JP2014223038A - Method for screening gene coding terpene synthase - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for searching for enzyme groups and variants thereof associated with terpene biosynthetic pathway, the enzyme groups and variants being used for constructing a large-scale biosynthetic system of terpene.SOLUTION: There is provided a method for screening a terpene synthase based on "substrate consuming ability" of the terpene synthase. Specifically, there is provided a method for screening genes and/or variants thereof coding an enzyme associated with terpene synthesis by introducing test genes to cells which are each introduced with a terpene synthase variant having an enhanced enzymatic activity and/or an expression thereof compared with a wild type enzyme, to culture them, and by selecting the test gene introduced to a surviving cell, among the test genes introduced into the cells.

Description

本発明は、テルペン合成酵素をコードする遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法に関する。より詳しくは、本発明は、テルペン合成酵素変異体をコードする遺伝子であって、酵素活性および/またはその発現が野生型酵素と比較して増強されたテルペン合成酵素変異体をコードする遺伝子を導入した細胞に、被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含み、ここで、該テルペン合成酵素変異体は、細胞の生存に関与する化合物をその基質や該基質の材料として消費することにより細胞死を引き起こすことを特徴とする、テルペン合成酵素をコードする遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法に関する。   The present invention relates to a screening method for a gene encoding terpene synthase and / or a variant thereof. More specifically, the present invention introduces a gene encoding a terpene synthase variant that encodes a terpene synthase variant that has enhanced enzyme activity and / or its expression compared to a wild-type enzyme. The test gene is introduced into the cultured cells and cultured, and the test gene introduced into the surviving cells among the test genes introduced into the cells is selected, wherein the terpene synthase mutant is The present invention relates to a screening method for a gene encoding a terpene synthase and / or a mutant thereof, characterized by causing cell death by consuming a compound involved in cell survival as a substrate or a material of the substrate.

テルペンは、55,000種以上もの構造が知られている、植物や昆虫、菌類等によって生産される多様な天然化合物群である。分類によってはテルペン類のうち、カルボニル基やヒドロキシ基等の官能基を持つ誘導体をテルペノイドと呼ぶことがある。また、それらの総称としてイソプレノイドという呼称も使用される。   Terpenes are a diverse group of natural compounds produced by plants, insects, fungi, and the like, with over 55,000 structures known. Depending on the classification, a derivative having a functional group such as a carbonyl group or a hydroxy group may be called a terpenoid among terpenes. Moreover, the name isoprenoid is also used as a general term for them.

テルペンは最初、精油に含まれるC1016の分子式をもつ炭化水素を指していたが、テルペンと呼ばれる対象が拡大し、現在では(Cの組成の炭化水素およびそれから導かれる含酸素/含窒素化合物並びに不飽和度を異にするものも意味するようになった。拡張された範囲のものをテルペノイドと称する場合も多い。上記分子式のnの数2のものをモノテルペン、3をセスキテルペン、4をジテルペン、6をトリテルペン、8をテトラテルペン、および多数のものをポリテルペンと称する。自然界には既知/未知を含めて百万超のテルペンがあると言われている。これら全てのテルペン化合物はイソペンテニル二リン酸(以下、IPP)という共通の前駆体からテルペン合成経路を介して合成される。IPPは、アセチルCoAを出発物とするメバロン酸経路や、ピルビン酸を出発物とする非メバロン酸経路を経て合成される(非特許文献1−2)。IPPは、イソペンテニル二リン酸イソメラーゼ(以下、IDI)による異性化反応で、その構造異性体であるジメチルアリル二リン酸(以下、DMAPPと略称する)に転換される。これら経路で合成されたIPPおよびDMAPPにプレニルトランフェラーゼが作用することにより、ゲラニル二リン酸、ファルネシル二リン酸、ゲラニルゲラニル二リン酸等の、テルペン合成の中間体である鎖状アルコール二リン酸エステルが生成される。これら鎖状アルコール二リン酸エステルを基質としてテルペン合成酵素の作用によりテルペンが合成されるが、これらの酵素は鎖状のテルペンを与えるほか、閉環、ヒドリドやアルキル基転位、水やアミンの付加、脱水素、酸素官能基導入、脱炭酸反応を行い、多種多様な骨格を持つテルペンを生成する。 Terpenes initially pointed to hydrocarbons with the molecular formula of C 10 H 16 contained in essential oils, but the object called terpenes has expanded and is now derived from hydrocarbons of the composition (C 5 H 8 ) n. Oxygen / nitrogen compounds as well as those with different degrees of unsaturation have come to be understood. The expanded range is often referred to as a terpenoid. In the above molecular formula, n number 2 is called monoterpene, 3 is sesquiterpene, 4 is diterpene, 6 is triterpene, 8 is tetraterpene, and many are called polyterpenes. It is said that there are over 1 million terpenes in nature, including known / unknown. All these terpene compounds are synthesized from a common precursor called isopentenyl diphosphate (hereinafter IPP) via a terpene synthesis route. IPP is synthesized via a mevalonic acid pathway starting from acetyl CoA or a non-mevalonic acid pathway starting from pyruvic acid (Non-Patent Document 1-2). IPP is converted to its structural isomer, dimethylallyl diphosphate (hereinafter abbreviated as DMAPP), by an isomerization reaction with isopentenyl diphosphate isomerase (hereinafter IDI). By the action of prenyl transferase on IPP and DMAPP synthesized through these pathways, chain alcohol diphosphate esters that are intermediates in terpene synthesis, such as geranyl diphosphate, farnesyl diphosphate, geranylgeranyl diphosphate, etc. Is generated. Terpenes are synthesized by the action of terpene synthase using these chain alcohol diphosphate esters as substrates, but these enzymes give chain terpenes, ring closure, rearrangement of hydrides and alkyl groups, addition of water and amines, Dehydrogenation, oxygen functional group introduction, and decarboxylation are performed to produce terpenes with a wide variety of skeletons.

テルペンは、医薬品、香料、および有機合成の合成原料として広く利用されている(非特許文献3)。また、このような工業価値を有するものに加え、抗菌作用、免疫賦活作用、精神安定作用、抗マラリア活性等の、様々な薬理活性を有するものがある。さらに近年では、ディーゼルやジェット燃料に適した物性を持つテルペンが、新たなバイオ燃料として注目されてもいる(非特許文献4)。   Terpenes are widely used as pharmaceuticals, fragrances, and synthetic raw materials for organic synthesis (Non-patent Document 3). In addition to those having such industrial value, there are those having various pharmacological activities such as antibacterial action, immunostimulatory action, tranquilizing action, and antimalarial activity. Furthermore, in recent years, terpenes having physical properties suitable for diesel and jet fuel have attracted attention as new biofuels (Non-Patent Document 4).

このようにテルペンにはさまざまな生理機能があることから、テルペンの効率的な微生物生産法の確立をめざした多くの研究がなされている。テルペン合成酵素をコードする遺伝子の多くは植物由来であるため、大腸菌や酵母等の宿主を利用した生産系では、その発現量が低く、また発現する酵素の安定性や活性も低い。つまり、コドン利用(codon usage)の非最適化、翻訳後修飾の欠如、会合パートナーの不在等によって、本来の活性を発揮できない場合が多い。また、テルペン合成酵素は、酵素活性が高くないものが多い。これらの原因により、テルペンの効率的な微生物生産の構築が困難になっている。   Since terpenes have various physiological functions in this way, many studies have been conducted with the aim of establishing an efficient method for producing terpenes by microorganisms. Since most of the genes encoding terpene synthase are derived from plants, in production systems using hosts such as E. coli and yeast, the expression level is low, and the stability and activity of the expressed enzyme are also low. That is, in many cases, the original activity cannot be exhibited due to non-optimization of codon usage, lack of post-translational modification, absence of an association partner, and the like. Many terpene synthases do not have high enzyme activity. These causes make it difficult to construct efficient terpene microbial production.

一方、大腸菌、酵母、シアノバクテリア、コリネ菌、枯草菌、好熱性細菌等、産業生産の宿主に使われることが検討されているほとんど全ての細胞は、テルペン類の直接の前駆体を合成している。このため、必要なテルペン合成酵素の遺伝子を導入するだけで、微量ながら細胞にテルペン生産させることができる。ただし、それらのプレニル二リン酸の合成量は必ずしも高くないうえ、tRNA修飾やタンパク質のプレニル化、ドリコール/キノン側鎖等細胞の生育に必要な各種成分の生合成に使われるため、テルペン生産にまわる炭素原は必ずしも多くない。   On the other hand, almost all cells considered to be used for industrial production hosts such as E. coli, yeast, cyanobacteria, corynebacteria, Bacillus subtilis and thermophilic bacteria synthesize direct precursors of terpenes. Yes. For this reason, it is possible to cause cells to produce terpenes by introducing only the necessary terpene synthase gene. However, the synthesis amount of these prenyl diphosphates is not necessarily high, and it is used for biosynthesis of various components necessary for cell growth such as tRNA modification, protein prenylation, and dolichol / quinone side chains. There are not always many carbon fields to be rotated.

テルペンの効率的生産をめざして、その生産経路の改良が各種試みられてきた。例えば、宿主由来のプレニル二リン酸合成経路遺伝子の過剰発現(非特許文献5)、異種のプレニル二リン酸合成経路遺伝子の導入(非特許文献6−7)、競合経路であるtRNAプレニル化酵素遺伝子の欠損(特許文献1、非特許文献6−7)、およびグローバルレギュレーターの過剰発現(非特許文献7)等による試みが報告されている。しかしテルペンの生産効率は、バイオアルコールや脂肪酸エステル、バイオプラスチック等の生産レベル(数十〜数百g/L培地)と比べ、圧倒的に低レベル(せいぜい1g/L培地)であり、その生産方法にはまだ改良の余地がある。テルペン生産能の向上に寄与する遺伝的因子の探索を目的として、宿主の持つ複雑で未解明な代謝制御ネットワークを探索し、ランダムな遺伝子ノックアウト(非特許文献8−10)、σ因子やグローバル転写レギュレータのランダム改変(特許文献2−4、非特許文献7)、ゲノムシャッフリング(非特許文献11)等が、今なお精力的に行われている。また、同じテルペン生産経路の上流に存在して生産を強化する遺伝子(群)でも、由来が違ったり、あるいはオペロンの構成が変わったりすると、宿主のテルペン生産能は高まる(非特許文献12−13および14−16)。   Various attempts have been made to improve the production route for the efficient production of terpenes. For example, overexpression of a host-derived prenyl diphosphate synthesis pathway gene (Non-patent Document 5), introduction of a heterologous prenyl diphosphate synthesis pathway gene (Non-Patent Document 6-7), and tRNA prenylating enzyme which is a competitive pathway Attempts by gene deficiency (Patent Literature 1, Non-Patent Literature 6-7), global regulator overexpression (Non-Patent Literature 7), and the like have been reported. However, the production efficiency of terpenes is overwhelmingly low (at most 1 g / L medium) compared to the production levels of bioalcohol, fatty acid esters, bioplastics, etc. (tens to hundreds of g / L medium). There is still room for improvement in the method. For the purpose of searching for genetic factors that contribute to the improvement of terpene production ability, search for complex and unexplained metabolic control networks of hosts, random gene knockout (Non-patent Documents 8-10), sigma factors and global transcription Random modification of regulators (Patent Documents 2-4 and Non-Patent Document 7), genome shuffling (Non-Patent Document 11), and the like are still vigorously performed. In addition, even in the gene (group) that exists upstream of the same terpene production pathway and enhances production, if the origin is different or the operon configuration is changed, the terpene production ability of the host increases (Non-Patent Documents 12-13). And 14-16).

また、テルペンの効率的生産を目的として、その合成酵素遺伝子の探索が盛んに行われている。しかしながら、テルペン生合成に係わる合成酵素をコードする遺伝子の全てを網羅的に取得する方法は提案されていない。とくに未知のテルペン分子をつくる合成酵素の機能は、簡単に同定することはできない。現在のところ、既知のテルペン合成酵素遺伝子と有意な配列相同性をもつ遺伝子をゲノムデータベースから特定し、該遺伝子がコードするタンパク質の活性を液体クロマト質量分析装置(LC−MS)やガスクロマト質量分析装置(GC−MS)を用いて測定し、その結果テルペン合成酵素活性が認められたタンパク質をコードする遺伝子をテルペン合成酵素遺伝子であると認定するという方法で、新規テルペン合成酵素遺伝子の取得が行われている(非特許文献17)。しかし、既知のテルペン合成酵素遺伝子と配列相同性が低い遺伝子は、このような方法では取得することが困難であった。   In addition, for the purpose of efficient production of terpenes, the search for synthesizing enzyme genes has been actively conducted. However, there has not been proposed a method for comprehensively acquiring all genes encoding synthases involved in terpene biosynthesis. In particular, the function of a synthase that produces an unknown terpene molecule cannot be easily identified. At present, a gene having significant sequence homology with a known terpene synthase gene is identified from a genome database, and the activity of the protein encoded by the gene is analyzed by liquid chromatography mass spectrometry (LC-MS) or gas chromatography mass spectrometry. A new terpene synthase gene is obtained by a method in which a gene encoding a protein that has been measured using a device (GC-MS) and as a result has been found to have terpene synthase activity is identified as a terpene synthase gene. (Non-patent Document 17). However, it has been difficult to obtain a gene having low sequence homology with a known terpene synthase gene by such a method.

テルペン生産経路の改良やその合成酵素遺伝子の探索には、プレニル二リン酸から合成されるカロテノイド色素合成経路を用いたスクリーニング(カロテノイドスクリーニング)が用いられている(非特許文献7および18)。このスクリーニングでは、何らかの遺伝子の導入および発現によりテルペン前駆体量が高くなると、該テルペン前駆体から合成されるカロテノイド色素の蓄積量の増加がもたらされ、該増加した色素蓄積量がコロニー色の深化により可視化できる。   Screening using a carotenoid pigment synthesis pathway synthesized from prenyl diphosphate (carotenoid screening) is used for improving the terpene production pathway and searching for its synthase gene (Non-patent Documents 7 and 18). In this screening, when the amount of terpene precursor increases due to the introduction and expression of some gene, the amount of accumulated carotenoid pigment synthesized from the terpene precursor increases, and the increased amount of pigment accumulation deepens the colony color. Can be visualized.

本発明者らも、テルペン合成酵素の基質消費能に基づき、テルペン合成酵素遺伝子をスクリーニングする方法を提供している(非特許文献5)。すなわち、テルペン合成酵素群と同じ基質を原料とする種々の色素の生合成経路を細胞内に構築し、これらの細胞にテルペン合成酵素の遺伝子を導入して色素合成経路から原料を奪うことにより、細胞当りの色素合成量が減少することを指標にしたテルペン合成酵素のスクリーニング方法を提供している。   The present inventors have also provided a method for screening a terpene synthase gene based on the substrate consumption ability of the terpene synthase (Non-patent Document 5). That is, by constructing biosynthetic pathways of various pigments using the same substrate as the terpene synthase group as a raw material, introducing terpene synthase genes into these cells and taking the raw materials from the pigment synthesis pathway, A screening method for terpene synthase using as an index the decrease in the amount of dye synthesis per cell is provided.

しかし、色素の蓄積量の増加または減少を指標にしたテルペン合成酵素遺伝子のスクリーニングには、2つの問題点がある。1つの問題は、コロニーの色の測定等に手間がかかり、そのスクリーニングサイズが制限されることである。このようなスクリーニングにおいては多くの場合、ニトロセルロース膜を使って視認性を高める工夫が必要であり、そのコストとスループットに大きな制限がある(非特許文献19)。また、メタゲノムソースや、複数の遺伝子にまたがるランダム変異ライブラリ等のようなスループット要求性のより高い探索には、これらの手法は現実的ではない。もう1つ問題は、カロテノイド色素の代謝経路そのものが持つ触媒活性、および細胞宿主の色素蓄積限界の存在である。テルペン生産経路の上流経路を強化できたとしても、これらの要素により、細胞への色素蓄積量はプラトーに達する。このため、強力な活性を有するテルペン合成酵素遺伝子の探索は困難である。   However, terpene synthase gene screening using as an index the increase or decrease in the amount of accumulated pigment has two problems. One problem is that it takes time and effort to measure the color of colonies and the screening size is limited. In such screening, in many cases, it is necessary to devise a technique for improving visibility using a nitrocellulose membrane, and there are significant limitations on the cost and throughput (Non-patent Document 19). In addition, these methods are not practical for searching with higher throughput requirements such as a metagenomic source or a random mutation library across multiple genes. Another problem is the catalytic activity of the carotenoid pigment metabolic pathway itself, and the existence of the cell host's pigment accumulation limit. Even if the upstream pathway of the terpene production pathway can be enhanced, the amount of pigment accumulated in the cell reaches a plateau due to these factors. For this reason, it is difficult to search for a terpene synthase gene having a strong activity.

特開2005−348644号公報JP 2005-348644 A 米国特許第7695932号明細書US Pat. No. 7,695,932 米国特許第7741070号明細書US Pat. No. 7,741,070 米国特許第8062878号明細書US Pat. No. 8,062,878 特開2011−125334号公報JP 2011-125334 A

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自然界の既知および未知のテルペンを生物生産できるようにするためには、まず、その合成酵素の遺伝子を取得する必要があり、そのような遺伝子の取得方法の開発が必要である。また、テルペンの生物大量生産系の構築のためには、テルペン生産経路の改良が必要であり、該経路に関わる酵素群およびそれらの変異体の探索方法の開発が必要である。   In order to enable biological production of known and unknown terpenes in nature, it is first necessary to acquire a gene for the synthase, and it is necessary to develop a method for acquiring such a gene. Moreover, in order to construct a terpene biological mass production system, it is necessary to improve the terpene production pathway, and it is necessary to develop a method for searching for enzymes related to the pathway and mutants thereof.

すなわち、本発明の課題は、テルペンの生物大量生産系を構築するために使用される、テルペン生産経路に関わる酵素群およびそれらの変異体の探索方法を提供することである。   That is, the subject of this invention is providing the search method of the enzyme group and those variants which are used in order to construct | assemble the terpene biological mass production type | system | group used in the terpene production pathway.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意研究を行い、テルペン生産量の向上したゲラニオール合成酵素(以下、GESと略称する)変異体をコードする遺伝子を形質転換した大腸菌株では細胞死が引き起こされること、該細胞死はGESによる基質消費に起因する生育阻害によること、該細胞死はGESの基質の生合成を触媒する酵素をコードする遺伝子を導入して該基質を供給することにより防止できることを見出した。そして、これら知見を利用して、酵素活性および/またはその発現が増強されたテルペン合成酵素変異体をコードする遺伝子を導入した細胞に被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することにより、テルペン合成酵素をコードする遺伝子および/またはその変異体、例えばテルペン合成酵素の基質または該基質の材料となる化合物、すなわちテルペン前駆体、を合成する酵素をコードする遺伝子および/またはその変異体をスクリーニングする方法を構築した。   The present inventors have intensively studied to solve the above problems, and cell death is caused in an E. coli strain transformed with a gene encoding a geraniol synthase (hereinafter abbreviated as GES) mutant with improved terpene production. The cell death is caused by growth inhibition caused by consumption of the substrate by GES, and the cell death can be prevented by supplying the substrate by introducing a gene encoding an enzyme that catalyzes the biosynthesis of the substrate of GES. I found. Using these findings, a test gene is introduced into a cell into which a gene encoding a terpene synthase mutant with enhanced enzyme activity and / or its expression has been introduced, and the test is introduced into the cell. A gene encoding terpene synthase and / or a variant thereof, for example, a substrate of terpene synthase or a compound serving as a material of the substrate, that is, a terpene precursor, by selecting a test gene introduced into a living cell among the genes A method for screening a gene encoding an enzyme for synthesizing a body and / or a variant thereof was constructed.

すなわち、本発明は、以下からなる。
1.テルペン合成酵素変異体をコードする遺伝子であって、酵素活性および/またはその発現が野生型酵素と比較して増強されたテルペン合成酵素変異体をコードする遺伝子を導入した細胞に、被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含む、テルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。
2.テルペン合成酵素変異体が、該変異体を発現した細胞の細胞死を引き起こすテルペン合成酵素変異体である、前記1.のテルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。
3.細胞死が、テルペン合成酵素変異体により消費される基質または該基質の材料となる化合物が細胞の生存に関与する化合物であることにより生じる細胞死である、前記2.のテルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。
4.テルペン合成酵素変異体が、ゲラニオール合成酵素変異体である、前記1.から3.のいずれかのテルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。
5.細胞が、大腸菌である、前記1.から4.のいずれかのテルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。
6.酵素活性が増強されたゲラニオール合成酵変異体をコードする遺伝子であって、該変異体は酵素活性および/またはその発現が野生型酵素と比較して増強されており、かつ、該変異体を発現した細胞において、該変異体により消費される基質または該基質の材料となる化合物が細胞の生存に関与する化合物であることにより生じる細胞死を引き起こす変異体をコードする遺伝子を導入した細胞に、被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含む、テルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。
7.酵素活性が増強されたゲラニオール合成酵変異体をコードする遺伝子が、配列番号1または配列番号3に記載のヌクレオチド配列で表される遺伝子である、前記6.のテルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。
8.配列番号1または配列番号3に記載のヌクレオチド配列で表されるゲラニオール合成酵変異体をコードする遺伝子を導入した細胞に、被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含む、テルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。
9.配列番号5または配列番号6に記載のヌクレオチド配列で表されるプラスミドを形質転換した大腸菌に、被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含む、テルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。
That is, this invention consists of the following.
1. A test gene is introduced into a cell into which a gene encoding a terpene synthase variant that encodes a terpene synthase variant that has an enzyme activity and / or enhanced expression compared to a wild-type enzyme. A screening method for a terpene synthase gene and / or a mutant thereof, comprising selecting a test gene introduced into a living cell among test genes introduced, cultured, and introduced into the cell.
2. 1. The terpene synthase mutant is a terpene synthase mutant that causes cell death of cells expressing the mutant. Screening method for terpene synthase gene and / or mutant thereof.
3. 2. The cell death caused by the fact that the substrate consumed by the terpene synthase mutant or the compound serving as the material of the substrate is a compound involved in cell survival. Screening method for terpene synthase gene and / or mutant thereof.
4). 1. The terpene synthase mutant is a geraniol synthase mutant. To 3. A method for screening a gene of terpene synthase and / or a mutant thereof.
5. 1. The cell is E. coli. To 4. A method for screening a gene of terpene synthase and / or a mutant thereof.
6). A gene encoding a geraniol synthase mutant with enhanced enzyme activity, wherein the mutant has enhanced enzyme activity and / or expression compared to a wild-type enzyme and expresses the mutant In a cultured cell, a cell into which a gene encoding a mutant that causes cell death caused by a substrate consumed by the mutant or a compound serving as a material of the substrate being a compound involved in cell survival is introduced into a cell. A screening method for a terpene synthase gene and / or a variant thereof, comprising introducing a test gene and culturing, and selecting a test gene introduced into a living cell among test genes introduced into the cell.
7). 5. The gene encoding a geraniol synthase mutant with enhanced enzyme activity is the gene represented by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3. Screening method for terpene synthase gene and / or mutant thereof.
8). Of the test genes introduced into the cells, the test genes are introduced into the cells into which the gene encoding the geraniol synthase mutant represented by the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3 has been introduced. A method for screening a terpene synthase gene and / or a mutant thereof, comprising selecting a test gene introduced into a living cell.
9. A test gene is introduced into E. coli transformed with the plasmid represented by the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 or SEQ ID NO: 6 and cultured, and the test gene introduced into the surviving cells among the test genes introduced into the cells. A method for screening a terpene synthase gene and / or a mutant thereof, comprising selecting a test gene.

本発明により、酵素活性および/またはその発現が増強されたテルペン合成酵素変異体をコードする遺伝子を導入した細胞に被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含む、テルペン合成酵素をコードする遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法を提供することができ、その結果、選抜された遺伝子やその変異体を使用して、テルペンの生物大量生産系を構築することができる。   According to the present invention, a test gene is introduced into a cell into which a gene encoding a terpene synthase mutant with enhanced enzyme activity and / or expression thereof has been introduced and cultured, and the test gene introduced into the cell survived. It is possible to provide a screening method for a gene encoding terpene synthase and / or a mutant thereof including selecting a test gene introduced into a cell, and as a result, the selected gene or the mutant thereof is used. Thus, a terpene biological mass production system can be constructed.

本発明に係る方法は、テルペン合成酵素の基質や該基質の材料となる化合物の枯渇による細胞死からのレスキューを原理とした選抜手法である。すなわち、本方法は、テルペンの前駆体、すなわちテルペン合成酵素の基質または該基質の材料となる化合物を合成する酵素をコードする遺伝子やその変異体を形質転換した細胞のみが生存するといういわゆるセレクションモードでの遺伝子探索法である。本方法は、従来報告されているテルペン生産向上に寄与する遺伝子のスクリーニング方法、例えば色素の蓄積量の増加または減少を指標にしたスクリーニング方法と比較して、スループットが極めて高く、その操作も迅速かつ簡便である(図1)。また本方法は、細胞増殖と結びついている(Growth−coupled)ため、テルペン前駆体の合成増強活性がより強い酵素をコードする遺伝子やその変異体を形質転換した細胞ほど生存効率がより高いと考えることができる。すなわち、単に正の効果をもつ遺伝子を選び出すだけでなく、より好ましい遺伝子を濃縮するための手法としてさらなる使用可能性がある。   The method according to the present invention is a selection method based on the principle of rescue from cell death due to depletion of a substrate of a terpene synthase or a compound serving as a material of the substrate. That is, this method is a so-called selection mode in which only a cell transformed with a terpene precursor, that is, a gene encoding an enzyme that synthesizes a terpene synthase substrate or a compound that is a material of the terpene, or a mutant thereof survives. This is a gene search method. This method has an extremely high throughput and a rapid operation compared to the conventionally reported screening methods for genes that contribute to the improvement of terpene production, for example, screening methods using increase or decrease in the amount of accumulated pigment as an index. It is simple (FIG. 1). In addition, since this method is associated with cell growth (Growth-coupled), cells transformed with a gene encoding an enzyme having a stronger activity of enhancing terpene precursor synthesis or a mutant thereof are considered to have higher survival efficiency. be able to. That is, there is a possibility of further use as a technique for concentrating more preferable genes as well as selecting genes having a positive effect.

テルペン合成に関わる酵素遺伝子のスクリーニング方法を説明する図である。パネルAは、従前に報告されている方法であってカロテノイド色素を用いて色を指標に実施するスクリーニング方法を示す。パネルBは、本願発明に係る方法であって、基質枯渇による細胞死の回避を指標に実施するスクリーニング方法を示す。It is a figure explaining the screening method of the enzyme gene in connection with terpene synthesis. Panel A shows a screening method that has been reported previously and that is carried out using carotenoid pigments with color as an indicator. Panel B shows a screening method which is a method according to the present invention and which is carried out using avoidance of cell death due to substrate depletion as an index. ゲラニオール合成酵素変異体をコードする遺伝子の発現コンストラクトの模式図およびそのプラスミドマップを示す図である。パネルAは、ゲラニオール合成酵素(GES)のN末端52アミノ酸を欠失させ、さらにC末端に6×ヒスチジンタグ(6×His)を付加した変異体(GESM53)をコードする遺伝子の発現コンストラクトpLac−gesM53の模式図である。パネルCは、pLac−gesM53のプラスミドマップを示す。パネルBは、GESM53遺伝子の翻訳効率を高めるためにGESM53のアミノ酸配列においてGESの第54番目に相当するアミノ酸であるグリシンをバリンに置換し、さらにC末端に6×Hisを付加した変異体(GESM53G54V)をコードする遺伝子の発現コンストラクトpBAD−gesM53G54Vの模式図である。パネルDは、pBAD−gesM53G54Vのプラスミドマップを示す。(実施例1)It is a figure which shows the schematic diagram of the expression construct of the gene which codes a geraniol synthetase variant, and its plasmid map. Panel A shows the expression construct pLac− of a gene encoding a mutant (GESM53) in which the N-terminal 52 amino acids of geraniol synthase (GES) are deleted and a 6 × histidine tag (6 × His) is added to the C-terminus. It is a schematic diagram of gesM53. Panel C shows the plasmid map of pLac-gesM53. Panel B shows a mutant (GESM53) in which glycine, which is the amino acid corresponding to the 54th GES in the amino acid sequence of GESM53, is replaced with valine in the amino acid sequence of GESM53, and 6 × His is added to the C-terminus. It is a schematic diagram of the expression construct pBAD-gesM53 G54V of the gene encoding G54V ). Panel D shows the plasmid map of pBAD-gesM53 G54V . (Example 1) ゲラニオール合成酵素遺伝子の変異体を導入した大腸菌株XL−1 blueでのゲラニオール生産をガスクロマト/水素イオン検出器により測定した結果を示す図である。A.はpLac−gesM53を形質転換したXL−1 blue、B.はpLac−gesD323Aを形質転換したXL−1 blueにおけるゲラニオール(Geraniol)の分析結果を示す。C.はゲラニオール標品の分析結果を示す。横軸は保持時間(RT[min])を示す。(実施例1)It is a figure which shows the result of having measured the geraniol production in colon_bacillus | E._coli strain XL-1 blue which introduce | transduced the mutant of the geraniol synthetase gene by the gas chromatography / hydrogen ion detector. A. XL-1 blue transformed with pLac-gesM53, B.I. Shows the analysis result of geraniol in XL-1 blue transformed with pLac-ges D323A . C. Indicates the analysis result of the geraniol preparation. The horizontal axis represents the holding time (RT [min]). (Example 1) カロテノイド色素合成酵素遺伝子であるジアポフィトエン合成酵素(CrtM)遺伝子およびデヒドロスクアレン不飽和化酵素(CrtN)遺伝子を発現させた大腸菌では、ゲラニオール合成酵素遺伝子を共発現させると、色素合成酵素の基質がゲラニオール合成酵素に奪われるために、カロテノイド色素量の蓄積量の減少が認められたことを説明する図である。パネルAは、CrtM遺伝子およびCrtN遺伝子を発現させた大腸菌では、ピルビン酸を原料として幾つかの経路を経てゲラニルゲラニル二リン酸(GPP)が合成され、GPPからさらにゲラニオール合成酵素(GES)よりゲラニオール(Geraniol)が生産される一方、GPPからファルネシル二リン酸(FPP)を中継してカロテノイド(carotenoid)の1種である黄色色素(yellow pigment)が合成されることを説明する。パネルBは、CrtM遺伝子およびCrtN遺伝子を発現させた大腸菌XL−1 Blueでは、野生型GES(図中、WTと表示)またはGESM53(図中、M53と表示)を共発現させると、空ベクター(図中、Voidと表示)を形質転換したとき、またはGES不活性化変異体(図中、WTD323Aと表示)を発現させたときと比較して、カロテノイド合成量が著しく減少したことを示す。カロテノイド合成量は、乾燥細胞重量(DCW)1g当たりの合成量(μg/gDCM)として示す。結果はN=3の平均値で示し、エラーバーはN=3の標準偏差を示す。(実施例1)In Escherichia coli in which the carotenoid pigment synthase genes diapophytoene synthase (CrtM) gene and dehydrosqualene desaturase (CrtN) gene are expressed, when the geraniol synthase gene is co-expressed, the substrate of the pigment synthase is It is a figure explaining that the reduction | decrease of the accumulation amount of the amount of carotenoid pigment | dye was recognized because it was deprived by geraniol synthase. Panel A shows that in E. coli expressing CrtM and CrtN genes, geranylgeranyl diphosphate (GPP) is synthesized through several pathways using pyruvate as a raw material, and geraniol (GES) is further synthesized from GPP. It will be described that yellow pigment, a kind of carotenoid, is synthesized from GPP by relaying farnesyl diphosphate (FPP) while Geraniol is produced. Panel B shows that in E. coli XL-1 Blue in which CrtM gene and CrtN gene are expressed, when wild-type GES (indicated as WT in the figure) or GESM53 (indicated as M53 in the figure) is co-expressed, an empty vector ( It shows that the amount of carotenoid synthesis was significantly reduced compared to when transforming Void (indicated in the figure) or expressing a GES-inactivating mutant (indicated as WT D323A in the figure). The amount of carotenoid synthesis is shown as the amount synthesized (μg / g DCM) per gram of dry cell weight (DCW). The results are shown as an average value of N = 3, and error bars indicate a standard deviation of N = 3. (Example 1) 野生型GESを発現させた大腸菌およびGES不活性化変異体(図中、D323Aと表示)を発現させた大腸菌JW3686株ではコロニー形成が観察されたが、GESM53を発現させた大腸菌JW3686株ではコロニー形成がほとんど観察されなかったことを説明する図である。図中、野生型GESはWT、GES不活性化変異体はD323A、GESM53はM53と表示する。図の縦軸は、形質転換あたりのコロニー形成単位(CFU/TF)を示す。(実施例3)Colony formation was observed in Escherichia coli JW3686 expressing wild type GES and Escherichia coli JW3686 expressing GES inactivating mutant (indicated as D323A in the figure), but colony formation was observed in Escherichia coli JW3686 expressing GESM53. It is a figure explaining that almost was not observed. In the figure, wild type GES is indicated as WT, GES inactivating mutant is indicated as D323A, and GESM53 is indicated as M53. The vertical axis in the figure represents the colony forming unit (CFU / TF) per transformation. Example 3 GESM53のみを発現させた大腸菌ではコロニーが形成されなかったが、該大腸菌にイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ(IDI)を共発現させるとコロニー形成が観察されたことを説明する図である。大腸菌JW3686株に、pLac−gesM53と空ベクターであるpAC−voidまたは色素合成酵素遺伝子発現ベクターであるpAC−crtMNとを共形質転換したときにはコロニーが形成されなかったが、pLac−gesM53とpAC−idiとを共形質転換することによりコロニーが形成された。図の左縦軸は、形質転換あたりのコロニー形成単位(CFU/TF)を示す。図中、○はpLac−gesM53と、pAC−void、pAC−idi、またはpAC−crtMNとの共形質転換によるコロニー形成単位(CFUGES(+))を示す。●は、pLacプラスミドと、pAC−void、pAC−idi、またはpAC−crtMNとの共形質転換によるコロニー形成単位(CFUGES(ー))を示す。図の右縦軸は生存率を示し、該生存率はCFUGES(+)のCFUGES(ー)に対する比である。結果はN=3の平均値で示し、エラーバーはN=3の標準偏差を示す。(実施例3)It is a figure explaining colony formation was observed when the colony was not formed in colon_bacillus | E._coli which expressed only GESM53, but isopentenyl diphosphate isomerase (IDI) was co-expressed in this colon_bacillus | E._coli. When E. coli JW3686 was cotransformed with pLac-gesM53 and pAC-void, an empty vector, or pAC-crtMN, a chromogenic enzyme gene expression vector, no colonies were formed, but pLac-gesM53 and pAC-idi Were cotransformed to form colonies. The left vertical axis of the figure shows colony forming units (CFU / TF) per transformation. In the figure, ◯ indicates a colony forming unit (CFU GES (+) ) by co-transformation of pLac-gesM53 and pAC-void, pAC-idi, or pAC-crtMN. ● indicates a colony forming unit (CFU GES (-) ) by cotransformation of pLac plasmid and pAC-void, pAC-idi, or pAC-crtMN. The right vertical axis of the figure shows the survival rate, which is the ratio of CFU GES (+) to CFU GES (-) . The results are shown as an average value of N = 3, and error bars indicate a standard deviation of N = 3. Example 3 各種GES変異体発現プラスミドと緑色蛍光タンパク質発現プラスミドとを3種類の大腸菌株に形質転換し、宿主の種類がGES変異体発現による細胞死に影響するか否かを検討した結果を示す図である。大腸菌は、JW3686株(図中、JW/Δtnaと記載する)、BW25113株、およびXL−1 Blueの3種類を用いた。図中、D323AおよびG285SはGES不活性化変異体を、wtは野生型GESを、M53はGESM53を示す。縦軸は、プレートあたりのコロニー形成単位(cfu/plate)に対する蛍光性コロニーおよび非蛍光性コロニーのそれぞれの数比を示し、図中の数字は実際に計数したコロニーの数を示す。(実施例4)It is a figure which shows the result of having investigated whether the kind of host influences the cell death by GES mutant expression by transforming various GES mutant expression plasmids and a green fluorescent protein expression plasmid into three types of E. coli strains. Three types of E. coli strains, JW3686 strain (described as JW / Δtna in the figure), BW25113 strain, and XL-1 Blue were used. In the figure, D323A and G285S represent GES inactivating mutants, wt represents wild type GES, and M53 represents GESM53. The vertical axis represents the number ratio of fluorescent colonies and non-fluorescent colonies to colony forming units (cfu / plate) per plate, and the numbers in the figure indicate the number of colonies actually counted. Example 4 pLac−gesM53と、pAC−idiおよびpAC−gfpの等濃度混合液(pAC−gfp/pAC−idi混合液)とを、大腸菌に共形質転換し、得られた形質転換体を培養することにより、IDI遺伝子を、GFP遺伝子との混合系から選択的に濃縮することができたことを示す図である。左パネルは、pLac−gesM53またはpLac−gesD323Aと、pAC−gfp/pAC−idi混合液とをJW3686株に共形質転換して培養し、形成されたコロニーを計数した結果を示す。棒グラフの濃灰色は緑色蛍光コロニー(蛍光(+))、薄灰色は無蛍光コロニー(蛍光(−))を示す。図中の数字は、実際に観察されたコロニー数を示す。右パネルは、pLac−gesM53とpAC−gfp/pAC−idi混合液との共形質転換によって生じた3個の蛍光コロニーおよび30個の無蛍光コロニーのうち3個(左パネル参照)のプラスミド部分をポリメラーゼ連鎖反応(PCR)により増幅してアガロースゲル電気泳動により分析した結果を示す。図中、Mは分子量マーカである。(実施例5)By cotransforming pLac-gesM53 and a mixed solution of pAC-idi and pAC-gfp (equivalent mixture of pAC-gfp / pAC-idi) into E. coli, and culturing the resulting transformant, It is a figure which shows that IDI gene was able to be selectively concentrated from the mixed system with a GFP gene. The left panel shows the results of counting the formed colonies after co-transforming pLac-gesM53 or pLac-ges D323A and the pAC-gfp / pAC-idi mixed solution into the JW3686 strain. In the bar graph, dark gray indicates a green fluorescent colony (fluorescence (+)), and light gray indicates a non-fluorescent colony (fluorescence (-)). The numbers in the figure indicate the number of colonies actually observed. The right panel shows the plasmid portion of 3 fluorescent colonies and 3 of 30 non-fluorescent colonies (see left panel) generated by co-transformation of pLac-gesM53 and pAC-gfp / pAC-idi mixture. The results of amplification by polymerase chain reaction (PCR) and analysis by agarose gel electrophoresis are shown. In the figure, M is a molecular weight marker. (Example 5) GESM53G54Vのアラビノース誘導系を利用し、GESM53G54V発現とそれによる細胞死のアラビノースによるスイッチング、およびIDIによる該細胞死のレスキュー効果を検討した結果を示す図である。左縦軸は、アラビノースを含有する寒天培地でのコロニー形成数(○ CFU/TF−arabinose(+))、およびアラビノースを含まない寒天培地(● CFU/TF−arabinose(−))でのコロニー形成数を示す。コロニー形成数は形質転換あたりのコロニー形成単位(CFU/TF)で示した。右縦軸は、生菌率を示す(棒グラフ)。生菌率は、アラビノースを含有する寒天培地上のコロニー数とアラビノースを含有しない寒天培地上のコロニー数の比として算出した。(実施例6)Using arabinose inducible system of GESM53 G54V, it illustrates switching and the examination results on the rescue effects of the cells death by IDI by arabinose GESM53 G54V expression and it by cell death. The left vertical axis shows the number of colonies formed on an agar medium containing arabinose (○ CFU / TF-arabinose (+)) and colony formation on an agar medium containing no arabinose (● CFU / TF-arabinose (−)). Indicates a number. The number of colonies formed was expressed as colony forming units (CFU / TF) per transformation. The right vertical axis shows the viable cell rate (bar graph). The viable cell rate was calculated as the ratio of the number of colonies on the agar medium containing arabinose and the number of colonies on the agar medium not containing arabinose. (Example 6) GESM53G54Vのアラビノース誘導系を導入した大腸菌(JW3686/pBAD−gesM53G54V)に、pAC−idiおよびpAC−gfpの等濃度混合液(pAC−gfp/pAC−idi混合液)を形質転換し、得られた形質転換体を培養することにより、IDI遺伝子を、GFP遺伝子との混合系から選択的に濃縮することができたことを説明する図である。左パネル(A)は、JW3686/pBAD−gesM53G54Vを、pAC−gfp/pAC−idi混合液によって形質転換し、0.2% アラビノースを含有する寒天培地(上段)およびアラビノースを含有しない寒天培地(下段)に播種して形成させたコロニーの状態を示す。白く見えるのが蛍光を示すコロニー、つまりpAC−gfpの形質転換物である。右パネル(B)は、形成された非蛍光コロニーの数および蛍光コロニーの数から求めた形質転換あたりのコロニー形成単位(CFU/TF)を示す。図中の数字は実際に計数したコロニーの数を示す。(実施例7)An Escherichia coli (JW3686 / pBAD-gesM53 G54V ) into which an arabinose induction system of GESM53 G54V was introduced was transformed with an equiconcentration mixture (pAC-gfp / pAC-idi mixture) of pAC-idi and pAC-gfp. It is a figure explaining that the IDI gene was able to be selectively concentrated from the mixed system with a GFP gene by culturing the transformant which was prepared. The left panel (A) shows JW3686 / pBAD-gesM53 G54V transformed with a pAC-gfp / pAC-idi mixed solution and an agar medium (upper) containing 0.2% arabinose and an agar medium containing no arabinose (upper). The lower part) shows the state of colonies formed by seeding. White colonies are fluorescent colonies, that is, transformants of pAC-gfp. The right panel (B) shows colony forming units (CFU / TF) per transformation determined from the number of non-fluorescent colonies formed and the number of fluorescent colonies. The numbers in the figure indicate the number of colonies actually counted. (Example 7)

本発明は、テルペン合成酵素をコードする遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法に関する。より詳しくは、本発明は、テルペンの前駆体を合成する酵素をコードする遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法に関する。   The present invention relates to a screening method for a gene encoding terpene synthase and / or a variant thereof. More specifically, the present invention relates to a screening method for a gene encoding an enzyme that synthesizes a terpene precursor and / or a variant thereof.

本発明に係るスクリーニング方法は、酵素活性が増強されたテルペン合成酵素変異体をコードする遺伝子を形質転換した細胞で、該酵素による基質消費に起因する生育阻害により細胞死が引き起こされることを見出したことに基づいて達成したものであり、酵素活性および/またはその発現が増強されたテルペン合成酵素変異体をコードする遺伝子を導入した細胞に被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子うち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを特徴とする。   The screening method according to the present invention has found that cell death is caused by growth inhibition resulting from substrate consumption by the enzyme in a cell transformed with a gene encoding a terpene synthase mutant with enhanced enzyme activity. The test gene is introduced into a cell into which a gene encoding a terpene synthase mutant with enhanced enzyme activity and / or expression thereof has been introduced and cultured, and the target introduced into the cell is cultured. Among the test genes, a test gene introduced into a living cell is selected.

「テルペン」は、イソプレンを構成単位とする炭化水素で、植物や昆虫、菌類等によって作り出される生体物質である。もともと精油の中から大量に見つかった一群の炭素10個の化合物に与えられた名称であり、そのため炭素10個を基準として体系化されている。分類によってはテルペン類のうち、カルボニル基やヒドロキシ基等の官能基を持つ誘導体をテルペノイドと呼ぶことがある。また、それらの総称としてイソプレノイドという呼称も使用される。   “Terpenes” are hydrocarbons having isoprene as a structural unit, and are biological substances produced by plants, insects, fungi, and the like. It is the name given to a group of 10 carbon compounds originally found in large quantities in essential oils, and is therefore organized on the basis of 10 carbons. Depending on the classification, a derivative having a functional group such as a carbonyl group or a hydroxy group may be called a terpenoid among terpenes. Moreover, the name isoprenoid is also used as a general term for them.

テルペンは生体内でメバロン酸またはピルビン酸から、数段階の反応を経て、生合成される。なお、テルペンの生合成経路は生物種により異なっている。   Terpenes are biosynthesized from mevalonic acid or pyruvic acid in vivo through several steps of reaction. The biosynthesis pathway of terpenes differs depending on the species.

テルペン生合成の第一段階はイソプレン単位の生成であり、メバロン酸経路または非メバロン酸経路(NEP/DOXP経路ともいう)から、イソプレン単位の起源であるC5分子(C5PP)、すなわちイソペンテニル二リン酸(IPP)が合成される。さらに、IPPからその異性体であるジメチルアリル二リン酸(DMAPP)が生成される。   The first step in terpene biosynthesis is the generation of isoprene units, from the mevalonate pathway or the non-mevalonate pathway (also referred to as the NEP / DOXP pathway) to the C5 molecule (C5PP) that is the source of the isoprene unit, ie isopentenyl diphosphorus. Acid (IPP) is synthesized. In addition, IPP produces its isomer, dimethylallyl diphosphate (DMAPP).

IPPからDMAPPへの異性化反応は、イソペンテニルピロリン酸イソメラーゼ(IDI)により触媒される。   The isomerization reaction from IPP to DMAPP is catalyzed by isopentenyl pyrophosphate isomerase (IDI).

テルペン生合成の第二段階は、ジメチルアリル二リン酸(DMAPP)に次々にイソペンテニル二リン酸(IPP)が付加していくイソプレン単位の結合過程が挙げられる。これにより炭素数が5つずつ増えてゆき、様々な鎖状アルコール二リン酸エステル、例えば炭素数10のもの(C10PP)、炭素数15のもの(C15PP)、炭素数20のもの(C20PP)が合成される。これら鎖状アルコール二リン酸エステルは、テルペノイド前駆体として、テルペノイド生合成経路の最終段階で使用される。   The second stage of terpene biosynthesis includes the coupling process of isoprene units in which isopentenyl diphosphate (IPP) is successively added to dimethylallyl diphosphate (DMAPP). As a result, the number of carbons increases by 5 and various chain alcohol diphosphates such as those having 10 carbon atoms (C10PP), those having 15 carbon atoms (C15PP), those having 20 carbon atoms (C20PP) Synthesized. These chain alcohol diphosphates are used as terpenoid precursors in the final stage of the terpenoid biosynthetic pathway.

C10PP、例えばゲラニル二リン酸(GPP)は、IPPとDMAPPの間で起こる頭−尾結合(head to tail)型の縮合反応により合成される。この反応は、ジメチルアリルトランストランスフェラーゼ(EC 2.5.1.1)により触媒される。C10PPは、ゲラニオールやリナロールといったモノテルペンの前駆体となる。   C10PP, such as geranyl diphosphate (GPP), is synthesized by a head-to-tail type condensation reaction that occurs between IPP and DMAPP. This reaction is catalyzed by dimethylallyltransferase (EC 2.5.1.1). C10PP is a precursor for monoterpenes such as geraniol and linalool.

C15PPは、IPPとC10PPの縮合反応により合成される。例えば、ファルネシル二リン酸(FPP)は、IPPとGPPの縮合反応により合成される。この反応は、ファルネシル二リン酸合成酵素(ファルネシル二リン酸シンターゼ)により触媒される。これはファルネソールといったセスキテルペンの前駆体となる。また、スクアレン合成酵素の触媒作用により、2分子のC15PPが結合するとスクアレンが生成し、コレステロールやフィトステロールといったトリテルペンの前駆体となる。   C15PP is synthesized by a condensation reaction of IPP and C10PP. For example, farnesyl diphosphate (FPP) is synthesized by a condensation reaction of IPP and GPP. This reaction is catalyzed by farnesyl diphosphate synthase (farnesyl diphosphate synthase). This is a precursor of sesquiterpenes such as farnesol. In addition, when two molecules of C15PP are bound by the catalytic action of squalene synthase, squalene is generated and becomes a precursor of triterpene such as cholesterol and phytosterol.

C20PPは、IPPとC15PPの縮合反応により合成される。例えば、ゲラニルゲラニル二リン酸(GGPP)は、IPPとFPPの縮合反応により合成される。この反応は、ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素により触媒される。C20PPは、ゲラニルゲラニオール、フィトール、タキソールといったジテルペンの基本骨格となる。ジテルペンの中には生理活性をもつものが数多くあるため、その大量生産方法の開発は極めて重要である。さらに、2分子のC20PPが結合するとフィトエンが生成し、カロテノイドといったテトラテルペンの前駆体となる。   C20PP is synthesized by a condensation reaction of IPP and C15PP. For example, geranylgeranyl diphosphate (GGPP) is synthesized by a condensation reaction of IPP and FPP. This reaction is catalyzed by geranylgeranyl diphosphate synthase. C20PP is the basic skeleton of diterpenes such as geranylgeraniol, phytol, and taxol. Since many diterpenes have physiological activity, the development of mass production methods is extremely important. Furthermore, when two molecules of C20PP are bound, phytoene is produced and becomes a tetraterpene precursor such as carotenoid.

テルペン生合成の第三段階は、鎖状アルコール二リン酸エステルから種々の骨格を持つテルペンへの転換工程である。この生合成経路にも種々の酵素が関与している。   The third stage of terpene biosynthesis is the process of converting chain alcohol diphosphates into terpenes with various skeletons. Various enzymes are also involved in this biosynthetic pathway.

C10PPを基質とする酵素としては、ゲラニオール合成酵素、リモネン合成酵素、メントール合成酵素、ピネン合成酵素等を挙げることができる。   Examples of the enzyme using C10PP as a substrate include geraniol synthase, limonene synthase, menthol synthase, and pinene synthase.

C15PPを基質とする酵素としては、γ−フムレン合成酵素、ファルネソール合成酵素、アリストロケン合成酵素、β−ファルネセン合成酵素、ノートカトン合成酵素−スクアレン合成酵素等を挙げることができる。スクアレン合成酵素は2分子のC15PPを頭−尾結合で縮合させ、C30骨格をもつ炭化水素スクアレンを合成する反応を触媒する。   Examples of the enzyme using C15PP as a substrate include γ-humulene synthase, farnesol synthase, aristoloken synthase, β-farnesene synthase, and notekatone synthase-squalene synthase. Squalene synthase catalyzes the reaction of condensing two molecules of C15PP through a head-to-tail bond to synthesize hydrocarbon squalene having a C30 skeleton.

C20PPを基質とする酵素としては、タキサジエン合成酵素、コパリル二リン酸合成酵素、カスベン合成酵素等を挙げることができる。   Examples of the enzyme using C20PP as a substrate include taxadiene synthase, coparyl diphosphate synthase, and kasbene synthase.

「テルペンの前駆体」とは、テルペン生合成経路において、ある生産物よりも前の段階にあって、1ないし数段階の反応によって当該生産物に変わり得る化合物をいう。テルペンの前駆体は、言い換えれば、テルペン生合成経路において、ある生産物を合成する酵素の基質または該基質の材料となる化合物を意味する。テルペンの前駆体には、IPPおよびDMAPP等のC5PP、並びにGPP等のC10PP、FPP等のC15PP、およびGGPP等のC20PPにより例示される鎖状アルコール二リン酸エステルが含まれる。   A “terpene precursor” refers to a compound that is in a stage prior to a certain product in the terpene biosynthetic pathway and can be converted into the product by one to several steps of reaction. In other words, a terpene precursor means a substrate of an enzyme that synthesizes a product or a compound that becomes a material of the substrate in a terpene biosynthesis pathway. Terpene precursors include linear alcohol diphosphates exemplified by C5PP such as IPP and DMAPP, and C10PP such as GPP, C15PP such as FPP, and C20PP such as GGPP.

「テルペン合成酵素」とは、テルペンの生合成を触媒する酵素を意味する。本発明において「テルペン合成酵素」の範囲には、テルペン生合成の各過程に係わる酵素のいずれも含まれる。また、酵素は、酵素活性等のその基本的な性質が阻害されない限りにおいて、そのアミノ酸配列のN末端側やC末端側に別のタンパク質等、例えばヒスチジンタグ等のタグペプチドが付加されたものであってもよい。酵素は、各種生物内に有している天然の酵素であってもよいし、変異体であってもよい。「テルペン合成酵素変異体」とは、テルペン合成酵素がそのタンパク質の一部のアミノ酸残基の置換、欠失、付加等により変異したタンパク質の概念である。変異体には、かかる変異によりその酵素活性、基質特異性、および安定性等の性質に変化が生じるものがある。これに対し、変異させていない酵素を野生型酵素と称する。   “Terpene synthase” means an enzyme that catalyzes the biosynthesis of terpene. In the present invention, the term “terpene synthase” includes any enzyme involved in each process of terpene biosynthesis. In addition, an enzyme is obtained by adding another protein such as a histidine tag to the N-terminal side or C-terminal side of its amino acid sequence, as long as its basic properties such as enzyme activity are not inhibited. There may be. The enzyme may be a natural enzyme possessed in various organisms or a mutant. The “terpene synthase mutant” is a concept of a protein in which a terpene synthase is mutated by substitution, deletion, addition or the like of a part of amino acid residues of the protein. Some mutants cause changes in properties such as enzyme activity, substrate specificity, and stability due to such mutations. In contrast, an enzyme that has not been mutated is referred to as a wild-type enzyme.

本発明において、テルペン合成酵素をコードする遺伝子を「テルペン合成酵素遺伝子」という。「その変異体」とは、テルペン合成酵素遺伝子のDNAがその一部のヌクレオチドの置換、欠失、付加等により変異した遺伝子の概念である。自然界で生じた変異でもよいし、人工的になされた変異でもよい。また、テルペン合成酵素遺伝子は、その機能、例えばコードするタンパク質の発現や、発現されたタンパク質の機能が阻害されない限りにおいて、そのDNAの5´末端側や3´末端側に、別のタンパク質をコードする遺伝子、例えばヒスチジンタグ等のタグペプチドをコードする遺伝子が付加されたものであってもよい。   In the present invention, a gene encoding terpene synthase is referred to as “terpene synthase gene”. The “variant thereof” is a concept of a gene in which DNA of a terpene synthase gene is mutated by substitution, deletion, addition or the like of a part of the nucleotides. It may be a naturally occurring mutation or an artificially made mutation. In addition, a terpene synthase gene encodes another protein on the 5 ′ end side or 3 ′ end side of its DNA as long as its function, for example, the expression of the encoded protein or the function of the expressed protein is not inhibited. For example, a gene encoding a tag peptide such as a histidine tag may be added.

変異体は、変異体のライブラリを作成し、そのライブラリから、宿主において酵素活性、発現量または安定性が高い変異体を選択することにより取得できる。このような選択は、従来報告されている色素の蓄積量の増加または減少を指標にしたテルペン合成酵素遺伝子のスクリーニング方法や、本発明に係るスクリーニング方法により実施できる。また、変異体、およびそのライブラリの作成は、公知の遺伝子工学的手法を用いて実施することができる。   Mutants can be obtained by creating a library of mutants and selecting mutants having high enzyme activity, expression level or stability in the host. Such selection can be carried out by a conventionally reported terpene synthase gene screening method using the increase or decrease in the amount of accumulated pigment as an index, or the screening method according to the present invention. Moreover, a variant and its library can be created using a known genetic engineering technique.

細胞に導入するテルペン合成酵素遺伝子またはその変異体によりコードされるテルペン合成酵素およびその変異体は、十分な基質消費能力をもつものである限りにおいて、いずれのものであってもよい。好ましくは、酵素活性および/またはその発現が野生型酵素と比較して増強されたテルペン合成酵素変異体、より好ましくは酵素活性が野生型酵素と比較して増強されたテルペン合成酵素変異体である。「酵素活性および/またはその発現が野生型酵素と比較して増強された」とは、細胞あたりの酵素活性および/またはその発現量が、野生型酵素のものよりも高いことを意味する。酵素活性および/またはその発現が野生型酵素と比較して増強されたテルペン合成酵素変異体は、基質消費能力が高く、その結果、基質や該基質の材料となる化合物の枯渇を生じる。そのため、基質や該基質の材料となる化合物が細胞の生存に関与する化合物であることにより、テルペン合成酵素またはその変異体を発現した細胞において生育阻害や細胞死が引き起こされる。テルペン合成酵素変異体の酵素活性および/またはその発現の増強の程度は、基質や該基質の材料となる化合物の消費が亢進することにより細胞死が誘導される程度の増強であればよい。   The terpene synthase encoded by the terpene synthase gene to be introduced into the cell or a variant thereof and the variant thereof may be any as long as they have sufficient substrate consumption ability. Preferably, it is a terpene synthase variant whose enzyme activity and / or its expression is enhanced compared to the wild type enzyme, more preferably a terpene synthase variant whose enzyme activity is enhanced compared to the wild type enzyme . “Enzyme activity and / or its expression is enhanced compared to the wild-type enzyme” means that the enzyme activity per cell and / or its expression level is higher than that of the wild-type enzyme. A terpene synthase mutant whose enzyme activity and / or its expression is enhanced compared to the wild-type enzyme has a high substrate consumption capacity, resulting in depletion of the substrate and the compound that is the material of the substrate. For this reason, growth inhibition and cell death are caused in cells expressing a terpene synthase or a mutant thereof, because the substrate and the compound serving as the material of the substrate are compounds involved in cell survival. The degree of enhancement of the enzyme activity and / or expression of the terpene synthase mutant may be enhanced to the extent that cell death is induced by the increased consumption of the substrate and the compound serving as the material of the substrate.

細胞に導入するテルペン合成酵素遺伝子またはその変異体によりコードされるテルペン合成酵素およびその変異体は、好ましくは、その基質や該基質の材料となる化合物が細胞の生存に関与する化合物であることを特徴とするテルペン合成酵素またはその変異体である。より好ましくは、テルペン合成酵素またはその変異体を発現した細胞の細胞死を引き起こすことを特徴とするテルペン合成酵素またはその変異体である。さらに好ましくは、テルペン合成酵素またはその変異体を発現した細胞において、該酵素またはその変異体がコードする酵素の基質や該基質の材料となる化合物の枯渇により細胞死を引き起こすことを特徴とするテルペン合成酵素またはその変異体である。さらにより好ましくは、酵素活性および/またはその発現が野生型酵素と比較して増強されており、かつ、テルペン合成酵素またはその変異体を発現した細胞において、該酵素またはその変異体により消費される基質または該基質の材料となる化合物が細胞の生存に関与する化合物であることにより生じる細胞死を引き起こすことを特徴とするテルペン合成酵素変異体である。テルペン合成酵素またはその変異体として、具体的には、鎖状アルコール二リン酸エステル、例えばGPPやFPPを高効率で消費するテルペン合成酵素またはその変異体を挙げることができる。   The terpene synthase encoded by a terpene synthase gene to be introduced into a cell or a mutant thereof, and the mutant thereof preferably have a substrate or a compound that is a material of the substrate that is involved in cell survival. It is the characteristic terpene synthase or its variant. More preferably, it is a terpene synthase or a variant thereof characterized by causing cell death of cells expressing the terpene synthase or a variant thereof. More preferably, in a cell expressing a terpene synthase or a mutant thereof, cell death is caused by depletion of a substrate of the enzyme encoded by the enzyme or the mutant or a compound serving as a material of the substrate. Synthetic enzyme or its variant. Even more preferably, the enzyme activity and / or expression thereof is enhanced compared to the wild-type enzyme and is consumed by the enzyme or variant thereof in a cell expressing the terpene synthase or variant thereof. It is a terpene synthase mutant characterized by causing cell death caused by a substrate or a compound serving as a material of the substrate being a compound involved in cell survival. Specific examples of the terpene synthase or a variant thereof include a terpene synthase or a variant thereof that consumes a chain alcohol diphosphate ester such as GPP or FPP with high efficiency.

細胞に導入するテルペン合成酵素遺伝子またはその変異体によりコードされるテルペン合成酵素およびその変異体として、例えば、ゲラニオール合成酵素(geraniol synthase;GES)の変異体を好ましく例示できる。具体的には、GESの変異体として、スイートバジル由来のGESの変異体であって、全長GES(567アミノ酸)のアミノ酸配列から、N末端の52アミノ酸を切除して作製した変異体(GESM53と呼称する)を挙げることができる。GESM53は、野生型のものと比較して酵素活性が増強されており、GESM53を発現した細胞において、該細胞の細胞死を引き起こした。また、別の具体例として、GESM53のアミノ酸配列において、GESの第54番目に相当するアミノ酸であるグリシンをバリンに置換した変異体(GESM53G54Vと呼称する)を挙げることができる。GESM53G54は、GESM53と比較して、その遺伝子の翻訳効率が高いため、より高い活性を期待できる。GESM53をコードする遺伝子のヌクレオチド配列を配列番号1に、GESM53のアミノ酸配列を配列番号2に、GESM53G54Vをコードする遺伝子のヌクレオチド配列を配列番号3に、GESM53G54Vのアミノ酸配列を配列番号4に示す。 As a terpene synthase encoded by a terpene synthase gene to be introduced into a cell or a mutant thereof and a mutant thereof, for example, a mutant of geraniol synthase (GES) can be preferably exemplified. Specifically, as a GES variant, a variant of GES derived from sweet basil, which was prepared by excising 52 amino acids at the N-terminal from the amino acid sequence of full-length GES (567 amino acids) (GESM53 and Can be mentioned). GESM53 has enhanced enzyme activity compared to the wild type, and caused cell death in cells expressing GESM53. Another specific example is a mutant (referred to as GESM53 G54V ) in which glycine, which is the amino acid corresponding to the 54th amino acid of GES, is substituted with valine in the amino acid sequence of GESM53. Since GESM53 G54 has a higher translation efficiency of its gene than GESM53, higher activity can be expected. The nucleotide sequence of the gene encoding GESM53 is shown in SEQ ID NO: 1, the amino acid sequence of GESM53 is shown in SEQ ID NO: 2, the nucleotide sequence of the gene encoding GESM53 G54V is shown in SEQ ID NO: 3, and the amino acid sequence of GESM53 G54V is shown in SEQ ID NO: 4. .

本発明に係る方法で細胞に導入する遺伝子として、テルペン合成酵素遺伝子またはその変異体の代わりに、テルペン合成酵素の基質や該基質の材料となる化合物を消費する能力を有する酵素をコードする遺伝子またはその変異体を使用することができる。例えば、テルペン合成酵素の基質の材料となる化合物であるIPPを消費する活性を有する酵素、好ましくはIPPを消費する活性が高い酵素をコードする遺伝子を細胞に導入することにより、細胞内でIPPの枯渇が引き起こされ、それにより細胞死が生じる。かかる酵素として、ピロリン酸を加水分解除去するピロフォスファターゼを例示できる。   As a gene to be introduced into cells by the method according to the present invention, a gene encoding an enzyme having the ability to consume a terpene synthase gene or a compound serving as a material of the substrate, instead of a terpene synthase gene or a variant thereof, Such variants can be used. For example, by introducing into a cell a gene encoding an enzyme having an activity of consuming IPP, which is a compound serving as a material for a substrate of terpene synthase, preferably an enzyme having a high activity of consuming IPP, Depletion is caused, resulting in cell death. An example of such an enzyme is pyrophosphatase that hydrolyzes and removes pyrophosphate.

細胞は、テルペン合成酵素遺伝子またはその変異体を導入することにより、細胞の生存に関与する化合物が消費され、その結果、細胞死が引き起こされるものである限りにおいて、いずれのものであってもよい。好ましくは、テルペン類の前駆体、例えばIPPやDMAPPを合成している細胞や、テルペン生合成経路を有する細胞を使用する。細胞は、増殖速度、クローニングの容易性、遺伝子操作の容易性、およびテルペンの生物大量生産系の構築への利用の容易性を考慮すると、大腸菌、シアノバクテリア、コリネ菌、枯草菌、好熱性細菌等の細菌類や酵母類が好ましい。また、人為的にテルペン生合成経路やその制御系の一部を損傷した細胞を使用することもできる。好適な細胞として、大腸菌、例えばJW3686株やBW25113株を例示できる。JW3686株は、BW25113株にΔtnaA::kanRの遺伝子改変を加えた株であり(Baba T. et al.,Construction of Escherichia coli K−12 in−frame,single−gene knockout mutants:the Keio collection. Molecular Systems Biology 2,Article No.0008(2006))、インドール合成に必要となるトリプトファン代謝酵素TnaAが欠損しているため、インドール合成をしない。そのため、ガスクロマトグラムにおいて、インドールピークに悩まされることなくテルペン生産物の分析ができるという利点がある。BW25113株は、大腸菌K−12株に由来する大腸菌株で、様々な遺伝子改変大腸菌を作成するときの親株として汎用されている。   The cell may be any one as long as it introduces a terpene synthase gene or a variant thereof and consumes a compound involved in cell survival, resulting in cell death. . Preferably, cells that synthesize terpene precursors, such as IPP or DMAPP, or cells that have a terpene biosynthesis pathway are used. Considering the growth rate, ease of cloning, ease of genetic manipulation, and ease of use of terpenes in the construction of a mass production system for terpenes, the cells can be transformed into Escherichia coli, cyanobacteria, corynebacterium, Bacillus subtilis, thermophilic bacteria. Such bacteria and yeasts are preferred. It is also possible to use cells artificially damaged in the terpene biosynthesis pathway or part of its control system. Suitable cells include Escherichia coli, for example, JW3686 strain and BW25113 strain. The JW3686 strain is a strain obtained by adding the gene modification of ΔtnaA :: kanR to the BW25113 strain (Baba T. et al., Construction of Escherichia coli K-12 in-frame, single-gene knockout mutcntulc. Systems Biology 2, Article No. 0008 (2006)), since tryptophan metabolizing enzyme TnaA necessary for indole synthesis is missing, indole synthesis is not performed. Therefore, there is an advantage that the terpene product can be analyzed without suffering from the indole peak in the gas chromatogram. The BW25113 strain is an Escherichia coli strain derived from the Escherichia coli K-12 strain, and is widely used as a parent strain for preparing various genetically modified Escherichia coli.

遺伝子またはその変異体の細胞への導入は、公知の遺伝子工学的手法を用いて実施することができる。例えば、テルペン合成酵素遺伝子またはその変異体を適当なベクターDNAに挿入して、該遺伝子またはその変異体を含む組換えベクターを作成し、得られた該組換えベクターを細胞に形質転換することにより、遺伝子またはその変異体の細胞への導入を実施できる。テルペン合成酵素遺伝子またはその変異体を挿入したベクターDNAとして、配列番号2記載のアミノ酸配列で示されるGESM53のC末端に6×ヒスチジンタグを付加したタンパク質をコードする遺伝子を挿入したプラスミドベクター(図2のパネルAおよびC参照)を例示できる。このプラスミドベクターのヌクレオチド配列を配列番号5に示す。また別の例として、配列番号4記載のアミノ酸配列で示されるGESM53G54VのC末端に6×ヒスチジンタグを付加したタンパク質をコードする遺伝子を挿入したプラスミドベクター(図2のパネルBおよびD参照)を例示できる。このプラスミドベクターのヌクレオチド配列を配列番号6に示す。 Introduction of a gene or a mutant thereof into a cell can be performed using a known genetic engineering technique. For example, by inserting a terpene synthase gene or a mutant thereof into an appropriate vector DNA, creating a recombinant vector containing the gene or the mutant, and transforming the resulting recombinant vector into a cell Introducing a gene or a variant thereof into a cell can be performed. As a vector DNA into which a terpene synthase gene or a variant thereof has been inserted, a plasmid vector in which a gene encoding a protein having a 6 × histidine tag added to the C-terminus of GESM53 represented by the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 is inserted (FIG. 2). Panel A and C). The nucleotide sequence of this plasmid vector is shown in SEQ ID NO: 5. As another example, a plasmid vector (see panels B and D in FIG. 2) in which a gene encoding a protein having a 6 × histidine tag added to the C-terminus of GESM53 G54V represented by the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 is inserted. It can be illustrated. The nucleotide sequence of this plasmid vector is shown in SEQ ID NO: 6.

ベクターは、好ましくは発現ベクターを使用する。ベクターDNAは宿主中で複製可能なものであれば特に限定されず、宿主の種類および使用目的により適宜選択される。ベクターDNAは、天然に存在するものを抽出したもののほか、複製に必要な部分以外のDNAの部分が一部欠落しているものでもよい。代表的なものとして、プラスミド、バクテリオファージおよびウイルス由来のベクターDNAを例示できる。プラスミドDNAとして、大腸菌由来のプラスミド、枯草菌由来のプラスミド、酵母由来のプラスミド等を例示できる。具体的には、大腸菌では、pUC18およびpACYC184等を、枯草菌ではpYB110、pE194、pC194、pHY300PLK DNA等を、酵母では、pRS303、YEp213、TOp2609等を挙げることができる。ベクターには、目的遺伝子の機能が発揮されるように遺伝子を組込むことが必要であり、少なくとも目的遺伝子配列とプロモーターとをその構成要素とする。これら要素に加えて、所望によりさらに、複製そして制御に関する情報を担持した遺伝子配列、例えば、リボソーム結合配列、ターミネーター、シグナル配列、エンハンサー等のシスエレメント、スプライシングシグナル、および選択マーカー等から選択した1つまたは複数の遺伝子配列を自体公知の方法により組合せてベクターDNAに組込むことができる。選択マーカーとして、例えばジヒドロ葉酸還元酵素遺伝子、アンピシリン耐性遺伝子、ネオマイシン耐性遺伝子等を例示できる。ベクターDNAに目的遺伝子配列を組込む方法は、自体公知の方法を適用できる。例えば、目的遺伝子配列を適当な制限酵素により処理して特定部位で切断し、次いで同様に処理したベクターDNAと混合し、リガーゼによって再結合する方法が用いられる。あるいは、目的遺伝子配列に適当なリンカーをライゲーションし、これを目的に適したベクターのマルチクローニングサイトへ挿入することによっても、所望の組換えベクターが得られる。   As the vector, an expression vector is preferably used. The vector DNA is not particularly limited as long as it can replicate in the host, and is appropriately selected depending on the type of host and intended use. The vector DNA may be one in which a part of the DNA other than the part necessary for replication is missing, in addition to one extracted from a naturally occurring one. Representative examples include plasmid, bacteriophage and virus-derived vector DNA. Examples of plasmid DNA include E. coli-derived plasmids, Bacillus subtilis-derived plasmids, yeast-derived plasmids, and the like. Specific examples include pUC18 and pACYC184 in E. coli, pYB110, pE194, pC194, pHY300PLK DNA and the like in Bacillus subtilis, and pRS303, YEp213, and TOp2609 in yeast. It is necessary to incorporate the gene into the vector so that the function of the target gene is exhibited, and at least the target gene sequence and the promoter are constituent elements. In addition to these elements, a gene sequence carrying information on replication and control, if desired, for example, a ribosome binding sequence, a terminator, a signal sequence, a cis element such as an enhancer, a splicing signal, a selection marker, and the like. Alternatively, a plurality of gene sequences can be combined into a vector DNA by a method known per se. Examples of selection markers include dihydrofolate reductase gene, ampicillin resistance gene, neomycin resistance gene and the like. As a method for incorporating the target gene sequence into the vector DNA, a method known per se can be applied. For example, a method is used in which a target gene sequence is treated with an appropriate restriction enzyme, cleaved at a specific site, then mixed with a similarly treated vector DNA, and religated by ligase. Alternatively, a desired recombinant vector can also be obtained by ligating a suitable linker to the gene sequence of interest and inserting it into a multicloning site of a vector suitable for the purpose.

ベクターの宿主細胞への導入は、自体公知の手段が応用でき、例えば成書に記載されている標準的な方法(サムブルック(Sambrook)ら編、「モレキュラークローニング,ア ラボラトリーマニュアル 第2版」、1989年、コールドスプリングハーバーラボラトリー)により実施できる。具体的な方法として、リン酸カルシウムトランスフェクション、DEAE−デキストラン媒介トランスフェクション、マイクロインジェクション、陽イオン脂質媒介トランスフェクション、エレクトロポレーション、形質導入、スクレープ負荷(scrape loading)、バリスティック導入(ballistic introduction)および感染等が挙げられる。   For introduction of the vector into the host cell, means known per se can be applied. For example, the standard method described in the book (Sambrook et al., “Molecular Cloning, Laboratory Manual Second Edition”, 1989, Cold Spring Harbor Laboratory). Specific methods include calcium phosphate transfection, DEAE-dextran mediated transfection, microinjection, cationic lipid mediated transfection, electroporation, transduction, scrape loading, ballistic introduction and infection. Etc.

細菌を宿主として用いる場合、プロモーターとして、大腸菌等の宿主中で発現できるものであれば特に限定されず、いずれを用いてもよい。例えば、trpプロモーター、lacプロモーター、PLプロモーター、PRプロモーター等の、大腸菌やファージに由来するプロモーターが例示できる。tacプロモーター等の人為的に設計改変されたプロモーターを用いてもよい。細菌への組換えベクターの導入方法は、細菌にDNAを導入する方法であれば特に限定されない。好ましくは例えば、カルシウムイオンを用いる方法、エレクトロポレーション法等を例示できる。   When a bacterium is used as a host, any promoter can be used as long as it can be expressed in a host such as Escherichia coli. For example, promoters derived from Escherichia coli or phage, such as trp promoter, lac promoter, PL promoter, and PR promoter can be exemplified. An artificially designed and modified promoter such as a tac promoter may be used. The method for introducing a recombinant vector into bacteria is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into bacteria. Preferable examples include a method using calcium ions and an electroporation method.

酵母を宿主とする場合、プロモーターとして、酵母中で発現できるものであれば特に限定されず、いずれを用いてもよい。例えば、gal1プロモーター、gal10プロモーター、ヒートショックタンパク質プロモーター、MFα1プロモーター、PHO5プロモーター、PGKプロモーター、GAPプロモーター、ADHプロモーター、AOX1プロモーター等が例示できる。酵母への組換えベクターの導入方法は、酵母にDNAを導入する方法であれば特に限定されず、好ましくは例えば、エレクトロポレーション法、スフェロプラスト法、酢酸リチウム法等を例示できる。   When yeast is used as a host, the promoter is not particularly limited as long as it can be expressed in yeast, and any promoter may be used. For example, gal1 promoter, gal10 promoter, heat shock protein promoter, MFα1 promoter, PHO5 promoter, PGK promoter, GAP promoter, ADH promoter, AOX1 promoter and the like can be exemplified. The method for introducing a recombinant vector into yeast is not particularly limited as long as it is a method for introducing DNA into yeast, and preferred examples thereof include an electroporation method, a spheroplast method, and a lithium acetate method.

動物細胞を宿主とする場合は、組換えベクターが該細胞中で自律複製可能であると同時に、プロモーター、RNAスプライス部位、目的遺伝子、ポリアデニル化部位、転写終結配列により構成されていることが好ましい。また、所望により複製起点が含まれていてもよい。プロモーターとして、SRαプロモーター、SV40プロモーター、LTRプロモーター、CMVプロモーター等を用いることができ、また、サイトメガロウイルスの初期遺伝子プロモーター等を用いてもよい。動物細胞への組換えベクターの導入方法として、好ましくは例えば、エレクトロポレーション法、リン酸カルシウム法、リポフェクション法等を例示できる。   When an animal cell is used as a host, it is preferable that the recombinant vector is capable of autonomous replication in the cell and at the same time comprises a promoter, an RNA splice site, a target gene, a polyadenylation site, and a transcription termination sequence. Moreover, the replication origin may be included if desired. As the promoter, SRα promoter, SV40 promoter, LTR promoter, CMV promoter or the like can be used, and a cytomegalovirus early gene promoter or the like may be used. Preferred examples of the method for introducing a recombinant vector into animal cells include the electroporation method, the calcium phosphate method, and the lipofection method.

原核生物を宿主とする場合は、組換えベクターが該細菌中で自律複製可能であると同時に、プロモーター、リボゾーム結合配列、目的遺伝子、転写終結配列により構成されていることが好ましい。また、プロモーターを制御する遺伝子が含まれていてもよい。   When a prokaryotic organism is used as a host, it is preferable that the recombinant vector is capable of autonomous replication in the bacterium, and at the same time is composed of a promoter, a ribosome binding sequence, a target gene and a transcription termination sequence. Moreover, the gene which controls a promoter may be contained.

発現ベクターは、所望の遺伝子の発現を制御可能な発現誘導システム(遺伝子発現誘導システム)を使用することが好ましい。遺伝子発現誘導システムは、該システムを導入した細胞で、特定の薬剤等の存在下で所望の遺伝子の発現が誘導または抑制されるものである。本発明に係るスクリーニング方法で用いるテルペン合成酵素をコードする遺伝子またはその変異体を形質転換した細胞は、発現した該酵素による基質消費に起因する生育阻害により細胞死が引き起こされるため、かかる細胞を維持培養しようとするときには、該遺伝子の発現が抑制されていることが必要である。遺伝子の発現を制御可能な発現誘導システムを使用することにより、通常の維持培養では遺伝子の発現を抑制して細胞を生存させ、使用時に薬剤を添加することにより遺伝子の発現を誘導して細胞死を誘発することができる。遺伝子発現誘導システムは、テルペン合成酵素をコードする遺伝子またはその変異体の発現を制御可能なものであれば、いずれを使用することもできる。好ましくは、発現誘導前の漏出のレベルが低いもの、より好ましくは、発現誘導前の漏出が殆どないものを使用する。遺伝子発現誘導システムとして、種々のシステムが報告されており、また、市販されているものもあるため、これらの中から適当なものを選択して使用することができる。好ましい遺伝子発現誘導システムとして、pBADタンパク質発現システムを例示できる。pBADタンパク質発現システムは、pBADプロモーターを組み込んだプラスミドベクターであり、L−アラビノースの用量依存的に、目的タンパク質の発現量をコントロールすることができる。pBADタンパク質発現システムを利用したテルペン合成酵素変異体遺伝子の発現ベクターとして、配列番号6に記載のヌクレオチド配列で表されるプラスミド(図2のパネルBおよびD参照)を例示できる。このプラスミドは、配列番号4記載のアミノ酸配列で示されるGESM53G54VのC末端に6×ヒスチジンタグを付加したタンパク質をコードする遺伝子をColEI型ベクターのpBAD下に導入した発現コンストラクトである。 As the expression vector, it is preferable to use an expression induction system (gene expression induction system) capable of controlling the expression of a desired gene. The gene expression induction system is a cell into which the system is introduced, and the expression of a desired gene is induced or suppressed in the presence of a specific drug or the like. A cell transformed with a gene encoding a terpene synthase or a variant thereof used in the screening method according to the present invention is maintained because cell death is caused by growth inhibition due to substrate consumption by the expressed enzyme. When culturing is desired, the expression of the gene needs to be suppressed. By using an expression induction system that can control the expression of genes, in normal maintenance culture, the cells are made to survive by suppressing the expression of the genes. Can be triggered. Any gene expression induction system can be used as long as it can control the expression of a gene encoding a terpene synthase or a mutant thereof. Preferably, one with a low level of leakage before induction of expression, more preferably one with little leakage before expression induction is used. Various systems have been reported as gene expression induction systems, and some are commercially available, so that an appropriate one can be selected and used. As a preferred gene expression induction system, a pBAD protein expression system can be exemplified. The pBAD protein expression system is a plasmid vector incorporating the pBAD promoter, and can control the expression level of the target protein in a dose-dependent manner with L-arabinose. An example of an expression vector for a terpene synthase mutant gene using the pBAD protein expression system is a plasmid represented by the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 6 (see panels B and D in FIG. 2). This plasmid is an expression construct in which a gene encoding a protein having a 6 × histidine tag added to the C-terminus of GESM53 G54V represented by the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4 is introduced under the pEI of a ColEI type vector.

「被検遺伝子」は、本発明に係るスクリーニング方法で試験される遺伝子を意味する。被検遺伝子は、特に限定されず、天然に存在するものであってもよいし、人為的に作成された変異体であってもよい。例えば、メタゲノム、テルペン生合成経路に関与する既知テルペン合成酵素の変異体、テルペン生産が認められる細胞や生物から調製した遺伝子群、公知のゲノムライブラリやcDNAライブラリ、人工のテルペン生合成経路のオペロンのライブラリ、テルペン生合成経路の上流の経路の向上に資する酵素遺伝子のランダム化によって得られたライブラリを挙げることができる。メタゲノムとは、土壌等の環境試料から、微生物の培養および分離を介さずに、抽出した微生物ゲノム群を意味する。   “Test gene” means a gene to be tested by the screening method of the present invention. The test gene is not particularly limited and may be a naturally occurring gene or an artificially created mutant. For example, metagenome, mutants of known terpene synthases involved in the terpene biosynthetic pathway, genes prepared from cells and organisms where terpene production is observed, known genomic libraries and cDNA libraries, artificial terpene biosynthetic pathway operons Libraries and libraries obtained by randomization of enzyme genes that contribute to the improvement of the pathway upstream of the terpene biosynthesis pathway can be mentioned. The metagenome means a group of microbial genomes extracted from an environmental sample such as soil without culturing and separating microorganisms.

被検遺伝子の細胞への導入は、遺伝子組み換え技術で用いられている常法によって実施できる。例えば、被検遺伝子を組込んだベクターを用いた形質転換方法を挙げることができる。ベクターおよびベクターの宿主細胞への導入方法は、上記のベクターおよびベクターの宿主細胞への導入方法を使用することができる。   Introduction of a test gene into a cell can be performed by a conventional method used in gene recombination techniques. For example, the transformation method using the vector which integrated the test gene can be mentioned. As a method for introducing a vector and a vector into a host cell, the above-described method for introducing a vector and a vector into a host cell can be used.

テルペン合成酵素遺伝子またはその変異体と被検遺伝子の細胞への導入は、同時に行っても良いし、また前者を細胞に導入しておいて、後に後者を細胞に導入しても良い。   The introduction of the terpene synthase gene or a variant thereof and the test gene into the cell may be performed simultaneously, or the former may be introduced into the cell and the latter may be introduced into the cell later.

テルペン合成酵素遺伝子またはその変異体を導入した細胞に被検遺伝子を導入した後、細胞を、該細胞に適した公知の培地や条件下で培養する。例えば、大腸菌等の細菌であれば、コロニーを形成する条件下で培養を行う。   After introducing a test gene into a cell into which a terpene synthase gene or a mutant thereof has been introduced, the cell is cultured under a known medium or condition suitable for the cell. For example, in the case of bacteria such as Escherichia coli, the culture is performed under conditions that form colonies.

被検遺伝子がテルペン合成酵素遺伝子および/またはその変異体であるという判定は、被検遺伝子を導入した細胞の生存を指標に行う。すなわち、細胞に導入した被検遺伝子のうち、培養後に生存した細胞に導入した被検遺伝子を、テルペン合成酵素遺伝子および/またはその変異体として選択する。前述のように、テルペン合成酵素をコードする遺伝子またはその変異体を形質転換した細胞では、発現した酵素による基質消費に起因する生育阻害により細胞死が引き起こされる。被検遺伝子の中に、テルペン合成酵素の基質または該基質の材料となる化合物、すなわちテルペン前駆体、の合成量を増加し得る酵素をコードする遺伝子またはその変異体が存在する場合、該被検遺伝子を導入した細胞のみが、基質消費に起因する生育阻害を回避することができ、細胞死を免れて生存し、増殖することができる。したがって、被検遺伝子の導入により生存できた細胞では、被検遺伝子の導入によりテルペン前駆体の合成量が増加し、その結果、生存が可能になったと判断できる。すなわち、被検遺伝子を導入した細胞のうち生存できた細胞に導入した被検遺伝子はテルペン前駆体を合成する酵素をコードする遺伝子および/またはその変異体であると判定できる。生存した細胞から、被検遺伝子を回収し、被検遺伝子の同定を公知の方法により行う。   The determination that the test gene is a terpene synthase gene and / or a mutant thereof is performed using the survival of the cell into which the test gene is introduced as an index. That is, among the test genes introduced into the cells, the test gene introduced into the cells that survived the culture is selected as a terpene synthase gene and / or a mutant thereof. As described above, in cells transformed with a gene encoding terpene synthase or a mutant thereof, cell death is caused by growth inhibition due to substrate consumption by the expressed enzyme. When a gene encoding an enzyme capable of increasing the synthesis amount of a terpene synthase substrate or a compound serving as a material of the substrate, that is, a terpene precursor, or a mutant thereof is present in the test gene, Only the cells into which the gene has been introduced can avoid growth inhibition due to substrate consumption, and can survive and proliferate against cell death. Therefore, it can be determined that, in the cells that were able to survive by the introduction of the test gene, the amount of terpene precursor synthesis increased by the introduction of the test gene, and as a result, survival was possible. That is, it can be determined that a test gene introduced into a surviving cell into which a test gene has been introduced is a gene encoding an enzyme that synthesizes a terpene precursor and / or a variant thereof. A test gene is collected from the surviving cells, and the test gene is identified by a known method.

本発明に係る方法を用いれば、細胞を破壊することなく、テルペン合成酵素をコードする遺伝子および/またはその変異体を取得することができる。具体的には、大腸菌等の細菌であれば、コロニーをプレート上に形成させ、形成されたコロニーをピックアップすればよい。コロニーピッカーを用いてスクリーニング全般を半自動化することもできる。本発明に係る方法により、テルペン生産における原料供給経路を向上させる遺伝子群を効率的に、そしてハイスループットに選抜することができる。   By using the method according to the present invention, a gene encoding terpene synthase and / or a variant thereof can be obtained without destroying cells. Specifically, in the case of bacteria such as Escherichia coli, colonies are formed on a plate, and the formed colonies may be picked up. The entire screening can be semi-automated using a colony picker. The method according to the present invention enables efficient and high-throughput selection of genes that improve the raw material supply route in terpene production.

好適な実施態様は、酵素活性が増強されたゲラニオール合成酵変異体をコードする遺伝子であって、該変異体は酵素活性および/またはその発現が野生型酵素と比較して増強されており、かつ、該変異体を発現した細胞において、該変異体により消費される基質または該基質の材料となる化合物が細胞の生存に関与する化合物であることにより生じる細胞死を引き起こすことを特徴とする変異体をコードする遺伝子を導入した細胞に、被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含む、テルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法である。   A preferred embodiment is a gene encoding a geraniol synthase mutant with enhanced enzyme activity, wherein the mutant has enhanced enzyme activity and / or expression compared to the wild-type enzyme, and A mutant characterized in that, in a cell expressing the mutant, cell death caused by a substrate consumed by the mutant or a compound serving as a material of the substrate being a compound involved in cell survival A terpene synthase gene comprising introducing a test gene into a cell into which a gene encoding the gene has been introduced, culturing, and selecting a test gene introduced into a living cell among the test genes introduced into the cell And / or a mutant screening method thereof.

別の好適な実施態様は、配列番号1または配列番号3に記載のヌクレオチド配列で表されるゲラニオール合成酵素遺伝子変異体を導入した細胞に、被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含む、テルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法である。   In another preferred embodiment, a test gene is introduced into a cell into which a geraniol synthase gene variant represented by the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3 has been introduced, and then introduced into the cell. A screening method for a terpene synthase gene and / or a mutant thereof, comprising selecting a test gene introduced into a living cell among test genes.

別の好適な実施態様は、配列番号5または配列番号6に記載のヌクレオチド配列で表されるプラスミドを形質転換した大腸菌に、被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含む、テルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法である。   In another preferred embodiment, a test gene is introduced into E. coli transformed with a plasmid represented by the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 or SEQ ID NO: 6 and cultured, and the test gene introduced into the cell is transformed. A screening method for a terpene synthase gene and / or a mutant thereof, comprising selecting a test gene introduced into a living cell.

本発明の理解を深めるために、以下の実施例により更に詳細に本発明を説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。   In order to deepen the understanding of the present invention, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples, but the present invention is not limited to these examples.

[テルペン生産量の向上したゲラニオール合成酵素変異体の作製]
テルペン生産量を向上させる方法の開発にあたって、まず、テルペン生産量の向上したゲラニオール合成酵素変異体の作製を行った。
[Production of geraniol synthase mutant with improved terpene production]
In developing a method for improving terpene production, first, a geraniol synthase mutant with improved terpene production was prepared.

テルペン合成酵素の触媒活性は一般的に極めて低く、kcat値にして0.01−0.1/sec程度である。そのなかでは、ゲラニオール合成酵素(GES)等のモノテルペン合成酵素は最速の触媒活性を示す。そこで、スイートバジル由来のゲラニオール合成酵素を検討対象として選択し、大腸菌におけるテルペン生産活性が増強されたその変異体の作製を試みた。ゲラニオール合成酵素として、具体的には、スイートバジル由来のゲラニオール合成酵素を使用し(Iijima Y. et al.,Characterization of Geraniol Synthase from the Peltate Glands of Sweet Basil. Plant Physiology 134,370−379(2004))、下記方法により、ゲラニオール合成酵素変異体の作製を行った。   The catalytic activity of terpene synthase is generally very low, and the kcat value is about 0.01 to 0.1 / sec. Among them, monoterpene synthases such as geraniol synthase (GES) show the fastest catalytic activity. Therefore, geraniol synthase derived from sweet basil was selected as an object of study and an attempt was made to produce a mutant thereof with enhanced terpene production activity in Escherichia coli. Specifically, a geraniol synthase derived from sweet basil is used as a geraniol synthase (Ijima Y. et al., Charactorization of Gentanol Synthet from The Pellets of Sandy 3). ), A geraniol synthase mutant was prepared by the following method.

(1)ゲラニオール合成酵素変異体の作製
まず、スイートバジル由来のゲラニオール合成酵素(567アミノ酸)のアミノ酸配列から、色素体への輸送配列を除去するためにN末端の52アミノ酸を切除した。また、アフィニティ精製をするために、その終止コドンの直前に6×ヒスチジンタグ(6×His)を導入した。このように作製した変異体を、以降、GESM53と呼称する。また、対照として、ゲラニオール合成酵素の全長アミノ酸配列において、その酵素活性に必須とされる第323番目のアスパラギン酸(D323と称する)をアラニンに置換した不活性化変異体(GESD323Aと称する)を作製した。
(1) Preparation of geraniol synthase mutant First, 52 amino acids at the N-terminal were excised from the amino acid sequence of geraniol synthase derived from sweet basil (567 amino acids) in order to remove the transport sequence to the plastid. For affinity purification, a 6 × histidine tag (6 × His) was introduced immediately before the stop codon. The mutant thus prepared is hereinafter referred to as GESM53. As a control, an inactivated mutant (referred to as GES D323A ) in which the 323rd aspartic acid (referred to as D323) essential for the enzyme activity in the full-length amino acid sequence of geraniol synthase was substituted with alanine was used. Produced.

GESM53をコードする遺伝子(gesM53と称する)をColEI型ベクターのpLac下に導入し、GESM53の発現コンストラクト(pLac−gesM53と称する)を作製した(図2のパネルA)。そのプラスミドマップを図2のパネルCに示す。また、プラスミドpLac−gesM53のヌクレオチド配列を配列番号5に示す。   A gene encoding GESM53 (referred to as gesM53) was introduced into the ColEI type vector under pLac to prepare an expression construct of GESM53 (referred to as pLac-gesM53) (Panel A in FIG. 2). The plasmid map is shown in panel C of FIG. The nucleotide sequence of plasmid pLac-gesM53 is shown in SEQ ID NO: 5.

また、gesM53をColEI型ベクターのpBAD下に導入し、さらに翻訳効率を高めるため、GESM53のアミノ酸配列において、ゲラニオール合成酵素の第54番目に相当するアミノ酸であるグリシンをバリンに置換する変異を該遺伝子に導入して発現コンストラクト(pBAD−gesM53G54Vと称する)を作製した(図2のパネルB)。そのプラスミドマップを図2のパネルDに示す。また、プラスミドpBAD−gesM53G54Vのヌクレオチド配列を配列番号6に示す。 In addition, in order to introduce gesM53 under the pEI of the ColEI type vector and further improve the translation efficiency, in the amino acid sequence of GESM53, a mutation that replaces glycine, the amino acid corresponding to the 54th amino acid of geraniol synthase, with valine To construct an expression construct (referred to as pBAD-gesM53 G54V ) (panel B in FIG. 2). The plasmid map is shown in panel D of FIG. The nucleotide sequence of plasmid pBAD-gesM53 G54V is shown in SEQ ID NO: 6.

GESD323Aをコードする遺伝子(gesD323Aと称する)をColEI型ベクターのpLac下に導入し、GESD323Aの発現コンストラクト(pLac−gesD323Aと称する)を作製した。 A gene encoding GES D323A (referred to as ges D323A ) was introduced under the pLac of the ColEI type vector to prepare an expression construct for GES D323A (referred to as pLac-ges D323A ).

(2)ゲラニオール合成酵素およびその変異体によるゲラニオール生産
上記ゲラニオール合成酵素およびその変異体によるゲラニオール生産の確認を行った。具体的には、宿主としてXL−1 Blueを用い、pLac−gesM53を導入した。対照として、pLac−gesM53D323AをXL−1 Blueに導入した。XL−1 Blueは、テルペン生産量を高めるためにpBBRSOE6(非特許文献5)で形質転換した大腸菌株である。また、pLac−gesM53D323Aは、GESM53において、ゲラニオール合成酵素の酵素活性に必要な第323番目に相当するアミノ酸であるアスパラギン酸をアラニンに置換した不活性化変異体(GESM53D323A)をコードする遺伝子の発現コンストラクトである。
(2) Production of geraniol by geraniol synthase and its mutant The geraniol production by the above geraniol synthase and its mutant was confirmed. Specifically, XL-1 Blue was used as a host, and pLac-gesM53 was introduced. As a control, pLac-gesM53 D323A was introduced into XL-1 Blue. XL-1 Blue is an Escherichia coli strain transformed with pBBRSOE6 (Non-patent Document 5) in order to increase terpene production. PLac-gesM53 D323A is an GESM53 gene encoding an inactivating mutant (GESM53 D323A ) in which aspartic acid, which is the amino acid corresponding to the 323rd amino acid necessary for the enzyme activity of geraniol synthase, is substituted with alanine. Expression construct.

遺伝子導入後、1mM イソプロピル−β−チオガラクトピラノシド(IPTG)および0.02% アラビノースを添加して、30℃、200rpmで8時間、振とう培養することにより遺伝子の発現誘導を行った。その培養液を酢酸エチル(リモネン内部標準を含む)で抽出した。抽出物は、ガスクロマトグラフ/水素イオン検出器(GC−FID)を用いて、次に示す条件で分析した。カラム:DB−5ms、注入口温度:250℃、カラム温度:60℃(3min)、60−150℃(6℃/min)、150−230℃(15℃/min)、検出器温度:250℃。キャリアガス:NAfter the gene introduction, 1 mM isopropyl-β-thiogalactopyranoside (IPTG) and 0.02% arabinose were added, and the gene expression was induced by shaking culture at 30 ° C. and 200 rpm for 8 hours. The culture was extracted with ethyl acetate (including limonene internal standard). The extract was analyzed using a gas chromatograph / hydrogen ion detector (GC-FID) under the following conditions. Column: DB-5 ms, inlet temperature: 250 ° C., column temperature: 60 ° C. (3 min), 60-150 ° C. (6 ° C./min), 150-230 ° C. (15 ° C./min), detector temperature: 250 ° C. . Carrier gas: N 2.

その結果、図3に示すように、pLac−gesM53を形質転換したXL−1 Blueではゲラニオールの生産が認められたが、pLac−gesM53D323A形質転換したXL−1 Blueではゲラニオールの生産は認められなかった。 As a result, as shown in FIG. 3, production of geraniol was observed in XL-1 Blue transformed with pLac-gesM53, but production of geraniol was not observed in XL-1 Blue transformed with pLac-gesM53 D323A. It was.

(3)ゲラニオール合成酵素およびその変異体を導入した細胞の細胞内ゲラニオール合成酵素活性
上記ゲラニオール合成酵素またはその変異体を導入した細胞の細胞内ゲラニオール合成酵素活性を測定した。細胞内のゲラニオール合成酵素活性の測定は、テルペン酵素群と同じ基質を原料とする種々の色素の生合成経路を細胞内に構築し、これらの細胞にテルペン合成酵素遺伝子を導入して色素合成経路から原料を奪うことにより、細胞あたりの色素合成量が減少することを指標にしてテルペン酵素活性を測定する方法(特許文献5)により行った。図4のパネルAに示すように、スタフィロコッカス アウレウス由来のジアポフィトエン合成酵素(CrtM)遺伝子およびデヒドロスクアレン不飽和化酵素(CrtN)遺伝子を発現させた大腸菌では、ゲラニルゲラニル二リン酸(GPP)からファルネシル二リン酸(FPP)を中継してカロテノイドの1種である黄色色素4,4’−ジアポニューロスポレンが合成される。ゲラニオール合成酵素(GES)は、その中間体であるGPPをゲラニオールに転化する酵素であるため、CrtMおよびCrtNを発現させた大腸菌で共発現させると、色素合成系から基質を奪う。その結果、カロテノイド色素量の蓄積量は減少する。すなわち、カロテノイド色素量の蓄積量の減少が認められた場合、細胞内のゲラニオール合成酵素が高いと判定できる。
(3) Intracellular geraniol synthase activity of cells into which geraniol synthase and its mutants were introduced The intracellular geraniol synthase activity of cells into which the geraniol synthase or its mutants were introduced was measured. Intracellular geraniol synthase activity was measured by constructing biosynthetic pathways for various dyes using the same substrate as the terpene enzyme group as the raw material, and introducing the terpene synthase genes into these cells. This was carried out by a method (Patent Document 5) for measuring terpene enzyme activity using as an index the decrease in the amount of dye synthesis per cell by taking the raw material from As shown in panel A of FIG. 4, geranylgeranyl diphosphate (GPP) is expressed in E. coli expressing the diapophytoene synthase (CrtM) gene and dehydrosqualene desaturase (CrtN) gene derived from Staphylococcus aureus. From the above, farnesyl diphosphate (FPP) is relayed to synthesize a yellow pigment 4,4′-diaponeurosporene, which is a kind of carotenoid. Geraniol synthase (GES) is an enzyme that converts GPP, which is an intermediate thereof, into geraniol. Therefore, when co-expressed in Escherichia coli in which CrtM and CrtN are expressed, the substrate is deprived of the pigment synthesis system. As a result, the amount of accumulated carotenoid pigment decreases. That is, when a decrease in the amount of accumulated carotenoid pigment is observed, it can be determined that the intracellular geraniol synthase is high.

具体的には、大腸菌にスタフィロコッカス アウレウス由来のCrtM遺伝子およびCrtN遺伝子を導入し、得られた大腸菌に上記ゲラニオール合成酵素またはその変異体を導入して培養した後、該大腸菌で合成された色素量を指標に、細胞内のゲラニオール合成酵素活性を測定した。   Specifically, the CrtM gene and CrtN gene derived from Staphylococcus aureus are introduced into Escherichia coli, the geraniol synthase or a mutant thereof is introduced into the obtained Escherichia coli and cultured, and then the dye synthesized in the Escherichia coli Using the amount as an indicator, intracellular geraniol synthase activity was measured.

図4のパネルBに示すように、CrtM−CrtN遺伝子の発現コンストラクトpAC−CrtM−CrtNを形質転換した大腸菌に空ベクターを導入したもの(Void)は、黄色色素4,4’−ジアポニューロスポレンを蓄積し、細胞色が黄色くなった。これに対し、pAC−CrtM−CrtNを形質転換した大腸菌を、野生型GES遺伝子の発現コンストラクトpLac−ges、またはGESM53遺伝子の発現コンストラクトpLac−gesM53でさらに形質転換すると、黄色色素の蓄積量は著しく減少し、細胞は白くなった。また、GESM53による基質消費量は野生型に比べ、明らかに高い。これは、N末端アミノ酸の欠失変異および翻訳効率を向上させる変異の導入により、細胞内におけるその酵素活性が十分向上しているためである。このような細胞の白色化、すなわち色素生産の減少は、pAC−CrtM−CrtNおよび不活性化GES変異体遺伝子の発現コンストラクトpLac−gesD323Aを形質転換した大腸菌では認められなかった。 As shown in panel B of FIG. 4, a CrtM-CrtN gene expression construct pAC-CrtM-CrtN transformed with E. coli transformed with an empty vector (Void) is a yellow pigment 4,4′-diaponeurospo Len accumulated and the cell color became yellow. In contrast, when E. coli transformed with pAC-CrtM-CrtN is further transformed with the wild-type GES gene expression construct pLac-ges or the GESM53 gene expression construct pLac-gesM53, the amount of accumulated yellow pigment is significantly reduced. And the cells turned white. Moreover, the substrate consumption by GESM53 is clearly higher than that of the wild type. This is because the enzyme activity in the cell is sufficiently improved by introducing a deletion mutation of the N-terminal amino acid and a mutation that improves the translation efficiency. Such cell whitening, ie, reduction in pigment production, was not observed in E. coli transformed with pAC-CrtM-CrtN and the inactivated GES mutant gene expression construct pLac-ges D323A .

上記結果は、GESが細胞内で高い基質消費活性を示し、カロテノイド色素生産に必要なその前駆体であるゲラニル二リン酸(GPP)の量が有意に減少したことを反映するものである。   The above results reflect that GES has a high substrate consumption activity in the cells and that the amount of geranyl diphosphate (GPP), which is a precursor for carotenoid pigment production, is significantly reduced.

[ゲラニオール合成酵素変異体によるテルペン生産向上の確認]
実施例1で作製したテルペン生産量の向上したゲラニオール合成酵素変異体をコードする遺伝子を使用して大腸菌株に導入し、テルペン生産の向上の確認を行った。
[Confirmation of improved terpene production by geraniol synthase mutant]
The gene encoding the geraniol synthase mutant with improved terpene production produced in Example 1 was introduced into an Escherichia coli strain to confirm improvement in terpene production.

具体的には、大腸菌株JW3686(BW25113ΔtnaA)株にpLac−gesM53を形質転換して培養を行った。コントロールとして不活性化GES変異体(GESD323A)発現プラスミドpLac−gesD323Aおよび空ベクターpLac−voidを用い、同様に形質転換して培養を行った。 Specifically, pLac-gesM53 was transformed into E. coli strain JW3686 (BW25113ΔtnaA) and cultured. Inactivation GES mutant (GES D323A ) expression plasmid pLac-ges D323A and empty vector pLac-void were similarly transformed and cultured as controls.

その結果、pLac−gesM53を形質転換したJW3686株ではコロニーが全く形成されず、形質転換効率はゼロとなった。一方、JW3686株にpLac−gesD323AまたはpLac−voidを形質転換した場合は、コロニーが形成された。この結果は、GES遺伝子の強制発現が細胞にとって致死性であることを意味している。 As a result, no colony was formed in the JW3686 strain transformed with pLac-gesM53, and the transformation efficiency was zero. On the other hand, when pLac-ges D323A or pLac-void was transformed into the JW3686 strain, colonies were formed. This result means that forced expression of the GES gene is lethal to cells.

[ゲラニオール合成酵素変異体の強制発現による細胞死のメカニズムの検討]
ゲラニオール合成酵素変異体をコードする遺伝子の強制発現が細胞にとって致死性であるメカニズムについて検討を行った。GES変異体遺伝子の強制発現が細胞にとって致死性であるメカニズムとしては次に示す2つの可能性がある:(1)GESあるいはその生産物が宿主毒性を持つ;(2)ゲラニオール合成のために細胞生育に必須なキノンやドリコール、tRNA修飾源が枯渇し、その結果として細胞が死滅する。
[Investigation of cell death mechanism by forced expression of geraniol synthase mutant]
We investigated the mechanism by which forced expression of the gene encoding geraniol synthase mutant is lethal to cells. There are two possible mechanisms by which forced expression of GES mutant genes is lethal to cells: (1) GES or its products have host toxicity; (2) cells for geraniol synthesis The quinone, dolichol, and tRNA modification sources essential for growth are depleted, resulting in cell death.

(1)GESあるいはその生産物が宿主毒性を持つ可能性の検討
ゲラニオール合成酵素による生産物ゲラニオールはモノテルペンであり、モノテルペンは抗菌活性を示すことが知られている。そのため、大腸菌に対して毒性を示した可能性がある。しかしながら、大腸菌のゲラニオールに対する最小発育阻止濃度(MIC)は800mg/L程度という報告がある(Dunlop M.J. et al.,Engineering Microbial biofuelTolerance and Export Using Efflux Pumps. Molecular Systems Biology 7,Article No.487(2011))。本実施例で培地に蓄積したゲラニオール量は10−20mg/L程度であり、報告されたMICよりも十分低いものである。このことから、ゲラニオール合成酵素による生産物毒性は、本実施例で認められたGES遺伝子強制発現による致死性の理由ではないと考えられる。
(1) Examination of possibility of GES or its product having host toxicity Geraniol produced by geraniol synthase is a monoterpene, and monoterpene is known to exhibit antibacterial activity. Therefore, it may have been toxic to E. coli. However, there is a report that the minimum inhibitory concentration (MIC) of E. coli for geraniol is about 800 mg / L (Dunrop MJ et al., Engineering Microbiological Tolerance and Exploited Efflux Pump. (2011)). The amount of geraniol accumulated in the medium in this example is about 10-20 mg / L, which is sufficiently lower than the reported MIC. From this, it is considered that the product toxicity by geraniol synthase is not the reason for lethality due to the forced expression of the GES gene observed in this Example.

(2)ゲラニオール合成により、細胞生育に必須な物質が枯渇し、細胞死に至る可能性の検討
GES変異体によるゲラニオール合成によりGESの基質であるGPPが消費される。このGPPの消費が細胞死の原因である可能性について検討を行った。すなわち、ゲラニオール合成酵素変異体をコードする遺伝子と共に、GPPの合成に関わる酵素をコードする遺伝子を細胞に導入し、GES変異体によるGPPの消費を補うことにより、細胞死を防止し得るか否かを検討した。GPPの合成に関わる酵素として、大腸菌由来のイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ(IDI;GenBank ID:949020)を使用した。IDIは、イソペンテニル二リン酸(IPP)とその異性体であるジメチルアリル二リン酸(DMAPP)の間の異性化反応を触媒する酵素である。生成したDMAPPとIPPとの間で頭−尾結合(head to tail)型の縮合反応が起こりGPPが生成する。IDIをコードする遺伝子を発現するプラスミドpAC−idiは、該遺伝子をpACプラスミドに挿入することにより作製した。
(2) Examination of possibility of cell death due to depletion of substances essential for cell growth by geraniol synthesis GPP which is a substrate of GES is consumed by geraniol synthesis by GES mutant. The possibility that this consumption of GPP is the cause of cell death was examined. That is, whether or not cell death can be prevented by introducing a gene encoding an enzyme involved in GPP synthesis together with a gene encoding a geraniol synthase mutant into the cell to compensate for the consumption of GPP by the GES mutant. It was investigated. As an enzyme involved in the synthesis of GPP, isopentenyl diphosphate isomerase (IDI; GenBank ID: 949020) derived from E. coli was used. IDI is an enzyme that catalyzes the isomerization reaction between isopentenyl diphosphate (IPP) and its isomer, dimethylallyl diphosphate (DMAPP). A head-to-tail type condensation reaction occurs between the produced DMAPP and IPP to produce GPP. A plasmid pAC-idi that expresses a gene encoding IDI was prepared by inserting the gene into a pAC plasmid.

まず、大腸菌JW3686株に次のプラスミドのいずれかを導入して1時間培養し、LB寒天培地に散布してコロニー形成させた:全長型のGESにD323A変異を導入した不活性化変異体を発現するプラスミドpLac−gesD323A、GESのN末端側の52アミノ酸残基を削除し、C末端に6×Hisを付加した変異体GESM53を発現するプラスミドpLac−gesM53、および全長の野生型GESを発現するプラスミドpLac−ges。 First, one of the following plasmids was introduced into E. coli strain JW3686, cultured for 1 hour, and sprayed on LB agar medium to form a colony: expressing an inactivated mutant in which D323A mutation was introduced into full-length GES Plasmid pLac-ges D323A , plasmid pLac-gesM53 expressing mutant GESM53 in which 52 amino acid residues on the N-terminal side of GES are deleted and 6 × His is added to C-terminal, and full-length wild-type GES are expressed Plasmid pLac-ges.

図5に示すように、pLac−gesM53のみを形質転換してGESM53を発現させた大腸菌JW3686株では、コロニーが全く形成されなかった。一方、全長の野生型GESを発現させた大腸菌株およびGES不活性化変異体を発現させたJW3686株では、コロニーの形成が観察された。   As shown in FIG. 5, no colonies were formed in E. coli strain JW3686 in which only pLac-gesM53 was transformed to express GESM53. On the other hand, colony formation was observed in the E. coli strain expressing full-length wild-type GES and the JW3686 strain expressing GES-inactivating mutant.

次に、pLac−gesM53を、pAC−idi、CrtM遺伝子とCrtN遺伝子とを含む大腸菌発現用プラスミドpAC−crtMN、およびpAC−voidのいずれかと共に、JW3686株に共形質転換した。具体的には、JW3686株にpLac−gesM53と共に、pAC−idi、pAC−crtMN、およびpAC−voidのいずれかを導入して1時間培養し、LB寒天培地に散布してコロニー形成させた。形成したコロニーの数を数え、下記数式1を用いて生菌率を求めた。下記式において、CFUGES(+)はpLac−gesM53を共発現させた大腸菌株のコロニー形成数を意味し、CFUGES(−)はpLac−gesM53を共発現させなかった大腸菌株のコロニー形成数を意味する。ここで、コロニー形成数はコロニー形成単位(CFUまたはcfuと略称する。)で表している。 Next, pLac-gesM53 was cotransformed into JW3686 strain together with any of pAC-idi, plasmid pAC-crtMN for expression of E. coli containing CrtM gene and CrtN gene, and pAC-void. Specifically, any of pAC-idi, pAC-crtMN, and pAC-void was introduced into the JW3686 strain together with pLac-gesM53 and cultured for 1 hour, and then sprayed on an LB agar medium to form colonies. The number of colonies formed was counted, and the viable cell rate was determined using the following formula 1. In the following formula, CFU GES (+) means the number of colonies formed of E. coli strain co-expressed with pLac-gesM53, and CFU GES (-) represents the number of colonies formed of E. coli strain not co-expressed with pLac-gesM53. means. Here, the number of colonies formed is expressed in colony forming units (abbreviated as CFU or cfu).

(数1) (Equation 1)

CFUGES(+)
生菌率 =───────────
CFUGES(−)
CFU GES (+)
Viable bacteria rate = ───────────
CFU GES (-)

図6に示すように、pLac−gesM53と空ベクターであるpAC−voidを共導入した場合、コロニーは全く形成されず、その形質転換効率はほぼゼロであった。pLac−gesM53とpAC−crtMNを共導入した場合も、コロニー形成は認められなかった。Crt−Mおよび/またはCrtNを発現させるとGESと競合して、GESの基質を消費し、カロテノイド色素合成をする。その結果、ゲラニオール生産量は、GESのみを発現する場合と比較して低減すると考えることができる。GES生産物であるゲラニオールの毒性が細胞致死性を示すのであれば、Crt−Mおよび/またはCrtNを発現させることにより細胞死を防止できる可能性があるが、全く形質転換効率の回復は認められなかったことから、GES生産物の毒性が細胞致死性に関連するという仮定は否定できる。   As shown in FIG. 6, when pLac-gesM53 and the empty vector pAC-void were co-introduced, no colonies were formed, and the transformation efficiency was almost zero. No colony formation was observed when pLac-gesM53 and pAC-crtMN were co-introduced. When Crt-M and / or CrtN is expressed, it competes with GES, consumes the substrate of GES, and synthesizes carotenoid pigment. As a result, it can be considered that geraniol production is reduced as compared with the case where only GES is expressed. If the toxicity of the GES product geraniol indicates cell lethality, cell death may be prevented by expressing Crt-M and / or CrtN, but the transformation efficiency is completely restored. From the absence, the assumption that the toxicity of the GES product is related to cell lethality can be denied.

一方、大腸菌由来のイソペンテニル二リン酸イソメラーゼ(IDI)遺伝子をpLac−gesM53と共形質転換することにより、コロニーが形成され、形質転換効率が著しく回復した(図6)。この結果から、GESM53遺伝子強制発現による細胞死は、GESM53生産物のゲラニオールの毒性ではなく、その高い酵素活性により、細胞増殖に必須なイソプレニル二リン酸が消費されて枯渇したことが原因であることが強く示唆された。IDIを過剰発現させることにより、カロテノイドやテルペン等の生産量が増加することは従来報告されている(非特許文献12)。IDIの過剰発現により宿主中のテルペン原料、すなわちイソプレニル二リン酸が増加し、その結果、GES発現下においても細胞の増殖が可能となったと考えることができる。   On the other hand, by cotransforming the isopentenyl diphosphate isomerase (IDI) gene derived from Escherichia coli with pLac-gesM53, colonies were formed and the transformation efficiency was remarkably recovered (FIG. 6). From this result, cell death due to forced expression of the GESM53 gene is not due to the toxicity of the GESM53 product geraniol, but due to its high enzymatic activity, consumption of isoprenyl diphosphate essential for cell growth is depleted. Was strongly suggested. It has been conventionally reported that the production amount of carotenoids, terpenes and the like is increased by overexpressing IDI (Non-patent Document 12). It can be considered that the overexpression of IDI increases the terpene raw material in the host, that is, isoprenyl diphosphate, and as a result, the cells can grow even under the expression of GES.

以上の結果から、ゲラニオール合成酵素変異体をコードする遺伝子の強制発現が細胞死を引き起こす原因は、ゲラニオール合成酵素変異体によるその基質の消費にあり、基質の供給、すなわち基質の生産に関わる酵素の発現により、該細胞死を防止できることが明らかになった。   From the above results, the cause of cell death due to forced expression of the gene encoding geraniol synthase mutant is the consumption of the substrate by the geraniol synthase mutant, and the supply of the substrate, that is, the enzyme involved in the production of the substrate It became clear that the cell death can be prevented by expression.

上記現象を利用し、高い酵素活性を有するテルペン合成酵素をコードする遺伝子と、該酵素の基質の生産に関わる酵素をコードする遺伝子とを共発現させることにより、これら遺伝子を形質転換した細胞の生存を維持することができ、また、かかる細胞を使用することにより、テルペン生産量を向上させることができる。   Utilizing the above phenomenon, by co-expressing a gene encoding a terpene synthase having high enzyme activity and a gene encoding an enzyme involved in production of the substrate of the enzyme, survival of cells transformed with these genes The terpene production can be improved by using such cells.

さらに、高い酵素活性を有するテルペン合成酵素をコードする遺伝子を形質転換した細胞を用い、被検遺伝子を導入して細胞を培養し、生存細胞に導入した遺伝子を選択することにより、該酵素の基質や該基質の材料の生産に関わる酵素をコードする遺伝子の選抜を行うことができる。   Furthermore, by using a cell transformed with a gene encoding a terpene synthase having high enzyme activity, introducing the test gene, culturing the cell, and selecting the gene introduced into the living cell, the substrate of the enzyme Alternatively, a gene encoding an enzyme involved in the production of the substrate material can be selected.

[ゲラニオール合成酵素変異体の強制発現による細胞死を利用した遺伝子選抜方法に用いる宿主の検討]
ゲラニオール合成酵素変異体をコードする遺伝子の強制発現による細胞死、および該酵素の基質の供給による該細胞死の防止が、JW3686株に特有の現象であるのか、それとも大腸菌株の種類によらずいずれの大腸菌株でも観察されるのかを検討した。
[Examination of host used in gene selection method using cell death by forced expression of geraniol synthase mutant]
Whether cell death by forced expression of a gene encoding a geraniol synthase mutant and prevention of cell death by supplying a substrate for the enzyme is a phenomenon peculiar to the JW3686 strain, or regardless of the type of E. coli strain It was examined whether it was also observed in E. coli strains.

検討した大腸菌株は、BW25113株、JW3686株、およびXL−1 Blueである。BW25113株は、遺伝子改変株の作製に汎用されている大腸菌株である。JW3686株は、BW25113株にΔtnaA::kanRの遺伝子改変を加えた株である。XL−1 Blueは、クローニングに頻用される株である。   E. coli strains examined are BW25113 strain, JW3686 strain, and XL-1 Blue. The BW25113 strain is an Escherichia coli strain that is widely used for the production of genetically modified strains. The JW3686 strain is a strain obtained by adding ΔtnaA :: kanR gene modification to the BW25113 strain. XL-1 Blue is a strain frequently used for cloning.

この3株のそれぞれに、2種類のプラスミドDNA、すなわち緑色蛍光タンパク質発現プラスミドpLac−sfgfpと各種GES変異体の発現プラスミドとを1:5の濃度比で含む混合液を形質転換した。pLac−sfgfpはスーパーフォルダー緑色蛍光タンパク質(Super Folder GFP)を定常発現するプラスミドである。GES変異体発現プラスミドは次のものを用いた:全長型のGESにD323A変異を導入した不活性化変異体を発現するプラスミドpLac−gesD323A、全長型のGESにG285S変異を導入した不活性化変異体を発現するプラスミドpLac−gesG285S、GESのN末端側の52アミノ酸残基を削除し、C末端に6×Hisを付加した変異体GESM53を発現するプラスミドpLac−gesM53。また、GES発現プラスミドとして、全長の野生型GESを発現するプラスミドpLac−gesを用いた。 Each of these three strains was transformed with a mixed solution containing two types of plasmid DNA, namely, green fluorescent protein expression plasmid pLac-sfgfp and expression plasmids of various GES mutants at a concentration ratio of 1: 5. pLac-sfgfp is a plasmid that constantly expresses superfolder green fluorescent protein (Super Folder GFP). The following GES mutant expression plasmids were used: plasmid pLac-ges D323A expressing an inactivated mutant in which a D323A mutation was introduced into a full-length GES, and inactivation in which a G285S mutation was introduced into a full-length GES. Plasmid pLac-ges G285S expressing mutant, plasmid pLac-gesM53 expressing mutant GESM53 in which 52 amino acid residues on the N-terminal side of GES are deleted and 6 × His is added to the C-terminal. Moreover, the plasmid pLac-ges which expresses a full-length wild type GES was used as a GES expression plasmid.

発現プラスミドを大腸菌に形質転換した後、それぞれの形質転換体を寒天培地上に播き、コロニーを形成させた。pLac−sfgfpによる形質転換体は緑色蛍光を持つコロニーを与え、各種GES発現プラスミドによる形質転換体は無蛍光のコロニーを与える。   After transforming the expression plasmid into E. coli, each transformant was seeded on an agar medium to form colonies. Transformants with pLac-sfgfp give colonies with green fluorescence, and transformants with various GES expression plasmids give nonfluorescent colonies.

図7に示すように、GES不活性化変異体(GESD323AおよびGESG285S)は当然のこと、野生型GESを形質転換したものも、宿主に依らず、蛍光コロニー/無蛍光コロニーの数比は、形質転換操作時に用いた混合液のpLac−sfgfpとpLac−gesの濃度比、すなわち1:5とほぼ変わらなかった。このことから、GES不活性化変異体や野生型GESは、いずれの大腸菌株に対しても細胞毒性を示さないことは明らかである。 As shown in FIG. 7, the GES-inactivating mutants (GES D323A and GES G285S ) are naturally transformed, and the wild-type GES-transformed mutant has a fluorescent colony / non-fluorescent colony number ratio regardless of the host. The concentration ratio of pLac-sfgfp to pLac-ges in the mixed solution used during the transformation operation, that is, 1: 5 was not substantially changed. From this, it is clear that the GES inactivating mutant and the wild type GES are not cytotoxic to any E. coli strain.

一方、GESM53をJW3686株およびBW25113株に導入した場合は、生じたコロニーのすべてが蛍光性のものであり、無蛍光性コロニーは認められなかった。この結果は、GESM53がこの2つの細胞にとって致死性であることを示す。興味深いことに、XL−1 Blueを宿主とした場合は、この致死性は観察されなかった。すなわち、無蛍光コロニー/蛍光コロニーの数比は、GES不活性型変異体と変わらないものであった。GESM53の発現は、XL−1 Blueにおいては致死となるほどの基質枯渇をもたらさないと考えられる。   On the other hand, when GESM53 was introduced into the JW3686 strain and the BW25113 strain, all of the generated colonies were fluorescent, and no fluorescent colonies were observed. This result indicates that GESM53 is lethal to the two cells. Interestingly, this lethality was not observed when XL-1 Blue was the host. That is, the number ratio of non-fluorescent colony / fluorescent colony was the same as that of the GES inactive mutant. GESM53 expression does not appear to cause lethal substrate depletion in XL-1 Blue.

[ゲラニオール合成酵素変異体の強制発現による細胞死を利用した遺伝子選抜]
実施例4に示したように、ゲラニオール合成酵素変異体をコードする遺伝子の強制発現による細胞死は、該酵素の基質の供給、すなわち基質の生産に関わる酵素を発現させることにより防止できる。この原理を利用して、高い酵素活性を有するテルペン合成酵素変異体をコードする遺伝子を形質転換した細胞を用い、被検遺伝子を導入して細胞を培養し、生存細胞に導入した遺伝子を選択することにより、該酵素の基質の生産に関わる酵素をコードする遺伝子の選抜を行うことができる。かかる選抜方法を実際に検討した。
[Gene selection using cell death by forced expression of geraniol synthase mutant]
As shown in Example 4, cell death due to forced expression of a gene encoding a geraniol synthase mutant can be prevented by supplying a substrate for the enzyme, that is, expressing an enzyme involved in substrate production. Using this principle, cells transformed with a gene encoding a terpene synthase mutant with high enzyme activity are introduced, the cells are cultured by introducing the test gene, and the genes introduced into the living cells are selected. Thus, a gene encoding an enzyme involved in the production of the enzyme substrate can be selected. This selection method was actually examined.

具体的には、テルペン生産経路の増強効果を有する遺伝子と該効果を持たない遺伝子との混合系から、前者を選抜することを試みた。テルペン生産経路の増強効果を有する遺伝子の発現プラスミドはpAC−idiを用い、該効果を持たない遺伝子の発現プラスミドは緑色蛍光タンパク質発現プラスミドpAC−gfpを用いた。   Specifically, an attempt was made to select the former from a mixed system of a gene having an effect of enhancing the terpene production pathway and a gene having no such effect. PAC-idi was used as an expression plasmid for a gene having an effect of enhancing the terpene production pathway, and a green fluorescent protein expression plasmid pAC-gfp was used as an expression plasmid for a gene having no such effect.

まず、pAC−idiとpAC−gfpをそれぞれ等量(5ng/μL)ずつ含むプラスミド溶液を調製した。このプラスミド溶液1μLとGES変異体発現プラスミドpLac−gesM53またはGES不活性化変異体発現プラスミドpLac−gesM53D323A 1μLとをJW3686株に形質転換した。SOC培養液(2% トリプトン、0.5% 酵母抽出物、10mM NaCl、2.5mM KCl、10mM MgCl、10mM MgSO、20mM グルコース)を添加して1時間培養した後、1mM IPTGを含む寒天培地に散布してコロニーを形成させた。プレートあたりの蛍光コロニーおよび非蛍光コロニーの数をそれぞれ数えた。 First, plasmid solutions containing equal amounts (5 ng / μL) of pAC-idi and pAC-gfp were prepared. JW3686 strain was transformed with 1 μL of this plasmid solution and 1 μL of GES mutant expression plasmid pLac-gesM53 or GES inactivating mutant expression plasmid pLac-gesM53 D323A . After adding SOC culture medium (2% tryptone, 0.5% yeast extract, 10 mM NaCl, 2.5 mM KCl, 10 mM MgCl 2 , 10 mM MgSO 4 , 20 mM glucose) for 1 hour, agar containing 1 mM IPTG It was sprayed on the medium to form colonies. The number of fluorescent colonies and non-fluorescent colonies per plate was counted.

図8の左パネルに示すように、プラスミド溶液とpLac−gesM53D323Aとを共形質転換する実験においては、101個のコロニーが形成され、蛍光コロニーおよび無蛍光コロニーの数はそれぞれ41個および60個であった。蛍光コロニーと無蛍光コロニーの数比は、形質転換前のプラスミド溶液のpAC−idiとpAC−gfpの混合比1:1とほぼ変わらなかった。すなわち、IDI遺伝子とGFP遺伝子の間で選択はほとんど起こっていないと言える。 As shown in the left panel of FIG. 8, in the experiment in which the plasmid solution and pLac-gesM53 D323A were cotransformed, 101 colonies were formed, and the numbers of fluorescent colonies and non-fluorescent colonies were 41 and 60, respectively. Met. The number ratio of fluorescent colonies to non-fluorescent colonies was almost the same as the 1: 1 mixture ratio of pAC-idi and pAC-gfp in the plasmid solution before transformation. That is, it can be said that almost no selection has occurred between the IDI gene and the GFP gene.

一方、プラスミド溶液とpLac−gesM53とを共形質転換する実験においては、33個のコロニーが形成され、蛍光コロニーおよび無蛍光コロニーの数はそれぞれ3個および30個であった。すなわち、IDIが発現した無蛍光コロニーのほうが、GFPが発現した蛍光コロニーに比べ、濃縮された。   On the other hand, in the experiment in which the plasmid solution and pLac-gesM53 were cotransformed, 33 colonies were formed, and the numbers of fluorescent colonies and non-fluorescent colonies were 3 and 30, respectively. That is, the non-fluorescent colonies expressing IDI were more concentrated than the fluorescent colonies expressing GFP.

蛍光コロニーと無蛍光コロニーの比は、pLac−gesM53D323Aを用いた実験系では0.68であり、pLac−gesM53では0.1である。すなわち、「IDIをコードする遺伝子の選抜」のみかけの効率はわずか6.8倍ということになる。 The ratio of the fluorescent colony to the non-fluorescent colony is 0.68 in the experimental system using pLac-gesM53 D323A and 0.1 in pLac-gesM53. That is, the apparent efficiency of “selection of gene encoding IDI” is only 6.8 times.

一方、pAC−idiとpAC−gfpの形質転換効率比は、図6から見てほぼ1000倍程度であることを考えると、この選抜効率は決して高いものではない。そこで、pLac−gesM53とプラスミド混合液の形質転換によって生じた3個の蛍光コロニーからプラスミドをポリメラーゼ連鎖反応により増幅し、ゲル電気泳動分析を行った。また、30個の無蛍光コロニーから無作為に3個を選択して同様の分析を行った。   On the other hand, considering that the transformation efficiency ratio between pAC-idi and pAC-gfp is about 1000 times as seen from FIG. 6, this selection efficiency is not high at all. Therefore, a plasmid was amplified by polymerase chain reaction from three fluorescent colonies generated by transformation of pLac-gesM53 and the plasmid mixture, and gel electrophoresis analysis was performed. In addition, the same analysis was performed by randomly selecting 3 from 30 non-fluorescent colonies.

図8の右パネルに示すように、3個の蛍光コロニーにはpAC−gfpと共にpAC−idiも形質転換されていた。この結果は、これら3個の蛍光コロニーは、導入されたIDI遺伝子がコードする酵素の効果によって、GES変異体発現下での細胞死が防止されて増殖し、かつ共に導入されたGFP遺伝子がコードするタンパク質によって蛍光を発していたことを示す。すなわち、プラスミド溶液とpLac−gesM53とを共形質転換した大腸菌の培養により形成された33個のコロニーの全てがpAC−idiによる形質転換体であることが明らかになった。   As shown in the right panel of FIG. 8, three fluorescent colonies were transformed with pAC-gfp as well as pAC-idi. As a result, these three fluorescent colonies are proliferated while preventing cell death under the expression of the GES mutant by the effect of the enzyme encoded by the introduced IDI gene, and the GFP gene introduced together is encoded. It shows that it was fluorescing by the protein. That is, it was revealed that all 33 colonies formed by culturing Escherichia coli co-transformed with a plasmid solution and pLac-gesM53 were transformed with pAC-idi.

このように、pAC−idiを含む混合プラスミド溶液とpLac−gesM53とを形質転換した細胞を培養することにより、IDIをコードする遺伝子を、テルペン生産経路の増強効果を持たない遺伝子との混合系から選択的に濃縮することができた。   In this way, by culturing cells transformed with a mixed plasmid solution containing pAC-idi and pLac-gesM53, a gene encoding IDI is removed from a mixed system with a gene having no effect of enhancing the terpene production pathway. It could be selectively concentrated.

したがって、高い酵素活性を有するテルペン合成酵素をコードする遺伝子を形質転換した細胞を用い、被検遺伝子を導入して細胞を培養し、生存細胞に導入した遺伝子を選択することにより、該酵素の基質の生産に関わる酵素をコードする遺伝子の選抜を行うことができる。   Therefore, by using a cell transformed with a gene encoding a terpene synthase having high enzyme activity, introducing the test gene, culturing the cell, and selecting the gene introduced into the living cell, the substrate of the enzyme The gene encoding the enzyme involved in the production of can be selected.

[ゲラニオール合成酵素変異体の強制発現による細胞死を利用した遺伝子選抜方法の効率向上のための、アラビノース誘導系の構築]
高い酵素活性を有するテルペン合成酵素をコードする遺伝子を形質転換した細胞を用い、被検遺伝子を導入して細胞を培養し、生存細胞に導入した遺伝子を選択することにより、該酵素の基質の生産に関わる酵素をコードする遺伝子の選抜を行うことができる。しかし、2つのプラスミドで大腸菌を共形質転換する場合、形質転換効率は決して高くない。このような選抜方法を効率よく行うためには、高い酵素活性を有するテルペン合成酵素をコードする遺伝子を予め大腸菌JW3686株等の宿主に形質転換し、得られた形質転換体をコンピテントセル化し、これに対して被検遺伝子、例えば遺伝子ライブラリを形質転換することが好ましい。しかし、高い酵素活性を有するテルペン合成酵素は細胞内でその基質を枯渇させることにより細胞死を引き起こすため、高い酵素活性を有するテルペン合成酵素遺伝子の形質転換は、細胞内で該酵素の基質の供給に係わるIDIのようなテルペン生産増強効果を有する酵素をコードする遺伝子がないかぎり実施することが困難である。そこで、高い酵素活性を有するテルペン合成酵素をコードする遺伝子をPBAD下流に挿入したコンストラクトを作製した。かかる形式のコンストラクトでは、アラビノースによって発現誘導される前はテルペン合成酵素遺伝子が発現抑制状態にあるため、該遺伝子を大腸菌に形質転換しても細胞死は引き起こされず、形質転換が可能となるはずである。
[Construction of an arabinose induction system for improving the efficiency of gene selection methods using cell death by forced expression of geraniol synthase mutants]
Production of a substrate of the enzyme by using a cell transformed with a gene encoding a terpene synthase having high enzyme activity, introducing the test gene, culturing the cell, and selecting the gene introduced into the living cell It is possible to select genes that encode enzymes involved in. However, when co-transforming E. coli with two plasmids, the transformation efficiency is never high. In order to efficiently perform such a selection method, a gene encoding a terpene synthase having high enzyme activity is previously transformed into a host such as E. coli strain JW3686, and the obtained transformant is made into a competent cell. On the other hand, it is preferable to transform a test gene, for example, a gene library. However, since terpene synthase having high enzyme activity causes cell death by depleting its substrate in the cell, transformation of the terpene synthase gene having high enzyme activity in the cell supplies the substrate of the enzyme. It is difficult to carry out unless there is a gene encoding an enzyme having an effect of enhancing terpene production such as IDI. Therefore, the genes encoding terpene synthases having high enzymatic activity were prepared inserted constructs P BAD downstream. In this type of construct, since the terpene synthase gene is in an expression-repressed state before being induced by arabinose, transformation of the gene into E. coli does not cause cell death, and transformation should be possible. is there.

まず、高い酵素活性を有するテルペン合成酵素としてGESM53G54Vを用い、GESM53G54V遺伝子を含むpBAD−gesM53G54V(図2のパネルBおよびパネルD、並びに配列番号6)をJW3686株に導入した。pBAD−gesM53G54VはpLac−gesM53とは異なり、大腸菌に形質転換しても、アラビノース不在下では毒性は認められなかった(図9)。また、pBAD−gesM53G54VをJW3686株に形質転換して得られた形質転換体(以下、JW3686/pBAD−gesM53G54Vと称する)からコンピテントセルを問題なく作製できた。 First, GESM53 G54V was used as a terpene synthase having high enzyme activity, and pBAD-gesM53 G54V (Panel B and Panel D in FIG. 2 and SEQ ID NO: 6) containing the GESM53 G54V gene was introduced into the JW3686 strain. Unlike pLac-gesM53, pBAD-gesM53 G54V was not toxic in the absence of arabinose even when transformed into E. coli (FIG. 9). Moreover, a competent cell was able to be produced without any problem from a transformant obtained by transforming pBAD-gesM53 G54V into the JW3686 strain (hereinafter referred to as JW3686 / pBAD-gesM53 G54V ).

調製したJW3686/pBAD−gesM53G54Vに、pAC−idi、pAC−gfp、およびpAC−voidの3種の発現プラスミドのいずれかを導入し、0.2% アラビノースを含有する寒天培地または含有しない寒天培地に植菌してコロニーを形成させた。アラビノースを含有する寒天培地上のコロニー数とアラビノースを含有しない寒天培地上のコロニー数の比を算出し、ゲラニオール合成酵素変異体を発現する細胞の生菌率と定義した。 Any of the three expression plasmids of pAC-idi, pAC-gfp, and pAC-void was introduced into the prepared JW3686 / pBAD-gesM53 G54V , and an agar medium containing or not containing 0.2% arabinose Were inoculated to form colonies. The ratio of the number of colonies on the agar medium containing arabinose and the number of colonies on the agar medium not containing arabinose was calculated and defined as the viable cell ratio of cells expressing the geraniol synthase mutant.

図9に示すように、GESM53G54Vのみを発現させた大腸菌の生菌率は10−4−10−5程度であった。GESM53G54VとGFPを共発現させた大腸菌の生菌率は10−3−10−4程度まで減少した。一方、GESM53とIDIを共発現させた大腸菌の生菌率はおよそ1であった。また、不活性型であるGESM53D323Aを発現するプラスミドpBAD−gesM53D323Aを用いて同様の実験を行った。大腸菌の生菌率は、GESM53D323Aのみを発現させた場合も、GFPまたはIDIと共発現させた場合も、いずれもほぼ1であった。つまり、GESM53G54Vの発現が誘導されなければ、このような生存率の差は生じない。 As shown in FIG. 9, the viable cell rate of E. coli expressing only GESM53 G54V was about 10 −4 −10 −5 . The viable cell rate of Escherichia coli co-expressed with GESM53 G54V and GFP decreased to about 10 −3 to 10 −4 . On the other hand, the viable cell rate of Escherichia coli co-expressed with GESM53 and IDI was about 1. Further, a similar experiment was performed using the plasmid pBAD-gesM53 D323A expressing GESM53 D323A unactivated. The viable cell rate of E. coli was almost 1 both when only GESM53 D323A was expressed and when co-expressed with GFP or IDI. That is, if the expression of GESM53 G54V is not induced, such a difference in survival rate does not occur.

これらの結果は、GESM53G54Vの発現によるその基質の枯渇により細胞が増殖阻害を受けること、およびIDIによりGESM53G54Vの基質の前駆体供給量を増加させることで細胞の増殖を回復させ得ることを示す。すなわち、GESM53G54V遺伝子を細胞に導入しても、アラビノースを添加しないことで該遺伝子を発現抑制状態に保つことができ、形質転換体を生存した状態で維持できる。 These results indicate that GESM53 the cells by depletion of its substrate by expression of G54V is subjected to growth inhibition, and capable of restoring the growth of cells by increasing the precursor supply amount of substrate GESM53 G54V by IDI . That is, even when the GESM53 G54V gene is introduced into the cells, the gene can be kept in an expression-suppressed state by not adding arabinose, and the transformant can be maintained in a alive state.

このように、アラビノース誘導性プロモータを含む発現ベクタを利用することにより、予め高い酵素活性を有するテルペン合成酵素をコードする遺伝子を宿主に形質転換し、得られた形質転換体をコンピテントセル化することができる。得られたコンピテントセルを使用して、ゲラニオール合成酵素変異体の強制発現による細胞死を利用した遺伝子選抜方法を効率よく実施することができる。   In this way, by using an expression vector containing an arabinose-inducible promoter, a gene encoding a terpene synthase having high enzymatic activity is transformed into a host in advance, and the resulting transformant is made into a competent cell. be able to. Using the obtained competent cells, a gene selection method using cell death by forced expression of a geraniol synthase mutant can be efficiently carried out.

[アラビノース誘導系におけるモックセレクションの検討]
実施例6で構築したアラビノース誘導系を用いて、pAC−gfpとpAC−idiとを含むプラスミド混合液から、pAC−idiだけを選別する実験を試みた。
[Study of mock selection in arabinose induction system]
Using the arabinose induction system constructed in Example 6, an experiment was conducted in which only pAC-idi was selected from the plasmid mixture containing pAC-gfp and pAC-idi.

具体的には、実施例6で調製したJW3686/pBAD−gesM53G54Vに、pAC−idiおよびpAC−gfpの等濃度プラスミド混合液(pAC−gfp/pAC−idi混合液)を形質転換し、0.2% アラビノースを含有する寒天培地およびアラビノースを含有しない寒天培地に播種した。プラスミド混合液の作製および形質転換は、実施例5に記載の方法と同様の方法で行った。形成された蛍光コロニーおよび無蛍光コロニーをそれぞれ計数し、形質転換あたりのコロニー形成単位(CFU/TF)を算出した。 Specifically, the JW3686 / pBAD-gesM53 G54V prepared in Example 6 was transformed with a pAC-idi and pAC-gfp equal concentration plasmid mixed solution (pAC-gfp / pAC-idi mixed solution). The agar medium containing 2% arabinose and the agar medium not containing arabinose were seeded. Preparation and transformation of the plasmid mixture were performed in the same manner as described in Example 5. The formed fluorescent colonies and non-fluorescent colonies were counted, and the colony forming unit (CFU / TF) per transformation was calculated.

アラビノースを含有しない寒天培地では、蛍光コロニーおよび無蛍光コロニーの両方が観察された(図10)。一方、アラビノースを含有する培地では、無蛍光コロニー、すなわちpAC−idiの形質転換体の数は無誘導の時と変わらなかったが、蛍光コロニー、すなわちpAC−gfpの形質転換体は全く観察されなかった(図10)。これは、アラビノースを含有する培地ではGESM53G54Vの発現が誘導されるため、pAC−idiが導入されていない大腸菌ではGESM53G54Vの基質が枯渇し細胞死が起きることに原因する。 In the agar medium containing no arabinose, both fluorescent colonies and non-fluorescent colonies were observed (FIG. 10). On the other hand, in the medium containing arabinose, the number of non-fluorescent colonies, that is, pAC-idi transformants was the same as that in the case of no induction, but no fluorescent colonies, that is, pAC-gfp transformants were observed at all. (FIG. 10). This is because GESM53 G54V expression is induced in a medium containing arabinose, and thus, in Escherichia coli into which pAC-idi has not been introduced, the GESM53 G54V substrate is depleted and cell death occurs.

このように、GESM53G54V遺伝子のアラビノース誘導系を用いて、テルペン合成経路の前駆体供給能を持つ遺伝子を選抜できることが明らかになった。 Thus, it became clear that a gene having the ability to supply a precursor of the terpene synthesis pathway can be selected using the arabinose induction system of the GESM53 G54V gene.

本発明は、テルペン生産量を向上させる方法に用いるテルペン合成酵素遺伝子の効率的探索法を提供することができる。テルペンはバイオ燃料、医薬品、農薬、香料、および有機合成の合成原料として有用な化合物である。そのため、本発明は、効率的なテルペンの製造に有用であり、産業上の利用可能性が極めて高いものである。   The present invention can provide an efficient search method for a terpene synthase gene used in a method for improving terpene production. Terpenes are useful compounds as biofuels, pharmaceuticals, agricultural chemicals, fragrances, and synthetic raw materials for organic synthesis. Therefore, the present invention is useful for efficient production of terpenes and has extremely high industrial applicability.

配列番号1:第1番目〜第52番目のアミノ酸残基を欠失したスイートバジルゲラニオール合成酵素変異体をコードする遺伝子。
配列番号3:第1番目〜第52番目のアミノ酸残基を欠失し、第53番目のグリシンがバリンに置換されたスイートバジルゲラニオール合成酵素変異体をコードする遺伝子。
配列番号5:第1番目〜第52番目のアミノ酸残基を欠失し、そのC末端に6×ヒスチジンタグが付加されたスイートバジルゲラニオール合成酵素変異体をコードする遺伝子の発現プラスミド。
配列番号6:第1番目〜第52番目のアミノ酸残基を欠失し、第53番目のグリシンがバリンに置換され、そのC末端に6×ヒスチジンタグが付加されたスイートバジルゲラニオール合成酵素変異体をコードする遺伝子の発現プラスミド。
SEQ ID NO: 1: A gene encoding a sweet basil geraniol synthase mutant lacking the first to 52nd amino acid residues.
SEQ ID NO: 3: A gene encoding a sweet basil geraniol synthase mutant in which the first to 52nd amino acid residues are deleted and the 53rd glycine is replaced with valine.
SEQ ID NO: 5: An expression plasmid for a gene encoding a sweet basil geraniol synthase mutant in which the first to 52nd amino acid residues are deleted and a 6 × histidine tag is added to the C-terminus thereof.
SEQ ID NO: 6: Sweet basil geraniol synthase mutant in which the 1st to 52nd amino acid residues are deleted, the 53rd glycine is substituted with valine, and the 6 × histidine tag is added to the C terminus An expression plasmid for a gene encoding

Claims (9)

テルペン合成酵素変異体をコードする遺伝子であって、酵素活性および/またはその発現が野生型酵素と比較して増強されたテルペン合成酵素変異体をコードする遺伝子を導入した細胞に、被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含む、テルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。   A test gene is introduced into a cell into which a gene encoding a terpene synthase variant that encodes a terpene synthase variant that has an enzyme activity and / or enhanced expression compared to a wild-type enzyme. A screening method for a terpene synthase gene and / or a mutant thereof, comprising selecting a test gene introduced into a living cell among test genes introduced, cultured, and introduced into the cell. テルペン合成酵素変異体が、該変異体を発現した細胞の細胞死を引き起こすテルペン合成酵素変異体である、請求項1に記載のテルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。   The method for screening a terpene synthase gene and / or a mutant thereof according to claim 1, wherein the terpene synthase mutant is a terpene synthase mutant that causes cell death in cells expressing the mutant. 細胞死が、テルペン合成酵素変異体により消費される基質または該基質の材料となる化合物が細胞の生存に関与する化合物であることにより生じる細胞死である、請求項2に記載のテルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。   The terpene synthase according to claim 2, wherein the cell death is cell death caused by a substrate consumed by the terpene synthase mutant or a compound serving as a material of the substrate being a compound involved in cell survival. A screening method for genes and / or mutants thereof. テルペン合成酵素変異体が、ゲラニオール合成酵素変異体である、請求項1から3のいずれか1項に記載のテルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。   The method for screening a terpene synthase gene and / or a variant thereof according to any one of claims 1 to 3, wherein the terpene synthase mutant is a geraniol synthase mutant. 細胞が、大腸菌である、請求項1から4のいずれか1項に記載のテルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。   The method for screening a terpene synthase gene and / or variant thereof according to any one of claims 1 to 4, wherein the cell is Escherichia coli. 酵素活性が増強されたゲラニオール合成酵変異体をコードする遺伝子であって、該変異体は酵素活性および/またはその発現が野生型酵素と比較して増強されており、かつ、該変異体を発現した細胞において、該変異体により消費される基質または該基質の材料となる化合物が細胞の生存に関与する化合物であることにより生じる細胞死を引き起こす変異体をコードする遺伝子を導入した細胞に、被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含む、テルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。   A gene encoding a geraniol synthase mutant with enhanced enzyme activity, wherein the mutant has enhanced enzyme activity and / or expression compared to a wild-type enzyme and expresses the mutant In a cultured cell, a cell into which a gene encoding a mutant that causes cell death caused by a substrate consumed by the mutant or a compound serving as a material of the substrate being a compound involved in cell survival is introduced into a cell. A screening method for a terpene synthase gene and / or a variant thereof, comprising introducing a test gene and culturing, and selecting a test gene introduced into a living cell among test genes introduced into the cell. 酵素活性が増強されたゲラニオール合成酵変異体をコードする遺伝子が、配列番号1または配列番号3に記載のヌクレオチド配列で表される遺伝子である、請求項6に記載のテルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。   The gene of the terpene synthase according to claim 6 and / or the gene encoding the geraniol synthase mutant with enhanced enzyme activity is a gene represented by the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3. Or a screening method for the mutant. 配列番号1または配列番号3に記載のヌクレオチド配列で表されるゲラニオール合成酵変異体をコードする遺伝子を導入した細胞に、被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含む、テルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。   Of the test genes introduced into the cells, the test genes are introduced into the cells into which the gene encoding the geraniol synthase mutant represented by the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 1 or SEQ ID NO: 3 has been introduced. A method for screening a terpene synthase gene and / or a mutant thereof, comprising selecting a test gene introduced into a living cell. 配列番号5または配列番号6に記載のヌクレオチド配列で表されるプラスミドを形質転換した大腸菌に、被検遺伝子を導入して培養し、細胞に導入した被検遺伝子のうち生存した細胞に導入した被検遺伝子を選択することを含む、テルペン合成酵素の遺伝子および/またはその変異体のスクリーニング方法。   A test gene is introduced into E. coli transformed with the plasmid represented by the nucleotide sequence shown in SEQ ID NO: 5 or SEQ ID NO: 6 and cultured, and the test gene introduced into the surviving cells among the test genes introduced into the cells. A method for screening a terpene synthase gene and / or a mutant thereof, comprising selecting a test gene.
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