were harvested about 4 weeks after infection. Using the harvested seeds, transformants were selected as described in Example 3.

形質転換体の選抜および形質転換体のゲノムDNA分析
pBI121aroGを有するアグロバクテリウムEHA105を感染させたシロイヌナズナ植物体から種子を収穫し、得られた種子(T1)を1%の次亜塩素酸ナトリウム溶液で殺菌し、滅菌水で3回洗い、カナマイシン含有(50μg/mL)の1/2 MS培地(2.2g/L MS(MURASHIGE & SKOOG MEDIUM, Duchefa Biochemie)、10g/Lスクロース、0.5g/lL MES-KOH(pH 5.7)、0.8%寒天)に播種し、選抜を行った。選抜の結果、カナマイシン耐性植物が11系統得られた。カナマイシン抵抗性を示した11系統のゲノムDNAを分析し、変異aroG遺伝子の導入を確認した。11系統の形質転換体のT1植物の葉から、ゲノムDNAを抽出した。ゲノムDNAの抽出はQIAGEN社のDNeasy Plant Kitを用いた。pBI121ベクターに特異的なNPTII遺伝子の配列に対して2つのプライマー、NPT II-F(フォワードプライマー)5'-TCTGATGCCGCCGTGTTCCG-3'(配列番号14)と NPT II-R(リバースプライマー)5'-TCTTCGTCCAGATCATCCTG-3'(配列番号15)を設計し、PCRを行った。
PCR増幅条件:95℃ 5min、2)94℃ 30s, 60℃ 30s, 72℃ 30sで、30サイクル、3)72℃ 7min。反応液組成は実施例2に記載の反応と同様とした。
Selection of transformants and genomic DNA analysis of transformants
Harvested seeds from Arabidopsis plants infected with Agrobacterium EHA105 with pBI121aroG, sterilized the seeds (T1) with 1% sodium hypochlorite solution, washed 3 times with sterile water, containing kanamycin (50μg / mL) 1/2 MS medium (2.2g / L MS (MURASHIGE & SKOOG MEDIUM, Duchefa Biochemie), 10g / L sucrose, 0.5g / lL MES-KOH (pH 5.7), 0.8% agar) And made a selection. As a result of selection, 11 lines of kanamycin resistant plants were obtained. Eleven strains of genomic DNA that showed kanamycin resistance were analyzed to confirm the introduction of the mutant aroG gene. Genomic DNA was extracted from leaves of 11 transformant T1 plants. Genomic DNA was extracted using DNeasy Plant Kit from QIAGEN. Two primers, NPT II-F (forward primer) 5'-TCTGATGCCGCCGTGTTCCG-3 '(SEQ ID NO: 14) and NPT II-R (reverse primer) 5'-TCTTCGTCCAGATCATCCTG -3 ′ (SEQ ID NO: 15) was designed and PCR was performed.
PCR amplification conditions: 95 ° C 5 min, 2) 94 ° C 30 s, 60 ° C 30 s, 72 ° C 30 s, 30 cycles, 3) 72 ° C 7 min. The composition of the reaction solution was the same as that described in Example 2.

PCR増幅の結果を図3に示す。Wは野生型(Columbia)、1から11は得られた形質転換植物を示す。野生型植物からは増幅断片が認められなかったが、形質転換体においては、約400 bpの断片が増幅された。この結果から、形質転換体にNPT II遺伝子が組み込まれていることが確認され、求める形質転換体(トランスジェニック植物)が得られたことが確認された。   The results of PCR amplification are shown in FIG. W represents a wild type (Columbia), and 1 to 11 represent transformed plants obtained. An amplified fragment was not observed from the wild type plant, but an approximately 400 bp fragment was amplified in the transformant. From this result, it was confirmed that the NPT II gene was incorporated into the transformant, and it was confirmed that the desired transformant (transgenic plant) was obtained.

形質転換体のアミノ酸分析
カナマイシン含有(50ug/ml)の1/2 MS培地(同上)で2週間選抜栽培したT2世代植物を材料として、アミノ酸分析を行った。アミノ酸の抽出方法は以下のように行った。
シロイヌナズナ植物(根を除く)を100 mg サンプリングし、粉末化(ホモジナイザーMM300 (Retsch))した。粉末のサンプルにそれぞれに1 mLと0.5 mLの80%エタノールを加えて2回抽出した。抽出液に遠心エバポレーターをかけて、エタノールを蒸発させた。そして、500 μLの純水を加えて、サンプルを溶解した。その後、500 μLのクロロホルムを加え、良く混合して、液を分離させて、上層の水性溶液を400 μL取って新しいチューブに移した。その水性溶液に遠心エバポレーターをかけて、水分を蒸発させて抽出物を得た。アミノ酸分析機にかける当日に800 uLの0.02 N HCLにこの抽出物を溶解して、フィルターろ過を行った。得られた抽出液から200 μLをサンプルとして用い、アミノ酸を測定した。アミノ酸の測定はL-8800 高速アミノ酸分析計(HITACHI)を用い、当機器の分析法に従って行った。各サンプルについて3回重複の実験を行い、サンプルの新鮮質量(FW)あたりのアミノ酸の量(nmol)を計算し、その平均値を結果とした。野生種と比べてフィードバック阻害解除aroGの形質転換体の幾つかの系統において芳香族アミノ酸の含量が増加した。各芳香族アミノ酸について、4、5、7番の系統で特に増加が見られた。
結果を表3、図4 a、bおよびcに示す。
Amino acid analysis of transformants Amino acid analysis was performed using T2 generation plants selected and cultivated in 1/2 MS medium (same as above) containing kanamycin (50 ug / ml) for 2 weeks. The amino acid extraction method was performed as follows.
100 mg of Arabidopsis plants (excluding roots) were sampled and powdered (homogenizer MM300 (Retsch)). 1 mL and 0.5 mL of 80% ethanol were added to each of the powder samples and extracted twice. The extract was subjected to a centrifugal evaporator to evaporate ethanol. Then 500 μL of pure water was added to dissolve the sample. Thereafter, 500 μL of chloroform was added and mixed well to separate the solution, and 400 μL of the upper aqueous solution was taken and transferred to a new tube. The aqueous solution was subjected to a centrifugal evaporator to evaporate the water to obtain an extract. The extract was dissolved in 800 uL of 0.02 N HCL on the same day as the amino acid analyzer, and filtered. Amino acids were measured using 200 μL of the resulting extract as a sample. Amino acids were measured using an L-8800 high-speed amino acid analyzer (HITACHI) according to the analysis method of this instrument. Each sample was subjected to a duplicate experiment, the amount of amino acid (nmol) per fresh mass (FW) of the sample was calculated, and the average value was taken as the result. Compared with wild type, the content of aromatic amino acids was increased in several lines of transformants of feedback inhibition released aroG. For each aromatic amino acid, an increase was particularly observed in the 4th, 5th and 7th lines.
The results are shown in Table 3 and Figs. 4a, b and c.

表3.形質転換体のアミノ酸量
単位:mmol/g (FW)
Table 3. Amino acid content of transformant Unit: mmol / g (FW)

4番の系統は一番芳香族アミノ酸の含量が高く、野生型平均フェニルアラニン含量0.096 mmol/g FW、 チロシン含量0.045 mmol/g FW、トリプトファン含量0.067 mmol/g FWと比較して、それぞれ約168倍(16.204 mmol/g FW)、約36倍(1.611 mmol/g FW)および約4倍(0.299 mmol/g FW)に上昇した(図4 a、bおよびc)。   Line 4 has the highest aromatic amino acid content, about 168 times the wild type average phenylalanine content 0.096 mmol / g FW, tyrosine content 0.045 mmol / g FW, tryptophan content 0.067 mmol / g FW, respectively. (16.204 mmol / g FW), about 36 times (1.611 mmol / g FW) and about 4 times (0.299 mmol / g FW) (FIGS. 4 a, b and c).

ウエスタンブロットによるaroGのタンパク質発現解析
カナマイシン含有 (50 μg/mL)の1/2 MS培地(同上)で2週間選抜栽培したT2世代シロイヌナズナ植物をウエスタンブロット分析の材料とした。タンパク質の抽出方法:シロイヌナズナ植物(根を除く)約40 mgを粉砕し、抽出Buffer (25 mM Tris, 75 mM Nacl, 0.1% NP−40)を加え、ボルテックスをかけ、続いて15000rpmで15分遠心し(4℃)、上清を回収した。回収した上清の一部分はウエスタンブロット分析用のタンパク質サンプル、残りはタンパク質の濃度測定用サンプルとして使用した。ウエスタンブロット解析にはHAに対するラットモノクローナル抗体Anti-HA High Affinity(Roche)を用いた。予想されるタンパク質の分子量は、aroGが38 kDa、rbcS TPが8 kDa、HAタグが1kDaであるので、aroG+rbcS TP+HAは47 kDaである。DAHPSは植物の中では葉緑体に局在して機能する。aroG+rbcS TP+HAのタンパク質は、rbcS TPの一部分の配列が切断された後、葉緑体に運ばれた場合は分子量が41.5 kDaになる。ウエスタンブロット解析の結果、野生型はバンドが検出されなかったが、12番と14番目以外の形質転換体においては、推定分子量(41.5 kDa)付近にタンパク質の発現が認められた(図5)。
この結果から、導入したE. coliのフィードバック阻害解除(変異)aroGがシロイヌナズナ形質転換体で発現していた。また、変異aroGにコードされるタンパク質はほぼ全て葉緑体へ移行していることが確認された。系統間においては、発現量の差が認められ、3、4、7と16番の形質転換体系統においては強く発現されており、5、6、8、9と20番形質転換体系統では比較的発現が弱かった。また、各系統のaroGの発現量はアミノ酸の含量(図4)と一致していた。
Analysis of protein expression of aroG by Western blot T2 generation Arabidopsis plants selected and cultivated in 1/2 MS medium (same as above) containing kanamycin (50 μg / mL) were used as materials for Western blot analysis. Protein extraction method: About 40 mg of Arabidopsis plants (excluding roots) is crushed, extracted buffer (25 mM Tris, 75 mM Nacl, 0.1% NP-40) is added, vortexed, then centrifuged at 15000 rpm for 15 minutes (4 ° C.) and the supernatant was recovered. A part of the collected supernatant was used as a protein sample for Western blot analysis, and the rest was used as a protein concentration measurement sample. For Western blot analysis, rat monoclonal antibody Anti-HA High Affinity (Roche) against HA was used. The predicted molecular weight of aroG is 38 kDa, rbcS TP is 8 kDa, and HA tag is 1 kDa, so aroG + rbcS TP + HA is 47 kDa. DAHPS functions locally in chloroplasts in plants. The protein of aroG + rbcS TP + HA has a molecular weight of 41.5 kDa when it is transferred to the chloroplast after partial sequence of rbcS TP is cleaved. As a result of Western blot analysis, no band was detected in the wild type, but in the transformants other than No. 12 and No. 14, protein expression was observed near the estimated molecular weight (41.5 kDa) (FIG. 5).
From this result, the introduced E. coli feedback inhibition release (mutation) aroG was expressed in Arabidopsis transformants. In addition, it was confirmed that almost all proteins encoded by the mutant aroG migrated to chloroplasts. Differences in expression levels were observed between strains, with strong expression in transformant lines 3, 4, 7 and 16 and comparison in transformant lines 5, 6, 8, 9 and 20 Expression was weak. Moreover, the expression level of aroG in each line was consistent with the amino acid content (FIG. 4).

総ポリフェノールの含量の分析
植物は芳香族アミノ酸から様々な機能性産物を合成する。その中でも、ポリフェノール類は抗酸化作用があることがよく知られていることから、フェニルアラニン含量が増大したaroGの形質転換体のポリフェノール類の総含量を調べた。
カナマイシンを含有(50 μg/mL)する1/2 MS培地(同上)で2週間選抜栽培したT2世代植物を用い、ポリフェノール類を抽出した。抽出方法はLamien-Medaらの論文(Lamien-Meda et al. Molecules, 2008, 13, 581-594)に記載された方法に従った。シロイヌナズナ植物の地上部100mgを液体窒素で凍結し、粉砕して粉末し、1.0mLの70%のメタノールを加えて2回抽出した。得られた抽出液を遠心エバポレーターにかけ、液体を完全に蒸発させた後、500μLの70%のメタノールに溶解した。その溶解液を用い、総ポリフェノール含量を測定した。測定はフォーリン・チオカルト法(Folin-Ciocalteau)を用いた。50μLの抽出液に1075μLの純水および75μLのFolin-Ciocalteau試薬 (2N)(SIGMA)を添加し、よく混合した後、8分間室温でインキュベートした。次に、300μLの15%の炭酸ナトリウムを加えて、2時間インキュベートした後、765nmにおける吸光度を測定した。0, 10, 20, 40, 80、160 mg/Lの没食子酸(gallic acid)を用いて検量線を作成した。測定した結果は植物体新鮮質量(FW)100g当たりの没食子酸(mg)に相当するポリフェノール含量として表示した(表4、図6)。
Analysis of total polyphenol content Plants synthesize various functional products from aromatic amino acids. Among them, since it is well known that polyphenols have an antioxidant activity, the total content of polyphenols in aroG transformants with increased phenylalanine content was examined.
Polyphenols were extracted using T2 generation plants selected and cultivated in 1/2 MS medium (same as above) containing kanamycin (50 μg / mL) for 2 weeks. The extraction method was in accordance with the method described in the paper by Lamien-Meda et al. (Lamien-Meda et al. Molecules, 2008, 13, 581-594). 100 mg of the above-ground part of Arabidopsis plants was frozen with liquid nitrogen, ground and powdered, and extracted twice by adding 1.0 mL of 70% methanol. The obtained extract was subjected to a centrifugal evaporator to completely evaporate the liquid, and then dissolved in 500 μL of 70% methanol. The total polyphenol content was measured using the solution. The measurement was performed by the Folin-Ciocalteau method. To 50 μL of the extract, 1075 μL of pure water and 75 μL of Folin-Ciocalteau reagent (2N) (SIGMA) were added, mixed well, and then incubated at room temperature for 8 minutes. Next, 300 μL of 15% sodium carbonate was added and incubated for 2 hours, after which the absorbance at 765 nm was measured. Calibration curves were prepared using 0, 10, 20, 40, 80, 160 mg / L gallic acid. The measurement result was expressed as a polyphenol content corresponding to gallic acid (mg) per 100 g of fresh plant mass (FW) (Table 4, FIG. 6).

表4 形質転換体の総ポリフェノール(PF)量 (gallic acidに相当するmg /100g)
Table 4 Total polyphenol (PF) content of transformants (mg / 100g corresponding to gallic acid)

野生種(W)と比較して、フィードバック阻害解除aroGを導入した形質転換体のポリフェノール量が増加していることが認められ、一番増加した4番の形質転換体系統ではポリフェノール量が1.8倍増えた。この結果から、フィードバック阻害解除(変異)aroG導入形質転換体ではポリフェノール量が増大していることが確認され、2次代謝産物の生合成が制御されていることが示唆された。   Compared to the wild type (W), the amount of polyphenols in the transformant introduced with feedback inhibition release aroG was found to be increased. Increased. From this result, it was confirmed that the amount of polyphenol was increased in the transformant introduced with feedback inhibition (mutation) aroG, suggesting that the biosynthesis of secondary metabolites was controlled.

抗酸化活性の測定
上記のポリフェノール抽出液を用い、抗酸化活性を調べた。Lamien-Meda らの論文(Molecules, 2008, 13, 581-594)に記載された方法に従い、DPPH(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)ラジカル法を使用して、抗酸化活性の指標としてラジカル消去能を測定した。50μLのサンプル抽出液に700μLのメタノールを加えて、750uLの0.02mg/mLのDPPH (ALFA AESAR)を入れて、よく混合した。その後、15分間室温でインキュベートし、517nmの吸光度で測定した。0, 0.2, 1, 2と4 ug/mLのアスコルビン酸で検量線を作成した。測定した結果は植物体の新鮮質量(FW)100g中の同等なフリーラジカルの消去能を有するアスコルビン酸に相当する量(mg)として表示した(表5、図7)。
Measurement of antioxidant activity Antioxidant activity was examined using the above polyphenol extract. Using the DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) radical method according to the method described in Lamien-Meda et al. (Molecules, 2008, 13, 581-594) The erasing ability was measured. To 50 μL of the sample extract, 700 μL of methanol was added, and 750 uL of 0.02 mg / mL DPPH (ALFA AESAR) was added and mixed well. Then, it incubated at room temperature for 15 minutes and measured by the light absorbency of 517nm. Calibration curves were prepared with 0, 0.2, 1, 2 and 4 ug / mL ascorbic acid. The measurement result was expressed as an amount (mg) corresponding to ascorbic acid having an equivalent free radical scavenging ability in 100 g of fresh mass (FW) of the plant (Table 5, FIG. 7).

表5 形質転換体の抗酸化活性(新鮮質量100g中の同等なフリーラジカルの消去能を有するアスコルビン酸に相当する量(mg))
Table 5 Antioxidant activity of transformants (amount corresponding to ascorbic acid with equivalent free radical scavenging capacity in 100 g of fresh mass (mg))

その結果、野生種(W)と比較してaroG形質転換体における抗酸化活性の上昇は前述のポリフェノール量の増加とほぼ同様の傾向であり、4番の形質転換体系統の抗酸化活性が野生種に比較して2.2倍増加していた。この結果からフィードバック阻害解除遺伝子aroGの導入により植物の抗酸化活性が上昇することが確認された。   As a result, the increase in antioxidant activity in the aroG transformant compared to the wild species (W) is almost the same as the increase in the amount of polyphenol described above, and the antioxidant activity of the No. 4 transformant line is wild. There was a 2.2-fold increase compared to the species. From this result, it was confirmed that the antioxidant activity of plants was increased by introducing the feedback inhibition release gene aroG.

Claims (13)

3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素のフィードバック阻害が解除され、同条件で栽培した野生型植物に比較して芳香族アミノ酸の二次代謝産物の含量が増加した形質転換植物。   Transformation in which feedback inhibition of 3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase was released and the content of secondary metabolites of aromatic amino acids increased compared to wild-type plants cultivated under the same conditions plant. フィードバック阻害が解除された3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素遺伝子が導入された、請求項1記載の形質転換植物。   The transformed plant according to claim 1, wherein a 3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase gene in which feedback inhibition is released is introduced. フィードバック阻害が解除された3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素が、配列番号2のアミノ酸配列からなるポリペプチドに対して、少なくとも80%以上の配列同一性を有し、3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素活性を有し、かつ、配列番号2のアミノ酸配列の150番目に対応するProが他のアミノ酸に置換されている、請求項2記載の形質転換植物。   The 3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase released from feedback inhibition has at least 80% sequence identity to the polypeptide comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, The 3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase activity and Pro corresponding to position 150 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is substituted with another amino acid. Transformed plants. フィードバック阻害が解除された3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素のアミノ酸配列が配列番号4のアミノ酸配列である請求項3に記載の形質転換植物。   The transformed plant according to claim 3, wherein the amino acid sequence of 3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase from which feedback inhibition has been released is the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4. 芳香族アミノ酸の二次代謝産物が、ポリフェノール類である請求項1〜4のいずれか1項に記載の形質転換植物。   The transformed plant according to any one of claims 1 to 4, wherein the secondary metabolite of the aromatic amino acid is a polyphenol. 同条件で栽培した野生型植物に比較してポリフェノール類の含量が1.2倍以上に増加している、請求項5記載の形質転換植物。   The transformed plant according to claim 5, wherein the content of polyphenols is increased by 1.2 times or more compared to a wild-type plant cultivated under the same conditions. 形質転換植物体またはその一部の単位質量あたりに換算される抗酸化活性が、同条件で栽培した野生型植物の植物体またはその一部の単位質量あたりに換算される抗酸化活性の1.2倍以上に増加しており、前記抗酸化活性が前記植物体またはその一部、および、前記野生型植物の植物体またはその一部から抽出した植物抽出物を用いて測定される、請求項1〜5のいずれか1項に記載の形質転換植物。   The antioxidant activity converted per unit mass of the transformed plant or a part thereof is 1.2 times the antioxidant activity converted per unit mass of the plant or part of the wild-type plant grown under the same conditions The antioxidative activity is measured using a plant extract extracted from the plant body or a part thereof and the plant body of the wild type plant or a part thereof. 6. The transformed plant according to any one of 5 above. シキミ酸合成系を有する植物において、3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素のフィードバック阻害の解除を行うことを含む、芳香族アミノ酸の二次代謝産物の産生量が増加した形質転換植物の作出方法。   Increased production of secondary metabolites of aromatic amino acids, including release of feedback inhibition of 3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase in plants with shikimate synthesis system A method for producing transformed plants. シキミ酸合成系を有する植物にフィードバック阻害が解除された3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素をコードする遺伝子を導入することを含む、請求項8記載の形質転換植物の作出方法。   The transgenic plant according to claim 8, which comprises introducing a gene encoding 3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase whose feedback inhibition is released into a plant having a shikimic acid synthesis system. Production method. フィードバック阻害が解除された3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素が、配列番号2のアミノ酸配列からなるポリペプチドに対して、少なくとも80%以上の配列同一性を有し、3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素活性を有し、かつ、配列番号2のアミノ酸配列の150番目に対応するProが他のアミノ酸に置換されている、請求項9記載の形質転換植物の作出方法。   The 3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase released from feedback inhibition has at least 80% sequence identity to the polypeptide comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2, The 3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase activity, and Pro corresponding to position 150 of the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2 is substituted with another amino acid. Of producing transgenic plants. フィードバック阻害が解除された3−デオキシ−D−アラビノ−ヘプツロン-7-リン酸合成酵素のアミノ酸配列が配列番号4のアミノ酸配列である、請求項10記載の形質転換植物の作出方法。   The method for producing a transformed plant according to claim 10, wherein the amino acid sequence of 3-deoxy-D-arabino-heptulon-7-phosphate synthase from which feedback inhibition has been released is the amino acid sequence of SEQ ID NO: 4. 芳香族アミノ酸の二次代謝産物の産生量が増加した植物を選択することをさらに含む、請求項8〜11のいずれか1項記載の方法。   The method according to any one of claims 8 to 11, further comprising selecting a plant having an increased production amount of a secondary metabolite of an aromatic amino acid. 請求項1〜7のいずれか1項に記載の植物からポリフェノール類を回収することを含む、ポリフェノール類の製造方法。   The manufacturing method of polyphenols including collect | recovering polyphenols from the plant of any one of Claims 1-7.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2020039277A (en) * 2018-09-07 2020-03-19 味の素株式会社 Apocynaceae catharanthus transgenic plant body
WO2021157421A1 (en) * 2020-02-05 2021-08-12 味の素株式会社 Method for producing protein

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020039277A (en) * 2018-09-07 2020-03-19 味の素株式会社 Apocynaceae catharanthus transgenic plant body
JP7094494B2 (en) 2018-09-07 2022-07-04 味の素株式会社 Transformed plant of the genus Catharanthus in the family Apocynaceae
WO2021157421A1 (en) * 2020-02-05 2021-08-12 味の素株式会社 Method for producing protein

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