JP2014050374A - Method for extracting carotenoid from plant - Google Patents

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Norihiko Misawa
典彦 三沢
Hisashi Harada
尚志 原田
Takashi Maoka
孝至 眞岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an efficient method for extracting carotenoid useful as a functional food material or an antioxidant such as astaxanthin fatty acid ester, and also provide a plastid-genome modified plant that produces carotenoid such as astaxanthin fatty acid ester.SOLUTION: Provided is a method for extracting carotenoid from a plant or its tissue, which comprises the steps of: (I) dehydrating carotenoid-producing plant or its tissue by using a dehydration solvent, (II) bringing in contact the dehydrated plant or its tissue with an extraction solvent to obtain a solution containing carotenoid, and (III) adding water and an organic solvent to the dehydration solvent used in (I) and the carotenoid-containing extract obtained in (II) to collect the organic solvent layer containing carotenoid after phase separation.

Description

本発明は、機能性食品素材、抗酸化剤等として有用なカロテノイド、例えばアスタキサンチン脂肪酸エステル等のカロテノイドを植物から効率的に抽出する方法、色素体ゲノム改変植物等に関する。   The present invention relates to a method for efficiently extracting carotenoids useful as functional food materials, antioxidants, and the like, for example, carotenoids such as astaxanthin fatty acid esters from plants, plastid genome modified plants, and the like.

イソプレノイド(テルペノイドとも呼ばれる)は23,000種を超える、自然界で最も多様な化合物の集団である。カロテノイド(テトラテルペン)は炭素数40の基本骨格からなるイソプレノイドの1グループで750種以上の色素からなる。アスタキサンチン(Astaxanthin;構造は図1;以後、Astaとも記載する)はエビ、カニ等の甲殻類、サケ、マス、タイ等の赤色魚等に含まれるカロテノイドの1つである。これらの水産動物に含まれるAstaは脂肪酸エステル体になっている場合が多い。ただし、サケ、マスの筋肉や卵のAstaは遊離体である。ベニザケの筋肉や卵(イクラ)でのAsta含量は20〜38 μg/g湿重量である。甲殻類アメリカザリガニ及びナンキョクオキアミのAsta含量は1 g(湿重量)当たりそれぞれ、1〜3 μg及び20〜40 μgである(重量はAsta遊離体換算)。また、ハナサキガニはさらに、植物や藻類が一般的に有するカロテノイドであるルテイン(lutein;構造は図1)をケトカロノイド(4又は/及び4’位にケト基を持つカロテノイド)のフリチエラキサンチン(fritschiellaxanthin;構造は図1)に変換して蓄積するが、Astaの蓄積量と比較すると微量である(非特許文献1)。   Isoprenoids (also called terpenoids) are the most diverse group of compounds in nature, with over 23,000 species. Carotenoids (tetraterpenes) are a group of isoprenoids consisting of a basic skeleton with 40 carbon atoms and are composed of more than 750 dyes. Astaxanthin (Astaxanthin; the structure is shown in FIG. 1; hereinafter also referred to as Asta) is one of carotenoids contained in crustaceans such as shrimp and crab, red fish such as salmon, trout, and Thailand. Asta contained in these marine animals is often a fatty acid ester. However, salmon, trout muscle and egg Asta are free. The Asta content in sockeye salmon muscle and eggs is 20-38 μg / g wet weight. The crustacean crayfish and Antarctic krill have an Asta content of 1 to 3 μg and 20 to 40 μg per 1 g (wet weight), respectively (weight is calculated as Asta free form). The crab is also a carotenoid that is commonly found in plants and algae (lutein; the structure shown in FIG. 1) is a ketocaronoid (a carotenoid having a keto group at the 4 or / and 4 'position), frithielaxanthin (fritschiellaxanthin) ; The structure is converted into FIG. 1) and accumulated, but it is very small compared to the accumulated amount of Asta (Non-patent Document 1).

α-プロテオバクテリア(α-Proteobacteria)綱(class)に属する(真正)細菌((eu)bacteria)の一部や淡水性の緑藻ヘマトコッカス・プルビアリス(Haematococcus pluvialisは、摂取した栄養成分の分解産物を用いてAstaを始めから生合成(de novo合成)できる。なお、細菌が作るAstaのほとんどは遊離体(フリー体)であるのに対して、H. pluvialisが作るAstaは脂肪酸エステル体である。Asta脂肪酸エステル体は、遊離体に比べて、経口投与時の腸管吸収性が高く、機能性食品素材等として有用なものである(非特許文献2)。H. pluvialisにより産生されたAstaの脂肪酸エステルは、健康食品用素材として富士化学工業(株)等から販売されており、市場規模は原体レベルで20億円/年程度である。 alpha-proteobacteria (alpha-Proteobacteria) steel (class) belonging to (authentic) bacteria ((eu) bacteria) some or freshwater green alga Haematococcus pluvialis (Haematococcus pluvialis is a degradation product of ingested nutrients Asta can be biosynthesized from the beginning ( de novo synthesis), while most of the Asta produced by bacteria is free (free), whereas Asta produced by H. pluvialis is a fatty acid ester. Asta fatty acid ester has higher intestinal absorbability when administered orally compared to the free form, and is useful as a functional food material, etc. (Non-patent Document 2) Asta fatty acid produced by H. pluvialis Esters are sold by Fuji Chemical Industry Co., Ltd. as a health food ingredient, and the market size is about 2 billion yen / year at the original level.

β-カロテン(β-carotene;構造は図1)をAstaに変換する酵素遺伝子は1995年に初めて明らかにされた(特許文献1、及び非特許文献3)。それはα-プロテオバクテリア綱の海洋細菌パラコッカス属(Paracoccus sp.)N81106株(当初はアグロバクテリウム・オーランティアカム(Agrobacterium aurantiacum)と呼ばれていた)から単離された2つの酵素遺伝子であり、それぞれcrtWcrtZと名付けられた。crtW及びcrtZ遺伝子はそれぞれ、carotenoid 4,4’-ketolase(ケト基導入酵素;carotenoid 4,4’-oxygenaseとも呼ばれる)及びcarotenoid 3,3’-hydroxylase(水酸基導入酵素)をコードしていた(特許文献1及び非特許文献3)。これらの酵素すなわちCrtWとCrtZは共に非ヘム鉄タンパク質であり、これらの触媒機能は図1に示されている。その後、crtW及びcrtZ遺伝子はAstaを合成するα-プロテオバクテリアに共通に存在することがわかった(非特許文献4)。特に、海洋細菌ブレバンディモナス属(Brevundimonas sp.)SD212株由来のCrtWとCrtZはβ-カロテンを効率的にAstaに変換することが示された(特許文献2)。H. pluvialisはCrtWと相同性のあるcarotenoid 4,4’-ketolase遺伝子を3つ有しており、これらの遺伝子はそれぞれBkt1Bkt2Bkt3と呼ばれている(非特許文献5)。このBKT(CrtW)型酵素はケトカロテノイドを合成できる緑藻に広く存在しているようだ(非特許文献6)。また、H. pluvialisは、CrtZと相同性のあるcarotenoid 3,3’-hydroxylase遺伝子も有している(非特許文献7)。なお、高等植物もCrtZと相同性のある同遺伝子を有しておりBhyと呼ばれている(非特許文献5)。BHYは植物の葉においてβ-カロテンをゼアキサンチン(zeaxanthin)に変換する働きをしている(非特許文献5)(図1)。 An enzyme gene that converts β-carotene (β-carotene; structure shown in FIG. 1) into Asta was first clarified in 1995 (Patent Document 1 and Non-Patent Document 3). It is two enzyme genes isolated from the α-proteobacteria marine bacterium Paracoccus sp. N81106 strain (originally called Agrobacterium aurantiacum ) They were named crtW and crtZ , respectively. The crtW and crtZ genes encoded carotenoid 4,4'-ketolase (also called keto group-introducing enzyme; also called carotenoid 4,4'-oxygenase) and carotenoid 3,3'-hydroxylase (hydroxyl-inducing enzyme), respectively. Document 1 and Non-Patent Document 3). These enzymes, CrtW and CrtZ are both non-heme iron proteins and their catalytic function is shown in FIG. Thereafter, it was found that the crtW and crtZ genes are commonly present in α-proteobacteria that synthesize Asta (Non-patent Document 4). In particular, CrtW and CrtZ derived from the marine bacterium Brevundimonas sp. Strain SD212 were shown to efficiently convert β-carotene to Asta (Patent Document 2). H. pluvialis has three carotenoid 4,4'-ketolase gene of CrtW homology, these genes are called respectively Bkt1, Bkt2, Bkt3 (Non-Patent Document 5). This BKT (CrtW) type enzyme seems to exist widely in green algae that can synthesize ketocarotenoids (Non-patent Document 6). H. pluvialis also has a carotenoid 3,3′-hydroxylase gene that is homologous to CrtZ (Non-patent Document 7). Higher plants also have the same gene with homology to CrtZ and are called Bhy (Non-patent Document 5). BHY functions to convert β-carotene into zeaxanthin in plant leaves (Non-Patent Document 5) (FIG. 1).

高等植物を始めとして陸上植物(land plant)は通常、β環の4,4’位にケト基を導入する酵素遺伝子を有さないので、Astaやフリチエラキサンチン等のケトカロテノイドを合成できない。ただし、フクジュソウ(福寿草)の仲間アドニス(Adonis)属植物(例えばアドニス・エスティバリス(Adonis aestivalis))は例外で、その赤い花弁にAsta脂肪酸エステルを蓄積する(非特許文献8)。アドニス属植物におけるAsta合成に関る鍵遺伝子はcarotenoid β-ring 4-dehydrogenase遺伝子(カロテノイドβ環4-脱水素酵素遺伝子)(CBFD)である(非特許文献9)。CBFDはCrtW型酵素とは全く異なった構造と機能を有しており、構造的には高等植物のBHY(β-carotene 3,3’-hydroxylase)に近いので、CBFD遺伝子はBhy遺伝子から進化したと考えることができる。今日では、ケト基導入酵素(carotenoid 4,4’-ketolase)を利用した代謝工学(pathway engineering;先端(モダン)バイオテクノロジーの一技術分野)により、種々の高等植物にAsta産生能を与えることができる。よく使われるケト基導入酵素遺伝子としては、Paracoccus sp. N81106株又はBrevundimonas sp. SD212株由来のcrtWや、H. pluvialis由来のBkt1又はBkt2が挙げられる(非特許文献5)。ケト基導入酵素遺伝子は適当なプロモータとターミネータの制御下で、種々の高等植物の染色体DNA内に導入された。食用農作物では、ジャガイモ(Solanum phureja)の塊茎(非特許文献5)、ニンジン(Daucus carota)の主根(非特許文献5及び10)、トウモロコシ(Zea mays)の胚乳(非特許文献11)、ナタネ(キャノーラ;Brassica napus)の種(非特許文献12)でAstaが産生された。特に、二重のCaMV 35Sプロモータの制御下でBkt1遺伝子を発現したニンジンでのAsta産生量は高く、主根1 g(湿重量)当り、91.6 μg(全カロテノイドの27%)のAstaが産生され、ケトカロテノイド全体としては236 μg(全カロテノイドの68%)であった(非特許文献10)。一方、蓮沼らは、Brevundimonas sp. SD212株のcrtZcrtW遺伝子(コドン使用は植物型に変えられている)をrrnプロモータの制御下で直接、非食用農作物のタバコ(Nicotiana tabacum)葉緑体のゲノムに導入し、葉緑体ゲノム改変(Chloroplast-Genome Modified;以後、CGMと記載)タバコを得た(非特許文献13)。CGMタバコ葉では99%のカロテノイドが、Asta(全カロテノイドの74%)等のケトカロテノイドに変換されていたにもかかわらず、光合成を行い、正常に生育することができた。最近、同じcrtZcrtW遺伝子を使用した類似のプラスミド(さらに、海洋細菌Paracoccus sp. N81106株由来のIPP isomerase (idi) 遺伝子を使っている)により、レタス(Lactuca sativa L. var. Berkeley)の葉緑体を形質転換することにより、赤色がかった葉をもつCGMレタスを作出し、T1種子を取得できたことが報告された(非特許文献14及び15)。CGMレタスの種子は99%の発芽率を示し、非形質転換体の発芽率(93%)よりむしろ高かった(非特許文献15)。 Higher plants and other land plants usually do not have an enzyme gene that introduces a keto group at the 4,4′-position of the β ring, so they cannot synthesize ketocarotenoids such as Asta and Frithiellaxanthin. However, with the exception of plants belonging to the genus Adonis of Fukujusou (for example, Adonis aestivalis ), Asta fatty acid esters accumulate in the red petals (Non-patent Document 8). The key gene involved in Asta synthesis in Adonis plants is the carotenoid β-ring 4-dehydrogenase gene (carotenoid β-ring 4-dehydrogenase gene) ( CBFD ) (Non-patent Document 9). CBFD has a completely different structure and function from the CrtW-type enzyme, and is structurally close to higher plant BHY (β-carotene 3,3'-hydroxylase), so the CBFD gene has evolved from the Bhy gene. Can be considered. Today, metabolic engineering (pathway engineering; one technical field of advanced biotechnology) using a keto group-introducing enzyme (carotenoid 4,4'-ketolase) can give Asta-producing ability to various higher plants. it can. As may keto group-introducing enzyme gene used, Paracoccus sp. N81106 strain or Brevundimonas sp. SD212 strain crtW and from, H. pluvialis Bkt1 or Bkt2 the like from (non-patent document 5). The keto group transductase gene was introduced into the chromosomal DNA of various higher plants under the control of appropriate promoters and terminators. Among food crops, potato ( Solanum phureja ) tubers (Non-patent Document 5), carrot ( Daucus carota ) main roots (Non-patent Documents 5 and 10), corn ( Zea mays ) endosperm (Non-patent Document 11), rapeseed ( Asta was produced in a canola ( Brassica napus ) seed (Non-patent Document 12). In particular, carrots expressing the Bkt1 gene under the control of the double CaMV 35S promoter produced a high amount of Asta, producing 91.6 μg (27% of total carotenoids) of Asta per 1 g of main root (wet weight). The total amount of ketocarotenoids was 236 μg (68% of the total carotenoids) (Non-patent Document 10). On the other hand, Hasunuma et al., In the Brevundimonas sp. SD212 strain crtZ and crtW genes (codon usage has been changed to plant type) directly under the control of the rrn promoter, non-food crop tobacco ( Nicotiana tabacum ) chloroplasts Introduced into the genome, chloroplast-genome modified (hereinafter referred to as CGM) tobacco was obtained (Non-patent Document 13). Even though 99% of carotenoids were converted to ketocarotenoids such as Asta (74% of all carotenoids) in CGM tobacco leaves, they were able to grow normally after photosynthesis. Recently, a leaf of lettuce ( Lactuca sativa L. var. Berkeley) with a similar plasmid using the same crtZ and crtW genes (and using the IPP isomerase ( idi ) gene from the marine bacterium Paracoccus sp. N81106) by chloroplast transformed issues create a CGM lettuce with leaves reddish, it was reported that could get a T 1 seeds (non-Patent documents 14 and 15). CGM lettuce seeds showed a germination rate of 99%, which was higher than the germination rate of non-transformants (93%) (Non-patent Document 15).

最近、同じcrtZcrtW遺伝子を使用した類似のプラスミド(さらに、海洋細菌Paracoccus sp. N81106株由来のIPP isomerase (idi) 遺伝子を使っている)により、レタス(Lactuca sativa L. var. Berkeley)の葉緑体を形質転換することにより、赤色がかった葉をもつCGMレタスを作出し、T1種子を取得できたことが報告された(非特許文献14及び15)。CGMレタスの種子は99%の発芽率を示し、非形質転換体の発芽率(93%)よりむしろ高かった(非特許文献15)。 Recently, a leaf of lettuce ( Lactuca sativa L. var. Berkeley) with a similar plasmid using the same crtZ and crtW genes (and using the IPP isomerase ( idi ) gene from the marine bacterium Paracoccus sp. N81106) by chloroplast transformed issues create a CGM lettuce with leaves reddish, it was reported that could get a T 1 seeds (non-Patent documents 14 and 15). CGM lettuce seeds showed a germination rate of 99%, which was higher than the germination rate of non-transformants (93%) (Non-patent Document 15).

以上述べてきたように、今日では、先端バイオテクノロジーにより種々の農作物にAstaを合成させることが可能になったが、いずれの場合もAstaの遊離体の生産例であり、実際に健康食品用素材として販売されているH. pluvialisにより産生されたAsta脂肪酸エステルとは異なったものであった。このため、機能性食品素材等として有用なAsta脂肪酸エステル等を植物原料等から効率よく得ることができる技術が求められている。 As mentioned above, today, advanced biotechnology has made it possible to synthesize Asta in various crops, but in each case, this is an example of the production of free Asta, which is actually a material for health food. The Asta fatty acid ester produced by H. pluvialis sold as is different. For this reason, the technique which can obtain efficiently Asta fatty acid ester etc. useful as a functional food material etc. from plant raw materials etc. is calculated | required.

国際公開WO95/18220号パンフレットInternational publication WO95 / 18220 pamphlet 国際公開WO2005/118812号パンフレット(US特許番号 7,999,151)International Publication WO2005 / 118812 Pamphlet (US Patent No. 7,999,151)

津島己幸, FFIジャーナル, 212: 539-549, 2007Miyuki Tsushima, FFI Journal, 212: 539-549, 2007 山下栄次, 食品と開発, 27(3): 38-40, 1992Eiji Yamashita, Food and Development, 27 (3): 38-40, 1992 N. Misawa, Y. Satomi, K. Kondo, A. Yokoyama, S. Kajiwara, T. Saito, T. Ohtani, and W. Miki, J. Bacteriol., 177 (22): 6575-6584, 1995N. Misawa, Y. Satomi, K. Kondo, A. Yokoyama, S. Kajiwara, T. Saito, T. Ohtani, and W. Miki, J. Bacteriol., 177 (22): 6575-6584, 1995 N. Misawa, Marine Drugs, 9 (5): 757-771, 2011N. Misawa, Marine Drugs, 9 (5): 757-771, 2011 N. Misawa, Plant Biotechnol., 26: 93-99, 2009N. Misawa, Plant Biotechnol., 26: 93-99, 2009 Y. J. Zhong, J. C. Huang, J. Liu, Y. Li, Y. Jiang, Z. F. Xu, G. Sandmann, and F. Chen, J. Exp. Botany, 62 (10): 3659-3669, 2011Y. J. Zhong, J. C. Huang, J. Liu, Y. Li, Y. Jiang, Z. F. Xu, G. Sandmann, and F. Chen, J. Exp. Botany, 62 (10): 3659-3669, 2011 H. Linden, Biochim. Biophys. Acta., 1446 (3): 203-212, 1999H. Linden, Biochim. Biophys. Acta., 1446 (3): 203-212, 1999 T. Maoka, T. Etoh, S. Kishimoto, S. Sakata, J. Oleo Sci., 60, 47-52, 2011T. Maoka, T. Etoh, S. Kishimoto, S. Sakata, J. Oleo Sci., 60, 47-52, 2011 F. X. Cunningham, Jr., E. Gantt, Plant Cell, 23, 3055-3069, 2011F. X. Cunningham, Jr., E. Gantt, Plant Cell, 23, 3055-3069, 2011 J. Jayaraj, R. Devlin, Z. Punja ., Transgenic Res., 17: 489-501, 2008J. Jayaraj, R. Devlin, Z. Punja., Transgenic Res., 17: 489-501, 2008 C. Zhu, S. Naqvi, J. Breienbach, G. Sandmann, P. Christou, and T. Capell, PNAS, 105 (47): 18232-18237, 2008C. Zhu, S. Naqvi, J. Breienbach, G. Sandmann, P. Christou, and T. Capell, PNAS, 105 (47): 18232-18237, 2008 M. Fujisawa, E. Takita, H. Harada, N. Sakurai, H. Suzuki, K. Ohyama, D. Shibata, and N. Misawa, J. Exp. Botany, 60 (4): 1319-1332, 2009M. Fujisawa, E. Takita, H. Harada, N. Sakurai, H. Suzuki, K. Ohyama, D. Shibata, and N. Misawa, J. Exp. Botany, 60 (4): 1319-1332, 2009 T. Hasunuma, S. Miyazawa, S. Yoshimura, Y. Shinzaki, K. Tomizawa, K. Shindo, S. K. Choi, N. Misawa, and C. Miyake, Plant J., 55: 857-88, 2008T. Hasunuma, S. Miyazawa, S. Yoshimura, Y. Shinzaki, K. Tomizawa, K. Shindo, S. K. Choi, N. Misawa, and C. Miyake, Plant J., 55: 857-88, 2008 N. Misawa, The 16th International Symposium on Carotenoids, Krakow, Poland, July 17-22, 2011(Acta Biologica Cracoviensia, 53 (suppl. 1): 83-84, 2011)N. Misawa, The 16th International Symposium on Carotenoids, Krakow, Poland, July 17-22, 2011 (Acta Biologica Cracoviensia, 53 (suppl. 1): 83-84, 2011) 原田尚志, 村上美由紀, 新井和子, 新藤一敏, 音松俊彦, 三沢典彦, 日本農芸化学会2012年度大会要旨集, 2A31p19, 2012Naoshi Harada, Miyuki Murakami, Kazuko Arai, Kazutoshi Shindo, Toshihiko Otomatsu, Norihiko Misawa, 2012 Annual Meeting of the Japanese Society for Agricultural Chemistry, 2A31p19, 2012

本発明は、機能性食品素材、抗酸化剤等として有用なアスタキサンチン脂肪酸エステル等のカロテノイドを植物等から効率よく抽出することができる方法、アスタキサンチン脂肪酸エステル等のカロテノイドを産生できる色素体ゲノム改変植物等を提供することを目的とする。   The present invention is a method capable of efficiently extracting carotenoids such as astaxanthin fatty acid esters useful as functional food materials, antioxidants, etc. from plants, etc., plastid genome modified plants capable of producing carotenoids such as astaxanthin fatty acid esters, etc. The purpose is to provide.

本発明者らは、上記課題を解決するために、鋭意研究を行った結果、カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼの各酵素をコードする遺伝子が葉緑体ゲノムに導入され発現した葉緑体ゲノム改変レタス(CGMレタス)の葉からカロテノイドを抽出する際に、(I)CGMレタスを、脱水用溶媒に接触させて脱水し、(II)脱水したCGMレタスを、抽出溶媒で抽出し、(III)前記(I)でCGMレタスに接触させた脱水用溶媒及び前記(II)で得られる抽出液に、水及び有機溶媒を添加して分液を行うと、有機溶媒層にアスタキサンチン脂肪酸エステルを主成分とする多量のカロテノイドが含まれることを見出し、前記(I)〜(III)の操作を行うことにより、植物からケトカロテノイド脂肪酸エステル等のカロテノイドを効率よく抽出することができることを見出した。アスタキサンチン脂肪酸エステルは、従来の抽出方法ではCGMレタスから抽出できず、前記(I)〜(III)の操作を行うことによりCGMレタスから初めて抽出されたカロテノイド脂肪酸エステルである。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that each of carotenoid 3,3′-hydroxyl introducing enzyme, carotenoid 4,4′-keto group introducing enzyme and isopentenyl diphosphate isomerase. When carotenoids are extracted from the leaves of chloroplast genome modified lettuce (CGM lettuce) expressed by introducing an enzyme-encoding gene into the chloroplast genome, (I) CGM lettuce is contacted with a solvent for dehydration. (II) The dehydrated CGM lettuce is extracted with an extraction solvent, and (III) the dehydrating solvent contacted with the CGM lettuce in (I) and the extract obtained in (II) above are mixed with water and an organic solvent. When liquid separation is performed, the organic solvent layer is found to contain a large amount of carotenoids mainly composed of astaxanthin fatty acid esters, and by performing the operations (I) to (III), Carotenoid fat Found that can be extracted carotenoid esters efficiently. Astaxanthin fatty acid ester cannot be extracted from CGM lettuce by a conventional extraction method, and is a carotenoid fatty acid ester extracted from CGM lettuce for the first time by performing the operations (I) to (III).

本発明者らはまた、前記CGMレタスから前記抽出方法により抽出したカロテノイドを分析することにより、CGMレタスにおいて通常レタスの約2.67倍量の総カロテノイドが産生されており、その67.4%がAsta脂肪酸エステル(49.2%:ジエステル体(diester)、18.2%:モノエステル体(monoester))であること、Asta脂肪酸エステルにおける脂肪酸部分はミリスミン酸(myristate)又はパルミチン酸(palmitate)であること、Asta脂肪酸エステル以外のケトカロテノイドとしてAsta遊離体(10%)、フリチエラキサンチン(6%)、カンタキサンチン(5.3%)、4-ケトアンテラキサンチン(4.3%)等が含まれ、さらにレタス固有のカロテノイドであるラクチュカキサンチン(3.8%)が含まれることを見出した(表1)。   The present inventors also analyzed the carotenoid extracted from the CGM lettuce by the extraction method, so that CGM lettuce produced about 2.67 times the total carotenoid of normal lettuce, of which 67.4% was Asta fatty acid ester (49.2%: diester, 18.2%: monoester), fatty acid part in Asta fatty acid ester is myristate or palmitate, other than Asta fatty acid ester Ketocarotenoids include Asta free form (10%), Frithielaxanthin (6%), Canthaxanthin (5.3%), 4-ketoanthaxanthin (4.3%), etc. It was found that chucaxanthin (3.8%) was contained (Table 1).

上述したように、先端バイオテクノロジーにより種々の農作物にAstaを合成させることが報告されているが、いずれの場合もAsta遊離体の生産例である(前記非特許文献5及び10〜15)。今回のCGMレタスの場合のように、Astaの脂肪酸エステルが多量合成されており、しかもそれが総カロテノイドの半分以上含まれていたことは全く予想外の知見であり、今回、CGMレタスからカロテノイドの効率的な抽出法と精製法を検討したことにより初めて明らかとなった知見である。現在、Astaの脂肪酸エステル体としてH. pluvialisにより産生されたものが実際に健康食品用素材として販売されているが、前記CGMレタス等の植物は組換え植物用植物工場で容易に増殖できるので、Astaの脂肪酸エステルを工業的規模で効率よく製造するために好適に用いられる。また、本発明の抽出方法により、該CGMレタス等から、Asta脂肪酸エステル等の機能性食品素材、抗酸化剤等として有用なカロテノイドを効率よく抽出できるため、カロテノイドを安定的に供給することができることになる。 As described above, it has been reported that Asta is synthesized in various agricultural crops by advanced biotechnology, and in any case, it is an example of production of Asta free form (Non-patent Documents 5 and 10-15). As in the case of CGM lettuce this time, Asta's fatty acid ester was synthesized in large quantities, and more than half of the total carotenoid was included. This is the first finding that has been clarified by studying efficient extraction and purification methods. Currently, those produced by H. pluvialis as fatty acid esters of Asta are actually sold as health food materials, but plants such as CGM lettuce can be easily grown in plant plants for recombinant plants, It is preferably used to efficiently produce fatty acid esters of Asta on an industrial scale. In addition, the extraction method of the present invention can efficiently extract carotenoids useful as functional food materials such as Asta fatty acid esters, antioxidants and the like from the CGM lettuce and the like, so that carotenoids can be stably supplied. become.

さらに、例えば前記CGMレタスは、Astaの脂肪酸エステルと共に、フリチエラキサンチン、4-ケトアンテラキサンチン、ラクチュカキサンチン等の希少カロテノイドも産生するが、これらの組合せのカロテノイド混合物を産生する生物は他に存在しないので、これらの希少カロテノイドを含むCGMレタスの総カロテノイド(マルチカロテノイドともいう)は、他の製造方法又は抽出方法では実現できないものである。また、前記CGMレタスにおけるAstaの総産生量は遊離体換算で180 μg/g湿重量となり、これまでに作出された組換え食用農作物の中だけでなく、サケやイクラ等のAsta含有食品(たとえば、サケやイクラのAstaの含有量は遊離体換算で20〜38 μg/g湿重量)と比較しても最高レベルであった。前記CGMレタス等の色素体ゲノム改変植物は、組換え植物用植物工場で容易に増殖できるので、Asta脂肪酸エステルに加えて他の希少ケトカロテノイドの安定的供給源として有用である。   In addition, for example, the CGM lettuce also produces rare carotenoids such as frithielaxanthin, 4-ketoantheraxanthin and lactucaxanthin together with fatty acid esters of Asta, but other organisms that produce carotenoid mixtures of these combinations Since they do not exist, the total carotenoids of CGM lettuce containing these rare carotenoids (also called multi-carotenoids) cannot be realized by other production methods or extraction methods. In addition, the total production of Asta in the CGM lettuce is 180 μg / g wet weight in terms of free form. Not only among the recombinant food crops produced so far, but also Asta-containing foods such as salmon and salmon (for example, The content of Asta in salmon and salmon roe was the highest level compared to 20-38 μg / g wet weight in terms of free form. The plastid genome-modified plant such as CGM lettuce can be easily grown in a plant plant for recombinant plants, and thus is useful as a stable source of other rare ketocarotenoids in addition to Asta fatty acid esters.

本発明は、上記知見に基づき完成されたものであり、以下のカロテノイドの抽出方法、及びアスタキサンチン脂肪酸エステルを製造するための色素体ゲノム改変植物の使用に関する。   The present invention has been completed based on the above findings, and relates to the following carotenoid extraction method and use of a plastid genome-modified plant for producing an astaxanthin fatty acid ester.

(1)(I)カロテノイドを産生する植物又はその組織を、脱水用溶媒に接触させて脱水する工程、(II)脱水した植物又はその組織を、抽出溶媒で抽出し、カロテノイド含有抽出液を得る工程、及び(III)工程(I)で植物又はその組織に接触させた脱水用溶媒及び工程(II)で得られるカロテノイド含有抽出液に、水及び有機溶媒を添加して分液を行い、カロテノイドを含有する有機溶媒層を回収する工程を含むことを特徴とする植物又はその組織からカロテノイドを抽出する方法。
(2)カロテノイドが、ケトカロテノイドを含むものであることを特徴とする前記(1)に記載の抽出方法。
(3)カロテノイドが、アスタキサンチン脂肪酸エステルを含むものであることを特徴とする前記(1)又は(2)に記載の抽出方法。
(4)アスタキサンチン脂肪酸エステルが、ジエステル体とモノエステル体との混合物であることを特徴とする前記(3)に記載の抽出方法。
(5)脱水用溶媒が、アセトン、エタノール、メタノール、及び2-プロパノールからなる群より選択される少なくとも1種の有機溶媒であることを特徴とする前記(1)〜(4)のいずれか一項に記載の抽出方法。
(6)抽出溶媒が、極性有機溶媒である前記(1)〜(5)のいずれか一項に記載の抽出方法。
(7)工程(III)で用いられる有機溶媒が、ヘキサン、ジエチルエーテル、石油エーテル、エチルメチルエーテル、及びジメチルエーテルからなる群より選択される少なくとも1種の有機溶媒である前記(1)〜(6)のいずれか一項に記載の抽出方法。
(8)工程(I)において、細切りした植物又はその組織を脱水用溶媒に接触させることを特徴とする前記(1)〜(7)のいずれか一項に記載の抽出方法。
(9)カロテノイドを産生する植物又はその組織が、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子を植物の色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物又はその組織であることを特徴とする前記(1)〜(8)のいずれか一項に記載の抽出方法。
(10)カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子が、(i)配列番号1の塩基配列を含むDNA、又は、(ii)配列番号1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でハイブリダイズし、かつβ環を持つカロテノイドのβ環の4位及び/又は4’位にケト基を導入する活性を有するポリペプチドをコードするDNAであることを特徴とする前記(9)に記載の抽出方法。
(11)カロテノイドを産生する植物又はその組織が、さらに、カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素、及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼの各酵素をコードする遺伝子を色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物又はその組織であることを特徴とする前記(9)又は(10)に記載の抽出方法。
(12)カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素をコードする遺伝子が、(i)配列番号3の塩基配列を含むDNA、又は(ii)配列番号3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でハイブリダイズし、かつβ環を持つカロテノイドの3位及び/又は3'位の炭素に水酸基を導入する活性を有するポリペプチドをコードするDNAであることを特徴とする前記(11)に記載の抽出方法。
(13)イソペンテニル二リン酸イソメラーゼをコードする遺伝子が、(i)配列番号5の塩基配列を含むDNA、又は(ii)配列番号5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でハイブリダイズし、かつイソペンテニル二リン酸をジメチルアリル二リン酸に変換するイソメラーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNAであることを特徴とする前記(11)又は(12)に記載の抽出方法。
(14)色素体ゲノム改変植物が、配列番号1の塩基配列を含むDNA、配列番号3の塩基配列を含むDNA、及び配列番号5の塩基配列を含むDNAを植物の色素体ゲノムに導入することにより得られるものであることを特徴とする前記(9)〜(13)のいずれか一項に記載の抽出方法。
(15)植物が、レタス、カリフラワー、キャベツ、セイヨウナタネ、ジャガイモ、トマト、ニンジン、イネ、ダイズ、又はタバコであることを特徴とする前記(9)〜(14)のいずれか一項に記載の抽出方法。
(16)カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子を植物の色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物の、アスタキサンチン脂肪酸エステルを製造するための使用。
(17)カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子が、(i)配列番号1の塩基配列を含むDNA、又は(ii)配列番号1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でハイブリダイズし、かつβ環を持つカロテノイドのβ環の4位及び/又は4’位にケト基を導入する活性を有するポリペプチドをコードするDNAであることを特徴とする前記(16)に記載の使用。
(18)色素体ゲノム改変植物が、さらに、カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素、及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼの各酵素をコードする遺伝子を色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物であることを特徴とする前記(16)又は(17)に記載の使用。
(19)カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素をコードする遺伝子が、(i)配列番号3の塩基配列を含むDNA、又は(ii)配列番号3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でハイブリダイズし、かつβ環を持つカロテノイドの3位及び/又は3'位の炭素に水酸基を導入する活性を有するポリペプチドをコードするDNAであることを特徴とする前記(18)に記載の使用。
(20)イソペンテニル二リン酸イソメラーゼをコードする遺伝子が、(i)配列番号5の塩基配列を含むDNA、又は(ii)配列番号5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でハイブリダイズし、かつイソペンテニル二リン酸をジメチルアリル二リン酸に変換するイソメラーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNAであることを特徴とする前記(18)又は(19)に記載の使用。
(21)色素体ゲノム改変植物が、配列番号1の塩基配列を含むDNA、配列番号3の塩基配列を含むDNA、及び配列番号5の塩基配列を含むDNAを植物の色素体ゲノムに導入して得られるものであることを特徴とする前記(16)〜(20)のいずれか一項に記載の使用。
(22)アスタキサンチン脂肪酸エステルが、ジエステル体とモノエステル体との混合物であることを特徴とする前記(16)〜(21)のいずれか一項に記載の使用。
(23)アスタキサンチン脂肪酸エステルが、アスタキサンチンのミリスミン酸エステル又はパルミチン酸エステルであることを特徴とする前記(16)〜(22)のいずれか一項に記載の使用。
(24)植物が、レタス、カリフラワー、キャベツ、セイヨウナタネ、ジャガイモ、トマト、ニンジン、コメ、ダイズ、又はタバコであることを特徴とする前記(16)〜(23)のいずれか一項に記載の使用。
(25)色素体ゲノム改変植物が、前記遺伝子を葉緑体ゲノムに導入して得られる葉緑体ゲノム改変レタスであることを特徴とする前記(16)〜(24)のいずれか一項に記載の使用。
(1) (I) a step of bringing a carotenoid-producing plant or tissue thereof into contact with a dehydrating solvent to dehydrate, (II) extracting the dehydrated plant or tissue thereof with an extraction solvent to obtain a carotenoid-containing extract. Steps (III) and (3) Carotenoids are separated by adding water and an organic solvent to the dehydrating solvent brought into contact with the plant or tissue thereof in Step (I) and the carotenoid-containing extract obtained in Step (II). A method for extracting a carotenoid from a plant or a tissue thereof, which comprises a step of recovering an organic solvent layer containing.
(2) The extraction method according to (1) above, wherein the carotenoid contains a ketocarotenoid.
(3) The extraction method according to (1) or (2) above, wherein the carotenoid contains an astaxanthin fatty acid ester.
(4) The extraction method according to (3), wherein the astaxanthin fatty acid ester is a mixture of a diester and a monoester.
(5) The dehydrating solvent is at least one organic solvent selected from the group consisting of acetone, ethanol, methanol, and 2-propanol. Any one of (1) to (4) above The extraction method according to item.
(6) The extraction method according to any one of (1) to (5), wherein the extraction solvent is a polar organic solvent.
(7) The organic solvent used in step (III) is at least one organic solvent selected from the group consisting of hexane, diethyl ether, petroleum ether, ethyl methyl ether, and dimethyl ether. The extraction method according to any one of the above.
(8) The extraction method according to any one of (1) to (7), wherein in step (I), the minced plant or tissue thereof is contacted with a dehydrating solvent.
(9) The carotenoid-producing plant or tissue thereof is a plastid genome-modified plant or tissue obtained by introducing a gene encoding a carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme into the plant plastid genome. The extraction method according to any one of (1) to (8), characterized in that:
(10) The gene encoding the carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme is complementary to (i) DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or (ii) DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 A DNA encoding a polypeptide that hybridizes with a DNA consisting of a base sequence under stringent conditions and has an activity of introducing a keto group into the 4-position and / or 4'-position of a β-ring of a carotenoid having a β-ring The extraction method according to (9), wherein the extraction method is provided.
(11) A pigment obtained by introducing a carotenoid-producing plant or tissue thereof into a plastid genome by further introducing genes encoding carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase and isopentenyl diphosphate isomerase enzymes The extraction method according to (9) or (10) above, which is a body genome-modified plant or a tissue thereof.
(12) A gene encoding a carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase is (i) a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 or (ii) a nucleotide sequence complementary to a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 DNA encoding a polypeptide having the activity of introducing a hydroxyl group into the 3rd and / or 3'-position carbon of a carotenoid having a β ring, which hybridizes with DNA comprising The extraction method according to (11) above.
(13) The gene encoding isopentenyl diphosphate isomerase is (i) a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 or (ii) a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 And DNA encoding a polypeptide having an isomerase activity that hybridizes under stringent conditions and converts isopentenyl diphosphate to dimethylallyl diphosphate. ) Extraction method.
(14) A plastid genome-modified plant introduces DNA containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, DNA containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, and DNA containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 into the plastid genome of the plant. The extraction method according to any one of (9) to (13), which is obtained by the following.
(15) The plant according to any one of (9) to (14), wherein the plant is lettuce, cauliflower, cabbage, rapeseed, potato, tomato, carrot, rice, soybean, or tobacco. Extraction method.
(16) Use of a plastid genome-modified plant obtained by introducing a gene encoding a carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme into a plastid genome of a plant to produce an astaxanthin fatty acid ester.
(17) The gene encoding the carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme is (i) a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, or (ii) a base complementary to the DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 A DNA encoding a polypeptide that hybridizes with a DNA comprising a sequence under stringent conditions and has an activity of introducing a keto group into the 4th and / or 4 'position of the β ring of a carotenoid having a β ring Use as described in said (16) characterized by the above-mentioned.
(18) A plastid genome modification plant obtained by introducing a gene encoding each enzyme of carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase and isopentenyl diphosphate isomerase into a plastid genome. The use according to (16) or (17) above, which is a plant.
(19) The gene encoding the carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase is (i) a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 or (ii) a nucleotide sequence complementary to the DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3. DNA encoding a polypeptide having the activity of introducing a hydroxyl group into the 3rd and / or 3'-position carbon of a carotenoid having a β ring, which hybridizes with DNA comprising The use according to (18) above.
(20) The gene encoding isopentenyl diphosphate isomerase is (i) a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 or (ii) a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 And a DNA encoding a polypeptide having an isomerase activity that hybridizes under stringent conditions and converts isopentenyl diphosphate to dimethylallyl diphosphate. ) Use as described.
(21) A plastid genome-modified plant introduces a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, and a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 into the plastid genome of the plant. The use according to any one of (16) to (20) above, which is obtained.
(22) The use according to any one of (16) to (21), wherein the astaxanthin fatty acid ester is a mixture of a diester and a monoester.
(23) The use according to any one of (16) to (22), wherein the astaxanthin fatty acid ester is astaxanthin myristic acid ester or palmitic acid ester.
(24) The plant according to any one of (16) to (23), wherein the plant is lettuce, cauliflower, cabbage, rapeseed, potato, tomato, carrot, rice, soybean, or tobacco. use.
(25) The plastid genome-modified plant is a chloroplast genome-modified lettuce obtained by introducing the gene into a chloroplast genome, according to any one of (16) to (24), Use of description.

本発明により、機能性食品素材、抗酸化剤等として有用であるアスタキサンチン脂肪酸エステル等のカロテノイドを植物から効率よく抽出することができる。これにより、例えば通常食用とされない植物からでも、アスタキサンチン脂肪酸エステル等のカロテノイドを効率よく供給することができることになる。   According to the present invention, carotenoids such as astaxanthin fatty acid esters that are useful as functional food materials, antioxidants and the like can be efficiently extracted from plants. As a result, carotenoids such as astaxanthin fatty acid esters can be efficiently supplied from plants that are not normally edible, for example.

また、本発明によれば、例えばカロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子を葉緑体等の色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物から、アスタキサンチン脂肪酸エステル含むカロテノイドを得ることができる。さらに、例えば色素体ゲノム改変植物が葉緑体ゲノム改変レタスであれば、アスタキサンチン脂肪酸エステルを主成分とし、他の希少なケトカロテノイドであるフリチエラキサンチン(fritschiellaxanthin)、及び4-ケトアンテラキサンチン(4-ketoantheraxanthin)、さらにレタス特有のカロテノイドであるラクチュカキサンチン(lactucaxanthin)を含むカロテノイド混合物を得ることができる。このように、本発明により、アスタキサンチン脂肪酸エステル等のカロテノイドを、植物から安定的に供給することが可能となる。   Further, according to the present invention, for example, a carotenoid containing an astaxanthin fatty acid ester from a plastid genome-modified plant obtained by introducing a gene encoding a carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme into a plastid genome such as a chloroplast. Can be obtained. Furthermore, for example, if the plastid genome-modified plant is a chloroplast genome-modified lettuce, the astaxanthin fatty acid ester is the main component, and other rare ketocarotenoids fritschiellaxanthin (fritschiellaxanthin) and 4-ketoanthelaxanthin ( A carotenoid mixture containing 4-ketoantheraxanthin) and lactucaxanthin, a carotenoid specific to lettuce, can be obtained. Thus, according to the present invention, carotenoids such as astaxanthin fatty acid esters can be stably supplied from plants.

図1は、アスタキサンチン脂肪酸エステルを生合成する植物の一例として、カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素(CrtZ)、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素(CrtW)及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ(Idi)の各酵素をコードする3種の遺伝子(それぞれcrtZcrtW、及びidi)が葉緑体ゲノムに導入され発現した葉緑体ゲノム改変(CGM)レタスにおける各種カロテノイドの生合成経路及び各種カロテノイド合成酵素の機能を示す図である。図1中、実施例で抽出されたカロテノイド及びカロテノイド脂肪酸エステルは、下線で示している。なお、下線で示されたものの中で、ラクチュカキサンチンはβ環を持たないカロテノイドであり、これ以外はすべてβ環を持つカロテノイドである。FIG. 1 shows carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase (CrtZ), carotenoid 4,4′-keto transferase (CrtW) and isopentenyl diphosphate isomerase (CrtZ) as examples of plants that biosynthesize astaxanthin fatty acid esters. Biosynthesis pathways and various carotenoids of various carotenoids in chloroplast genome modified (CGM) lettuce in which three genes (each crtZ , crtW , and idi ) encoding each enzyme of Idi) are introduced and expressed in the chloroplast genome It is a figure which shows the function of a synthase. In FIG. 1, carotenoids and carotenoid fatty acid esters extracted in the examples are indicated by underlining. Of those shown underlined, lactucaxanthin is a carotenoid that does not have a β ring, and all other than these are carotenoids that have a β ring. 図2は、CGMレタス葉から抽出されたカロテノイドのHPLC分析結果を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing the results of HPLC analysis of carotenoids extracted from CGM lettuce leaves. 図3は、コントロールレタス葉から抽出されたカロテノイドのHPLC分析結果を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the results of HPLC analysis of carotenoids extracted from control lettuce leaves. 図4は、レタス葉緑体形質転換用ベクターpRL200の構造を示す図である。FIG. 4 shows the structure of the lettuce chloroplast transformation vector pRL200. 図5は、レタス葉緑体形質転換用プラスミドpRL-crtZWidiの構造、及びレタス葉緑体ゲノムへの遺伝子の挿入位置を示す図である。FIG. 5 shows the structure of the lettuce chloroplast transformation plasmid pRL-crtZWidi, and the insertion position of the gene into the lettuce chloroplast genome.

以下に、本発明を詳細に説明する。
本明細書中、カロテノイドには、β環を持つカロテノイドとβ環を持たないカロテノイドが含まれる。また、β環を持つカロテノイドには、遊離体のカロテノイド以外に、カロテノイドの脂肪酸エステルが含まれる。
The present invention is described in detail below.
In the present specification, the carotenoid includes a carotenoid having a β ring and a carotenoid having no β ring. Carotenoids having a β ring include carotenoid fatty acid esters in addition to free carotenoids.

1.抽出方法
本発明の抽出方法は、植物又はその組織からカロテノイドを抽出する方法であり、以下の(I)〜(III)の工程を、この順に含む。
(I)カロテノイドを産生する植物又はその組織を、脱水用溶媒に接触させて脱水する工程(脱水工程)
(II)脱水した植物又はその組織を、抽出溶媒で抽出し、カロテノイド含有抽出液を得る工程(抽出工程)
(III)工程(I)で植物又はその組織に接触させた脱水用溶媒及び工程(II)で得られるカロテノイド含有抽出液に、水及び有機溶媒を添加して分液を行い、カロテノイドを含有する有機溶媒層を回収する工程(回収工程)
1. Extraction Method The extraction method of the present invention is a method for extracting carotenoids from a plant or tissue thereof, and includes the following steps (I) to (III) in this order.
(I) A step of dehydrating a plant producing carotenoids or a tissue thereof by contacting with a dehydrating solvent (dehydration step)
(II) A process of extracting a dehydrated plant or tissue thereof with an extraction solvent to obtain a carotenoid-containing extract (extraction process)
(III) Water and an organic solvent are added to the solvent for dehydration brought into contact with the plant or its tissue in step (I) and the carotenoid-containing extract obtained in step (II), and the mixture is separated to contain carotenoids. Process to recover the organic solvent layer (recovery process)

工程(I)において、材料として使用される植物又はその組織は、そのまま、又は適当な大きさに切断、破砕、細切り(細断)、若しくは粉末化して用いることができる。好ましくは、細切りした植物又はその組織を用いる。   In the step (I), the plant or the tissue used as a material can be used as it is or after being cut, crushed, shredded (chopped), or powdered into an appropriate size. Preferably, a chopped plant or a tissue thereof is used.

工程(I)で使用される脱水用溶媒は、有機溶媒が好ましく、極性有機溶媒がより好ましく、例えば、アセトン、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール、メチルエチルケトン等の極性有機溶媒が好ましい。これらは1種のみ用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、好ましくは、アセトン、エタノール、メタノール、及び2-プロパノールからなる群より選択される少なくとも1種の有機溶媒であり、より好ましい脱水用溶媒は、アセトン、エタノール、又はこれらの混液等であり、さらに好ましくは、アセトンを含む極性有機溶媒等であり、特に好ましくはアセトン等である。   The dehydrating solvent used in the step (I) is preferably an organic solvent, more preferably a polar organic solvent, and for example, a polar organic solvent such as acetone, methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, and methyl ethyl ketone is preferable. These may be used alone or in combination of two or more. Among them, preferably, is at least one organic solvent selected from the group consisting of acetone, ethanol, methanol, and 2-propanol, more preferable dehydrating solvent is acetone, ethanol, or a mixture thereof, More preferred is a polar organic solvent containing acetone, and particularly preferred is acetone.

植物又はその組織を脱水用溶媒に接触させる方法は特に限定されず、例えば、植物又はその組織を脱水用溶媒中に浸漬する方法等が挙げられる。脱水用溶媒の量は、例えば、植物1g(通常、湿重量)に対して、好ましくは脱水用溶媒を約1〜100mL、より好ましくは約1〜30mL、さらに好ましくは約2〜10mL用いる。   The method for bringing the plant or its tissue into contact with the dehydrating solvent is not particularly limited, and examples thereof include a method of immersing the plant or its tissue in the dehydrating solvent. The amount of the solvent for dehydration is, for example, preferably about 1 to 100 mL, more preferably about 1 to 30 mL, and still more preferably about 2 to 10 mL with respect to 1 g of plant (usually wet weight).

脱水の条件は特に限定されず、例えば、植物を脱水用溶媒に接触させる時間は、通常約10分〜24時間であり、好ましくは約1〜12時間、より好ましくは約3〜5時間である。脱水の際の温度は特に限定されず、通常約5〜30℃、好ましくは約18〜24℃で行うことが好ましい。   The conditions for dehydration are not particularly limited. For example, the time for contacting the plant with the solvent for dehydration is usually about 10 minutes to 24 hours, preferably about 1 to 12 hours, more preferably about 3 to 5 hours. . The temperature at the time of dehydration is not particularly limited, and is usually about 5 to 30 ° C, preferably about 18 to 24 ° C.

前記脱水用溶媒と接触させ、脱水した植物又はその組織は、通常ろ過等により脱水用溶媒から分離し、次の抽出工程に用いる。植物又はその組織に接触させた(植物又はその組織の脱水に用いた)脱水用溶媒は、回収して後の回収工程(III)に用いる。   The plant or tissue dehydrated by contacting with the dehydrating solvent is usually separated from the dehydrating solvent by filtration or the like and used in the next extraction step. The dehydrating solvent brought into contact with the plant or its tissue (used for dehydrating the plant or its tissue) is recovered and used in the subsequent recovery step (III).

工程(II)(抽出工程)においては、脱水した植物又はその組織を、抽出溶媒で抽出し、カロテノイド含有抽出液を得る。
抽出溶媒は、特に限定されず、有機溶媒が好ましく、極性有機溶媒がより好ましく、例えば、含ハロゲン炭化水素、低級脂肪酸エステル、低級アルコール、ケトン等の極性有機溶媒等が挙げられる。含ハロゲン炭化水素として、例えば、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、トリクロロエタン等の炭素数1〜3の含ハロゲン炭化水素;低級脂肪酸エステルとして、例えば、酢酸メチル、酢酸エチル、酢酸ブチル等の炭素数1〜6の脂肪酸のエステル;低級アルコールとして、例えば、メタノール、エタノール、1-プロパノール、2-プロパノール等の炭素数1〜3のアルコール;ケトンとして、例えば、アセトン、メチルエチルケトン等の炭素数1〜4のケトン等が挙げられる。これら極性有機溶媒は1種のみ用いてもよく、2種以上を組み合わせた混合溶媒を用いることもできる。好ましくは、含ハロゲン炭化水素、低級アルコール、炭素数1〜4のケトン(アセトン、メチルエチルケトン等)等の1種又はこれらの2種以上を組み合わせた抽出溶媒であり、より好ましくは、含ハロゲン炭化水素と低級アルコールとの混合溶媒等である。さらに好ましくは、含ハロゲン炭化水素はクロロホルム等であり、低級アルコールは、メタノール、エタノール等である。
In step (II) (extraction step), the dehydrated plant or its tissue is extracted with an extraction solvent to obtain a carotenoid-containing extract.
The extraction solvent is not particularly limited, and is preferably an organic solvent, more preferably a polar organic solvent, and examples thereof include polar organic solvents such as halogen-containing hydrocarbons, lower fatty acid esters, lower alcohols, and ketones. Examples of halogen-containing hydrocarbons include halogen-containing hydrocarbons having 1 to 3 carbon atoms such as chloroform, dichloromethane, dichloroethane, and trichloroethane; examples of lower fatty acid esters include 1 to 6 carbon atoms such as methyl acetate, ethyl acetate, and butyl acetate An ester of a fatty acid of; a lower alcohol such as methanol, ethanol, 1-propanol, 2-propanol, etc .; a C 1-3 alcohol; a ketone such as acetone, methyl ethyl ketone, etc. Is mentioned. These polar organic solvents may be used alone or in combination of two or more. Preferably, it is an extraction solvent such as a halogen-containing hydrocarbon, a lower alcohol, a ketone having 1 to 4 carbon atoms (acetone, methyl ethyl ketone, etc.) or a combination of two or more thereof, more preferably a halogen-containing hydrocarbon. And a mixed solvent of alcohol and lower alcohol. More preferably, the halogen-containing hydrocarbon is chloroform or the like, and the lower alcohol is methanol, ethanol or the like.

2種以上の有機溶媒の混合溶媒を抽出溶媒として用いて抽出を行う場合、各有機溶媒の使用割合は、溶媒の種類に応じて適宜設定すればよく特に限定されない。例えば、抽出溶媒として含ハロゲン炭化水素と低級アルコールとの混合溶媒を用いる場合、含ハロゲン炭化水素と低級アルコールとの混合比率は、例えば、含ハロゲン炭化水素:低級アルコール(体積比)を1:10〜5:1程度とすることが好ましく、1:2〜1:1程度とすることがより好ましい。   When performing extraction using a mixed solvent of two or more organic solvents as an extraction solvent, the use ratio of each organic solvent may be appropriately set according to the type of the solvent, and is not particularly limited. For example, when a mixed solvent of a halogen-containing hydrocarbon and a lower alcohol is used as the extraction solvent, the mixing ratio of the halogen-containing hydrocarbon to the lower alcohol is, for example, 1:10 halogen-containing hydrocarbon: lower alcohol (volume ratio). ˜5: 1 is preferable, and about 1: 2 to 1: 1 is more preferable.

抽出方法としては、一般に用いられる方法で行えばよく、例えば抽出溶媒中に脱水した植物又はその組織を浸漬する方法、抽出溶媒の沸点以下の温度で加温、撹拌しながら抽出を行う方法等が挙げられる。また、抽出の効率を上げるために、抽出溶媒中で植物又はその組織を細切りする、すり潰す、磨砕する等の操作を行ってもよい。   The extraction method may be a commonly used method, for example, a method of immersing a dehydrated plant or its tissue in an extraction solvent, a method of performing extraction while heating and stirring at a temperature below the boiling point of the extraction solvent, etc. Can be mentioned. Moreover, in order to raise the efficiency of extraction, you may perform operations, such as chopping a plant or the structure | tissue in an extraction solvent, crushing, and grinding.

抽出の条件は特に限定されず、例えば、抽出時間は、通常約10分〜24時間であり、好ましくは約1〜12時間、より好ましくは約6〜8時間である。抽出の際の温度は特に限定されないが、通常約5〜30℃であり、好ましくは約18〜24℃で行う。   The extraction conditions are not particularly limited. For example, the extraction time is usually about 10 minutes to 24 hours, preferably about 1 to 12 hours, more preferably about 6 to 8 hours. Although the temperature at the time of extraction is not specifically limited, Usually, it is about 5-30 degreeC, Preferably it carries out at about 18-24 degreeC.

抽出に用いる抽出溶媒の使用量は、例えば、脱水工程で使用した植物又はその組織1g(通常、湿重量)に対して、通常約2〜50mLであり、好ましくは約5〜25mLである。   The amount of the extraction solvent used for extraction is usually about 2 to 50 mL, preferably about 5 to 25 mL, with respect to 1 g (usually wet weight) of the plant or its tissue used in the dehydration step.

工程(II)(抽出工程)により、カロテノイド脂肪酸エステル等のカロテノイドが抽出溶媒中に抽出され、カロテノイド含有抽出液が得られる。抽出工程後、ろ過等により植物又はその組織を、カロテノイド含有抽出液から分離することが好ましい。   Through step (II) (extraction step), carotenoids such as carotenoid fatty acid esters are extracted into the extraction solvent, and a carotenoid-containing extract is obtained. After the extraction step, it is preferable to separate the plant or its tissue from the carotenoid-containing extract by filtration or the like.

工程(III)(回収工程)においては、工程(I)で植物又はその組織に接触させた脱水用溶媒及び工程(II)で得られるカロテノイド含有抽出液に、水及び有機溶媒を添加して分液を行い、カロテノイドを含有する有機溶媒層を回収する。   In step (III) (recovery step), water and an organic solvent are added to the dehydrating solvent brought into contact with the plant or its tissue in step (I) and the carotenoid-containing extract obtained in step (II). Liquid is collected and an organic solvent layer containing carotenoid is recovered.

工程(III)で用いられる有機溶媒は、炭化水素、直鎖又は分鎖炭化水素、エーテルなどの水と分離可能な有機溶媒であればよく、例えば、ヘキサン、石油エーテル、ジエチルエーテル、エチルメチルエーテル、ジメチルエーテル、ノルマルペンタン、ノルマルヘプタン、ノルマルオクタン等が好ましい。有機溶媒は、1種のみ用いてもよく、2種以上を組み合わせて用いてもよい。中でも、有機溶媒は、ヘキサン、ジエチルエーテル、石油エーテル、エチルメチルエーテル、及びジメチルエーテルからなる群より選択される少なくとも1種等がより好ましく、ヘキサン、ジエチルエーテル等がさらに好ましく、ヘキサンが特に好ましい。   The organic solvent used in the step (III) may be any organic solvent that can be separated from water such as hydrocarbon, linear or branched hydrocarbon, and ether, such as hexane, petroleum ether, diethyl ether, ethyl methyl ether. , Dimethyl ether, normal pentane, normal heptane, normal octane and the like are preferable. Only one organic solvent may be used, or two or more organic solvents may be used in combination. Among these, the organic solvent is preferably at least one selected from the group consisting of hexane, diethyl ether, petroleum ether, ethyl methyl ether, and dimethyl ether, more preferably hexane, diethyl ether, and the like, and particularly preferably hexane.

工程(III)において、水及び有機溶媒の使用量は、脱水用溶媒及び工程(II)で得られるカロテノイド含有抽出液の合計に対して、体積比で水及び有機溶媒の合計を2〜10倍程度使用することが好ましく、2〜4倍程度使用することがより好ましい。   In step (III), the amount of water and organic solvent used is 2 to 10 times the total amount of water and organic solvent in a volume ratio with respect to the total of the dehydrating solvent and the carotenoid-containing extract obtained in step (II). It is preferable to use about 2 to 4 times.

水及び有機溶媒の使用比率は、有機溶媒の種類等により適宜設定することができ、特に限定されないが、例えば、水:有機溶媒(体積比)を3:1〜1:10程度とすることが好ましく2:1〜1:5程度とすることが好ましく、1:0.8〜0.8:1.2程度とすることがより好ましい。   The use ratio of water and the organic solvent can be appropriately set depending on the type of the organic solvent and the like, and is not particularly limited. For example, the water: organic solvent (volume ratio) is about 3: 1 to 1:10. It is preferably about 2: 1 to 1: 5, and more preferably about 1: 0.8 to 0.8: 1.2.

分液の際は、(i)工程(I)で植物又はその組織に接触させた脱水用溶媒及び工程(II)で得られるカロテノイド含有抽出液を合わせて、この混合液に水及び有機溶媒を添加して分液を行ってもよく、(ii)工程(I)で植物又はその組織に接触させた脱水用溶媒及び工程(II)で得られるカロテノイド含有抽出液それぞれに、水及び有機溶媒を添加して分液を行ってもよい。好ましくは、(i)の方法により分液を行う。分液の方法は、通常の方法で行うことができる。前記(i)及び(ii)のいずれの方法においても、カロテノイドは有機溶媒層に移行する。通常、有機溶媒層は、カロテノイドにより橙又は赤色に着色している。   In the case of liquid separation, (i) the dehydrating solvent brought into contact with the plant or tissue thereof in step (I) and the carotenoid-containing extract obtained in step (II) are combined, and water and an organic solvent are added to this mixed solution. The liquid may be separated by adding, and (ii) water and an organic solvent are added to each of the dehydrating solvent brought into contact with the plant or its tissue in step (I) and the carotenoid-containing extract obtained in step (II). It may be added to carry out liquid separation. Preferably, liquid separation is performed by the method (i). Separation can be performed by a normal method. In both methods (i) and (ii), carotenoids migrate to the organic solvent layer. Usually, the organic solvent layer is colored orange or red with a carotenoid.

有機溶媒層には、原料である植物に含まれるカロテノイドが抽出されている。カロテノイドの種類は、原料である植物により異なるが、通常2種類以上の遊離のカロテノイド、及び/又はカロテノイド脂肪酸エステルが含まれるカロテノイド混合物が得られる。   In the organic solvent layer, carotenoids contained in the plant as a raw material are extracted. The type of carotenoid varies depending on the plant as a raw material, but usually a carotenoid mixture containing two or more types of free carotenoids and / or carotenoid fatty acid esters is obtained.

本発明の方法によれば、植物又はその組織に含まれるカロテノイド、例えば、ケトカロテノイドの遊離体、ケトカロテノイドの脂肪酸エステル等を植物又はその組織から効率よく抽出することができる。中でも、本発明の方法は、アスタキサンチン脂肪酸エステルの抽出に特に好適である。アスタキサンチン脂肪酸エステルは、ジエステル体であってもよく、モノエステル体であってもよく、ジエステル体とモノエステル体との混合物であってもよい。ジエステル体とモノエステル体との混合物が得られる場合、さらに精製等を行うことにより、ジエステル体とモノエステル体とを分離することができる。アスタキサンチン脂肪酸エステルは、好ましくは、アスタキサンチンのミリスミン酸エステル又はパルミチン酸エステルである。   According to the method of the present invention, carotenoids contained in plants or tissues thereof, for example, ketocarotenoid free compounds, ketocarotenoid fatty acid esters, and the like can be efficiently extracted from plants or tissues thereof. Among these, the method of the present invention is particularly suitable for extracting astaxanthin fatty acid esters. The astaxanthin fatty acid ester may be a diester, a monoester, or a mixture of a diester and a monoester. When a mixture of a diester body and a monoester body is obtained, the diester body and the monoester body can be separated by further purification and the like. The astaxanthin fatty acid ester is preferably astaxanthin myristic acid ester or palmitic acid ester.

例えば、後述するカロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子等が植物の色素体ゲノムに導入され発現した色素体ゲノム改変植物又はその組織を本発明の抽出方法により抽出すると、通常、アスタキサンチン脂肪酸エステルを含むカロテノイド混合物を得ることができる。また、例えばカロテノイド3,3’-水酸基導入酵素、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼの各酵素をコードする遺伝子が葉緑体ゲノムに導入され発現した色素体ゲノム改変植物又はその組織を原料として用いると、通常、アスタキサンチン脂肪酸エステルを主成分とし、さらに、例えばアスタキサンチン、フリチエラキサンチン、4-ケトアンテラキサンチン等の遊離体のカロテノイドを含むカロテノイド混合物を得ることができる。本発明は、このようなカロテノイド脂肪酸エステルを含むカロテノイド混合物の抽出方法として好適なものである。   For example, when a plastid genome-modified plant expressed by introducing a gene encoding a carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme, which will be described later, into a plant plastid genome or expressed by the extraction method of the present invention, usually, A carotenoid mixture containing astaxanthin fatty acid ester can be obtained. In addition, for example, plastid genomes in which genes encoding carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase, carotenoid 4,4′-keto transferase and isopentenyl diphosphate isomerase are introduced and expressed in the chloroplast genome. When a modified plant or tissue thereof is used as a raw material, it is usually possible to obtain a carotenoid mixture containing astaxanthin fatty acid ester as a main component and further containing free carotenoids such as astaxanthin, frithielaxanthin, 4-ketoanthelaxanthin. it can. The present invention is suitable as a method for extracting a carotenoid mixture containing such a carotenoid fatty acid ester.

特に、色素体ゲノム改変植物が、葉緑体ゲノム改変レタスであれば、有機溶媒層には、通常、アスタキサンチン脂肪酸エステルと共に、アスタキサンチン遊離体、フリチエラキサンチン、4-ケトアンテラキサンチン、ラクチュカキサンチン等が含まれる。また、葉緑体ゲノム改変レタスの場合、前記抽出方法により抽出される全カロテノイド中、アスタキサンチン脂肪酸エステルが通常約50〜90重量%、好ましくは約50〜80重量%含まれる。アスタキサンチン脂肪酸エステルは、通常モノエステル体とジエステル体の混合物である。また、エステルは、通常アスタキサンチンのミリスミン酸エステル又はパルミチン酸エステルである。   In particular, if the plastid genome-modified plant is a chloroplast genome-modified lettuce, the organic solvent layer usually contains an astaxanthin fatty acid ester, an astaxanthin free form, frityra xanthine, 4-ketoanthaxanthin, lactucaxanthin. Etc. are included. In the case of chloroplast genome modified lettuce, astaxanthin fatty acid ester is usually contained in an amount of about 50 to 90% by weight, preferably about 50 to 80% by weight, in all carotenoids extracted by the extraction method. Astaxanthin fatty acid ester is usually a mixture of monoester and diester. The ester is usually an astaxanthin myristic acid ester or palmitic acid ester.

本発明の方法は、本発明の効果を奏することになる限り、前記(I)〜(III)以外の工程を含んでもよい。例えば、工程(I)で使用する植物又はその組織を適当な大きさに切断、破砕、細切り、粉末化等する工程を行ってもよい。また、工程(I)の前に、原料である植物又はその処理物を乾燥させてもよい。また、回収したカロテノイドを含有する有機溶媒層をさらに濃縮、精製等する工程を行ってもよい。カロテノイドを含有する有機溶媒層をさらに精製等することにより、各カロテノイドを単離することができる。濃縮、精製等は、公知の方法により行うことができる。   The method of the present invention may include steps other than the above (I) to (III) as long as the effects of the present invention are exhibited. For example, you may perform the process of cut | disconnecting, crushing, shredding | pulverizing, etc. to the suitable magnitude | size the plant or its structure | tissue used at process (I). Moreover, you may dry the plant which is a raw material, or its processed material before process (I). Moreover, you may perform the process of further concentrating and refine | purifying the organic-solvent layer containing the collect | recovered carotenoid. Each carotenoid can be isolated by further purifying the organic solvent layer containing the carotenoid. Concentration, purification, etc. can be performed by known methods.

2.カロテノイドを産生する植物又はその組織
本発明において原料として用いられるカロテノイドを産生する植物又はその組織は、葉緑体、アミロプラスト、エライオプラスト、有色体等の色素体(プラスチド)を有する植物又はその組織であればよい。中でも、葉緑体、有色体等の色素体を有する植物又はその組織が好ましい。本発明において、植物には、植物の細胞、組織、器官のみならず、植物個体(植物体)も含まれる。色素体(プラスチド)を有する植物の組織は、例えば、葉、茎、塊茎、根、根茎、花、花蕾、種子、果実等である。また、プロトプラスト、カルス等の植物細胞も、本発明における植物に含まれる。植物は、天然の植物であってもよく、外来性遺伝子が導入されたゲノム改変植物(遺伝子組換え植物)であってもよい。
2. Plant producing carotenoid or tissue thereof Plant or tissue producing carotenoid used as a raw material in the present invention is a plant having plastids such as chloroplast, amyloplast, elaioplast, or colored body, or tissue thereof. If it is. Among them, a plant having a plastid such as a chloroplast or a colored body or a tissue thereof is preferable. In the present invention, the plant includes not only plant cells, tissues and organs but also individual plants (plants). Examples of plant tissues having plastids are leaves, stems, tubers, roots, rhizomes, flowers, florets, seeds, fruits, and the like. Plant cells such as protoplasts and callus are also included in the plant of the present invention. The plant may be a natural plant or a genome-modified plant (genetically modified plant) into which an exogenous gene has been introduced.

植物としては特に限定されず、種子植物、シダ植物、コケ植物、藻類のいずれであってもよい。種子植物は、裸子植物であってもよく、被子植物であってもよい。被子植物の場合、単子葉植物、双子葉植物のいずれでもよく、特に限定されない。種子植物として、例えば、イネ、オオムギ、トウモロコシ、コムギ等の穀類;レタス、カリフラワー、キャベツ、セイヨウナタネ、ジャガイモ、トマト、ニンジン、バジル、ダイコン、小松菜、ホウレンソウ、カブ、カボチャ、ピーマン等の野菜類;アルファルファ、クローバー、レンゲ等の緑肥植物;コスモス、トレニア、キク、ガーベラ、パンジー、ラン、シャクヤク、チューリップ等の花卉類;ダイズ、アズキ、インゲン、落花生、ソラマメ、エンドウ等の豆類;コウライシバ、ベントグラス、ノシバ等の芝類;他にもシロイヌナズナ、ニチニチソウ、タバコ等が挙げられる。中でも、レタス、カリフラワー、キャベツ、セイヨウナタネ、ジャガイモ、トマト、ニンジン、イネ、ダイズ、タバコ、アドニス(Adonis)属植物等が好ましい。シダ植物として、例えば、ゼンマイ、ワラビ、スギナ等が、コケ植物として、例えば、ゼニゴケ、ツノゴケ、スギゴケ、ミズゴケ等が、藻類として、ヘマトコッカス・プルビアリス(Haematococcus pluvialis)、クラミドモナス(Chlamydomonas属)、ミドリムシ(ユーグレナ藻;Euglena属)等が挙げられる。本発明における原料として、このような植物の色素体を有する組織等を用いることが好ましい。 It does not specifically limit as a plant, Any of a seed plant, a fern plant, a moss plant, and algae may be sufficient. The seed plant may be a gymnosperm or an angiosperm. In the case of angiosperms, either monocotyledonous plants or dicotyledonous plants may be used, and there is no particular limitation. Examples of seed plants include cereals such as rice, barley, corn, and wheat; vegetables such as lettuce, cauliflower, cabbage, rapeseed, potato, tomato, carrot, basil, radish, spinach, turnip, turnip, pumpkin, and pepper; Green manure plants such as alfalfa, clover, and lotus; cosmos, torenia, chrysanthemum, gerbera, pansies, orchids, peonies, tulips and other flowering plants; soybeans, azuki beans, green beans, peanuts, broad beans, peas, and other beans; Other examples include: Arabidopsis thaliana, periwinkle and tobacco. Among them, lettuce, cauliflower, cabbage, oilseed rape, potatoes, tomatoes, carrots, rice, soybean, tobacco, Adonis (Adonis) Genus like. As Ferns, for example, the mainspring, bracken, field horsetail, and examples bryophyte, for example, liverwort, Tsunogoke, polytrichum juniperinum, sphagnum, and examples algae, Haematococcus pluvialis (Haematococcus pluvialis), Chlamydomonas (Chlamydomonas sp), Euglena ( Euglena algae (genus Euglena )) and the like. As a raw material in the present invention, a tissue having such a plant plastid is preferably used.

本発明における植物又はその組織は、好ましくは、ケトカロテノイドを産生する植物であり、より好ましくはケトカロテノイド脂肪酸エステルを産生する植物であり、さらに好ましくは、アスタキサンチン脂肪酸エステルを産生する植物である。アスタキサンチン脂肪酸エステルを産生する植物として、例えば、フクジュソウ(福寿草)の仲間アドニス(Adonis)属植物(例えばアドニス・エスティバリス(Adonis aestivalis))、ヘマトコッカス・プルビアリス(Haematococcus pluvialis)等の緑藻が挙げられる。また、例えばケトカロテノイド脂肪酸エステルの産生が確認されていない植物又はその組織であっても、実際にはケトカロテノイド脂肪酸エステルを産生していれば、本発明の方法に供することによって、ケトカロテノイド脂肪酸エステルが抽出される。 The plant or tissue thereof in the present invention is preferably a plant that produces a ketocarotenoid, more preferably a plant that produces a ketocarotenoid fatty acid ester, and even more preferably a plant that produces an astaxanthin fatty acid ester. Examples of plants that produce astaxanthin fatty acid esters include green algae such as the plants belonging to the genus Adonis (for example, Adonis aestivalis ), Haematococcus pluvialis, and the like. Further, for example, even if a plant or tissue thereof in which production of ketocarotenoid fatty acid ester has not been confirmed, if ketocarotenoid fatty acid ester is actually produced, the ketocarotenoid fatty acid ester can be obtained by subjecting it to the method of the present invention. Is extracted.

3.色素体ゲノム改変植物
本発明においては、カロテノイドを産生する植物又はその組織として、カロテノイド生合成に関与する酵素の遺伝子をゲノムに導入して得られるゲノム改変植物(遺伝子組換え植物)又はその組織を好適に用いることができる。ゲノム改変植物は、好ましくは色素体ゲノム改変植物である。カロテノイドは、通常葉緑体、有色体等の色素体で生合成されるため、色素体に直接カロテノイド生合成に関与する酵素の遺伝子を導入することにより、効率よくカロテノイドを産生する植物又はその組織を得ることができる。色素体ゲノム改変植物は、好ましくは、アスタキサンチン脂肪酸エステルを産生する植物又はその組織である。
3. Plastid genome modified plant In the present invention, as a carotenoid-producing plant or tissue thereof, a genome-modified plant (genetically modified plant) or tissue obtained by introducing a gene of an enzyme involved in carotenoid biosynthesis into the genome. It can be used suitably. The genome modified plant is preferably a plastid genome modified plant. Since carotenoids are usually biosynthesized in plastids such as chloroplasts and colored bodies, plants or tissues that efficiently produce carotenoids by introducing genes for enzymes involved in carotenoid biosynthesis directly into the plastids. Can be obtained. The plastid genome-modified plant is preferably a plant that produces astaxanthin fatty acid ester or a tissue thereof.

アスタキサンチン脂肪酸エステルを産生する植物又はその組織は、例えば、カロテノイド生合成に関与する酵素の遺伝子として、β-カロテンからアスタキサンチンを合成する(β-カロテンをアスタキサンチンに変換する)酵素をコードする遺伝子を植物又はその組織に導入することにより得ることができる。このようなβ-カロテンからアスタキサンチンを合成する酵素をコードする遺伝子を色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物又はその組織は、本発明における原料として好適に用いることができる。   Plants that produce astaxanthin fatty acid esters or tissues thereof include, for example, genes encoding enzymes that synthesize astaxanthin from β-carotene (convert β-carotene to astaxanthin) as genes for enzymes involved in carotenoid biosynthesis. Or it can obtain by introduce | transducing into the structure | tissue. A plastid genome-modified plant or tissue obtained by introducing a gene encoding an enzyme that synthesizes astaxanthin from β-carotene into the plastid genome can be suitably used as a raw material in the present invention.

β-カロテンからアスタキサンチンを合成する酵素遺伝子を色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物について、以下に説明する。
3.1 β-カロテンからアスタキサンチンを合成する酵素遺伝子
β-カロテンからAstaを合成するのに必要な酵素遺伝子については、上述したように、典型的には2つの酵素遺伝子、すなわち、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素(ケト基導入酵素)及びカロテノイド3,3’-水酸基導入酵素(水酸基導入酵素)をコードする遺伝子が好適である。ケト基導入酵素遺伝子として、α-プロテオバクテリア綱に属する細菌から単離されたcrtW遺伝子や、H. pluvialisから単離されたBkt遺伝子(Bkt1Bkt2Bkt3)等が知られている(前記非特許文献4及び5)。なお、CrtW(crtW遺伝子がコードするタンパク質の意味)とBKT(Bkt遺伝子がコードするタンパク質の意味)は互いに相同性を有している。水酸基導入酵素遺伝子として、α-プロテオバクテリア綱又はγ-プロテオバクテリア綱に属する細菌から単離されたcrtZ遺伝子や、高等植物から単離されたBhy遺伝子等が知られている(前記非特許文献4)。なお、CrtZとBHYは互いに相同性を有している。例えば、アスタキサンチン脂肪酸エステルを産生する色素体ゲノム改変植物の作製には、これらの公知の遺伝子のいずれを用いてもよい。好ましくは、少なくともカロテノイド4,4’-ケト基導入酵素(ケト基導入酵素)を用いる。より好ましくは、β-カロテンから最も効率よくAstaを合成する遺伝子の組み合わせであるブレバンディモナス属細菌SD212株(Brevundimonas sp. SD212株)由来のカロテノイド4,4’-ケト基導入酵素(CrtW)とカロテノイド3,3’-水酸基導入酵素(CrtZ)をそれぞれコードする遺伝子配列(前記特許文献3;配列情報はそれぞれDDBJ アクセッション番号 AB377271及びアクセッション番号 AB377272に記載)を用いる。前記ブレバンディモナス属細菌SD212株(Brevundimonas sp. SD212株)由来のカロテノイド4,4’-ケト基導入酵素(CrtW)をコードする遺伝子配列(DDBJ アクセッション番号 AB377271)を、配列番号1に、ブレバンディモナス属細菌SD212株由来のカロテノイド3,3’-水酸基導入酵素(CrtZ)をコードする遺伝子配列(DDBJ アクセッション番号 AB377272)を配列番号3に、それぞれ示す。また、ブレバンディモナス属細菌SD212株由来のカロテノイド4,4’-ケト基導入酵素(ケト基導入酵素)(CrtW)のアミノ酸配列を配列番号2に、カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素(CrtZ)のアミノ酸配列を配列番号4に、それぞれ示す。例えば、この2遺伝子をレタス葉緑体ゲノムに導入することにより、Astaエステルを主成分として産生する葉緑体ゲノム改変(CGM)レタス等の葉緑体ゲノム改変植物を得ることができる。しかし必ずしも、これと同じcrtWcrtZ遺伝子配列を用いる必要は無く、他の生物由来のケト基導入酵素と水酸基導入酵素遺伝子を用いてもよいし、後者の相当遺伝子(Bhy)は植物にあることを考えると、前者のケト基導入酵素遺伝子のみを用いてもよい。また、アドニス植物由来のβ-カロテンからAstaへの変換酵素遺伝子(CBFDとHBFD;前記非特許文献9)を用いることも可能である。なお、Asta(遊離体)からAsta脂肪酸モノエステルを経てAsta脂肪酸ジエステルを作る酵素遺伝子については単離されていない。例えばβ-カロテンからアスタキサンチンを合成する酵素遺伝子を導入して得られるCGMレタスの場合、レタス葉緑体内で生成したAsta(遊離体)は葉緑体の内在性酵素によって、エステル化したと考えられる。
A plastid genome-modified plant obtained by introducing an enzyme gene that synthesizes astaxanthin from β-carotene into the plastid genome will be described below.
3.1 Enzyme gene that synthesizes astaxanthin from β-carotene As described above, the enzyme gene required to synthesize Asta from β-carotene typically has two enzyme genes, namely carotenoids 4,4. Genes encoding a '-keto group introducing enzyme (keto group introducing enzyme) and a carotenoid 3,3'-hydroxyl introducing enzyme (hydroxyl introducing enzyme) are preferred. Keto group-introducing enzyme gene, alpha-proteobacteria from belonging to bacteria leash bacteria crtW gene or isolated, Bkt gene isolated from H. pluvialis (Bkt1, Bkt2, Bkt3 ) and the like are known (the non Patent Documents 4 and 5). CrtW (meaning the protein encoded by the crtW gene) and BKT (meaning the protein encoded by the Bkt gene) have homology with each other. Known hydroxyl-transducing enzyme genes include the crtZ gene isolated from bacteria belonging to the α-proteobacteria class or the γ-proteobacteria class, the Bhy gene isolated from higher plants, and the like (Non-Patent Document 4). ). CrtZ and BHY have homology with each other. For example, any of these known genes may be used for production of a plastid genome-modified plant that produces astaxanthin fatty acid ester. Preferably, at least carotenoid 4,4′-keto group introducing enzyme (keto group introducing enzyme) is used. More preferably, a carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme (CrtW) derived from Brevundimonas sp. Strain SD212, which is a combination of genes that synthesize Asta most efficiently from β-carotene, and Gene sequences encoding carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase (CrtZ) are used (patent document 3; sequence information is described in DDBJ accession number AB377271 and accession number AB377272, respectively). The gene sequence (DDBJ accession number AB377271) encoding the carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme (CrtW) derived from the Brevundimonas sp. Strain SD212 ( Brevundimonas sp. SD212 strain) is represented by SEQ ID NO: 1. The gene sequence (DDBJ accession number AB377272) encoding the carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase (CrtZ) derived from the Bandimonas sp. Strain SD212 is shown in SEQ ID NO: 3, respectively. In addition, the amino acid sequence of carotenoid 4,4'-keto group-introducing enzyme (keto group-introducing enzyme) (CrtW) derived from Brevundimonas sp. Strain SD212 is represented by SEQ ID NO: 2, and carotenoid 3,3'-hydroxyl introducing enzyme (CrtZ ) Are shown in SEQ ID NO: 4, respectively. For example, by introducing these two genes into a lettuce chloroplast genome, a chloroplast genome modified plant such as a chloroplast genome modified (CGM) lettuce that produces Asta ester as a main component can be obtained. However, it is not always necessary to use the same crtW and crtZ gene sequences, and keto group-introducing enzymes and hydroxyl-introducing enzyme genes derived from other organisms may be used, and the latter equivalent gene ( Bhy ) must be in the plant. Therefore, only the former keto group-introducing enzyme gene may be used. It is also possible to use a conversion enzyme gene (CBFD and HBFD; Non-patent Document 9) from β-carotene to Asta derived from an Adonis plant. In addition, the enzyme gene which makes Asta fatty acid diester from Asta (free body) through Asta fatty acid monoester is not isolated. For example, in the case of CGM lettuce obtained by introducing an enzyme gene that synthesizes astaxanthin from β-carotene, it is thought that Asta (free form) produced in lettuce chloroplasts was esterified by endogenous enzymes in chloroplasts. .

3.2 高等植物におけるカロテノイド生合成経路
植物の色素体では、メバロン酸経路ではなく、非メバロン酸経路(2-C-メチル-D-エリストール4-リン酸(以後、MEPと記載する場合がある)を経由するのでMEP経路とも呼ばれる)により最初のイソプレノイド基質であるイソペンテニル二リン酸(イソペンテニルピロリン酸とも呼ばれる;以後IPPと記載する場合がある)が作られる。IPPは、IPPイソメラーゼ(IPP isomerase;以後IDI又はIdiと記載する場合がある)によりジメチルアリル二リン酸(以後、DMAPPと記載する場合がある)に変換される。DMAPPはゲラニルゲラニル二リン酸(以後、GGPPと記載する場合がある)合成酵素(シンターゼ;synthase)(GGPS)によりIPPと順次縮合することにより、炭素数10のゲラニル二リン酸(以後、GPPと記載する場合がある)、炭素数15のファルネシル二リン酸(以後、FPPと記載する場合がある)、炭素数20のGGPPが合成される。このGGPPから分岐して、カロテノイド(テトラテルペン)が合成される(図1)。
3.2 Carotenoid biosynthetic pathway in higher plants In the plastids of plants, not the mevalonate pathway but the non-mevalonate pathway (2-C-methyl-D-erythritol 4-phosphate (hereinafter sometimes referred to as MEP) The first isoprenoid substrate, isopentenyl diphosphate (also called isopentenyl pyrophosphate; may be referred to as IPP hereinafter), is made. IPP is converted to dimethylallyl diphosphate (hereinafter sometimes referred to as DMAPP) by IPP isomerase (IPP isomerase; hereinafter sometimes referred to as IDI or Idi). DMAPP is a 10-carbon geranyl diphosphate (hereinafter referred to as GPP) by condensing with IPP sequentially by geranylgeranyl diphosphate (hereinafter sometimes referred to as GGPP) synthase (GGPS). A farnesyl diphosphate having 15 carbon atoms (hereinafter may be referred to as FPP) and GGPP having 20 carbon atoms. Branching from this GGPP, carotenoids (tetraterpenes) are synthesized (FIG. 1).

2分子のGGPPがフィトエン合成酵素(phytoene synthase; PSY)により縮合することにより、最初のカロテノイドである無色のフィトエン(Phytoene)が合成される(図1)。植物の色素体では、フィトエンは脱水素反応(不飽和化反応)と異性化反応を経てリコペン(Lycopene)に変換される。この反応の詳細を述べると、まず、フィトエン不飽和化酵素(phytoene desaturase; PDS)によりフィトエンから9,15,9'-tri-cis-ζ-Caroteneが合成され、次に、ζ-カロテン不飽和化酵素(ζ-carotene desaturase; ZDS)と2種類のカロテンイソメラーゼ(carotene isomerase; Z-ISOとCRTISO)によりリコペンが合成される(図1)(Q. Yu, S. Ghisla, J. Hirschberg, V. Mann, P. Beyer, J. Biol. Chem. 286: 8666-8676, 2011)。このステップは未だに十分には解明されていない。 Two molecules of GGPP are condensed by phytoene synthase (PSY) to synthesize colorless phytoene (Phytoene) which is the first carotenoid (FIG. 1). In plant plastids, phytoene is converted to lycopene through a dehydrogenation reaction (unsaturation reaction) and an isomerization reaction. Details of this reaction are as follows. First, 9,15,9'-tri- cis- ζ-Carotene is synthesized from phytoene by phytoene desaturase (PDS), and then ζ-carotene unsaturation. Lycopene is synthesized by zymogenase (ζ-carotene desaturase; ZDS) and two types of carotene isomerase (Z-ISO and CRTISO) (Fig. 1) (Q. Yu, S. Ghisla, J. Hirschberg, V Mann, P. Beyer, J. Biol. Chem. 286: 8666-8676, 2011). This step is not yet fully understood.

例えば、一般の高等植物の葉緑体の場合、リコペンから2種類の環化カロテンが合成される。リコペンに、リコペンβ環化酵素(lycopene β-cyclase; LCYb)のみが作用した場合は、2つのβ環を持つβ-カロテンに変換される(図1)。β-カロテンはBHYにより3,3’位の水酸化反応を受け、β-クリプトキサンチン(β-Cryptoxanthin)を経てゼアキサンチン(Zeaxanthin)に変換される。ゼアキサンチンは、ゼアキサンチンエポキシ化酵素(zeaxanthin epoxidase; ZEP)によりアンテラキサンチン(Antheraxanthin)を経てビオラキサンチン(Violaxanthin)に変換される。ビオラキサンチンは、ネオキサンチン(Neoxanthin)合成酵素(synthase; NSY)により、高等植物の葉におけるカロテノイド最終形の1つであるネオキサンチンに変換されると考えられる。リコペンに、リコペンε環化酵素(lycopene ε-cyclase; LCYe)とLCYbが作用した場合は、ε環とβ環を持つα-カロテン(α-Carotene)に変換される(図1)。α-カロテンはCYP97CサブファミリーのシトクロムP450であるε-カロテン水酸化酵素(ε-carotene hydroxylase; EHY)により3’位の水酸化反応を受けα-クリプトキサンチン(α-Cryptoxanthin;β,ε-Caroten-3’-ol)に変換され、さらにBHY又はCYP97AサブファミリーのP450により3位の水酸化反応を受けルテインに変換されると考えられる(図1)(R.F. Quinlan, T.T. Jaradat, E.T. Wurtzel, Arch. Biochem. Biophys. 458: 146-157, 2007)。   For example, in the case of a chloroplast of a general higher plant, two types of cyclized carotene are synthesized from lycopene. When only lycopene β-cyclase (LCYb) acts on lycopene, it is converted into β-carotene having two β rings (FIG. 1). β-carotene undergoes hydroxylation at the 3,3 ′ position by BHY and is converted to Zeaxanthin via β-Cryptoxanthin. Zeaxanthin is converted into Violaxanthin via Antheraxanthin by zeaxanthin epoxidase (ZEP). Violaxanthin is thought to be converted to neoxanthine, one of the final carotenoid forms in the leaves of higher plants, by neoxanthin synthase (NSY). When lycopene ε-cyclase (LCYe) and LCYb act on lycopene, it is converted into α-carotene (α-Carotene) having an ε ring and a β ring (FIG. 1). α-Carotene undergoes hydroxylation at the 3 ′ position by ε-carotene hydroxylase (EHY), a cytochrome P450 of the CYP97C subfamily. α-Cryptoxanthin (β, ε-Caroten -3'-ol), and is thought to be converted to lutein by hydroxylation at position 3 by P450 of the BHY or CYP97A subfamily (Fig. 1) (RF Quinlan, TT Jaradat, ET Wurtzel, Arch Biochem. Biophys. 458: 146-157, 2007).

通常の高等植物の葉緑体でのカロテノイド生合成は、通常ここまでであるが、例えばレタスの場合、もう1種類の環化カロテンができる。すなわち、リコペンにLCYeのみが作用し、2つのε環を持つε-カロテン(ε-Carotene)に変換される(図1)(F.X. Jr. Cunningham, E. Gantt, PNAS 98: 2905-2910, 2001)。ε-カロテンはEHYにより、ラクチュカキサンチン(Lactucaxanthin)に変換されると考えられている(図1)。   Carotenoid biosynthesis in normal higher plant chloroplasts is usually up to here, but in the case of lettuce, for example, another kind of cyclized carotene is produced. That is, only LCYe acts on lycopene and is converted to ε-Carotene having two ε rings (Fig. 1) (FX Jr. Cunningham, E. Gantt, PNAS 98: 2905-2910, 2001) ). It is believed that ε-carotene is converted to Lactucaxanthin by EHY (FIG. 1).

3.3 IPPイソメラーゼ遺伝子
IDI(Idi;IPP isomerase)によりIPPとDMAPPの量比が調整される。IDI(Idi)には互いに構造が異なる、1型(type 1)と2型(type 2)のものが存在している。2型のidi遺伝子は、α-プロテオバクテリア綱又はγ-プロテオバクテリア綱に属するカロテノイド産生細菌が有するカロテノイド生合成遺伝子群(carotenoid biosynthesis gene cluster)の中に時々一緒に存在している(三沢典彦, オレオサイエンス 9 (9): 385-391, 2009)。1型、2型にかかわらず、idi遺伝子をカロテノイド生合成遺伝子と共に大腸菌に導入して発現させると、idi遺伝子を導入しない場合と比べて、カロテノイドの生産量が上昇することがわかっている(H. Harada, N. Misawa, Appl. Microbiol. Biotechonol. 84: 1021-1031, 2009)。本発明で用いられる色素体ゲノム改変植物は、前記β-カロテンからアスタキサンチンを合成する酵素遺伝子に加えて、イソペンテニル二リン酸イソメラーゼをコードする遺伝子を植物の色素体ゲノムに導入することにより得られる色素体ゲノム改変植物であることが好ましい。
3.3 IPP isomerase gene
The amount ratio of IPP and DMAPP is adjusted by IDI (Idi; IPP isomerase). There are IDI (Idi) types of type 1 (type 1) and type 2 (type 2) that have different structures. Type 2 idi genes are sometimes present together in the carotenoid biosynthesis gene cluster of carotenoid-producing bacteria belonging to the α-proteobacteria or γ-proteobacteria class (Norihiko Misawa, Oreoscience 9 (9): 385-391, 2009). Type 1, irrespective of the type 2, when the idi gene is expressed and then is introduced into E. coli with carotenoid biosynthesis genes, in comparison with the case of not introducing the idi gene, production of carotenoids has been found to be elevated (H Harada, N. Misawa, Appl. Microbiol. Biotechonol. 84: 1021-1031, 2009). The plastid genome-modified plant used in the present invention is obtained by introducing a gene encoding isopentenyl diphosphate isomerase into the plant plastid genome in addition to the enzyme gene that synthesizes astaxanthin from β-carotene. It is preferably a plastid genome-modified plant.

本発明者らは、下記実施例では一例として2型のidi遺伝子を用いた。具体的には、パラコッカス属細菌N81106株(Paracoccus sp. N81106株)由来のIdiをコードする遺伝子配列(前記非特許文献12;配列情報はDDBJ アクセッション番号 AB453829に記載)を用いた。すなわち、実施例では、このidi遺伝子配列を、前述したBrevundimonas sp. SD212由来のCrtWとCrtZをコードする遺伝子配列とともにレタス葉緑体ゲノムに導入し、Astaエステルを主成分として産生する葉緑体ゲノム改変(CGM)レタスを得た。前記パラコッカス属細菌N81106株(Paracoccus sp. N81106株)由来のIPPイソメラーゼ(Idi)をコードする遺伝子配列(DDBJ アクセッション番号 AB453829)を配列番号5に、また、パラコッカス属細菌N81106株由来のIPPイソメラーゼ(Idi)のアミノ酸配列を配列番号6に、それぞれ示す。 In the following examples, the present inventors used type 2 idi gene as an example. Specifically, a gene sequence encoding Idi derived from Paracoccus sp. Strain N81106 ( Paracoccus sp. Strain N81106) (Non-Patent Document 12; sequence information is described in DDBJ Accession No. AB453829) was used. That is, in the embodiment, the idi gene sequence, Brevundimonas sp. SD212 introduced into lettuce chloroplast genome with the gene sequence encoding a CrtW and CrtZ derived, chloroplast genome to produce a main component Asta ester described above Modified (CGM) lettuce was obtained. The gene sequence (DDBJ accession number AB453829) encoding the IPP isomerase (Idi) derived from the Paracoccus bacterium N81106 strain ( Paracoccus sp. N81106 strain) is represented by SEQ ID No. 5, and the IPP isomerase derived from the Paracoccus bacterium N81106 strain. The amino acid sequence of (Idi) is shown in SEQ ID NO: 6, respectively.

本発明におけるカロテノイドを産生する植物又はその組織として、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子を色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物又はその組織が好ましい。このような色素体ゲノム改変植物は、例えばアスタキサンチン脂肪酸エステル等を産生することができるものであるため好ましい。   The plant or tissue thereof that produces carotenoid in the present invention is preferably a plastid genome-modified plant or tissue thereof obtained by introducing a gene encoding a carotenoid 4,4'-keto group-introducing enzyme into the plastid genome. Such a plastid genome-modified plant is preferable because it can produce, for example, an astaxanthin fatty acid ester.

前記カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子としては、ブレバンディモナス属細菌SD212株由来のカロテノイド4,4’-ケト基導入酵素(CrtW)(配列番号2)をコードする遺伝子が好ましく、このような遺伝子として、例えば、配列番号1の塩基配列を含むDNA等が好ましく、配列番号1の塩基配列からなるDNAがより好ましい。   Examples of the gene encoding the carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme include the gene encoding carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme (CrtW) (SEQ ID NO: 2) derived from the serobacter genus SD212 of Brevandymonas sp. Preferably, as such a gene, for example, DNA containing the base sequence of SEQ ID NO: 1 is preferable, and DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 1 is more preferable.

また、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子として、配列番号1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でハイブリダイズし、かつβ環を持つカロテノイド(β-カロテンやゼアキサンチン等)のβ環の4位及び/又は4’位にケト基を導入する活性を有するポリペプチドをコードするDNAも、好適に用いられる。また、このようなDNA配列として、配列番号1の塩基配列からなるDNAと通常約90%以上、好ましくは約95%以上、より好ましくは約98%以上の配列同一性を有し、かつβ環を持つカロテノイドのβ環の4位及び/又は4’位にケト基を導入する活性を有するポリペプチドをコードするDNAが好適に用いられる。   In addition, as a gene encoding a carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme, it hybridizes with a DNA comprising a base sequence complementary to the DNA comprising the base sequence of SEQ ID NO: 1 under stringent conditions, and a β-ring A DNA encoding a polypeptide having an activity of introducing a keto group into the 4-position and / or the 4'-position of a β-ring of a carotenoid having β (carotene, zeaxanthin, etc.) is also preferably used. In addition, such a DNA sequence usually has a sequence identity of about 90% or more, preferably about 95% or more, more preferably about 98% or more with the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, and a β ring A DNA encoding a polypeptide having an activity of introducing a keto group into the 4-position and / or the 4′-position of a β-ring of a carotenoid having an amino acid is preferably used.

本明細書中において「ストリンジェントな条件」は、一般的な条件、例えば、Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Second Edition, 1989, Vol2, p11.45に記載された条件を指す。具体的には、完全ハイブリッドの融解温度(Tm)より5〜10℃低い温度でハイブリダイゼーションが起こる場合を指す。   In the present specification, “stringent conditions” refer to general conditions such as those described in Molecular Cloning, A Laboratory Manual, Second Edition, 1989, Vol 2, p11.45. Specifically, it refers to the case where hybridization occurs at a temperature 5 to 10 ° C. lower than the melting temperature (Tm) of the complete hybrid.

色素体ゲノム改変植物又はその組織は、より好ましくは、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子に加えて、カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素、及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼの各酵素をコードする遺伝子を色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物又はその組織である。カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素、及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼの各酵素をコードする遺伝子を導入することにより、アスタキサンチン脂肪酸エステルがより多く産生されるため好ましい。   More preferably, the plastid genome-modified plant or the tissue thereof contains a carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase and an isopentenyl diphosphate isomerase in addition to a gene encoding a carotenoid 4,4′-keto transferase. A plastid genome-modified plant or tissue thereof obtained by introducing a gene encoding each enzyme into the plastid genome. It is preferable to introduce more genes for astaxanthin fatty acid esters by introducing genes encoding carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase and isopentenyl diphosphate isomerase.

前記カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素をコードする遺伝子として、ブレバンディモナス属細菌SD212株由来のカロテノイド3,3’-水酸基導入酵素(CrtZ)(配列番号4)をコードする遺伝子が好ましく、このような遺伝子として、例えば、配列番号3の塩基配列を含むDNA等が好ましく、配列番号3の塩基配列からなるDNAがより好ましい。   As a gene encoding the carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase, a gene encoding a carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase (CrtZ) (SEQ ID NO: 4) derived from a brendimonous bacterium SD212 strain is preferable. As such a gene, for example, DNA containing the base sequence of SEQ ID NO: 3 is preferable, and DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 3 is more preferable.

また、カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素をコードする遺伝子として、配列番号3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でハイブリダイズし、かつβ環を持つカロテノイド(β-カロテンやカンタキサンチン等)の3位及び/又は3'位の炭素に水酸基を導入する活性を有するポリペプチドをコードするDNA等も好適に用いられる。また、このようなDNAとして、例えば、配列番号3の塩基配列からなるDNAと通常約90%以上、好ましくは約95%以上、より好ましくは約98%以上の配列同一性を有し、かつβ環を持つカロテノイドの3位及び/又は3'位の炭素に水酸基を導入する活性を有するポリペプチドをコードするDNAが好適に用いられる。   In addition, as a gene encoding a carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase, it hybridizes under stringent conditions with a DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 3, and a β ring. A DNA encoding a polypeptide having an activity of introducing a hydroxyl group into the 3rd and / or 3'-position carbon of a carotenoid possessed (such as β-carotene and canthaxanthin) is also preferably used. Further, as such DNA, for example, it has a sequence identity of usually about 90% or more, preferably about 95% or more, more preferably about 98% or more with DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, and β A DNA encoding a polypeptide having an activity of introducing a hydroxyl group into the 3rd and / or 3'position carbon of a carotenoid having a ring is preferably used.

前記イソペンテニル二リン酸イソメラーゼをコードする遺伝子として、パラコッカス属細菌N81106株由来のイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ(Idi)(配列番号6)をコードする遺伝子が好ましく、このような遺伝子として、例えば、配列番号5の塩基配列を含むDNA等が好ましく、配列番号5の塩基配列からなるDNAがより好ましい。   The gene encoding isopentenyl diphosphate isomerase is preferably a gene encoding isopentenyl diphosphate isomerase (Idi) (SEQ ID NO: 6) derived from the genus Paracoccus bacterium N81106. Examples of such a gene include the sequence DNA containing the base sequence of No. 5 is preferred, and DNA consisting of the base sequence of SEQ ID No. 5 is more preferred.

また、イソペンテニル二リン酸イソメラーゼをコードする遺伝子として、配列番号5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でハイブリダイズし、かつイソペンテニル二リン酸をジメチルアリル二リン酸に変換するイソメラーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNA等も好適に用いられる。また、このようなDNAとして、例えば、配列番号5の塩基配列からなるDNAと通常約90%以上、好ましくは約95%以上、より好ましくは約98%以上の配列同一性を有し、かつイソペンテニル二リン酸をジメチルアリル二リン酸に変換するイソメラーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNAが好適に用いられる。   Further, as a gene encoding isopentenyl diphosphate isomerase, it hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 5, and isopentenyl diphosphate is A DNA encoding a polypeptide having an isomerase activity that is converted to dimethylallyl diphosphate is also preferably used. Further, as such DNA, for example, it has a sequence identity of usually about 90% or more, preferably about 95% or more, more preferably about 98% or more with DNA consisting of the base sequence of SEQ ID NO: 5, and A DNA encoding a polypeptide having an isomerase activity for converting pentenyl diphosphate to dimethylallyl diphosphate is preferably used.

本発明においては、カロテノイドを産生する植物又はその組織として、カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼの各酵素をコードする遺伝子が色素体ゲノムに導入され発現した色素体ゲノム改変植物又はその組織が好適に用いられる。   In the present invention, a carotenoid-producing plant or tissue thereof includes genes encoding carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase, carotenoid 4,4′-keto transferase and isopentenyl diphosphate isomerase. A plastid genome-modified plant or a tissue thereof introduced and expressed in the plastid genome is preferably used.

前記色素体ゲノム改変植物として、配列番号1の塩基配列を含むDNA、配列番号3の塩基配列を含むDNA、及び配列番号5の塩基配列を含むDNAが植物の色素体ゲノムに導入され発現した色素体ゲノム改変植物が特に好ましい。これらの3種の遺伝子を導入することにより、より多くのアスタキサンチン脂肪酸エステルが産生されるため好ましい。   As the plastid genome-modified plant, a dye comprising a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, and a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 introduced into the plant plastid genome Body genome modified plants are particularly preferred. It is preferable to introduce these three genes because more astaxanthin fatty acid esters are produced.

3.4 色素体形質転換ベクター
前記β-カロテンからアスタキサンチンを合成する酵素遺伝子等は、公知の方法により植物の色素体に導入される。葉緑体への外来性遺伝子の導入方法は特に限定されず、例えば、導入したい外来性遺伝子を、公知の方法により適当なプロモータとターミネータの利用により発現する形にして色素体の形質転換用ベクターに挿入してプラスミドを作製し、該プラスミドを植物の細胞に導入すればよい。複数の遺伝子を導入する場合、それらの遺伝子は、1つの形質変換用ベクターにより導入されてもよく、それぞれ異なる形質変換用ベクターにより導入されてもよい。
3.4 Plastid Transformation Vector An enzyme gene or the like that synthesizes astaxanthin from β-carotene is introduced into a plant plastid by a known method. The method for introducing an exogenous gene into a chloroplast is not particularly limited. For example, a vector for plastid transformation in which a foreign gene to be introduced is expressed in a form that uses a suitable promoter and terminator by a known method. A plasmid may be prepared by inserting the plasmid into a plant cell, and the plasmid may be introduced into plant cells. When a plurality of genes are introduced, these genes may be introduced by one transformation vector, or may be introduced by different transformation vectors.

色素体の形質転換用ベクターは、植物の種類等により適宜選択すればよいが、葉緑体の形質転換用ベクター等が好ましく、例えば、レタス葉緑体の形質転換用ベクターpRL200(H. Kanamoto, A. Yamashita, H. Asao, S. Okumura, H. Takase, M. Hattori, A. Yokota, K. Tomizawa, Transgenic Research 15: 205-217, 2006)、タバコ葉緑体形質転換用ベクターpLD200(前記非特許文献13)、キャベツ葉緑体形質転換用ベクターpASCC201 (C.-W. Liu, C.-C. Lin, J.J.W. Chen, M.-J. Tseng, Plant Cell Reports 26(10): 1733-1744, 2007)、ニンジン葉緑体形質転換用ベクターpDD-Dc-aadA/badh (S. Kumar, A.Dhingra, and H. Daniell, Plant Physiology 136: 2843-2854, 2004)、セイヨウナタネ葉緑体形質転換用ベクターpNRAB(B.-K. Hou, Y.-H. Zhou, L.-H. Wan, Z.-L. Zhang, G.-F. Shen, Z.M. Hu Transgenic research 12(1): 111-114, 2003)等が挙げられる。また、プロモータは、植物の色素体中で発現できるものであればいずれを用いてもよい。例えば、rrnプロモータ、psbAプロモータ、clpPプロモータ、psbDプロモータ、rbcLプロモータ、rpoC1プロモータ、atpIプロモータ、rpl23プロモータ、pabDプロモータ等が挙げられる。中でも、導入した遺伝子が葉緑体等の色素体において恒常的に発現することが好ましいことから、構成的プロモータを用いることが好ましく、rrnプロモータ等がより好ましい。
ターミネータとしては、導入する遺伝子等により適宜選択することができるが、例えば、psbAターミネータ、rps16ターミネータ、rbcLターミネータ、rps7ターミネータ、psbBターミネータ等が挙げられる。
The plastid transformation vector may be appropriately selected depending on the type of plant and the like, but a chloroplast transformation vector is preferred. For example, lettuce chloroplast transformation vector pRL200 (H. Kanamoto, A. Yamashita, H. Asao, S. Okumura, H. Takase, M. Hattori, A. Yokota, K. Tomizawa, Transgenic Research 15: 205-217, 2006), tobacco chloroplast transformation vector pLD200 (supra Non-patent document 13), vector pASCC201 for cabbage chloroplast transformation (C.-W. Liu, C.-C. Lin, JJW Chen, M.-J. Tseng, Plant Cell Reports 26 (10): 1733- 1744, 2007), carrot chloroplast transformation vector pDD-Dc-aadA / badh (S. Kumar, A. Dhingra, and H. Daniell, Plant Physiology 136: 2843-2854, 2004), oilseed rape chloroplast. Transformation vector pNRAB (B.-K. Hou, Y.-H. Zhou, L.-H. Wan, Z.-L. Zhang, G.-F. Shen, ZM Hu Transgenic research 12 (1): 111-114, 2003). Any promoter may be used as long as it can be expressed in the plastids of plants. Examples include rrn promoter, psbA promoter, clpP promoter, psbD promoter, rbcL promoter, rpoC1 promoter, atpI promoter, rpl23 promoter, pabD promoter and the like. Among them, since it is preferable that the introduced gene is constantly expressed in plastids such as chloroplasts, a constitutive promoter is preferably used, and an rrn promoter or the like is more preferable.
The terminator can be appropriately selected depending on the gene to be introduced and the like, and examples thereof include psbA terminator, rps16 terminator, rbcL terminator, rps7 terminator, psbB terminator and the like.

また、色素体形質転換ベクターにより目的とする外来性遺伝子(例えば、CrtZをコードする遺伝子等)が導入された植物細胞を効率よく選抜するために、各種選抜マーカー遺伝子を用いてもよい。選抜マーカー遺伝子は、特に限定されず、自体公知のものを用いてよい。例えば、薬剤耐性を付与する遺伝子を選抜マーカーとして用い、この選抜マーカー遺伝子と前記カロテノイドの生合成に関わる遺伝子とを含むプラスミド等を色素体形質転換ベクターとして植物細胞に導入することが好ましい。これによって選抜マーカー遺伝子の発現から効率良く外来性遺伝子が色素体ゲノムに導入された植物細胞を選抜することができる。このような選抜マーカー遺伝子として、例えば、各種の薬剤耐性遺伝子等が挙げられる。より具体的には、例えば、除草剤クロルスルフロン耐性遺伝子、ストレプトマイシン耐性遺伝子、スペクチノマイシン耐性遺伝子等が挙げられる。また、該選抜マーカー遺伝子の上流及び下流には、該遺伝子を発現するためのプロモータ及びターミネータを有することが好ましい。   In addition, various selection marker genes may be used in order to efficiently select plant cells into which a desired foreign gene (for example, a gene encoding CrtZ) has been introduced by a plastid transformation vector. The selection marker gene is not particularly limited, and a known marker gene may be used. For example, it is preferable to use a gene conferring drug resistance as a selection marker and introduce a plasmid or the like containing the selection marker gene and the gene involved in the biosynthesis of the carotenoid into a plant cell as a plastid transformation vector. As a result, plant cells in which a foreign gene has been introduced into the plastid genome can be efficiently selected from the expression of the selection marker gene. Examples of such selection marker genes include various drug resistance genes. More specifically, for example, herbicide chlorsulfuron resistance gene, streptomycin resistance gene, spectinomycin resistance gene and the like. Moreover, it is preferable to have a promoter and a terminator for expressing the gene upstream and downstream of the selection marker gene.

一例として、前記β-カロテンからアスタキサンチンを合成する酵素遺伝子をレタスの葉緑体ゲノムに導入するための葉緑体形質転換ベクターについて説明するが、レタス以外の植物についても、公知の方法により色素体の形質転換用ベクターを作製し、該ベクターを細胞に導入することにより、色素体ゲノム改変植物を得ることができる。   As an example, a chloroplast transformation vector for introducing the enzyme gene that synthesizes astaxanthin from β-carotene into the chloroplast genome of lettuce will be described. A plastid genome-modified plant can be obtained by preparing a vector for transformation and introducing the vector into cells.

レタス葉緑体の形質転換用ベクター、及びこれを用いたレタス葉緑体の形質転換法は、金本らによって報告された(H. Kanamoto, A. Yamashita, H. Asao, S. Okumura, H. Takase, M. Hattori, A. Yokota, K. Tomizawa, Transgenic Research 15: 205-217, 2006)。レタス葉緑体の形質転換用ベクターpRL200は、レタス葉緑体ゲノム由来のrbcLaccD遺伝子の間に、NotI-NheI-SalIのクローニング部位が挿入されたベクターである(図4)。このクローニング部位に、レタス葉緑体で発現させたい外来遺伝子をプロモータとターミネータの間に挿入したものを導入すればよい。プロモータやターミネータはレタス葉緑体で機能するものを用いればよいが、例として、前者ではrrnpsbAのプロモータ、後者ではpsbArps16のターミネータを挙げることができる。これらのプロモータやターミネータ配列はレタス葉緑体ゲノム由来のものが好ましいが、タバコ葉緑体由来のもの等他の植物由来のものを用いることもできる。例えば実施例では、タバコ葉緑体由来のrrnのプロモータとpsbArps16のターミネータを用いた。さらに、プロモータとターミネータに囲まれた薬剤耐性遺伝子を形質転換のマーカー遺伝子として一緒に用いることが好ましい。薬剤耐性遺伝子の例として、ストレプトマイシン/スペクチノマイシン アデニルトランスフェラーゼ(Streptomycin/Spectinomycin Adenyltransferase; aadA)遺伝子を挙げることができ、ストレプトマイシンやスペクチノマイシンの耐性能を宿主に付与する(H. Kanamoto, A. Yamashita, H. Asao, S. Okumura, H. Takase, M. Hattori, A. Yokota, K. Tomizawa, Transgenic Research 15: 205-217, 2006)。例えば、50 mg/Lのスペクチノマイシン二塩酸塩を培地に加えることにより、葉緑体形質転換体を選抜することができる。なお、aadA遺伝子は、大腸菌を始めとして種々の細菌の形質転換の選抜にも用いられている(N.C. Clark, O. Olsvik, J.M. Swenson, C.A. Spiegel, F.C. Tenover, Antimicrobial Agent and Chemotherapy 43: 157-160, 1999)。 A vector for transforming lettuce chloroplasts and a method for transforming lettuce chloroplasts using the same were reported by Kanamoto et al. (H. Kanamoto, A. Yamashita, H. Asao, S. Okumura, H Takase, M. Hattori, A. Yokota, K. Tomizawa, Transgenic Research 15: 205-217, 2006). Lettuce chloroplast transformation vector pRL200 is a vector in which a cloning site of Not I- Nhe I- Sal I is inserted between rbcL and accD genes derived from a lettuce chloroplast genome (FIG. 4). What is necessary is just to introduce into this cloning site what inserted the exogenous gene to express in lettuce chloroplast between promoter and terminator. As the promoter and terminator, those that function in lettuce chloroplasts may be used. As an example, the former may be a promoter of rrn or psbA , and the latter may be a terminator of psbA or rps16 . These promoter and terminator sequences are preferably derived from the lettuce chloroplast genome, but those derived from other plants such as those derived from tobacco chloroplasts can also be used. For example, in the examples, a promoter of rrn derived from tobacco chloroplasts and a terminator of psbA or rps16 were used. Furthermore, it is preferable to use a drug resistance gene surrounded by a promoter and terminator together as a marker gene for transformation. Examples of drug resistance genes include Streptomycin / Spectinomycin Adenyltransferase ( aadA ) gene, which confers resistance to streptomycin and spectinomycin to the host (H. Kanamoto, A. Yamashita , H. Asao, S. Okumura, H. Takase, M. Hattori, A. Yokota, K. Tomizawa, Transgenic Research 15: 205-217, 2006). For example, chloroplast transformants can be selected by adding 50 mg / L spectinomycin dihydrochloride to the medium. The aadA gene is also used for selection of transformation of various bacteria including E. coli (NC Clark, O. Olsvik, JM Swenson, CA Spiegel, FC Tenover, Antimicrobial Agent and Chemotherapy 43: 157-160). 1999).

3.5 植物の色素体の形質転換と色素体ゲノム改変植物の取得
植物の色素体の形質転換は、公知の方法により行うことができる。例えば、導入したい外来遺伝子(例えば、β-カロテンからアスタキサンチンを合成する酵素遺伝子)や選抜マーカー遺伝子(薬剤耐性遺伝子など)を適当なプロモータとターミネータの利用により発現する形にしたDNA断片を作製し、該DNA断片を、例えば隣り合った2つの色素体遺伝子の配列を持つベクターに挿入したプラスミドを作製し、それをパーティクル・ガン等により、好ましくは植物の葉、茎等の葉緑体を含む植物の組織の細胞に打ち込めばよい。「隣り合った2つの色素体遺伝子の配列を持つベクター」とは、天然の植物色素体ゲノムにおいて隣接している2つの遺伝子を含むベクターであり、該2つの遺伝子の間に導入する遺伝子を挿入することが好ましい。遺伝子が導入された植物又はその組織を、通常栽培又は培養して再分化させることにより、色素体ゲノム改変植物が得られる。色素体ゲノム改変植物又はその組織中の色素体において、カロテノイドが産生される。遺伝子が導入された植物又はその組織を栽培又は培養する方法、再分化させる方法等は特に限定されず、植物の種類等に応じて適宜設定すればよい。
3.5 Transformation of plant plastids and acquisition of a plastid genome-modified plant Plant plastids can be transformed by known methods. For example, a DNA fragment is prepared in which a foreign gene to be introduced (for example, an enzyme gene that synthesizes astaxanthin from β-carotene) or a selection marker gene (such as a drug resistance gene) is expressed by using an appropriate promoter and terminator, A plant comprising the DNA fragment inserted into a vector having sequences of two plastid genes adjacent to each other, for example, and using a particle gun or the like, preferably a plant containing chloroplasts such as plant leaves and stems Just put it in the cells of your tissue. “A vector having sequences of two plastid genes next to each other” is a vector containing two genes adjacent to each other in the natural plant plastid genome, and a gene to be introduced is inserted between the two genes. It is preferable to do. A plastid genome-modified plant is obtained by cultivating or cultivating a plant into which a gene has been introduced or a tissue thereof and redifferentiating it. Carotenoids are produced in plastids in plastid genome-modified plants or tissues thereof. A method for cultivating or culturing a plant into which a gene has been introduced or a tissue thereof, a method for redifferentiation, etc. are not particularly limited, and may be appropriately set according to the type of plant.

例えば、食用農作物の色素体の形質転換は、レタス以外でも、カリフラワー、キャベツ、セイヨウナタネ(キャノーラ)、ジャガイモ(バレイショ)、トマト、ニンジン、コメ、ダイズで報告されている(D. Verma, H. Daniell, Plant Physiology 145: 1129-1143, 2007)。したがって、実施例ではレタスを用いて形質転換を行ったが、これらの農作物等を用いて同様のことを行うことが可能である。レタスの葉緑体の形質転換法は金本らにより報告されている(H. Kanamoto, A. Yamashita, H. Asao, S. Okumura, H. Takase, M. Hattori, A. Yokota, K. Tomizawa, Transgenic Research 15: 205-217, 2006)。この方法を用いればよいが、外来遺伝子の導入方法は、通常のパーティクル・ガン法と同じである。例えばレタスであれば、レタス葉緑体の形質転換用ベクター(例えば前述のpRL200)に、導入したい外来遺伝子(例えばcrtWcrtZidi、及びaadA)を前述のプロモータとターミネータの利用により発現する形にして挿入したプラスミドを作製し、それをパーティクル・ガンによりレタス葉に打ち込めばよい。例えばaadA遺伝子を用いた場合は、スペクチノマイシンを含むレタス再分化用培地(培地組成の一例は試験例2に示されている)に置床し、培養することにより、不定芽形成を経て、葉緑体形質転換レタスを選抜することができる。例えばベクターpRL200を用いた場合は、葉緑体ゲノム内で隣り合っているrbcLaccD遺伝子の間に、外来遺伝子(例えばcrtWcrtZidiaadA等)を導入することができる。aadA遺伝子を用いた場合は、スペクチノマイシンを含むレタス再分化用培地で、葉からの再分化を数回繰り返すことにより、葉緑体ゲノムの大部分が、外来遺伝子が導入された組換えゲノムになる。このようにして得られたレタスを、葉緑体ゲノム改変(Chloroplast-Genome Modified;CGM)レタスと呼ぶ。 For example, plastid transformation of food crops has been reported in cauliflower, cabbage, rapeseed (canola), potato (potato), tomato, carrot, rice, and soybean other than lettuce (D. Verma, H. Daniell, Plant Physiology 145: 1129-1143, 2007). Therefore, in the Examples, transformation was performed using lettuce, but the same thing can be performed using these crops and the like. The transformation method of lettuce chloroplasts has been reported by Kanamoto et al. (H. Kanamoto, A. Yamashita, H. Asao, S. Okumura, H. Takase, M. Hattori, A. Yokota, K. Tomizawa , Transgenic Research 15: 205-217, 2006). Although this method may be used, the method for introducing a foreign gene is the same as the ordinary particle gun method. For example, in the case of lettuce, a foreign gene (eg, crtW , crtZ , idi , and aadA ) to be introduced into a vector for transforming lettuce chloroplasts (eg, pRL200 described above) is expressed by using the promoter and terminator described above. Then, the inserted plasmid is prepared, and it is injected into lettuce leaves with a particle gun. For example, when the aadA gene is used, it is placed on a lettuce redifferentiation medium containing spectinomycin (an example of the medium composition is shown in Test Example 2) and cultured to form adventitious buds and leaves. Chloroplast transformation lettuce can be selected. For example, when the vector pRL200 is used, foreign genes (for example, crtW , crtZ , idi , aadA, etc. ) can be introduced between the rbcL and accD genes that are adjacent in the chloroplast genome. When the aadA gene is used, the chloroplast genome is mostly recombined by introducing a foreign gene into the lettuce regeneration medium containing spectinomycin. become. The lettuce thus obtained is referred to as Chloroplast-Genome Modified (CGM) lettuce.

前記β-カロテンからアスタキサンチンを合成する酵素をコードする遺伝子等がその色素体に導入される植物は特に限定されないが、例えば、上述した種子植物等が好ましい。中でも、レタス、カリフラワー、キャベツ、セイヨウナタネ、ジャガイモ、トマト、ニンジン、イネ、ダイズ、タバコ等が好ましく、レタスがより好ましい。   The plant into which the gene encoding an enzyme that synthesizes astaxanthin from β-carotene is introduced is not particularly limited, and for example, the above-described seed plants are preferable. Among them, lettuce, cauliflower, cabbage, rapeseed, potato, tomato, carrot, rice, soybean, tobacco and the like are preferable, and lettuce is more preferable.

前記β-カロテンからアスタキサンチンを合成する酵素(前記カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素等)をコードする遺伝子を導入する色素体、すなわち形質転換される色素体は、植物の種類、組織等に応じて適宜選択すればよく、例えば、葉緑体、アミロプラスト、エライオプラスト、有色体等である。例えば、レタス、キャベツ、タバコ等の植物であれば、葉緑体に前記遺伝子を導入して葉緑体ゲノム改変植物とすることができる。例えば、カリフラワー、ジャガイモ(バレイショ)、コメ、ダイズ、セイヨウナタネ(キャノーラ)等のアミロプラストを有する植物であれば、アミロプラスト等に前記遺伝子を導入してアミロプラストゲノム改変植物とすることができる。例えばトマト、ニンジン等の有色体を有する植物であれば、有色体に前記遺伝子を導入して有色体ゲノム改変植物とすることができる。導入された遺伝子が色素体で発現することにより、該色素体においてアスタキサンチン、アスタキサンチン脂肪酸エステル等のカロテノイドが効率よく産生される。   A plastid that introduces a gene that encodes an enzyme that synthesizes astaxanthin from β-carotene (such as the carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme), that is, a plastid that is transformed into a plant type, tissue, etc. For example, chloroplasts, amyloplasts, elaioplasts, colored bodies and the like may be selected. For example, in the case of plants such as lettuce, cabbage and tobacco, the gene can be introduced into chloroplasts to make a chloroplast genome modified plant. For example, in the case of a plant having amyloplasts such as cauliflower, potato (potato), rice, soybean, rapeseed (canola), etc., the gene can be introduced into amyloplast or the like to obtain an amyloplast genome-modified plant. For example, in the case of a plant having a colored body such as tomato and carrot, the gene can be introduced into the colored body to obtain a colored body genome-modified plant. When the introduced gene is expressed in the plastid, carotenoids such as astaxanthin and astaxanthin fatty acid ester are efficiently produced in the plastid.

例えば、その葉緑体に前記遺伝子が導入され、葉緑体ゲノムが改変されたレタス、キャベツ、タバコ等では、通常葉等でアスタキサンチン脂肪酸エステル等が産生される。アミロプラストに前記遺伝子が導入され、アミロプラストゲノムが改変されたカリフラワー、ジャガイモ(バレイショ)、コメ、ダイズ、セイヨウナタネ(キャノーラ)等の植物では、アミロプラストが存在する組織、例えばカリフラワーの花蕾;ジャガイモの塊茎;コメ、セイヨウナタネの種子;ダイズの子葉等でアスタキサンチン脂肪酸エステル等が産生される。有色体に前記遺伝子が導入され、有色体ゲノムが改変されたトマト、ニンジン等では、有色体が存在する組織、例えばトマトの果実;ニンジンの根等でアスタキサンチン脂肪酸エステル等が産生される。色素体で産生されたアスタキサンチン脂肪酸エステル等は、通常該色素体に蓄積する。   For example, in lettuce, cabbage, tobacco, etc., in which the gene is introduced into the chloroplast and the chloroplast genome is modified, astaxanthin fatty acid ester and the like are usually produced in the leaf. In plants such as cauliflower, potato (potato), rice, soybean, rapeseed (canola), in which the gene is introduced into amyloplast and the amyloplast genome has been modified, tissues in which amyloplast is present, for example, cauliflower flower bud; potato tuber; Rice, rapeseed seeds; Astaxanthin fatty acid esters and the like are produced in soybean cotyledons and the like. In tomatoes, carrots and the like in which the gene is introduced into the colored body and the colored body genome is modified, astaxanthin fatty acid esters and the like are produced in tissues where the colored body exists, for example, tomato fruits; carrot roots. Astaxanthin fatty acid esters and the like produced in the plastid usually accumulate in the plastid.

色素体に導入した外来性遺伝子が色素体ゲノム改変植物又はその組織において発現していることは、例えば、ノザンブロッティング、RT-PCR、ウェスタンブロッティング等の方法により確認することができる。また、該植物又はその組織においてカロテノイドが産生されていることは、例えば、HPLC分析、LC-MS分析等の方法により確認することができる。また、β-カロテンからアスタキサンチンを合成する酵素をコードする遺伝子が色素体に導入され、発現した色素体ゲノム改変植物又はその組織は、野生型の植物又はその組織と比較して、通常産生されたカロテノイドに由来する黄色〜赤色を呈するものとなる。例えば葉緑体ゲノム改変植物であれば、野生型の植物では緑色を呈する葉等が、黄色〜赤色がかったものとなる。このため、目視によってもカロテノイドの産生等を確認することができる。   The expression of a foreign gene introduced into a plastid in a plastid genome-modified plant or its tissue can be confirmed, for example, by methods such as Northern blotting, RT-PCR, and Western blotting. Moreover, it can confirm that carotenoid is produced in this plant or its structure | tissue by methods, such as HPLC analysis and LC-MS analysis, for example. In addition, a gene encoding an enzyme that synthesizes astaxanthin from β-carotene was introduced into the plastid, and the expressed plastid genome-modified plant or its tissue was normally produced compared to the wild-type plant or its tissue. It exhibits yellow to red color derived from carotenoids. For example, in the case of a chloroplast genome-modified plant, a green-colored leaf or the like in a wild-type plant is yellowish to reddish. For this reason, the production of carotenoids and the like can also be confirmed visually.

例えば、前記β-カロテンからアスタキサンチンを合成する酵素をコードする遺伝子等が色素体ゲノムに導入され、発現した色素体ゲノム改変レタス、カリフラワー、キャベツ、セイヨウナタネ、ジャガイモ、トマト、ニンジン、イネ、ダイズ、タバコ等は、本発明における植物として好ましいものである。すなわち前記色素体ゲノム改変植物は、レタス、カリフラワー、キャベツ、セイヨウナタネ、ジャガイモ、トマト、ニンジン、イネ、ダイズ、又はタバコで等が好ましい。中でも、本発明における色素体ゲノム改変植物は、特に好ましくは葉緑体ゲノム改変植物であり、最も好ましくは、カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼの各酵素をコードする遺伝子が葉緑体ゲノムに導入され、発現したレタスである。レタスは、例えば、バークレー、シスコ、カイザー、レガシー等の結球レタス;グリーンリーフ、フリルレタス、グリーンウエーブ等のリーフレタスが挙げられ、結球レタスが好ましく、中でも、バークレー等がより好ましい。例えば、非特許文献14又は15に記載されている葉緑体ゲノム改変レタス等も、本発明における色素体ゲノム改変植物として好適に用いられる。   For example, a gene encoding an enzyme that synthesizes astaxanthin from β-carotene is introduced into the plastid genome, and expressed plastid genome modified lettuce, cauliflower, cabbage, rapeseed, potato, tomato, carrot, rice, soybean, Tobacco or the like is preferable as a plant in the present invention. That is, the plastid genome-modified plant is preferably lettuce, cauliflower, cabbage, rapeseed, potato, tomato, carrot, rice, soybean, or tobacco. Among them, the plastid genome-modified plant in the present invention is particularly preferably a chloroplast genome-modified plant, and most preferably, a carotenoid 3,3′-hydroxyl-introducing enzyme, a carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme and an isoenzyme. This is lettuce expressed by introducing a gene encoding each pentenyl diphosphate isomerase into the chloroplast genome. Examples of the lettuce include head lettuce such as Berkeley, Cisco, Kaiser, Legacy; and leaf lettuce such as green leaf, frill lettuce, and green wave, and head lettuce is preferable, and among them, Berkeley is more preferable. For example, the chloroplast genome modified lettuce described in Non-Patent Document 14 or 15 is also suitably used as the plastid genome modified plant in the present invention.

前記のカロテノイド4,4’-ケト基導入酵素等をコードする遺伝子が色素体ゲノムに導入され、発現した色素体ゲノム改変植物は、通常、形質転換された色素体においてアスタキサンチン脂肪酸エステルを産生する。アスタキサンチン脂肪酸エステルは、抗酸化作用、抗老化(アンチエージング)作用(肌の光老化の抑制、黄斑変性症の予防など)、抗疲労作用(眼精疲労や筋肉疲労の軽減など)、抗生活習慣病作用(糖尿病性腎症予防、LDL(悪玉コレステロール)の酸化予防、血液の流動性改善、血圧上昇の抑制)、抗炎症作用、抗癌作用等の作用を有する(例えば、吉川敏一、内藤裕二監修、アスタキサンチンの機能と応用、シーエムシー出版、2012)。さらに、アスタキサンチン脂肪酸エステルは、遊離体(アスタキサンチン)に比べて、経口投与時の腸管吸収性が高く、機能性食品素材等として有用なものである。   A gene encoding the carotenoid 4,4'-keto group-introducing enzyme is introduced into the plastid genome, and the expressed plastid genome-modified plant usually produces an astaxanthin fatty acid ester in the transformed plastid. Astaxanthin fatty acid ester has antioxidant, anti-aging effects (suppression of skin photoaging, prevention of macular degeneration, etc.), anti-fatigue effects (reduction of eye strain and muscle fatigue, etc.), anti-life habits Has pathological effects (prevention of diabetic nephropathy, oxidation of LDL (bad cholesterol), improvement of blood fluidity, suppression of blood pressure increase), anti-inflammatory action, anti-cancer action, etc. (eg Toshikazu Yoshikawa, Naito) Supervised by Yuji, functions and applications of astaxanthin, CM Publishing, 2012). Furthermore, the astaxanthin fatty acid ester has higher intestinal absorbability at the time of oral administration than the free form (astaxanthin), and is useful as a functional food material and the like.

本発明の抽出方法により、例えば前記カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素等をコードする遺伝子を植物の色素体ゲノムに導入することにより得られる色素体ゲノム改変植物からアスタキサンチン脂肪酸エステルを含むカロテノイドを効率よく抽出することができる。このため、このような色素体ゲノム改変植物は、アスタキサンチン脂肪酸エステルを製造するために好適に使用され得る。   By the extraction method of the present invention, for example, a carotenoid containing an astaxanthin fatty acid ester is obtained from a plastid genome-modified plant obtained by introducing a gene encoding the carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme or the like into the plastid genome of a plant. It can be extracted efficiently. For this reason, such plastid genome-modified plants can be suitably used for producing astaxanthin fatty acid esters.

4.色素体ゲノム改変植物のアスタキサンチン脂肪酸エステルを製造するための使用
本発明は、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子を植物の色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物の、アスタキサンチン脂肪酸エステルを製造するための使用も包含する。色素体ゲノム改変植物やその作製方法等の好ましい態様は、上述した通りであり、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子と共に、カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素、及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼの各酵素をコードする遺伝子を植物の色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物が好ましい。
各遺伝子及びその好ましい態様は、上述した通りである。色素体ゲノム改変植物は、好ましくは、葉緑体ゲノム改変レタスである。
4). TECHNICAL FIELD The present invention relates to a plastid genome modified plant obtained by introducing a gene encoding a carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme into a plastid genome of a plant. Of the present invention for the production of astaxanthin fatty acid esters. Preferable embodiments of the plastid genome-modified plant and its production method are as described above, and together with a gene encoding a carotenoid 4,4′-keto group transducing enzyme, a carotenoid 3,3′-hydroxyl transducing enzyme, and isopentenyl A plastid genome-modified plant obtained by introducing a gene encoding each enzyme of diphosphate isomerase into the plastid genome of a plant is preferable.
Each gene and its preferred embodiment are as described above. The plastid genome-modified plant is preferably chloroplast genome-modified lettuce.

作出した色素体ゲノム改変植物又はその組織を、通常、栽培又は培養することにより、該植物又はその組織内にアスタキサンチン脂肪酸エステルが産生される。色素体ゲノム改変植物又はその組織の栽培又は培養方法は、植物の種類等に応じて適宜設定すればよく、特に限定されない。   The produced plastid genome-modified plant or tissue thereof is usually cultivated or cultured to produce an astaxanthin fatty acid ester in the plant or tissue thereof. The method for cultivating or culturing the plastid genome-modified plant or its tissue may be appropriately set according to the type of plant and the like, and is not particularly limited.

アスタキサンチン脂肪酸エステルは、ジエステル体であってもよく、モノエステル体であってもよく、ジエステル体とモノエステル体との混合物であってもよい。ジアスタキサンチン脂肪酸エステルは、好ましくは、アスタキサンチンのミリスミン酸エステル又はパルミチン酸エステルである。   The astaxanthin fatty acid ester may be a diester, a monoester, or a mixture of a diester and a monoester. The diastaxanthin fatty acid ester is preferably an astaxanthin myristic acid ester or palmitic acid ester.

例えば、色素体ゲノム改変植物が、葉緑体ゲノム改変レタスであれば、その葉等には、カロテノイドとして、通常、アスタキサンチン脂肪酸エステルと共に、アスタキサンチン遊離体、フリチエラキサンチン、4-ケトアンテラキサンチン、ラクチュカキサンチン等が含まれる。このため前記抽出方法により、これらのカロテノイド混合物が得られる。また、葉緑体ゲノム改変レタスの場合、前記抽出方法により抽出される全カロテノイド中、アスタキサンチン脂肪酸エステルが通常約50〜90重量%、好ましくは約50〜80重量%含まれる。アスタキサンチン脂肪酸エステルは、通常モノエステル体とジエステル体の混合物であり、ミリスミン酸エステル又はパルミチン酸エステルである。色素体ゲノム改変植物により、このようなカロテノイド混合物を製造することができる。   For example, if the plastid genome-modified plant is a chloroplast genome-modified lettuce, its leaves and the like, usually as an astaxanthin fatty acid ester as carotenoid, astaxanthin educt, frityra xanthine, 4-ketoanthaxanthin, Such as lactucaxanthin. Therefore, these carotenoid mixtures can be obtained by the extraction method. In the case of chloroplast genome modified lettuce, astaxanthin fatty acid ester is usually contained in an amount of about 50 to 90% by weight, preferably about 50 to 80% by weight, in all carotenoids extracted by the extraction method. Astaxanthin fatty acid ester is usually a mixture of monoester and diester, and is myristic acid ester or palmitic acid ester. Such carotenoid mixtures can be produced by plastid genome modified plants.

色素体ゲノム改変植物により産生されるカロテノイドの混合物は、例えば、健康・機能性食品、養殖魚、養禽などの飼料等に好適に用いられる。また、カロテノイドの混合物から、HPLC等の公知の分離又は精製方法により、さらに各カロテノイドを単離することもできる。   A mixture of carotenoids produced by a plastid genome-modified plant is suitably used for, for example, feeds for health and functional foods, cultured fish, poultry and the like. Further, each carotenoid can also be isolated from a mixture of carotenoids by a known separation or purification method such as HPLC.

前記色素体ゲノム改変植物又はその組織は、例えばアスタキサンチン脂肪酸エステル等を含有する素材として、そのまま、又は所望により加熱、乾燥、細断、粉末化等の処理を行って、機能性食品の材料、養殖魚、養禽などの飼料等としても好適に用いられる。   The plastid genome-modified plant or its tissue is, for example, a raw material containing astaxanthin fatty acid ester or the like, or subjected to treatment such as heating, drying, shredding, powdering, etc. It is also suitably used as feed for fish and poultry.

以下に具体例を挙げて本発明を詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されない。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with specific examples, but the present invention is not limited to these examples.

<試験例1>
(アスタキサンチン産生用プラスミドの作製)
海洋細菌ブレバンディモナス属(Brevundimonas sp.)SD212株由来のCrtWとCrtZはβ-カロテンを効率的にAstaに変換する酵素の組み合わせである(前記特許文献2)。
<Test Example 1>
(Preparation of plasmid for astaxanthin production)
CrtW and CrtZ derived from the marine bacterium Brevundimonas sp. Strain SD212 are a combination of enzymes that efficiently convert β-carotene to Asta (Patent Document 2).

Brevundimonas sp. SD212株由来のオリジナルなcrtWcrtZ遺伝子はGC含量が70%と高いので、植物型のコドン使用に変えたcrtWcrtZを化学合成した(コードされるアミノ酸配列はオリジナルなものと同一)。合成したcrtWcrtZの配列を、それぞれ配列番号1及び配列番号3に示す。化学合成したcrtWcrtZの塩基配列(配列番号1及び配列番号3)はそれぞれ、DDBJ アクセッション番号 AB377271及びアクセッション番号 AB377272から入手することができる。 Since the original crtW and crtZ genes derived from Brevundimonas sp. SD212 have a high GC content of 70%, we chemically synthesized crtW and crtZ that were changed to plant-type codon usage (the encoded amino acid sequence was identical to the original one). ). The synthesized sequences of crtW and crtZ are shown in SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 3, respectively. The base sequences of chemically synthesized crtW and crtZ (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 3) can be obtained from DDBJ accession number AB377271 and accession number AB377272, respectively.

アスタキサンチン産生用プラスミドプラスミドpRL-crtZWを作製するために使用したpLD200-ZWについて、説明する。
蓮沼らは、前記遺伝子crtWcrtZ(それぞれ配列番号1及び配列番号3rrnプロモータの制御下で直接、非食用農作物のタバコ(Nicotiana tabacum)葉緑体のゲノムに導入し、葉緑体ゲノム改変(Chloroplast-Genome Modified;以後、CGMと記載)タバコを得た(前記非特許文献13)。rrnプロモータの下流に、crtZcrtWの順番で挿入し、下流にrps16のターミネータを付けたプラスミドpLD200-ZW(前記非特許文献13)で形質転換されたCGMタバコが高いAsta生産性を示した。このCGMタバコにおけるAstaの産生量は最大で、葉1 g乾重量当たり5.44 mgに達したが、産生されたAstaはすべて遊離体であった(前記非特許文献13)。本CGMタバコの葉では99%のカロテノイドが、Asta(全カロテノイドの74%)等のケトカロテノイドに変換されていたにもかかわらず、CGMタバコは光合成を行い、正常に生育することができた。なお、プラスミドpLD200-ZWは、NotI-Prrn-aadA-TpsbA-Prrn-crtZ-crtW-EcoRI-Trps16-SalI断片(前記非特許文献13)を、タバコ葉緑体形質転換用ベクターであるpLD200におけるrbcLaccD遺伝子(タバコ葉緑体ゲノム由来)間のNotI-SalI部位に挿入したプラスミドである。PとTはそれぞれ、プロモータとターミネータを示す。aadAはストレプトマイシン/スペクチノマイシン アデニルトランスフェラーゼ(Streptomycin/Spectinomycin Adenyltransferase)遺伝子のことであり、スペクチノマイシン(又はストレプトマイシン)の耐性能を宿主に付与する(マーカー遺伝子)。また、タバコ葉緑体形質転換用ベクターpLD200の塩基配列はDDBJ アクセッション番号 CS165378に開示されている。なお、前述のNotI-Prrn-aadA-TpsbA-Prrn-crtZ-crtW-EcoRI-Trps16-SalI断片は、前述の化学合成したcrtZcrtWを鋳型としてPCR増殖したBamHI-crtZ-XbaI-crtW-EcoRI断片を、NotI-Prrn-aadA-TpsbA-Prrn-BglII-XbaI-EcoRI (MCS)-Trps16-SalI断片を持つプラスミドpLD7-rrnP-MCS(塩基配列はDDBJ アクセッション番号 AB375764に開示されている)のBglII- EcoRI部位に挿入することにより作製されたものである(作製されたプラスミド名はpLD7-rrnP-crtZ-crtW;前記非特許文献13)。なお、PCR増殖したBamHI-crtZ-XbaI-crtW-EcoRI断片におけるcrtZcrtW遺伝子の開始コドンATGの上流の配列は、各々の制限部位以降同じで、BamHI/XbaI部位-AAAGAGGAGAAATTACATATG(配列番号7)となっている。この配列は葉緑体で翻訳効率のよいリボソーム結合部位を含んでいる。
The pLD200-ZW used for preparing the plasmid plasmid pRL-crtZW for producing astaxanthin will be described.
Hasunuma et al. Introduced the genes crtW and crtZ ( SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 3 respectively ) directly into the chloroplast genome of non-food crop tobacco ( Nicotiana tabacum ) under the control of the rrn promoter. Modified (Chloroplast-Genome Modified; hereinafter referred to as CGM) tobacco was obtained (Non-Patent Document 13). CGM tobacco transformed with the plasmid pLD200-ZW (non-patent document 13) inserted downstream of the rrn promoter in the order of crtZ and crtW and attached with a terminator of rps16 downstream showed high Asta productivity. The production amount of Asta in this CGM tobacco was the maximum, reaching 5.44 mg per 1 g of dry weight of leaves, but all produced Asta was free (Non-patent Document 13). Even though 99% of carotenoids were converted to ketocarotenoids such as Asta (74% of all carotenoids) in the leaves of this CGM tobacco, CGM tobacco was able to synthesize and grow normally. The plasmid pLD200-ZW is a vector for transforming tobacco chloroplast into Not I-P rrn - aadA -T psbA -P rrn - crtZ - crtW - Eco RI-T rps16 - Sal I fragment (Non-patent Document 13). It is a plasmid inserted into the Not I- Sal I site between rbcL and accD gene (derived from tobacco chloroplast genome) in pLD200 . P and T represent a promoter and a terminator, respectively. aadA is a streptomycin / spectinomycin adenyltransferase gene, which confers resistance to spectinomycin (or streptomycin) to the host (marker gene). The base sequence of tobacco chloroplast transformation vector pLD200 is disclosed in DDBJ Accession No. CS165378. Incidentally, the foregoing Not I-P rrn - aadA -T psbA -P rrn - crtZ - crtW - Eco RI-T rps16 - Sal I fragment, PCR grown Bam HI- crtZ the crtZ and crtW chemically synthesized described above as a template - The Xba I- crtW - Eco RI fragment is transformed into the plasmid pLD7-rrnP-MCS (base) containing the Not I-P rrn - aadA -T psbA -P rrn - Bgl II- Xba I- Eco RI (MCS) -T rps16 - Sal I fragment. Bgl II- Eco those made by inserting the RI site (prepared plasmid name pLD7-rrnP-crtZ-crtW sequences disclosed in DDBJ accession No. AB375764); non-Patent Document 13). In addition, the sequence upstream of the start codon ATG of crtZ and crtW gene in the PCR-grown Bam HI- crtZ - Xba I- crtW - Eco RI fragment is the same after each restriction site, BamHI / XbaI site-AAAGAGGAGAAATTACATATG (SEQ ID NO: 7). This sequence contains ribosome-binding sites that are chloroplast and efficient in translation.

本発明者らはレタス葉緑体の形質転換用ベクターとして、金本らによって作製されたpRL200(図4)を用いた(H. Kanamoto, A. Yamashita, H. Asao, S. Okumura, H. Takase, M. Hattori, A. Yokota, K. Tomizawa, Transgenic Research 15: 205-217, 2006)。pRL200は、レタス葉緑体ゲノム由来のrbcLaccD遺伝子の間に、NotI-NheI-SalIのクローニング部位を持つ(図4)。上記プラスミドpLD200-ZWにおけるNotI-Prrn-aadA-TpsbA-Prrn-crtZ-crtW-EcoRI-Trps16-SalI断片を切りだし、本ベクターpRL200のNotI-SalI部位に挿入し、プラスミドpRL-crtZWを作製した。 The present inventors used pRL200 (FIG. 4) produced by Kanemoto et al. As a vector for transformation of lettuce chloroplasts (H. Kanamoto, A. Yamashita, H. Asao, S. Okumura, H. et al.). Takase, M. Hattori, A. Yokota, K. Tomizawa, Transgenic Research 15: 205-217, 2006). pRL200 has a Not I- Nhe I- Sal I cloning site between the rbcL and accD genes derived from the lettuce chloroplast genome (FIG. 4). Cut out the Not I-P rrn - aadA -T psbA -P rrn - crtZ - crtW - Eco RI-T rps16 - Sal I fragment in the plasmid pLD200-ZW and insert it into the Not I- Sal I site of this vector pRL200. pRL-crtZW was prepared.

Paracoccus sp. N81106株由来のオリジナルなidi遺伝子はGC含量が70%と高いので、植物型のコドン使用に変えたidiを化学合成した(コードされるアミノ酸配列はオリジナルなものと同一)。化学合成したidiの配列を、配列番号5に示す。この化学合成したidiの塩基配列(配列番号5)は、DDBJ アクセッション番号 AB453829から入手することができる。次に、この化学合成遺伝子を鋳型としたPCRにより、MfeI-idi-EcoRI断片を合成した。本DNA断片におけるidi遺伝子の開始コドンATGの上流の配列は、MfeI部位-AAAGAGGAGAAATTACATATG(配列番号8)となっている。この配列は葉緑体で翻訳効率のよいリボソーム結合部位を含んでいる。このMfeI-idi-EcoRI断片を、プラスミドpLD7-rrnP-crtZ-crtW(前記非特許文献13)のEcoRI部位に挿入することにより、プラスミドpLD7-rrnP-crtZ-crtW-idiを得た。次に、本プラスミドにおけるNotI-Prrn-aadA-TpsbA-Prrn-crtZ-crtW-idi-EcoRI-Trps16-SalI断片を切り出し、レタス用ベクターpRL200のNotI-SalI部位に挿入し、プラスミドpRL-crtZWidiを作製した(図5)。 Since the original idi gene from Paracoccus sp. N81106 has a high GC content of 70%, the idi was changed to a plant-type codon and was chemically synthesized (the encoded amino acid sequence was the same as the original). The chemically synthesized idi sequence is shown in SEQ ID NO: 5. The base sequence (SEQ ID NO: 5) of this chemically synthesized idi can be obtained from DDBJ Accession No. AB453829. Next, Mfe I- idi - Eco RI fragment was synthesized by PCR using this chemically synthesized gene as a template. The sequence upstream of the start codon ATG of the idi gene in this DNA fragment is Mfe I site-AAAGAGGAGAAATTACATATG (SEQ ID NO: 8). This sequence contains ribosome-binding sites that are chloroplast and efficient in translation. This Mfe I- idi - Eco RI fragment was inserted into the Eco RI site of plasmid pLD7-rrnP-crtZ-crtW (Non-patent Document 13) to obtain plasmid pLD7-rrnP-crtZ-crtW-idi. Next, the Not I-P rrn - aadA -T psbA -P rrn - crtZ - crtW - idi - Eco RI-T rps16 - Sal I fragment in this plasmid was excised and inserted into the Not I- Sal I site of the lettuce vector pRL200. Plasmid pRL-crtZWidi was prepared (FIG. 5).

<試験例2>
(レタス葉緑体の形質転換)
試験例1で作製したプラスミドpRL-crtZW及びpRL-crtZWidiを用いて、レタス(Lactuca sativa L. var. Berkeley)の葉(葉緑体)を形質転換した。具体的には次のように行った。
<Test Example 2>
(Transformation of lettuce chloroplasts)
Lettuce ( Lactuca sativa L. var. Berkeley) leaves (chloroplasts) were transformed with the plasmids pRL-crtZW and pRL-crtZWidi prepared in Test Example 1. Specifically, it was performed as follows.

野生型のレタス・バークレー(Lactuca sativa L. var. Berkeley)の種子はタキイ種苗から購入した。このレタス種子を70%エタノールに2分間浸漬して滅菌し、滅菌水でよく洗った後、0.8%の植物培養用アガー(和光純薬工業製)、0.1%のMSビタミン溶液(シグマアルドリッチ製)、及び3%のショ糖(和光純薬工業製)を含み、pH 5.8に調製したMS培地(Murashige and Skoog, Physiologia Plantarum 15: 473-497, 1962)(以下、レタス培地と記す)に置床し、人工気象室(Sanyo Growth Cabinet)内で20℃にて無菌培養した。3〜4週間培養後の葉組織を切り出し、0.5 mg/Lのベンジルアミノプリン(シグマアルドリッチ製)と0.1 mg/Lのナフタレン酢酸(シグマアルドリッチ製)を含むレタス培地(レタス再分化用培地)に並べ暗所で一晩静置した後、試験例1で作製したアスタキサンチン産生用プラスミド2種(pRL-crtZW及びpRL-crtZWidi)を用いて、パーティクル・ボンバードメント法(パーティクルガン法)により遺伝子導入を行った。導入は、金本らの方法(H. Kanamoto, A. Yamashita, H. Asao, S. Okumura, H. Takase, M. Hattori, A. Yokota, K. Tomizawa, Transgenic Research 15: 205-217, 2006)に従って行った。遺伝子導入後の葉組織を暗所で2日間静置後切片化し、0.5 mg/Lのベンジルアミノプリン、0.1 mg/Lのナフタレン酢酸、500 mg/Lのポリビニルピロリドン、及び50 mg/Lのスペクチノマイシン二塩酸塩(和光純薬工業製)を含むレタス培地に置床して3〜8週間選抜を行い、葉緑体形質転換レタスin vitro植物体を得た。 The seeds of wild-type lettuce Berkeley ( Lactuca sativa L. var. Berkeley) were purchased from Takii seedlings. This lettuce seed is immersed in 70% ethanol for 2 minutes to be sterilized, washed thoroughly with sterilized water, 0.8% plant agar (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), 0.1% MS vitamin solution (manufactured by Sigma Aldrich) And 3% sucrose (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and placed on MS medium (Murashige and Skoog, Physiologia Plantarum 15: 473-497, 1962) (hereinafter referred to as lettuce medium) adjusted to pH 5.8. Then, aseptic culture was performed at 20 ° C. in an artificial weather chamber (Sanyo Growth Cabinet). Cut the leaf tissue after 3-4 weeks of culture into lettuce medium containing 0.5 mg / L benzylaminopurine (Sigma Aldrich) and 0.1 mg / L naphthalene acetic acid (Sigma Aldrich). After standing overnight in a dark place, using the two astaxanthin-producing plasmids (pRL-crtZW and pRL-crtZWidi) prepared in Test Example 1, gene transfer was performed by the particle bombardment method (particle gun method). went. Kanamoto et al. (H. Kanamoto, A. Yamashita, H. Asao, S. Okumura, H. Takase, M. Hattori, A. Yokota, K. Tomizawa, Transgenic Research 15: 205-217, 2006 ). The leaf tissue after gene transfer was allowed to stand in the dark for 2 days and sectioned, 0.5 mg / L benzylaminopurine, 0.1 mg / L naphthalene acetic acid, 500 mg / L polyvinylpyrrolidone, and 50 mg / L spec It was placed on a lettuce medium containing tinomycin dihydrochloride (manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) and selected for 3 to 8 weeks to obtain a chloroplast-transformed lettuce in vitro plant.

<試験例3>
(葉緑体ゲノム改変レタスT1の取得)
試験例2で得た葉緑体形質転換レタスin vitro植物の中で、赤色がかった葉を選抜して、0.5 mg/Lのベンジルアミノプリン、0.1 mg/Lのナフタレン酢酸、及び50 mg/Lのスペクチノマイシン二塩酸塩を含むレタス培地に置床し、不定芽経由でin vitro植物を再分化させ、レタス培地で生育させた。このin vitro植物の中で、より赤色がかった葉を選抜し、上記と同じ操作により、不定芽経由でin vitro植物を再分化させるという過程を2〜3回、繰り返した。このようにして得られた葉がより赤みがかった葉緑体形質転換レタスin vitro植物は、プラスミドpRL-crtZWidiによって形質転換された系統であった。このうちの1つのin vitro植物を土に移し替え、数週間、人工気象器内で順化した後、特定網室に移した。該レタス形質転換体、すなわち、葉緑体ゲノム改変(Chloroplast-Genome Modified)レタス(CGMレタス)は順調に生育し、ピンク色の花を咲かせ、多くの種子を付けた。これをT1種子と呼ぶ。このT1種子は99%の発芽率を示し、非形質転換体の発芽率(93%)よりむしろ高かった(前記非特許文献15)。このT1種子から生育させたCGMレタスの葉を用いて以下の実験を行った。
<Test Example 3>
(Acquisition of the chloroplast genome modification lettuce T 1)
Among the chloroplast-transformed lettuce in vitro plants obtained in Test Example 2, reddish leaves were selected, 0.5 mg / L benzylaminopurine, 0.1 mg / L naphthalene acetic acid, and 50 mg / L. Were placed on a lettuce medium containing spectinomycin dihydrochloride, and in vitro plants were redifferentiated via adventitious buds and grown on a lettuce medium. Among the in vitro plants, the process of selecting reddish leaves and redifferentiating the in vitro plants via adventitious buds by the same operation as described above was repeated 2-3 times. The thus obtained chloroplast-transformed lettuce in vitro plant with more reddish leaves was a line transformed with the plasmid pRL-crtZWidi. One of these in vitro plants was transferred to soil, acclimatized for several weeks in an artificial meteorograph, and then transferred to a specific net room. The lettuce transformant, ie, the Chloroplast-Genome Modified lettuce (CGM lettuce) grew smoothly, made pink flowers bloom and added many seeds. This is referred to as T 1 seed. This T 1 seed showed a germination rate of 99%, which was higher than the germination rate of non-transformants (93%) (Non-patent Document 15). The following experiment was conducted using CGM lettuce leaves grown from the T 1 seed.

<比較例1>
(葉緑体ゲノム改変レタスからカロテノイドの抽出と精製)
ポール・フレーザー(Paul D. Fraser)らの方法(P. D. Fraser, M. Elisabete, S. Pinto, D. E. Holloway, P. M. Bramley, Plant Journal, 24: 551-558, 2000)は、植物組織からカロテノイドを抽出する際によく用いられている方法である。例えば、前記非特許文献12〜15でも用いられた。この方法は、溶媒の種類などいくつかの抽出条件を検討し最適化されたものであり、植物組織を乳鉢ですり潰した後、メタノール、クロロホルムの順で加え、色素を抽出するものである。
<Comparative Example 1>
(Extraction and purification of carotenoids from chloroplast genome modified lettuce)
Paul D. Fraser et al. (PD Fraser, M. Elisabete, S. Pinto, DE Holloway, PM Bramley, Plant Journal, 24: 551-558, 2000) extracts carotenoids from plant tissues. This method is often used. For example, it was used also in the non-patent documents 12 to 15. This method has been optimized by examining several extraction conditions such as the type of solvent. The plant tissue is ground in a mortar and then added in the order of methanol and chloroform to extract the pigment.

本発明者らは、葉緑体ゲノム改変レタス(CGMレタス)T1植物の葉(0.2 g)を用いて、このポール・フレーザーらの方法により、カロテノイド全体を抽出することを試みた。しかしながら、この方法では、CGMレタスT1植物の葉から効率的に色素を抽出することはできず、抽出済みであるはずの葉の画分に褐色の色が残った。 The present inventors tried to extract the whole carotenoid by the method of Paul Fraser et al. Using leaves (0.2 g) of a chloroplast genome modified lettuce (CGM lettuce) T 1 plant. However, in this method, can not be extracted efficiently dye from the leaves of CGM lettuce T 1 plants, the brown color remained in fractions of leaves should be already extracted.

<実施例1>
(葉緑体ゲノム改変レタスからカロテノイドの抽出と精製)
カロテノイドの抽出には、メタノール又はクロロホルム-メタノール、又はアセトンがよく用いられる。そこで、CGMレタスT1植物の葉(0.2 g)を乳鉢ですり潰した後、アセトンで抽出することを試みたが、アセトン抽出液は微かに褐色になる程度であった。そこで、発明者らは、細切りした葉をアセトンで通した後、クロロホルム-メタノールに漬け、そこで乳鉢ですり潰すという方法を採用した。この抽出液と、微かに色の付いたアセトン前処理液を合わせ、ヘキサンと水を加えて分液ロートで分液するという方法により、上層の有機溶媒層に完全にカロテノイド色素を集めることができた。具体的には、次のように行った。
<Example 1>
(Extraction and purification of carotenoids from chloroplast genome modified lettuce)
For the extraction of carotenoids, methanol or chloroform-methanol or acetone is often used. Therefore, after crushing the leaves (0.2 g) of the CGM lettuce T 1 plant with a mortar, extraction with acetone was attempted, but the acetone extract was only slightly brown. Therefore, the inventors adopted a method in which the chopped leaves were passed through with acetone and then soaked in chloroform-methanol and crushed in a mortar there. By combining this extract with the slightly colored acetone pretreatment liquid, adding hexane and water, and separating with a separatory funnel, the carotenoid pigment can be completely collected in the upper organic solvent layer. It was. Specifically, it was performed as follows.

CGMレタスT1植物の葉数枚(5.11 g)を切り出し、細切りした後、アセトン20 mLを加えて室温で5時間脱水した。アセトン溶液にわずかに色(褐色)が付いた。アセトンからレタス葉を取り出し乳鉢に移した後、クロロホルム-メタノール(1:1) 50 mLを段階的に加え良く磨り潰し、室温で6時間抽出を行った。上記アセトン液とクロロホルム-メタノール(1:1)液を合併した後、分液漏斗に移し、これにヘキサンと水(ヘキサン:水が1:1(体積比))200 mLを加え分液した後、着色した有機溶媒層(上層)を分離した。 Several leaves (5.11 g) of CGM lettuce T 1 plants were cut out and chopped, then 20 mL of acetone was added and dehydrated at room temperature for 5 hours. The acetone solution was slightly colored (brown). After lettuce leaves were taken out from acetone and transferred to a mortar, 50 mL of chloroform-methanol (1: 1) was added stepwise and ground well, followed by extraction at room temperature for 6 hours. After the acetone solution and chloroform-methanol (1: 1) solution were combined, the solution was transferred to a separatory funnel, and 200 mL of hexane and water (hexane: water 1: 1 (volume ratio)) were added thereto for liquid separation. The colored organic solvent layer (upper layer) was separated.

コントロールとして、非形質転換レタスの葉(6.86 g)を切り出し、同様にカロテノイド色素を抽出し、着色した有機溶媒層(上層)を分離した。   As a control, leaves of non-transformed lettuce (6.86 g) were cut out, carotenoid pigments were similarly extracted, and a colored organic solvent layer (upper layer) was separated.

各々の有機溶媒層を無水硫酸ナトリウムで乾燥した後、吸光法(K. Schiedt, S. Liaaen-Jensen, Isolation and analysys, in Carotenoids (G. Britton, S. Liaaen-Jensen, H. Pfander (Eds.) Birkhauser, Basel; 1995; Vol. 1A, pp 81-108)により総カロテノイド含量を測定した。アスタキサンチン(脂肪酸エステルや遊離体)を始めとするケトカロテノイドの定量には、470 nmにおける分子吸光係数 (E(1cm、1%(w/v)のときの吸光度))として2100を用いた。ケトカロテノイド以外のカロテノイドの定量には、447 nmにおける分子吸光係数 (E(1cm、1%(w/v)のときの吸光度))として2400を用いた。
CGMレタス葉及びコントロールレタス葉の総カロテノイド含量はそれぞれ、1 g(湿重量)当たり、230 μg及び86 μgであった。CGMレタスの方がコントロールレタスより2.67倍多かった。
Each organic solvent layer was dried over anhydrous sodium sulfate, and then the absorption method (K. Schiedt, S. Liaaen-Jensen, Isolation and analysys, in Carotenoids (G. Britton, S. Liaaen-Jensen, H. Pfander (Eds. ) Birkhauser, Basel; 1995; Vol. 1A, pp 81-108) The total carotenoid content was measured using a molecular extinction coefficient at 470 nm for the determination of ketocarotenoids, including astaxanthin (fatty acid esters and free forms). E (absorbance at 1 cm, 1% (w / v))) was used as 2100. For quantification of carotenoids other than ketocarotenoids, molecular extinction coefficient ( E (1 cm, 1% (w / v) at 447 nm) was used. )) Was used as 2).
The total carotenoid content of CGM lettuce leaves and control lettuce leaves was 230 μg and 86 μg per 1 g (wet weight), respectively. CGM lettuce was 2.67 times more than control lettuce.

上記の抽出溶液をエバポレーターで濃縮乾固した後、それぞれのカロテノイド成分をHPLCにより分離し、精製した。
HPLCの条件:
HPLCカラム Cosmosil 5SL-II 4.6×250 mm
移動層0-20分 アセトン/ヘキサン(2:8)、20分以降アセトン/ヘキサン(4:6)、 流速 1.0 ml/min、検出450 nm
各カロテノイドの組成はHPLCのピーク面積より求めた。
The above extracted solution was concentrated to dryness with an evaporator, and then each carotenoid component was separated and purified by HPLC.
HPLC conditions:
HPLC column Cosmosil 5SL-II 4.6 × 250 mm
Moving bed 0-20 minutes Acetone / hexane (2: 8), 20 minutes later acetone / hexane (4: 6), flow rate 1.0 ml / min, detection 450 nm
The composition of each carotenoid was determined from the peak area of HPLC.

(葉緑体ゲノム改変レタスにより産生されたカロテノイドの同定と定量)
HPLC分析の結果を図2及び図3に示した。各カロテノイドはそれぞれ分取してUV-VIS、FAB MS、1H-NMR、及びCDにより同定した(図2及び図3;各スペクトルデータは後記)。
(Identification and quantification of carotenoids produced by modified chloroplast genome lettuce)
The results of HPLC analysis are shown in FIGS. Each carotenoid was fractionated and identified by UV-VIS, FAB MS, 1 H-NMR, and CD (FIGS. 2 and 3; each spectral data is described later).

図2における各ピークは、以下のように同定された。
1: (3S,3’S)-Astaxanthin diesters, 2: Canthaxanthin, 3: : (3S,3’S)-Astaxanthin monoesters, 4: (3S)-Adonirubin, 5: (3’S)-Asteroidenone, 6: (3S,3’S)-Astaxanthin, 7: Fritschiellaxanthin, 9: Lactucaxanthin, 10: 4-Ketoantheraxanthin, 11: cis-4-Ketoantheraxanthin. 12: クロロフィル分解物。
Each peak in FIG. 2 was identified as follows.
1: (3 S , 3 ' S ) -Astaxanthin diesters, 2: Canthaxanthin, 3:: (3 S , 3' S ) -Astaxanthin monoesters, 4: (3 S ) -Adonirubin, 5: (3 ' S )- Asteroidenone, 6: (3 S , 3 ' S ) -Astaxanthin, 7: Fritschiellaxanthin, 9: Lactucaxanthin, 10: 4-Ketoantheraxanthin, 11: cis -4-Ketoantheraxanthin. 12: Chlorophyll degradation product.

図3における各ピークは以下のように同定された。
1 : β-Carotene, 2 : β-Cryptoxanthin, 3 : Lactucaxanthin, 4 : Lutein, 5 : Zeaxanthin, 6 : Lutein-5,6-epoxide, 7 : Antheraxanthin, 8: クロロフィル分解物, 9 : 9’-cis-Neoxanthin.
Each peak in FIG. 3 was identified as follows.
1: β-Carotene, 2: β-Cryptoxanthin, 3: Lactucaxanthin, 4: Lutein, 5: Zeaxanthin, 6: Lutein-5,6-epoxide, 7: Antheraxanthin, 8: Chlorophyll degradation product, 9: 9'- cis -Neoxanthin.

その結果、明らかとなったCGMレタス葉及びコントロールレタス葉におけるカロテノイド組成を表1に示した。CGMレタスにおける各種カロテノイドの生合成経路と各種カロテノイド合成酵素の機能は、図1に示されている。   Table 1 shows the carotenoid composition of CGM lettuce leaves and control lettuce leaves that were revealed as a result. The biosynthetic pathway of various carotenoids in CGM lettuce and the functions of various carotenoid synthases are shown in FIG.

* ミリスチン酸とのジエステル:パルミチン酸及びミリスチン酸とのジエステル:パルミチン酸とのジエステル (19:47:34)
** アスタキサンチンのミリスチン酸エステル:パルミチン酸エステル (45:55)
* Diesters with myristic acid: palmitic acid and diesters with myristic acid: diesters with palmitic acid (19:47:34)
** Astaxanthin myristic acid ester: palmitic acid ester (45:55)

これらの研究を通して本発明者らは、CGMレタスにおいて通常レタスの2.67倍量の総カロテノイドが産生されており、その67.4%がAsta脂肪酸エステル(49.2%:ジエステル体(diester)、18.2%:モノエステル体(monoester))であること、Asta脂肪酸エステルにおける脂肪酸部分はミリスミン酸(myristate)又はパルミチン酸(palmitate)であること、Asta脂肪酸エステル以外のケトカロテノイドとしてAsta遊離体(10%)、フリチエラキサンチン(6%)、カンタキサンチン(5.3%)、4-ケトアンテラキサンチン(4.3%)等が含まれ、さらにレタス固有のカロテノイドであるラクチュカキサンチン(3.8%)が含まれることを発見した(表1)。今日では、先端バイオテクノロジーにより種々の農作物にAstaを合成させることが報告されているが、いずれの場合もAsta遊離体の生産例である(前記非特許文献5、及び10〜15)。今回のCGMレタスの場合のように、Astaの脂肪酸エステルが多量合成されており、しかもそれが総カロテノイドの半分以上含まれていたことは全く予想外の知見であった。今回、CGMレタスからカロテノイドの効率的な抽出法と精製法を検討したことにより初めて明らかとなった知見である。実際に健康食品用素材として販売されているH. pluvialisにより産生されたAstaも脂肪酸エステル体であるので、これはCGMレタスから抽出したカロテノイド(さらに将来的にはCGMレタスそのもの)の健康食品素材としての利用を考える上で好都合であった。さらに、CGMレタスは、フリチエラキサンチン、4-ケトアンテラキサンチン、ラクチュカキサンチンといった希少カロテノイドも産生するが、これらの組合せのカロテノイド混合物を産生する生物は他に存在しないので、これらの希少カロテノイドを含むCGMレタスの総カロテノイド(マルチカロテノイドと呼ぶ)は他の製造方法では実現できないものである。また、CGMレタスにおけるAstaの総産生量は遊離体換算で180 μg/g湿重量となり、これまでに作出された組換え食用農作物の中だけでなく、サケやイクラ等のAsta含有食品(たとえば、サケやイクラのAstaの含有量は遊離体換算で20〜38 μg/g湿重量)と比較しても最高レベルであった。なお、4-ケトアンテラキサンチンは、CGMタバコの葉において初めて同定された新規カロテノイドであり(前記非特許文献13)、フリチエラキサンチンはハナサキガニやアカテガニに微量含まれる希少カロテノイドである(前記非特許文献1)。今回作出したCGMレタスは組換え植物用植物工場で容易に増殖できるので、Astaに加えて他の希少ケトカロテノイドの安定的供給源として期待されるだけでなく、高等植物におけるケトカロテノイドの生理的役割を探るためのモデル植物となることが期待される。 Through these studies, the present inventors have produced 2.67 times as much total carotenoids as normal lettuce in CGM lettuce, of which 67.4% are Asta fatty acid esters (49.2%: diester, 18.2%: monoester) The fatty acid part of the Asta fatty acid ester is myristate or palmitic acid, and as an ketocarotenoid other than the Asta fatty acid ester (10%), Fritiella It was found that xanthine (6%), canthaxanthin (5.3%), 4-ketoanthelaxanthin (4.3%), etc., and lactucaxanthin (3.8%), a carotenoid specific to lettuce, were also included (Table) 1). Today, it has been reported that Asta is synthesized in various agricultural crops by advanced biotechnology. In any case, it is an example of production of Asta educt (Non-patent Documents 5 and 10-15). As in the case of CGM lettuce this time, it was an unexpected finding that Asta fatty acid ester was synthesized in large quantities and contained more than half of the total carotenoids. This is the first finding that has been clarified by examining the efficient extraction and purification of carotenoids from CGM lettuce. Since Asta produced by H. pluvialis, which is actually sold as a health food material, is also a fatty acid ester, this is a health food material for carotenoids extracted from CGM lettuce (and CGM lettuce itself in the future). It was convenient in considering the use of. In addition, CGM lettuce also produces rare carotenoids such as frithielaxanthin, 4-ketoanthelaxanthin and lactucaxanthin, but there are no other organisms that produce carotenoid mixtures of these combinations, so these rare carotenoids are The total carotenoids in CGM lettuce (called multi-carotenoids) cannot be realized by other production methods. In addition, the total production of Asta in CGM lettuce is 180 μg / g wet weight in terms of free form. Not only among the recombinant food crops produced so far, but also Asta-containing foods such as salmon and salmon (for example, The content of Asta in salmon and salmon roe was the highest level compared to 20-38 μg / g wet weight in terms of free form. In addition, 4-ketoantheraxanthin is a novel carotenoid identified for the first time in CGM tobacco leaves (Non-patent Document 13), and Frithielaxanthin is a rare carotenoid contained in a trace amount in Japanese crab and acategani (Non-patent Document 1). Reference 1). The CGM lettuce produced this time can be easily grown in plant plants for recombinant plants, so it is not only expected as a stable source of other rare ketocarotenoids in addition to Asta, but also the physiological role of ketocarotenoids in higher plants It is expected to become a model plant for exploring.

(葉緑体ゲノム改変レタスにより産生されたカロテノイドのスペクトルデータ)
葉緑体ゲノム改変レタスから同定されたカロテノイドのスペクトルデータを示す。
(3S,3’S)-Astaxanthin diester: UV-VIS: 470 nm (Et2O). FAB-MS: m/z 1072 (Astaxanthin dimyristate), m/z 1044 (Astaxanthin myristyl palmitate), m/z 1016 (Astaxanthin dipalmitate. MSのイオン強度によるAstaxanthin dimyristateとAstaxanthin myristyl palmitateとAstaxanthin dipalmitateの比率 (19:47:34). 1H NMR δ (CDCl3): 0.88 (t, J=7.5 Hz, CH3 in fatty acid moiety), 1.23 (6H, s, CH3-17, 17’), 1.26 (s, CH2 in fatty acid moiety), 1.34 (6H, s CH3-16, 16’), 1.70 (t, J=7.5 Hz, CH2 in fatty acid moiety), 1.91 (6H, s, CH3-18, 18’), 1.99 (6H, s, CH3-19, 19’), 2.00 (6H, s, CH3-20, 20’), 2.01 (2H, overlapped, H-2, 2’ eq), 2.07 (2H, dd J=12, 6 Hz, H-2, 2’ ax), 2.08 (t, J=7.5 Hz, CH2 in fatty acid moiety), 2.43 (m, CH2 in fatty acid moiety), 5.54 (2H, dd, J= 13.5, 5.5 Hz, H-3, 3’), 6.20 (2H, d, J=16 Hz, H-7, 7’), 6.30 (2H, d, J=11.5 Hz, H-10, 10’), 6.32 (2H, m, H-14, 14’), 6.40 (2H, d, J=16 Hz, H-8, 8’), 6.45 (2H, d, J=15.5 Hz, H-12, 12’), 6.65 (2H, dd, J=15.5, 11.5 Hz, H-11, 11’), 6.67 (2H, m, H-15, 15’). CD λ nm (Δε) : 240 (-20.0), 252 (0), 270 (+20.0), 284 (0), 314 (-34.0), 355 (0), 372 (+3.0).
(Spectral data of carotenoids produced by modified chloroplast genome lettuce)
The spectral data of the carotenoid identified from the chloroplast genome modification lettuce are shown.
(3 S , 3 ' S ) -Astaxanthin diester: UV-VIS: 470 nm (Et 2 O) .FAB-MS: m / z 1072 (Astaxanthin dimyristate), m / z 1044 (Astaxanthin myristyl palmitate), m / z 1016 (Astaxanthin dipalmitate. Ratio of Astaxanthin dimyristate and Astaxanthin myristyl palmitate to Astaxanthin dipalmitate by ionic strength of MS (19:47:34). 1 H NMR δ (CDCl 3 ): 0.88 (t, J = 7.5 Hz, CH 3 in fatty acid moiety), 1.23 (6H, s, CH 3 -17, 17 '), 1.26 (s, CH 2 in fatty acid moiety), 1.34 (6H, s CH 3 -16, 16'), 1.70 (t, J = 7.5 Hz, CH 2 in fatty acid moiety), 1.91 (6H, s, CH 3 -18, 18 '), 1.99 (6H, s, CH 3 -19, 19'), 2.00 (6H, s, CH 3 -20, 20 '), 2.01 (2H, overlapped, H-2, 2' eq), 2.07 (2H, dd J = 12, 6 Hz, H-2, 2 'ax), 2.08 (t, J = 7.5 Hz, CH 2 in fatty acid moiety), 2.43 (m, CH 2 in fatty acid moiety), 5.54 (2H, dd, J = 13.5, 5.5 Hz, H-3, 3 '), 6.20 (2H, d, J = 16 Hz, H-7, 7 '), 6.30 (2H, d, J = 11.5 Hz, H-10, 10'), 6.32 (2H, m, H-14, 14 '), 6.40 (2H, d, J = 16 Hz, H-8, 8 '), 6.45 (2H, d, J = 15.5 Hz, H-12, 12'), 6.65 (2H, dd, J = 15.5, 11.5 Hz, H-11, 11 '), 6.67 (2H, m, H-15, 15'). CD λ nm (Δε): 240 (-20.0), 252 (0), 270 (+20.0), 284 (0) , 314 (-34.0), 355 (0), 372 (+3.0).

Canthaxanthin: UV-VIS: 470 nm (Et2O). FAB-MS: m/z 564 [M]+.
(3S,3’S)-Astaxanthin monoester: UV-VIS: 470 nm (Et2O). FAB-MS: m/z 834 (Astaxanthin myristate), m/z 806 (Astaxanthin palmitate. MSのイオン強度によるAstaxanthin myristate とAstaxanthin dipalmitateの比率 (45:55). 1H-NMR δ (CDCl3): 0.88 (t, J=7.5 Hz, CH3 in fatty acid moiety), 1.21 (3H, s, CH3-17’), 1.23 (3H, s, CH3-17), 1.26 (s, CH2 in fatty acid moiety), 1.32 (3H, s, CH3-16’), 1.34 (3H, s, CH3-16), 1.70 (t, J=7.5 Hz, CH2 in fatty acid moiety), 1.82 (1H, dd, J=13, 13 Hz, H-2’ax), 1.91 (3H, s, CH3-18), 1.95 (3H, s, CH3-18’), 1.99 (6H, s, CH3-19, 19’), 2.00 (6H, s, CH3-20, 20’), 2.01 (1H, overlapped, H-2 eq), 2.07 (1H, dd, J=12, 6 Hz, H-2 ax), 2.08 (t, J=7.5 Hz, CH2 in fatty acid moiety), 2.16 (1H, dd, J=12, 5.5 Hz, H-2’ eq), 2.43 (m, CH2 in fatty acid moiety), 3.69 (1H, d, J=1.5 Hz, OH-3’), 4.33 (1H, ddd, J=13.5, 5.5, 1.5 Hz, H-3’), 5.54 (1H, dd, J=13.5, 5.5 Hz, H-3), 6.20 (1H, d, J=16 Hz, H-7), 6.21 (2H, d, J= 16Hz, H-7’), 6.30 (2H, d, J=11.5 Hz, H-10, 10’), 6.31 (2H, m, H-14, 14’), 6.40 (2H, d, J=16 Hz, H-8), 6.43 (2H, d, J=16 Hz, H-8’), 6.45 (2H, d, J=15.5 Hz, H-12, 12’), 6.66 (2H, dd, J=15.5, 11.5 Hz, H-11, 11’), 6.67 (2H, m, H-15, 15’). CD λ nm (Δε) : 240 (-20.0), 252 (0), 270 (+20.0), 284 (0), 314 (-34.0), 355 (0), 372 (+3.0).
Canthaxanthin: UV-VIS: 470 nm (Et 2 O). FAB-MS: m / z 564 [M] + .
(3 S , 3 ' S ) -Astaxanthin monoester: UV-VIS: 470 nm (Et 2 O). FAB-MS: m / z 834 (Astaxanthin myristate), m / z 806 (Astaxanthin palmitate. Ratio of Astaxanthin myristate to Astaxanthin dipalmitate (45:55). 1 H-NMR δ (CDCl 3 ): 0.88 (t, J = 7.5 Hz, CH 3 in fatty acid moiety), 1.21 (3H, s, CH 3 -17 '), 1.23 (3H, s, CH 3 -17), 1.26 (s, CH 2 in fatty acid moiety), 1.32 (3H, s, CH 3 -16'), 1.34 (3H, s, CH 3 -16 ), 1.70 (t, J = 7.5 Hz, CH 2 in fatty acid moiety), 1.82 (1H, dd, J = 13, 13 Hz, H-2'ax), 1.91 (3H, s, CH 3 -18) , 1.95 (3H, s, CH 3 -18 '), 1.99 (6H, s, CH 3 -19, 19'), 2.00 (6H, s, CH 3 -20, 20 '), 2.01 (1H, overlapped, H-2 eq), 2.07 (1H, dd, J = 12, 6 Hz, H-2 ax), 2.08 (t, J = 7.5 Hz, CH 2 in fatty acid moiety), 2.16 (1H, dd, J = 12, 5.5 Hz, H-2 'eq), 2.43 (m, CH 2 in fatty acid moiety), 3.69 (1H, d, J = 1.5 Hz, OH-3'), 4.33 (1H, ddd, J = 13.5 , 5.5, 1.5 Hz, H-3 '), 5.54 (1H, dd, J = 13.5, 5.5 Hz, H-3), 6.20 (1H, d, J = 16 Hz, H-7), 6.21 (2H, d, J = 16Hz, H-7 '), 6.30 (2H, d, J = 11.5 H z, H-10, 10 '), 6.31 (2H, m, H-14, 14'), 6.40 (2H, d, J = 16 Hz, H-8), 6.43 (2H, d, J = 16 Hz , H-8 '), 6.45 (2H, d, J = 15.5 Hz, H-12, 12'), 6.66 (2H, dd, J = 15.5, 11.5 Hz, H-11, 11 '), 6.67 (2H , m, H-15, 15 '). CD λ nm (Δε): 240 (-20.0), 252 (0), 270 (+20.0), 284 (0), 314 (-34.0), 355 (0) , 372 (+3.0).

(3S)-Adonirubin: UV-VIS: 470 nm (Et2O). FAB-MS: m/z 580 [M]+. CD λ nm (Δε) : 220 (+12.0), 230 (0), 234 (-12.0), 252 (0), 275 (+10.0), 283 (0), 310 (-17.0), 340 (0), 370 (+4.4).
(3’S)-Asteroidenone:UV-VIS: 455 nm (Et2O). FAB-MS: m/z 566 [M]+.
(3S,3’S)-Astaxanthin: UV-VIS: 470 nm (Et2O). FAB-MS: m/z 596 [M]+. CD λ nm (Δε) : 240 (-20.0), 252 (0), 270 (+20.0), 284 (0), 314 (-34.0), 355 (0), 372 (+3.0).
(3 S ) -Adonirubin: UV-VIS: 470 nm (Et 2 O). FAB-MS: m / z 580 [M] + . CD λ nm (Δε): 220 (+12.0), 230 (0), 234 (-12.0), 252 (0), 275 (+10.0), 283 (0), 310 (-17.0), 340 (0), 370 (+4.4).
(3 ' S ) -Asteroidenone: UV-VIS: 455 nm (Et 2 O). FAB-MS: m / z 566 [M] + .
(3 S , 3 ' S ) -Astaxanthin: UV-VIS: 470 nm (Et 2 O). FAB-MS: m / z 596 [M] + . CD λ nm (Δε): 240 (-20.0), 252 (0), 270 (+20.0), 284 (0), 314 (-34.0), 355 (0), 372 (+3.0).

Fritschiellaxanthin:UV-VIS: 452 nm (Et2O). FAB-MS: m/z 582 [M]+.
4-Ketoantheraxanthin : UV-VIS: 452 nm (Et2O). FAB-MS: m/z 598 [M]+.
cis-4-Ketoantheraxanthin : UV-VIS: 448 nm (Et2O). FAB-MS: m/z 598 [M]+.
Lactucaxanthin:UV-VIS: 416, 439, 468 nm (Et2O). FAB-MS: m/z 568 [M]+.
Lutein:UV-VIS: 422, 445, 474 nm (Et2O). FAB-MS: m/z 568 [M]+.
Fritschiellaxanthin: UV-VIS: 452 nm (Et 2 O). FAB-MS: m / z 582 [M] + .
4-Ketoantheraxanthin: UV-VIS: 452 nm (Et 2 O). FAB-MS: m / z 598 [M] + .
cis -4-Ketoantheraxanthin: UV-VIS: 448 nm (Et 2 O). FAB-MS: m / z 598 [M] + .
Lactucaxanthin: UV-VIS: 416, 439, 468 nm (Et 2 O). FAB-MS: m / z 568 [M] + .
Lutein: UV-VIS: 422, 445, 474 nm (Et 2 O). FAB-MS: m / z 568 [M] + .

Claims (25)

(I)カロテノイドを産生する植物又はその組織を、脱水用溶媒に接触させて脱水する工程、(II)脱水した植物又はその組織を、抽出溶媒で抽出し、カロテノイド含有抽出液を得る工程、及び(III)工程(I)で植物又はその組織に接触させた脱水用溶媒及び工程(II)で得られるカロテノイド含有抽出液に、水及び有機溶媒を添加して分液を行い、カロテノイドを含有する有機溶媒層を回収する工程を含むことを特徴とする植物又はその組織からカロテノイドを抽出する方法。   (I) a step of dehydrating a carotenoid-producing plant or tissue thereof by contacting with a dehydrating solvent, (II) a step of extracting the dehydrated plant or tissue thereof with an extraction solvent to obtain a carotenoid-containing extract, and (III) Water and an organic solvent are added to the solvent for dehydration brought into contact with the plant or its tissue in step (I) and the carotenoid-containing extract obtained in step (II), and the mixture is separated to contain carotenoids. A method for extracting carotenoid from a plant or tissue thereof, comprising a step of recovering an organic solvent layer. カロテノイドが、ケトカロテノイドを含むものであることを特徴とする請求項1に記載の抽出方法。   The extraction method according to claim 1, wherein the carotenoid contains a ketocarotenoid. カロテノイドが、アスタキサンチン脂肪酸エステルを含むものであることを特徴とする請求項1又は2に記載の抽出方法。   The extraction method according to claim 1 or 2, wherein the carotenoid contains an astaxanthin fatty acid ester. アスタキサンチン脂肪酸エステルが、ジエステル体とモノエステル体との混合物であることを特徴とする請求項3に記載の抽出方法。   The extraction method according to claim 3, wherein the astaxanthin fatty acid ester is a mixture of a diester and a monoester. 脱水用溶媒が、アセトン、エタノール、メタノール、及び2-プロパノールからなる群より選択される少なくとも1種の有機溶媒であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の抽出方法。   The extraction method according to any one of claims 1 to 4, wherein the dehydrating solvent is at least one organic solvent selected from the group consisting of acetone, ethanol, methanol, and 2-propanol. . 抽出溶媒が、極性有機溶媒である請求項1〜5のいずれか一項に記載の抽出方法。   The extraction method according to any one of claims 1 to 5, wherein the extraction solvent is a polar organic solvent. 工程(III)で用いられる有機溶媒が、ヘキサン、ジエチルエーテル、石油エーテル、エチルメチルエーテル、及びジメチルエーテルからなる群より選択される少なくとも1種の有機溶媒である請求項1〜6のいずれか一項に記載の抽出方法。   The organic solvent used in step (III) is at least one organic solvent selected from the group consisting of hexane, diethyl ether, petroleum ether, ethyl methyl ether, and dimethyl ether. The extraction method described in 1. 工程(I)において、細切りした植物又はその組織を脱水用溶媒に接触させることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の抽出方法。   The extraction method according to any one of claims 1 to 7, wherein in step (I), the minced plant or the tissue thereof is contacted with a dehydrating solvent. カロテノイドを産生する植物又はその組織が、カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子を植物の色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物又はその組織であることを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の抽出方法。   The carotenoid-producing plant or tissue thereof is a plastid genome-modified plant or tissue obtained by introducing a gene encoding a carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme into a plant plastid genome. The extraction method according to any one of claims 1 to 8. カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子が、(i)配列番号1の塩基配列を含むDNA、又は、(ii)配列番号1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でハイブリダイズし、かつβ環を持つカロテノイドのβ環の4位及び/又は4’位にケト基を導入する活性を有するポリペプチドをコードするDNAであることを特徴とする請求項9に記載の抽出方法。   A gene encoding a carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme is obtained from (i) a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or (ii) a nucleotide sequence complementary to a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1. And a DNA encoding a polypeptide having an activity of introducing a keto group into the 4th and / or 4 'positions of the β ring of a carotenoid having a β ring. The extraction method according to claim 9, wherein the extraction method is characterized. カロテノイドを産生する植物又はその組織が、さらに、カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素、及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼの各酵素をコードする遺伝子を色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物又はその組織であることを特徴とする請求項9又は10に記載の抽出方法。   Modification of plastid genome obtained by introducing a carotenoid-producing plant or tissue thereof into a plastid genome by introducing genes encoding carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase and isopentenyl diphosphate isomerase The extraction method according to claim 9 or 10, which is a plant or a tissue thereof. カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素をコードする遺伝子が、(i)配列番号3の塩基配列を含むDNA、又は(ii)配列番号3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でハイブリダイズし、かつβ環を持つカロテノイドの3位及び/又は3'位の炭素に水酸基を導入する活性を有するポリペプチドをコードするDNAであることを特徴とする請求項11に記載の抽出方法。   The gene encoding the carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase is (i) a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 or (ii) a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3. And a DNA encoding a polypeptide that hybridizes under stringent conditions and has an activity of introducing a hydroxyl group into the 3rd and / or 3'position carbon of a carotenoid having a β ring. Item 12. The extraction method according to Item 11. イソペンテニル二リン酸イソメラーゼをコードする遺伝子が、(i)配列番号5の塩基配列を含むDNA、又は(ii)配列番号5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でハイブリダイズし、かつイソペンテニル二リン酸をジメチルアリル二リン酸に変換するイソメラーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNAであることを特徴とする請求項11又は12に記載の抽出方法。   A gene encoding isopentenyl diphosphate isomerase is (i) a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 or (ii) a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5; The extraction method according to claim 11 or 12, which is a DNA encoding a polypeptide that hybridizes under a gentle condition and has an isomerase activity for converting isopentenyl diphosphate to dimethylallyl diphosphate. . 色素体ゲノム改変植物が、配列番号1の塩基配列を含むDNA、配列番号3の塩基配列を含むDNA、及び配列番号5の塩基配列を含むDNAを植物の色素体ゲノムに導入することにより得られるものであることを特徴とする請求項9〜13のいずれか一項に記載の抽出方法。   A plastid genome-modified plant is obtained by introducing DNA containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, DNA containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, and DNA containing the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 into the plastid genome of the plant. It is a thing, The extraction method as described in any one of Claims 9-13 characterized by the above-mentioned. 植物が、レタス、カリフラワー、キャベツ、セイヨウナタネ、ジャガイモ、トマト、ニンジン、イネ、ダイズ、又はタバコであることを特徴とする請求項9〜14のいずれか一項に記載の抽出方法。   The extraction method according to any one of claims 9 to 14, wherein the plant is lettuce, cauliflower, cabbage, rapeseed, potato, tomato, carrot, rice, soybean, or tobacco. カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子を植物の色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物の、アスタキサンチン脂肪酸エステルを製造するための使用。   Use of a plastid genome-modified plant obtained by introducing a gene encoding a carotenoid 4,4'-keto group-introducing enzyme into a plant plastid genome to produce an astaxanthin fatty acid ester. カロテノイド4,4’-ケト基導入酵素をコードする遺伝子が、(i)配列番号1の塩基配列を含むDNA、又は(ii)配列番号1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でハイブリダイズし、かつβ環を持つカロテノイドのβ環の4位及び/又は4’位にケト基を導入する活性を有するポリペプチドをコードするDNAであることを特徴とする請求項16に記載の使用。   A gene encoding a carotenoid 4,4′-keto group-introducing enzyme comprises (i) a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, or (ii) a nucleotide sequence complementary to the DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 DNA that encodes a polypeptide that hybridizes with DNA under stringent conditions and has an activity of introducing a keto group into the 4-position and / or 4'-position of the β-ring of a carotenoid having a β-ring The use according to claim 16. 色素体ゲノム改変植物が、さらに、カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素、及びイソペンテニル二リン酸イソメラーゼの各酵素をコードする遺伝子を色素体ゲノムに導入して得られる色素体ゲノム改変植物であることを特徴とする請求項16又は17に記載の使用。   The plastid genome-modified plant is a plastid genome-modified plant obtained by further introducing into the plastid genome a gene encoding each of the carotenoid 3,3'-hydroxyl transferase and isopentenyl diphosphate isomerase enzymes. Use according to claim 16 or 17, characterized in that カロテノイド3,3’-水酸基導入酵素をコードする遺伝子が、(i)配列番号3の塩基配列を含むDNA、又は(ii)配列番号3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でハイブリダイズし、かつβ環を持つカロテノイドの3位及び/又は3'位の炭素に水酸基を導入する活性を有するポリペプチドをコードするDNAであることを特徴とする請求項18に記載の使用。   The gene encoding the carotenoid 3,3′-hydroxyl transferase is (i) a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3 or (ii) a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3. And a DNA encoding a polypeptide that hybridizes under stringent conditions and has an activity of introducing a hydroxyl group into the 3rd and / or 3'position carbon of a carotenoid having a β ring. Item 19. Use according to Item 18. イソペンテニル二リン酸イソメラーゼをコードする遺伝子が、(i)配列番号5の塩基配列を含むDNA、又は(ii)配列番号5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でハイブリダイズし、かつイソペンテニル二リン酸をジメチルアリル二リン酸に変換するイソメラーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNAであることを特徴とする請求項18又は19に記載の使用。   A gene encoding isopentenyl diphosphate isomerase is (i) a DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 or (ii) a DNA comprising a nucleotide sequence complementary to the DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5; The use according to claim 18 or 19, which is a DNA encoding a polypeptide that hybridizes under a gentle condition and has an isomerase activity for converting isopentenyl diphosphate to dimethylallyl diphosphate. 色素体ゲノム改変植物が、配列番号1の塩基配列を含むDNA、配列番号3の塩基配列を含むDNA、及び配列番号5の塩基配列を含むDNAを植物の色素体ゲノムに導入して得られるものであることを特徴とする請求項16〜20のいずれか一項に記載の使用。   What is obtained by introducing a plastid genome-modified plant into a plant plastid genome by introducing DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1, DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 3, and DNA comprising the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 5 Use according to any one of claims 16 to 20, characterized in that アスタキサンチン脂肪酸エステルが、ジエステル体とモノエステル体との混合物であることを特徴とする請求項16〜21のいずれか一項に記載の使用。   The use according to any one of claims 16 to 21, wherein the astaxanthin fatty acid ester is a mixture of a diester and a monoester. アスタキサンチン脂肪酸エステルが、アスタキサンチンのミリスミン酸エステル又はパルミチン酸エステルであることを特徴とする請求項16〜22のいずれか一項に記載の使用。   The use according to any one of claims 16 to 22, wherein the astaxanthin fatty acid ester is astaxanthin myristic acid ester or palmitic acid ester. 植物が、レタス、カリフラワー、キャベツ、セイヨウナタネ、ジャガイモ、トマト、ニンジン、コメ、ダイズ、又はタバコであることを特徴とする請求項16〜23のいずれか一項に記載の使用。   24. Use according to any of claims 16 to 23, characterized in that the plant is lettuce, cauliflower, cabbage, rapeseed, potato, tomato, carrot, rice, soybean or tobacco. 色素体ゲノム改変植物が、前記遺伝子を葉緑体ゲノムに導入して得られる葉緑体ゲノム改変レタスであることを特徴とする請求項16〜24のいずれか一項に記載の使用。   The use according to any one of claims 16 to 24, wherein the plastid genome-modified plant is a chloroplast genome-modified lettuce obtained by introducing the gene into a chloroplast genome.
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