JP2017012135A - Vector, genetically engineered marine diatom, and method for producing fucoxanthin - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、海産珪藻におけるフコキサンチンの生産能を向上させるベクター、遺伝子組み換え海産珪藻及びフコキサンチンの生成方法に関する。 The present invention relates to a vector for improving fucoxanthin-producing ability in marine diatoms, a genetically modified marine diatom, and a method for producing fucoxanthin.
海産珪藻類は、無尽蔵とも言える太陽光エネルギーならびに海水を利用して持続的に増殖し、かつ増殖速度が高い生物群であることから、将来に向けて有用物質の生産者として有望と考えられる。
海産珪藻類が含有する物質として、カロテノイドの1種であるフコキサンチンに、抗酸化作用(非特許文献1)、抗肥満作用・抗糖尿病作用(非特許文献2及び3)、抗がん作用(非特許文献4)があるとの報告がされ、近年注目されている。
Marine diatoms are considered to be promising producers of useful substances for the future because they are a group of organisms that grow continuously using solar energy and seawater, which can be said to be inexhaustible, and have a high growth rate.
As a substance contained in marine diatoms, fucoxanthin, a kind of carotenoid, has an antioxidant effect (Non-patent Document 1), an anti-obesity action / anti-diabetic action (Non-Patent Documents 2 and 3), an anti-cancer action ( Non-patent literature 4) has been reported and has been attracting attention in recent years.
抗肥満作用に関しては、ヒト(肥満白人女性)がフコキサンチンを一日2.4mgを16日間摂取したときに、プラセボ(対照)と比較して、体脂肪及び体重が有意に減少したとの報告があり(Diabet Obesity Met 12:72-81,2010)、フコキサンチンは、微量でも効果を発現する有用性の高い物質である。
フコキサンチンは、珪藻類やワカメやコンブをはじめとする褐藻類により生産されることが知られているが、その含有量は乾重量当たり0.1 %程度と僅かにすぎない。
このように、野生株によるフコキサンチンの生産量は少ないため、フコキサンチンの応用は未だ実現していない。
しかも、アスタキサンチン等の他のカロテノイドが化学合成により供給されているのとは異なり(例えば、特許文献1)、フコキサンチンは、複雑な分子構造を持つことから、化学合成に成功した例は知られていない。また、遺伝子組み換えによる供給や収量の向上に成功した例も、知られていない。
Regarding anti-obesity effects, there was a report that humans (obese white women) significantly reduced body fat and body weight when taking fucoxanthin 2.4 mg daily for 16 days compared to placebo (control). Yes (Diabet Obesity Met 12: 72-81, 2010), fucoxanthin is a highly useful substance that exerts its effect even in trace amounts.
Fucoxanthin is known to be produced by brown algae including diatoms, wakame and kombu, but its content is only about 0.1% per dry weight.
Thus, since the production amount of fucoxanthin by the wild strain is small, the application of fucoxanthin has not been realized yet.
Moreover, unlike other carotenoids such as astaxanthin supplied by chemical synthesis (for example, Patent Document 1), fucoxanthin has a complex molecular structure, and thus examples of successful chemical synthesis are known. Not. In addition, there are no known examples of successful supply and yield improvement by genetic recombination.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、フコキサンチンの生産能を向上するベクター及びフコキサンチンの生産能が向上された遺伝子組み換え海産珪藻及びフコキサンチンの生成方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to generate a vector that improves fucoxanthin production ability, a genetically modified marine diatom with improved fucoxanthin production ability, and fucoxanthin production. It is to provide a method.
本発明者らは、種々のプロモーターを用いてフコキサンチン生産能を有する海産珪藻への遺伝子導入を試みたが、多くのプロモーターでは、フコキサンチンの生産能は向上しなかった。しかし、海産珪藻由来の内在性のPtfcpA(Phaeodactylum tricornutum fucoxanthin chlorophyll a/c-binding protein A gene)プロモーターを用いて、当該海産珪藻由来のフィトエン合成酵素をコードする遺伝子を、当該海産珪藻に導入したところ、驚くべきことに、当該海産珪藻のフコキサンチン生産能が向上されることを見出して、本発明を完成するに至った。
すなわち、前記課題は、本発明によれば、海産珪藻由来のPtfcpA(Phaeodactylum tricornutum fucoxanthin chlorophyll a/c-binding protein A gene)プロモーターと、該プロモーターの下流側に、前記海産珪藻由来のフィトエン合成酵素をコードする遺伝子とを有するベクターにより解決される。
The present inventors tried to introduce a gene into marine diatoms having fucoxanthin-producing ability using various promoters, but many promoters did not improve fucoxanthin-producing ability. However, a gene encoding a phytoene synthase derived from the marine diatom was introduced into the marine diatom using the endogenous PtfcpA ( Phafactylum tricornutum fucoxanthin chlorophyll a / c-binding protein A gene) promoter derived from the marine diatom. Surprisingly, it has been found that the fucoxanthin-producing ability of the marine diatom is improved, and the present invention has been completed.
That is, according to the present invention, the object is to provide a PtfcpA ( Phafactylum tricornutum fucoxanthin chlorophyll a / c-binding protein A gene) promoter derived from a marine diatom and a phytoene synthase derived from the marine diatom on the downstream side of the promoter. It is solved by a vector having a gene to encode.
ベクターが、このように構成されているため、遺伝子導入による海産珪藻におけるフコキサンチンの生産能の向上が可能となる。
フコキサンチンは、有用物質であることが認識されながらも、化学合成や、遺伝子組み換えによる収量向上の成功例がなく、褐藻類や珪藻類の野生株に微量に含まれているものを抽出する以外の生産方法がなかったが、本発明によれば、有用物質であるフコキサンチンを、従来よりも効率よく生産することが可能となる。
Since the vector is configured in this manner, fucoxanthin production ability in marine diatoms by gene transfer can be improved.
Although fucoxanthin is recognized as a useful substance, it has no successful examples of yield improvement by chemical synthesis or genetic recombination, except for extracting trace amounts contained in wild strains of brown algae and diatoms. However, according to the present invention, fucoxanthin, which is a useful substance, can be produced more efficiently than before.
このとき、更に、抗生物質選別用の遺伝子を備えると共に、前記フィトエン合成酵素をコードする遺伝子のC末端側に、高感度緑色蛍光タンパク質の遺伝子を有するとよい。
抗生物質により選別された形質転換体クローンのすべてに目的遺伝子がゲノムへ組み込まれているとは限らず、また、組込みが確認されている形質転換体クローンにおいても、目的遺伝子のタンパク質が発現しているとは限らないため、抗生物質選別用の遺伝子のみでは、形質転換体クローンを充分に選別できないが、本発明では、抗生物質選別用の遺伝子を備えると共に、前記フィトエン合成酵素をコードする遺伝子のC末端側に、高感度緑色蛍光タンパク質の遺伝子を有するため、抗生物質により選別された形質転換体クローンを培養し、高感度緑色蛍光タンパク質由来の蛍光を有するクローンを蛍光顕微鏡を用いて選別することで、タンパク質を発現している形質転換体クローンを容易に選別することができる。
At this time, it is preferable that a gene for antibiotic selection is provided, and a highly sensitive green fluorescent protein gene is provided on the C-terminal side of the gene encoding the phytoene synthase.
The target gene is not necessarily integrated into the genome of all transformant clones selected with antibiotics, and the target gene protein is expressed even in transformant clones that have been confirmed to be integrated. Therefore, transformant clones cannot be sufficiently selected with only antibiotic selection genes. However, in the present invention, an antibiotic selection gene is provided, and the gene encoding the phytoene synthase is selected. Cultivating transformant clones selected with antibiotics because it has a gene for high-sensitivity green fluorescent protein on the C-terminal side, and selecting clones having fluorescence derived from high-sensitivity green fluorescent protein using a fluorescence microscope Thus, a transformant clone expressing the protein can be easily selected.
また、上記ベクターが宿主としての前記海産珪藻内に組み込まれた、フコキサンチンを生成するための遺伝子組み換え海産珪藻であるとよい。
このように、海産珪藻におけるフコキサンチンの生産能を向上可能なベクターが組み込まれているため、フコキサンチンの生産能の高められた遺伝子組み換え海産珪藻を構成できる。
Moreover, the said vector is good in the genetically modified marine diatom for producing | generating fucoxanthin integrated in the said marine diatom as a host.
Thus, since the vector which can improve the fucoxanthin production ability in marine diatoms is incorporated, a genetically modified marine diatom with enhanced fucoxanthin production ability can be constructed.
前記海産珪藻は、フコキサンチン生産能を有するとよい。
このように、フコキサンチン生産能を有する海産珪藻を用いているため、フコキサンチンの生産能の高められた遺伝子組み換え海産珪藻を構成できる。
前記海産珪藻は、海産の羽状類珪藻であるPhaeodactylum tricornutum Bohlinであるとよい。
The marine diatom may have fucoxanthin producing ability.
Thus, since the marine diatom having the fucoxanthin-producing ability is used, a genetically modified marine diatom having an enhanced fucoxanthin-producing ability can be constructed.
The marine diatom may be Phaeodactylum tricornutum Bohlin, which is a marine flora .
上記遺伝子組み換え海産珪藻を培地中で培養することにより生成された培地から、前記フコキサンチンを抽出する工程を含むことを特徴とするフコキサンチンの生成方法であるとよい。
本発明の遺伝子組み換え海産珪藻を用いてフコキサンチンの製造を行うことで、フコキサンチンを、従来よりも高い生産性で効率よく製造することができ、フコキサンチンの生産に必要な時間やコストを低減化することができる。
A method for producing fucoxanthin comprising the step of extracting the fucoxanthin from a medium produced by culturing the genetically modified marine diatom in a medium is preferable.
By producing fucoxanthin using the genetically modified marine diatom of the present invention, fucoxanthin can be efficiently produced with higher productivity than before, and the time and cost required for production of fucoxanthin are reduced. Can be
本発明によれば、遺伝子導入による海産珪藻におけるフコキサンチンの生産能の向上が可能となる。
フコキサンチンは、有用物質であることが認識されながらも、化学合成や、遺伝子組み換えの成功例がなく、褐藻類や珪藻類の野生株に微量に含まれているものを抽出する以外の生産方法がなかったが、本発明によれば、有用物質であるフコキサンチンを、従来よりも効率よく生産することが可能となる。
According to the present invention, it is possible to improve fucoxanthin-producing ability in marine diatoms by gene transfer.
Although fucoxanthin is recognized as a useful substance, it has no successful chemical synthesis or genetic recombination, and production methods other than extraction of trace amounts contained in wild strains of brown algae and diatoms However, according to the present invention, fucoxanthin, which is a useful substance, can be produced more efficiently than before.
<遺伝子組み換え珪藻>
以下、本発明の遺伝子組み換え珪藻について説明する。
本発明の遺伝子組み換え珪藻は、宿主となる海産珪藻に、宿主と同じ海産珪藻株由来の酵素をコードする遺伝子が導入された、フコキサンチンを生成するための遺伝子組み換え珪藻である。
フコキサンチンとは、非プロビタミンA類のカロテノイドの一種で、キサントフィルに属する成分である。近年、フコキサンチンについて、抗肥満・抗糖尿病作用、抗癌作用、生体内抗酸化作用、血管新生抑制作用、及び抗炎症作用などの機能が報告されている。
<Gene-modified diatom>
Hereinafter, the genetically modified diatom of the present invention will be described.
The genetically modified diatom of the present invention is a genetically modified diatom for producing fucoxanthin, in which a gene encoding an enzyme derived from the same marine diatom strain as the host is introduced into a marine diatom serving as a host.
Fucoxanthin is a kind of carotenoid of non-provitamin A and is a component belonging to xanthophyll. In recent years, fucoxanthin has been reported to have functions such as anti-obesity / anti-diabetic action, anti-cancer action, in-vivo antioxidant action, anti-angiogenic action, and anti-inflammatory action.
宿主となる海産珪藻としては、フコキサンチン生産能を有する海産珪藻を用いることができる。
例えば、フェオダクチラム トリコルナータム(Phaeodactylum tricornutum)などのフェオダクチラム属(Phaeodactylum)に属する単細胞珪藻、タラシオシラ シュードナナ(Thalassiosira pseudonana)などのタラシオシラ属(Thalassiosira)に属する単細胞珪藻や、シクロテラ クリプティカ(Cyclotella cryptica)、シクロテラ メネギニアナ (Cyclotella meneghiniana)、スケルトネマ コスタツム(Skeletonemacostatum)、ニッチア ラエビス(Nitzschia laevis)、キートセロス グラシリス(Chaetocerosgracilis)が挙げられる。
本発明では、海産の羽状類珪藻であるPhaeodactylum tricornutum Bohlin(National Research Institute of Aquaculture, Fisheries Research Agency, Japan, Strain NRIA-0065)(以下、「P. tricornutum NRIA-0065株」という。)を用いることができる。
As a marine diatom serving as a host, a marine diatom having an ability to produce fucoxanthin can be used.
For example, Phaeodactylum tricornutum Trichoderma Lunar Tam (Phaeodactylum tricornutum) unicellular diatoms belonging to Phaeodactylum tricornutum genus such as (Phaeodactylum), and unicellular diatoms belonging to Thalassiosira Shudonana (Thalassiosira pseudonana) Thalassiosira genus, such as (Thalassiosira), Shikurotera Kuriputika (Cyclotella cryptica), Shikurotera Meneginiana (Cyclotella meneghiniana), Sukerutonema Kosutatsumu (Skeletonemacostatum), Nitzschia laevis (Nitzschia laevis), include Chaetoceros gracilis (Chaetocerosgracilis).
In the present invention, Phaeodactylum tricornutum Bohlin (National Research Institute of Aquaculture, Fisheries Research Agency, Japan, Strain NRIA-0065) (hereinafter referred to as “ P. tricornutum NRIA-0065 strain”) is used. be able to.
海産珪藻由来の酵素をコードする遺伝子としては、海産珪藻、特に宿主と同じ海産珪藻の株から単離したフィトエン合成酵素(PSY)遺伝子を用いることができる。
本発明では、海産の羽状類珪藻であるPhaeodactylum tricornutum Bohlin(National Research Institute of Aquaculture, Fisheries Research Agency, Japan, Strain NRIA-0065)(以下、「P. tricornutum NRIA-0065株」という。)から単離したフィトエン合成酵素(PSY)遺伝子であって、配列番号1で示される遺伝子(当該遺伝子によりコードされるフィトエン合成酵素(PSY)のアミノ酸配列を配列番号2に示す)を用いることができる。
フィトエン合成酵素とは、図1(B)のカロテノイド生合成経路において、PSYで示す酵素であり、ゲラニルゲラニル二リン酸(C20)からフィトエンへの生合成反応の酵素である。
As a gene encoding an enzyme derived from a marine diatom, a phytoene synthase (PSY) gene isolated from a marine diatom, particularly from the same marine diatom strain as the host, can be used.
In the present invention, it is simply derived from Phaeodactylum tricornutum Bohlin (National Research Institute of Aquaculture, Fisheries Research Agency, Japan, Strain NRIA-0065) (hereinafter referred to as “ P. tricornutum NRIA-0065 strain”), which is a marine arachnoid diatom. A separated phytoene synthase (PSY) gene, the gene represented by SEQ ID NO: 1 (the amino acid sequence of phytoene synthase (PSY) encoded by the gene is represented by SEQ ID NO: 2) can be used.
The phytoene synthase is an enzyme indicated by PSY in the carotenoid biosynthetic pathway of FIG. 1B, and is an enzyme for biosynthesis reaction from geranylgeranyl diphosphate (C 20 ) to phytoene.
なお、図1は、羽状類珪藻Phaeodactylumtricornutumについて予想されるフコキサンチンの生合成経路であり(Coesel et al.,(2008) Evolutionary origins and functions of the carotenoid biosynthetic pathway in marine diatoms. PLoS One 3(8): e2896.)、(A)は、MEP経路、(B)は、予想されるカロテノイド生合成経路を示す。
MEP経路とは、IPP(イソペンテニル二リン酸)生合成経路の一つであって、グリセルアルデヒド3−リン酸とピルビン酸から、2-C-メチル-D-エリトリトール-4-リン酸(MEP)を経由して、ジメチルアニル二リン酸(DMAPP)とイソペンテニル二リン酸(IPP)を生合成する経路である。
図1において、破線の四角内は、中心類珪藻Thalassiosira pseudonanaの予想カロテノイド生合成経路を示し、Bertrand,(2010), Coesel et al., (2008), Dambek et al., (2012), Hemmerlin (2013), Lohr et al., (2012), Mikami and Hosokawa, (2013), and Vranova et al., (2013)を元に作成したものである。
図1における略語の定義は、次の通りであり、DXS: 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase, DXR:1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase, MCT:2C-methyl-D-erythritol 4-phosphate cytidyltransferase, CMK:4-diphosphocytidyl-2C-methyl-D-erythritol kinase, MDS: 2C-methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase, HDS: 1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl 4-diphosphate synthase, HDR: 1-hydroxy-2-methyl-2-(E)-butenyl 4-diphosphate reductase, IDI: isopentenyl diphosphate:dimethylallyl diphosphate isomerase, GGDS: geranylgeranyl diphosphate synthase, PSY: phytoene synthase,PDS: phytoene desaturase, Z-ISO: 15-cis-ζ-carotene isomerase, ZDS: ζ-carotene desaturase, CRTISO: carotenoid isomerase, LCYB: lycopene β-cyclase, LUT-like: lutein deficient-like, ZEP: zeaxanthin epoxidase, VDE: violaxanthin de-epoxidase, VDL: violaxanthin de-epoxidase-like, NXS: neoxanthin synthaseである。
Fig. 1 is a biosynthetic pathway of fucoxanthin expected for the diatom Phaeodactylumtricornutum (Coesel et al., (2008) Evolutionary origins and functions of the carotenoid biosynthetic pathway in marine diatoms. PLoS One 3 (8 ): e2896.), (A) shows the MEP pathway, and (B) shows the expected carotenoid biosynthesis pathway.
The MEP pathway is one of the IPP (isopentenyl diphosphate) biosynthetic pathways, and glyceraldehyde 3-phosphate and pyruvic acid are converted to 2-C-methyl-D-erythritol-4-phosphate ( This pathway biosynthesizes dimethylanil diphosphate (DMAPP) and isopentenyl diphosphate (IPP) via MEP.
In FIG. 1, the dashed box indicates the predicted carotenoid biosynthesis pathway of the central diatom Thalassiosira pseudonana , Bertrand, (2010), Coesel et al., (2008), Dambek et al., (2012), Hemmerlin ( 2013), Lohr et al., (2012), Mikami and Hosokawa, (2013), and Vranova et al., (2013).
The definitions of abbreviations in Fig. 1 are as follows: DXS: 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate synthase, DXR: 1-deoxy-D-xylulose 5-phosphate reductoisomerase, MCT: 2 C- methyl-D -erythritol 4-phosphate cytidyltransferase, CMK: 4-diphosphocytidyl-2 C -methyl-D-erythritol kinase, MDS: 2 C -methyl-D-erythritol 2,4-cyclodiphosphate synthase, HDS: 1-hydroxy-2-methyl- 2- ( E ) -butenyl 4-diphosphate synthase, HDR: 1-hydroxy-2-methyl-2- ( E ) -butenyl 4-diphosphate reductase, IDI: isopentenyl diphosphate: dimethylallyl diphosphate isomerase, GGDS: geranylgeranyl diphosphate synthase, PSY : phytoene synthase, PDS: phytoene desaturase, Z-ISO: 15- cis -ζ-carotene isomerase, ZDS: ζ-carotene desaturase, CRTISO: carotenoid isomerase, LCYB: lycopene β-cyclase, LUT-like: lutein deficient-like, ZEP: zeaxanthin epoxidase, VDE: violaxanthin de-epoxidase, VDL: violaxanthin de-epoxidase-like, NXS: neoxanthin synthase.
本発明のフィトエン合成酵素としては、配列番号2に示すアミノ酸配列からなるP. tricornutum NRIA-0065株由来の合成酵素、或いは当該アミノ酸配列と70%、好ましくは80%、より好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは98%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなる合成酵素、又は配列番号2で示されるアミノ酸配列において1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入及び/若しくは付加されたアミノ酸配列からなる合成酵素が挙げられる。 As the phytoene synthase of the present invention, a synthetic enzyme derived from the P. tricornutum NRIA-0065 strain consisting of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2, or the amino acid sequence and 70%, preferably 80%, more preferably 90% or more, More preferably 95% or more, particularly preferably 98% or more of a synthase having an amino acid sequence, or one or several amino acids in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 2 are deleted, substituted, inserted and / or Alternatively, a synthetic enzyme consisting of an added amino acid sequence can be mentioned.
本発明において、「海産珪藻のフィトエン合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子」とは、上記P. tricornutum NRIA-0065株由来の合成酵素関連遺伝子と機能的に均等な遺伝子をいう。
海産珪藻のフィトエン合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子として、以下の(1)〜(4)のいずれかの遺伝子が挙げられる。
In the present invention, “a gene corresponding to a phytoene synthase-related gene of marine diatoms” refers to a gene functionally equivalent to the above-mentioned synthase-related gene derived from P. tricornutum NRIA-0065 strain.
Examples of the gene corresponding to the phytoene synthase-related gene of marine diatom include any of the following genes (1) to (4).
(1)配列番号1で示される塩基配列と90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは97%以上、より好ましくは99%以上の同一性を有する塩基配列からなり、且つ配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と機能的に等価なタンパク質をコードするDNAからなる遺伝子。
本発明において、配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と機能的に等価なタンパク質とは、海産珪藻のフィトエン合成酵素関連遺伝子によりコードされるタンパク質と実質的に同じ機能を有し、フィトエン合成に関与するタンパク質をいう。
また、本発明においてアミノ酸配列及び塩基配列の同一性はLipman-Pearson法(Science,227,1435,(1985))によって計算される。
(1) It consists of a base sequence having 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 97% or more, more preferably 99% or more identity with the base sequence represented by SEQ ID NO: 1, and SEQ ID NO: 2. A gene comprising DNA encoding a protein functionally equivalent to a protein comprising the amino acid sequence shown.
In the present invention, a protein functionally equivalent to the protein consisting of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 has substantially the same function as a protein encoded by a phytoene synthase-related gene of marine diatom, and phytoene synthesis Refers to proteins involved in
In the present invention, the identity of the amino acid sequence and base sequence is calculated by the Lipman-Pearson method (Science, 227, 1435, (1985)).
(2)配列番号1で示される塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、且つ配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と機能的に等価なタンパク質をコードするDNAからなる遺伝子。
なお、ここで、「ストリンジェントな条件」としては、例えばMolecular Cloning −A LABORATORY MANUAL THIRD EDITION[Joseph Sambrook,David W.Russell.,Cold Spring Harbor Laboratory Press]記載の方法が挙げられ、例えば、6×SSC(1×SSCの組成:0.15M 塩化ナトリウム、0.015M クエン酸ナトリウム、pH7.0)、0.5% SDS、5×デンハート及び100mg/mLニシン精子DNAを含む溶液にプローブとともに65℃で8〜16時間恒温し、ハイブリダイズさせる条件が挙げられる。
(2) A protein that is hybridized under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the base sequence represented by SEQ ID NO: 1 and functionally equivalent to a protein comprising an amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 A gene consisting of DNA encoding.
Here, as the “stringent conditions”, for example, Molecular Cloning-A LABORATORY MANUAL THIRD EDITION [Joseph Sambrook, David W., et al. Russell., Cold Spring Harbor Laboratory Press], for example, 6 × SSC (composition of 1 × SSC: 0.15M sodium chloride, 0.015M sodium citrate, pH 7.0), 0.5% SDS, 5 × Examples include conditions in which a solution containing Denhart and 100 mg / mL herring sperm DNA is incubated with a probe at 65 ° C. for 8 to 16 hours and hybridized.
(3)配列番号2で示されるアミノ酸配列と90%以上、好ましくは95%以上、より好ましくは97%以上、更に好ましくは99%以上の同一性を有するアミノ酸配列からなり、且つ配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と機能的に等価なタンパク質をコードするDNAからなる遺伝子。 (3) It consists of an amino acid sequence having 90% or more, preferably 95% or more, more preferably 97% or more, and still more preferably 99% or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2, A gene comprising DNA encoding a protein functionally equivalent to a protein comprising the amino acid sequence shown.
(4)配列番号2で示されるアミノ酸配列において、1から数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入及び/又は付加されたアミノ酸配列からなり、且つ配列番号2で示されるアミノ酸配列からなるタンパク質と機能的に等価なタンパク質をコードするDNAからなる遺伝子。
ここで、1から数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入及び/又は付加されたとは、1〜25個のアミノ酸であり、好ましくは1〜10個のアミノ酸であり、より好ましくは1〜5個のアミノ酸であり、さらに好ましくは1〜2個のアミノ酸である。なお、付加には、両末端への1から数個のアミノ酸の付加が含まれる。
(4) a protein comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 consisting of an amino acid sequence in which one to several amino acids are deleted, substituted, inserted and / or added, and comprising the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 2 A gene consisting of DNA encoding a functionally equivalent protein.
Here, 1 to several amino acids are deleted, substituted, inserted and / or added is 1 to 25 amino acids, preferably 1 to 10 amino acids, more preferably 1 to 5 amino acids. Amino acids, more preferably 1 to 2 amino acids. The addition includes addition of 1 to several amino acids at both ends.
「海産珪藻のフィトエン合成酵素をコードする遺伝子」として、海産珪藻のフィトエン合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子を用いることができ、具体的には、上述のフコキサンチン生産能を有する海産珪藻において、主にゲノム解析により同定されたフィトエン合成酵素相同遺伝子が挙げられ、これらは本発明において好ましく用いられる。 As the “gene encoding phytoene synthase of marine diatom”, a gene corresponding to a phytoene synthase-related gene of marine diatom can be used. Specifically, in the marine diatom having the above-mentioned fucoxanthin-producing ability, Include phytoene synthase homologous genes identified by genome analysis, and these are preferably used in the present invention.
このような目的タンパク質又は目的ポリペプチドである海産珪藻のフィトエン合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子の導入は、例えば、ベクターによる導入又はゲノムへの挿入により行うことができる。
ベクターによって導入する場合、海産珪藻のフィトエン合成酵素関連遺伝子に相当する遺伝子を含むベクターを、コンピテントセル形質転換方法、プロトプラスト形質転換法、或いはエレクトロポレーション法等の適当な形質転換法により導入すればよい。ここで、ベクターとしては、目的とする遺伝子を宿主に導入し、増殖、発現させるための適当な運搬体核酸分子であれば特に限定されず、プラスミドのみならず、人工染色体、トランスポゾンを用いたベクター、コスミドが挙げられる。
Introduction of a gene corresponding to the phytoene synthase-related gene of marine diatoms, which is such a target protein or target polypeptide, can be performed, for example, by introduction with a vector or insertion into a genome.
When introduced by a vector, a vector containing a gene corresponding to a phytoene synthase-related gene of marine diatoms should be introduced by an appropriate transformation method such as a competent cell transformation method, a protoplast transformation method, or an electroporation method. That's fine. Here, the vector is not particularly limited as long as it is an appropriate carrier nucleic acid molecule for introducing a target gene into a host, allowing it to proliferate and express, and not only a plasmid but also a vector using an artificial chromosome or transposon. , Cosmids.
ベクターは、抗生物質選別用の遺伝子を備えると共に、フィトエン合成酵素をコードする遺伝子のC末端側に、高感度緑色蛍光タンパク質の遺伝子を有すると好適である。
つまり、本実施形態のベクターは、目的遺伝子用のカセットと抗生物質選別用のカセットの2つが組み込まれた形質転換ベクターとして構築されている。そして、導入遺伝子がゲノムに組み込まれ、かつ、導入遺伝子が翻訳レベル(タンパク質)で発現している形質転換体の選別を簡便にするために、目的遺伝子のC末端に高感度緑色蛍光タンパク質EGFPの遺伝子を連結している。
It is preferable that the vector has a gene for antibiotic selection and has a highly sensitive green fluorescent protein gene on the C-terminal side of the gene encoding phytoene synthase.
That is, the vector of this embodiment is constructed as a transformation vector into which two cassettes for the target gene and the antibiotic selection cassette are incorporated. In order to simplify the selection of transformants in which the transgene is integrated into the genome and the transgene is expressed at the translation level (protein), a high-sensitivity green fluorescent protein EGFP is present at the C-terminus of the target gene. Genes are linked.
それに対し、従来、Phaeodactylum tricornutumの形質転換体作製において、pPha-T1プラスミド(Zaslavskaia, L.A., Lippmeier, J.C., Kroth, P.G., Grossman, A.R. and Apt,K.E. (2000) Transformation of the diatom Phaeodactylum tricornutum(Bacillariophyceae) with a variety of selectable marker and reportergenes. Journal of Phycology 36, 379-386)のマルチクローニングサイトに目的遺伝子のみを組み込んだベクターが構築され用いられる技術が知られている(Radakovits, R, Eduafo, P.M., Posewitz, M.C. (2011) Geneticengineeringoffattyacidchainlengthin Phaeodactylumtricornutum. Metabolic Engineering 13, 89-95., Yoshinaga, R, Niwa-Kubota, M., Matsui, H., Matsuda, Y. (2014) Characterization of iron-responsive promoters in the marine diatom Phaeodactylum tricornutum. Marine Genomics 16, 55-62)。
上記文献Zaslavskaia et al., (2000)のpPha-T1プラスミドにおいても、目的遺伝子用のカセットと抗生物質選別用のカセットの2つが組み込まれているのみである。
In contrast, conventional, in a transformant producing the Phaeodactylum tricornutum, pPha-T1 plasmid (Zaslavskaia, LA, Lippmeier, JC , Kroth, PG, Grossman, AR and Apt, KE (2000) Transformation of the diatom Phaeodactylum tricornutum (Bacillariophyceae) The technology that constructs and uses vectors that incorporate only the target gene into the multicloning site of Journal of Phycology 36, 379-386) is known (Radakovits, R, Eduafo, PM, with a variety of selectable marker and reportergenes. Posewitz, MC (2011) Geneticengineering offattyacidchainlengthin Phaeodactylumtricornutum.Metabolic Engineering 13, 89-95., Yoshinaga, R, Niwa-Kubota, M., Matsui, H., Matsuda, Y. (2014) Characterization of iron-responsive promoters in the marine diatom Phaeodactylum tricornutum. Marine Genomics 16, 55-62).
The pPha-T1 plasmid described in Zaslavskaia et al., (2000) also contains only two cassettes for the target gene and antibiotics.
これらの文献に記載された従来技術では、目的遺伝子のみを導入した場合、抗生物質により選別された形質転換体クローンを培養し、ゲノムDNAを抽出し、PCRにより導入遺伝子の断片を増幅することで、ゲノムへの組み込みを確認する。導入遺伝子のタンパク質の発現について調べるためには、導入遺伝子のタンパク質に対する抗体を作製する必要がある。
抗生物質により選別された形質転換体クローンの全てに目的遺伝子がゲノムへ組み込まれているとは限らず、また、組み込みが確認されている形質転換体クローンにおいても、目的遺伝子のタンパク質が発現しているとは限らない。
そこで、本実施形態では、抗生物質により選別された形質転換体クローンを培養し、EGFP由来の蛍光を有するクローンを蛍光顕微鏡を用いて選別することで、タンパク質を発現している形質転換体クローンを容易に選別することができるように構成している。
In the prior art described in these documents, when only the target gene is introduced, transformant clones selected with antibiotics are cultured, genomic DNA is extracted, and the transgene fragment is amplified by PCR. Confirm integration into the genome. In order to examine the expression of the transgene protein, it is necessary to produce an antibody against the transgene protein.
Not all of the transformant clones selected with antibiotics have the target gene integrated into the genome, and even in transformant clones that have been confirmed to be integrated, the protein of the target gene is expressed. Not necessarily.
Therefore, in this embodiment, transformant clones that are expressing proteins are cultured by culturing transformant clones selected with antibiotics and selecting clones having fluorescence derived from EGFP using a fluorescence microscope. It is configured so that it can be easily sorted.
また、ゲノムへの挿入は、例えば相同組換えによる方法を用いればよい。すなわち、目的タンパク質又は目的ポリペプチドをコードする遺伝子に導入を起こさせる染色体領域の一部を結合したDNA断片を、微生物細胞内に取り込ませ、当該染色体領域の一部領域における相同組換えを起こさせることによって、ゲノムに組み込ませることができる。ここで、導入を起こさせる染色体領域としては、特に制限されないが、必須でない遺伝子領域、若しくは必須でない遺伝子領域上流の非遺伝子領域が好ましい。 Further, for example, a method by homologous recombination may be used for insertion into the genome. That is, a DNA fragment in which a part of a chromosomal region that causes introduction into a gene encoding a target protein or polypeptide is combined is introduced into a microbial cell, and homologous recombination occurs in a part of the chromosomal region. Can be integrated into the genome. Here, the chromosomal region causing the introduction is not particularly limited, but a non-essential gene region or a non-gene region upstream of the non-essential gene region is preferable.
上記の方法により、本発明の遺伝子組み換え珪藻を構築することができる。
本発明の遺伝子組み換え珪藻は、フィトエン合成酵素関連遺伝子の発現に関する改変を行っていない野生型の親微生物である海産珪藻と比較して、フコキサンチンの生産性が向上している。
By the above method, the genetically modified diatom of the present invention can be constructed.
The genetically modified diatoms of the present invention have improved fucoxanthin productivity compared to marine diatoms, which are wild-type parental microorganisms that have not been modified for the expression of phytoene synthase-related genes.
<遺伝子組み換え海産珪藻を用いたフコキサンチンの生成方法>
本発明のフコキサンチンの生成方法では、培地中で遺伝子組み換え海産珪藻を培養する培養工程と、培地からフコキサンチンを抽出する抽出工程を行う。
培養工程において、培地は、海産珪藻を生育させるのに適した培地であれば、いずれも使用できる。例えば人工海水または海水に窒素、リン酸等の栄養塩、ビタミン類、微量元素を添加したものを用いることができる。f/2培地、BG11培地、IMK培地などが好適に用いられる。
<Method for producing fucoxanthin using genetically modified marine diatoms>
In the method for producing fucoxanthin of the present invention, a culture step of culturing genetically modified marine diatoms in a medium and an extraction step of extracting fucoxanthin from the medium are performed.
In the culturing step, any medium can be used as long as it is suitable for growing marine diatoms. For example, artificial seawater or seawater to which nutrient salts such as nitrogen and phosphoric acid, vitamins, and trace elements are added can be used. f / 2 medium, BG11 medium, IMK medium, and the like are preferably used.
f/2培地は、例えば、NaNO3 7.5 mg, NaH2PO4・ 2H2O 0.6 mg, ビタミン B12 0.05 μg, ビオチン 0.05 μg, チアミン HCl 10 μg, Na2SiO3 ・ 9H2O 1 mg, f/2金属(Na2EDTA ・ 2H2O 440 mg ,FeCl3・ 2O 316 mg ,CoSO4・ 7H2O 1.2 mg ,ZnSO4 ・ 7H2O 2.1 mg ,MnCl2 ・ 4H2O 18 mg ,CuSO4 ・ H2O 0.7 mg ,Na2MoO4 ・ 2H2O 0.7 mg ,蒸留水 100 mL)0.1 mL ,海水 99.9 mL を配合することにより作製できる。また、H2SeO3が0.1292μg添加されていてもよい。 f / 2 medium is, for example, NaNO 3 7.5 mg, NaH 2 PO 4・ 2H 2 O 0.6 mg, vitamin B 12 0.05 μg, biotin 0.05 μg, thiamine HCl 10 μg, Na 2 SiO3 ・ 9H 2 O 1 mg, f / 2 metal (Na 2 EDTA · 2H 2 O 440 mg, FeCl 3 · 2 O 316 mg, CoSO 4 · 7H 2 O 1.2 mg, ZnSO 4 · 7H 2 O 2.1 mg, MnCl 2 · 4H 2 O 18 mg, CuSO 4. H 2 O 0.7 mg, Na 2 MoO 4 · 2H 2 O 0.7 mg, distilled water 100 mL) 0.1 mL and seawater 99.9 mL can be prepared. Further, 0.1292 μg of H 2 SeO 3 may be added.
BG11培地は、例えば、NaNO3 150 mg, K2HPO4・ 3H2O 4 mg, MgSO4 ・ 7H2O 7.5 mg, CaCl2 ・ 2H2O 3.6 mg, クエン酸 0.6 mg, クエン酸第二鉄アンモニウム 0.6 mg, Na2EDTA - Mg 0.1 mg, Na2CO3 2 mg, 微量金属混合液 A5 + Co(H3BO3 286 mg, MnCl2 ・ 4H2O 181 mg, ZnSO4 ・ 7H2O 22.2 mg, Na2MoO4 ・ 2H2O 39 mg, CuSO4 ・ 5H2O 7.9 mg, Co(NO3 )2・6H2O 4.9 mg, 蒸留水100 mL)0.1 mL, 蒸留水99.9 mLを配合して、pH 7.4とし、1.5 gの寒天を100 mLの培地に加えて、固体培地とすることにより作製できる。
IMK培地は、例えば、ダイゴIMK粉末培地(日本製薬株式会社)25.2mgを100mLの海水に溶解させることにより作製する。121℃で20分間オートクレーブ処理してもよい。
BG11 medium is, for example, NaNO 3 150 mg, K 2 HPO 4・ 3H 2 O 4 mg, MgSO4 ・ 7H 2 O 7.5 mg, CaCl 2・ 2H 2 O 3.6 mg, citric acid 0.6 mg, ferric ammonium citrate 0.6 mg, Na 2 EDTA-Mg 0.1 mg, Na 2 CO 3 2 mg, trace metal mixture A 5 + Co (H 3 BO 3 286 mg, MnCl 2 · 4H 2 O 181 mg, ZnSO 4 · 7H 2 O 22.2 mg, Na 2 MoO 4 · 2H 2 O 39 mg, CuSO 4 · 5H 2 O 7.9 mg, Co (NO 3 ) 2 · 6H 2 O 4.9 mg, distilled water 100 mL) 0.1 mL, distilled water 99.9 mL Then, the pH can be adjusted to 7.4, and 1.5 g of agar is added to 100 mL of the medium to prepare a solid medium.
The IMK medium is prepared, for example, by dissolving 25.2 mg of Daigo IMK powder medium (Nippon Pharmaceutical Co., Ltd.) in 100 mL of seawater. You may autoclave at 121 degreeC for 20 minutes.
培養工程は、通気培養、振とう培養、攪拌培養、及び通気攪拌培養等、通気性を高めた方法で行うことが好ましい。
培養は、光照射条件下で行い、照射方法は連続照射、光周期照射で行うことができる。
The culturing step is preferably performed by a method with improved aeration such as aeration culture, shaking culture, agitation culture, and aeration agitation culture.
Culture is performed under light irradiation conditions, and the irradiation method can be performed by continuous irradiation or photoperiodic irradiation.
このようにして培養した藻類からフコキサンチンを常法に従い抽出する。フコキサンチンは、当技術分野に公知の抽出方法により採取することができる。例えば、海産珪藻をガラス繊維等のフィルター上に回収し、乾燥させてから、有機溶媒などによって抽出する方法や、フレンチプレスやホモジナイザーなどの一般的な方法により細胞を破砕してから、有機溶媒によって抽出する方法などが適用できる。 Fucoxanthin is extracted from the algae thus cultured according to a conventional method. Fucoxanthin can be collected by extraction methods known in the art. For example, marine diatoms are collected on a filter such as glass fiber, dried and then extracted with an organic solvent, or cells are crushed by a general method such as a French press or a homogenizer, and then the organic solvent is used. Extraction methods can be applied.
海産珪藻からフコキサンチンを抽出するための溶剤は、フコキサンチンを抽出できるものであれば特に限定されないが、酢酸メチル、酢酸エチル、アセトン、クロロホルム、トルエン、等用いることができる。例えばメタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、n-ブタノール等のアルコール類、メチルエチルケトン、アセトン等のケトン類、酢酸メチル、酢酸エチル等のエステル類、クロロホルム等の有機塩素系炭化水素、ヘキサン等の脂肪族炭化水素類、ベンゼン、トルエン等の芳香属炭化水素類等の有機溶媒を単独あるいは2種以上を組み合わせて用いることができる。 The solvent for extracting fucoxanthin from marine diatoms is not particularly limited as long as fucoxanthin can be extracted, but methyl acetate, ethyl acetate, acetone, chloroform, toluene and the like can be used. For example, alcohols such as methanol, ethanol, propanol, isopropanol, n-butanol, ketones such as methyl ethyl ketone and acetone, esters such as methyl acetate and ethyl acetate, organochlorine hydrocarbons such as chloroform, and aliphatic carbonization such as hexane Organic solvents such as hydrogen, aromatic hydrocarbons such as benzene and toluene can be used alone or in combination of two or more.
この有機溶媒は、海産珪藻の乾燥体に対し1:100〜100:1、好ましくは1:50〜50:1の割合で用いることができる。上記有機溶媒を用いる抽出は常法により行うことができ、例えば、有機溶媒としてエタノールを用いる場合であれば、0℃〜60℃、好ましくは5℃〜40℃の温度で、0.5時間〜100時間、好ましくは12時間〜72時間抽出を行えば良い。また、抽出に当たっては、必要により、超音波、撹拌機等により撹拌を行っても良い。このようにして得られた有機溶媒抽出物をそのまま、あるいは残渣を除去後、液体高速クロマトグラフを用いてイオン交換クロマトグラフィーや逆相クロマトグラフィーなどにより、フコキサンチンを分離、精製することができる。 This organic solvent can be used in a ratio of 1: 100 to 100: 1, preferably 1:50 to 50: 1, with respect to the dried marine diatom. The extraction using the organic solvent can be performed by a conventional method. For example, when ethanol is used as the organic solvent, the temperature is 0 ° C. to 60 ° C., preferably 5 ° C. to 40 ° C., for 0.5 hours to The extraction may be performed for 100 hours, preferably 12 hours to 72 hours. In extraction, if necessary, stirring may be performed with an ultrasonic wave, a stirrer, or the like. Fucoxanthin can be separated and purified by using the organic solvent extract thus obtained as it is or after removing the residue, followed by ion exchange chromatography or reverse phase chromatography using a liquid high performance chromatograph.
本発明の遺伝子組み換え海産珪藻を用いてフコキサンチンの製造を行うことで、フコキサンチンを、従来よりも高い生産性で効率よく製造することができ、フコキサンチンの生産に必要な時間やコストを低減化することができる。 By producing fucoxanthin using the genetically modified marine diatom of the present invention, fucoxanthin can be efficiently produced with higher productivity than before, and the time and cost required for production of fucoxanthin are reduced. Can be
以下、本発明を、具体的実施例により説明する。但し、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。
<微細藻の培養>
フコキサンチンを大量に生産する形質転換体作成に海産の羽状類珪藻であるPhaeodactylum tricornutum Bohlin(National Research Institute of Aquaculture, Fisheries Research Agency, Japan, Strain NRIA-0065)(以下、「P. tricornutum NRIA-0065株」という。)を用いた。
P. tricornutum NRIA-0065株を、室戸海洋深層水をベースとしたf/2液体培地(Guillard, 1975, Culture of phytoplankton for feeding marine invertebrates. In: Culture of Marine Invertebrate Animals (eds Smith, W., Chanley, M., and Guillard, R. L.). Springer US. pp 29-60.)を用いて、20℃、12時間明期・12時間暗期、約90 μmol photons/m2/sの光条件下で静置培養を行った。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to specific examples. However, the present invention is not limited to the following examples.
<Culture of microalgae>
Phaeodactylum tricornutum Bohlin (National Research Institute of Aquaculture, Fisheries Research Agency, Japan, Strain NRIA-0065) (hereinafter referred to as “ P. tricornutum NRIA-0065”) 0065 strain ").
The P. tricornutum NRIA-0065 strain was obtained from an f / 2 liquid medium based on Muroto Deep Sea Water (Guillard, 1975, Culture of phytoplankton for feeding marine invertebrates. In: Culture of Marine Invertebrate Animals (eds Smith, W., Chanley , M., and Guillard, RL). Using Springer US. Pp 29-60.) At 20 ° C, 12 hours light period, 12 hours dark period, under light conditions of about 90 μmol photons / m 2 / s Static culture was performed.
<フィトエン合成酵素遺伝子クローニングのためのRNA抽出>
P. tricornutumNRIA-0065株からフィトエン合成酵素遺伝子(phytoene synthase (PSY) gene: psy)(以下、「Ptpsy」という。)を単離するため、増殖期と定常期のP. tricornutum NRIA-0065株からRNA抽出を行い、cDNAを作成した。RNA抽出、及びDNaseI処理は、RNeasy Plant Mini Kit(QIAGEN Inc., CA)とRNase-Free DNase Set(QIAGEN Inc., CA)を用いて、それぞれのプロトコルに従って行った。分光光度計DU730(Beckman Coulter, Inc., CA)と超微量測定用キュベットnanoVette(Beckman Coulter, Inc., CA)を用いて、抽出したRNAの濃度測定を行った。濃度測定後、逆転写キット(PrimeScriptTM RT reagent Kit with gDNA Eraser (Perfect Real Time)(Takara Bio Inc., Otsu, Japan)を用いて、P. tricornutum NRIA-0065株は、約100 ngのtotal RNAからプロトコルに従ってcDNAを作成した。得られたcDNA溶液は、-20℃に保存した。
<RNA extraction for phytoene synthase gene cloning>
In order to isolate the phytoene synthase (PSY) gene: psy (hereinafter referred to as “ Ptpsy ”) from the P. tricornutum NRIA-0065 strain, the P. tricornutum NRIA-0065 strain in the growth phase and stationary phase RNA was extracted from the resulting cDNA. RNA extraction and DNaseI treatment were performed according to each protocol using RNeasy Plant Mini Kit (QIAGEN Inc., CA) and RNase-Free DNase Set (QIAGEN Inc., CA). The concentration of the extracted RNA was measured using a spectrophotometer DU730 (Beckman Coulter, Inc., CA) and an ultra-trace measurement cuvette nanoVette (Beckman Coulter, Inc., CA). After measuring the concentration, the P. tricornutum NRIA-0065 strain was analyzed with about 100 ng of total RNA using a reverse transcription kit (PrimeScript ™ RT reagent Kit with gDNA Eraser (Perfect Real Time) (Takara Bio Inc., Otsu, Japan). A cDNA was prepared according to the protocol from 1. The obtained cDNA solution was stored at -20 ° C.
<PSY遺伝子のクローニング、及び3’末端へのプローブ遺伝子の連結>
P. tricornutum NRIA-0065株のゲノム解析、及びトランスクリプトーム解析(RNA-seq)を行い、データベースを得た。
一方、アメリカ合衆国エネルギー省(United States Department of Energy, DOE)により設置されたJoint Genome Institute(JGI)のP. tricornutum CCAP1055/1株のゲノム解析データベース(http://genome.jgi-psf.org/Phatr2/Phatr2.home.html)からキーワード検索によりPSY遺伝子を探索した。探索して得たこのPSY遺伝子配列を元に、P. tricornutum NRIA-0065株のゲノム解析、及びトランスクリプトーム解析(RNA-seq)で得られたデータベースに対して、BLAST検索を行い、PSY候補の遺伝子配列とそのアミノ酸配列を得た。BioEdit Sequence Aligment Editor(www.mbio.ncsu.edu/bioedit/bioedit.html)のClustalW Multiple aligmentを用いて、他の生物のPSYのアミノ酸配列とアライメントをとり、相同性、及びドメインの確認を行った。確認後、PSY候補のmRNA配列のコーディング領域を増幅するプライマーを設計した。プライマーには、図2に示すように、後述するatt配列、または連結用の配列を付加している。PSY遺伝子のクローニングに用いたプライマーを、表1及び配列番号3〜6に示している。
<Ploning of PSY gene and ligation of probe gene to 3 ′ end>
Genome analysis and transcriptome analysis (RNA-seq) of P. tricornutum NRIA-0065 strain were performed to obtain a database.
Meanwhile, the genome analysis database of the P. tricornutum CCAP1055 / 1 strain of the Joint Genome Institute (JGI) established by the United States Department of Energy (DOE) (http://genome.jgi-psf.org/Phatr2 /Phatr2.home.html) was searched for PSY gene by keyword search. Based on this PSY gene sequence obtained by searching, BLAST search is performed on the database obtained by genome analysis and transcriptome analysis (RNA-seq) of P. tricornutum NRIA-0065 strain, and PSY candidates The gene sequence and amino acid sequence thereof were obtained. Using ClustalW Multiple aligment of BioEdit Sequence Aligment Editor (www.mbio.ncsu.edu/bioedit/bioedit.html), alignment with PSY amino acid sequences of other organisms was performed, and homology and domain were confirmed. . After confirmation, primers were designed to amplify the coding region of the PSY candidate mRNA sequence. As shown in FIG. 2, an att sequence or a linking sequence described later is added to the primer. The primers used for cloning of the PSY gene are shown in Table 1 and SEQ ID NOs: 3-6.
図2(A)のように、P. tricornutum NRIA-0065株由来のPSY遺伝子(Ptpsy)(配列番号1)と、プローブ遺伝子となる高感度緑色蛍光タンパク高感度緑色蛍光タンパク質(enhanced green fluorescent protein)EGFPの遺伝子(以下、「egfp」という。)とを、増幅させ、精製した。
その後、図2(B)のように、Ptpsyは、その3末端側にリンカー配列(Gx5 linker)(Ali et al, 2010, Genetic characterization of HIV type 1 Nef-induced vesicle secretion. AIDS Res. Hum. Retroviruses 26(2): 173-192.)を介してプローブ遺伝子egfpと連結させた。
図2(B)上段のように、5’末端にGatewayシステム(MultiSite Gateway(登録商標) Pro, Life Technologies Corporation, CA)のatt配列を付加する配列番号3のforwardプライマー(PtPSY-(attB4r)F)と、3’末端に終始コドンの配列を除去し、egfpと連結させるリンカー配列を付加する配列番号4のreverseプライマー(PtPSY-(Gx5)R)を設計し、増殖期のcDNAからPCRにより目的DNA断片を増幅し、精製した。
As shown in FIG. 2 (A), the PSY gene ( Ptpsy ) (SEQ ID NO: 1) derived from the P. tricornutum NRIA-0065 strain and the high-sensitivity green fluorescent protein (enhanced green fluorescent protein) serving as the probe gene An EGFP gene (hereinafter referred to as “ egfp ”) was amplified and purified.
Thereafter, as shown in FIG. 2 (B), Ptpsy has a linker sequence (Gx5 linker) (Ali et al, 2010, Genetic characterization of HIV type 1 Nef-induced vesicle secretion. AIDS Res. Hum. Retroviruses on its 3 terminal side. 26 (2):. 173-192) was ligated to the probe gene egfp through.
As shown in the upper part of FIG. 2 (B), the forward primer (PtPSY- (attB4r) F) of SEQ ID NO: 3 adds the att sequence of the Gateway system (MultiSite Gateway (registered trademark) Pro, Life Technologies Corporation, CA) to the 5 ′ end. a) 3 'end preoccupied removing a sequence of codons, to design reverse primers SEQ ID NO: 4 that addition of a linker sequence linking the egfp (PtPSY- (Gx5) R) , object by PCR from the growth phase of cDNA The DNA fragment was amplified and purified.
図2(B)下段のように、Ptpsyと連結させるegfpの断片を、5’末端にリンカー配列(Gx5 linker)を付加する配列番号5のforwardプライマー(EGFP-(Gx5)F)と3’末端にatt配列を付加する配列番号6のreverseプライマー(EGFP-(B3r)R)を用いて作成した。
リンカー配列を有するPtpsy断片とegfpの2つを鋳型として、配列番号3のforwardプライマー(PtPSY-(attB4r)F)と配列番号6のreverseプライマー(EGFP-(B3r)R)を用いてPCRを行い、2つのDNA断片を連結し、図2(C)に示す目的サイズのPCR産物であるPtpsyとegfpの連結遺伝子Ptpsy::egfpを得た。
Figure 2 (B) as the lower, fragments of egfp linking with Ptpsy, 'forward primer of SEQ ID NO: 5 at the terminal to add the linker sequence (Gx5 linker) (EGFP- (Gx5 ) F) and 3' 5 end It was prepared using the reverse primer (EGFP- (B3r) R) of SEQ ID NO: 6 which adds an att sequence to
Two of Ptpsy fragments and egfp with a linker sequence as a template, PCR was carried out using a forward primer of SEQ ID NO: 3 (PtPSY- (attB4r) F) and reverse primer of SEQ ID NO: 6 (EGFP- (B3r) R) concatenates two DNA fragments, to obtain a joining gene Ptpsy :: egfp of Ptpsy and egfp a PCR product of expected size as shown in FIG. 2 (C).
PCRは、PrimeSTAR(登録商標)GXL DNA Polymerase(Takara Bio Inc., Otsu, Japan)を用いてプロトコルに従い、反応系を25 μLとすることで行った。また、それぞれの目的DNA断片は、PCRによる増幅後に精製を行った。PCR後の反応溶液をアガロース電気泳動により、目的サイズのPCR産物を分離して、目的DNA断片を含む部位を切り出した。
図2(A)のPtpsy断片及びegfp断片及び(C)のPtpsyとegfpの連結遺伝子Ptpsy::egfpのDNA断片のアガロースゲル電気泳動分析の結果を図3に示す。
その後、QIAquick(登録商標) Gel Extraction Kit(QIAGEN Inc., CA)を用いてDNA断片の精製を行った。
PCR was performed by using PrimeSTAR (registered trademark) GXL DNA Polymerase (Takara Bio Inc., Otsu, Japan) according to the protocol and making the reaction system 25 μL. Each target DNA fragment was purified after amplification by PCR. The PCR product of the desired size was separated from the reaction solution after PCR by agarose electrophoresis, and the site containing the target DNA fragment was excised.
Figure 2 (A) Ptpsy fragment and egfp fragment and the results of agarose gel electrophoretic analysis of DNA fragments joining gene Ptpsy :: egfp of Ptpsy and egfp of (C) of FIG. 3.
Thereafter, DNA fragments were purified using QIAquick (registered trademark) Gel Extraction Kit (QIAGEN Inc., CA).
<形質転換ベクターの構築>
形質転換ベクターをGatewayシステム(MultiSite Gateway(登録商標) Pro, Life Technologies Corporation, CA)を用いて構築した。構築した形質転換ベクターを、図4に示す。
Ptpsyを発現誘導させるプロモーターとして、P. tricornutum UTEX 646株由来の内在性の配列番号7のPtfcpA(Phaeodactylum tricornutum fucoxanthin chlorophyll a/c-binding protein A gene)プロモーター(PtfcpA pro.)を用いた。ターミネーターは、海産珪藻由来の配列番号8のCffcpAターミネーターを用いた。各エントリークローンと抗生物質ZeocinTM耐性遺伝子Sh bleが組み込まれているpCfcp-ble(Poulsen and Kroger, 2005)が基本ベクターのデスティネーションベクターを用いることで形質転換ベクターを構築した。
Ptpsyには、Gx5 linkerを介してレポーター遺伝子としてEGFP遺伝子が連結されている。
<Construction of transformation vector>
Transformation vectors were constructed using the Gateway system (MultiSite Gateway® Pro, Life Technologies Corporation, CA). The constructed transformation vector is shown in FIG.
As a promoter for inducing expression of Ptpsy , the endogenous PtfcpA ( Phafactylum tricornutum fucoxanthin chlorophyll a / c-binding protein A gene) promoter (PtfcpA pro.) Derived from the P. tricornutum UTEX 646 strain was used. As the terminator, a CffcpA terminator of SEQ ID NO: 8 derived from marine diatoms was used. Each entry clone and pCfcp- ble (Poulsen and Kroger, 2005), into which the antibiotic Zeocin ™ resistance gene Sh ble is incorporated, used a basic destination vector to construct a transformation vector.
Ptpsy is linked to the EGFP gene as a reporter gene via a Gx5 linker.
<パーティクルガン法による形質転換>
培養2週間弱の定常期初期にあるP. tricornutum NRIA-0065株に対してPDS-1000/He Biolisticシステム(Biolistic PDS-1000/He Particle Delivery System, Bio-Rad, CA)を用いたパーティクルガン法により形質転換を試みた。
PDS-1000/He Biolisticシステムのプロトコルに従い、図4の形質転換ベクターを直径1.1 μmのタングステン粒子(Tungsten particle M17, Bio-Rad, CA)に付着させた。形質転換を行う宿主P. tricornutum NRIA-0065株は、100 μLのf/2液体培地中に1 × 108細胞となるように調整し、プラスチックシャーレ(直径9 cm、高さ1.5 cm)に約20 mLの量で作成したf/2寒天培地(0.5 % agarose HGS, Nacalai Tesque, Kyoto, Japan)の中央に移し、ガラス製のスプレッダーを用いて直径約3 cmに拡げた。タングステン粒子を打ち込む条件は、650 psiラプチャーディスクを2枚用いて、Heガス圧の条件を約1,300 psiに設定し、ラプチャーディスクとマクロキャリアーとの距離が約2 cm、ストッピングスクリーンと標的であるP. tricornutum NRIA-0065株との距離を約6 cmとした。形質転換直前に同じ培養から調整したP. tricornutum NRIA-0065株に対して、各処理区に付きシャーレ4枚の形質転換を行った。
<Transformation by particle gun method>
Particle gun method using PDS-1000 / He Biolistic system (Biolistic PDS-1000 / He Particle Delivery System, Bio-Rad, CA) against P. tricornutum NRIA-0065 strain in the early stationary phase of less than 2 weeks in culture The transformation was attempted.
According to the protocol of PDS-1000 / He Biolistic system, the transformation vector of FIG. 4 was attached to tungsten particles (Tungsten particle M17, Bio-Rad, CA) having a diameter of 1.1 μm. The host P. tricornutum NRIA-0065 strain to be transformed was adjusted to 1 x 10 8 cells in 100 μL of f / 2 liquid medium, and placed in a plastic petri dish (diameter 9 cm, height 1.5 cm). It was transferred to the center of f / 2 agar medium (0.5% agarose HGS, Nacalai Tesque, Kyoto, Japan) prepared in a volume of 20 mL, and spread to a diameter of about 3 cm using a glass spreader. The conditions for implanting tungsten particles were two 650 psi rupture disks, the He gas pressure condition was set to about 1,300 psi, the distance between the rupture disk and the macro carrier was about 2 cm, the stopping screen and the target. The distance from the P. tricornutum NRIA-0065 strain was about 6 cm. The P. tricornutum NRIA-0065 strain prepared from the same culture immediately before transformation was transformed into 4 petri dishes for each treatment group.
パーティクルガン法による遺伝子の導入後、f/2寒天培地から2 mLのf/2液体培地を用いて寒天培地上のP. tricornutum NRIA-0065株細胞を回収し、24穴プレートに移し、24時間の培養を行った。24時間の培養後、500 μg/mLのZeocinTM(InvivoGen, CA)を含むf/2寒天選択培地(0.5 % agarose HGS)上で培養し、形質転換体の選抜を行った。4週間の培養後、寒天選択培地上にコロニーが形成された。
寒天選択培地上に60クローンの形質転換体が得られた。このスクリーニング段階における形質転換体のポジティブクローン数を、表2に示す。
After introducing the gene by the particle gun method, collect the P. tricornutum NRIA-0065 strain cells on the agar medium using 2 mL of the f / 2 liquid medium from the f / 2 agar medium, transfer to a 24-well plate, and 24 hours Was cultured. After culturing for 24 hours, the cells were cultured on an f / 2 agar selective medium (0.5% agarose HGS) containing 500 μg / mL Zeocin ™ (InvivoGen, CA), and transformants were selected. After 4 weeks of culture, colonies formed on the agar selective medium.
60 clone transformants were obtained on an agar selective medium. The number of positive clones of the transformant in this screening stage is shown in Table 2.
寒天培地上に形成されたコロニーを形質転換体由来のコロニーとして、以降の実験に用いた。 A colony formed on the agar medium was used as a colony derived from the transformant in subsequent experiments.
<寒天選択培地上の形質転換体の確認と培養>
f/2寒天培地上に得られた形質転換体由来のコロニーを300 μg/mLのZeocinTMを含むf/2寒天選択培地(0.5 % agarose HGS)に継代すると共に、顕微鏡観察のために300 μg/mLのZeocinTMを含むf/2液体培地500 μLが入った48穴プレート(MICROPLATE 48 Well/Flat Bottom, AGC TECHNO GLASS CO., LTD., Shizuoka, Japan)に植藻した。
<Confirmation and culture of transformants on agar selective medium>
Transformant-derived colonies obtained on f / 2 agar medium were passaged to f / 2 agar selective medium (0.5% agarose HGS) containing 300 μg / mL Zeocin ™ and 300 for microscopic observation. Algae was planted on a 48-well plate (MICROPLATE 48 Well / Flat Bottom, AGC TECHNO GLASS CO., LTD., Shizuoka, Japan) containing 500 μL of f / 2 liquid medium containing μg / mL Zeocin ™ .
<蛍光顕微鏡を用いた導入遺伝子の発現解析>
導入したPtpsy::egfpの発現を確認するために、EGFP蛍光を利用した。48穴プレートを用いた培養系の形質転換体クローンを蛍光顕微鏡(IX70, Olympus Corporation, Tokyo, Japan)を用いて観察した。導入遺伝子(Ptpsy::egfp)由来と考えられるEGFPの蛍光を、NIBAフィルター(励起フィルター470-490nm、ダイクロイックミラー505 nm、蛍光フィルター510-550 nm, Olympus Corporation, Tokyo, Japan)を用いて検出し、導入遺伝子(Ptpsy::egfp)の発現の確認を行った。
観察は、複数回行った。その結果、表2のbに示すように、17クローンにおいてEGFP蛍光が観察された。
<Expression analysis of transgene using fluorescence microscope>
In order to confirm the expression of the introduced Ptpsy :: egfp , EGFP fluorescence was used. Transformant clones in a culture system using a 48-well plate were observed using a fluorescence microscope (IX70, Olympus Corporation, Tokyo, Japan). EGFP fluorescence, which is thought to be derived from the transgene ( Ptpsy :: egfp ), is detected using NIBA filters (excitation filter 470-490nm, dichroic mirror 505nm, fluorescence filter 510-550nm, Olympus Corporation, Tokyo, Japan). The expression of the transgene (P tpsy :: egfp ) was confirmed.
Observation was performed multiple times. As a result, as shown in b of Table 2, EGFP fluorescence was observed in 17 clones.
EGFP蛍光の局在の確認、及び写真撮影には、共焦点レーザー顕微鏡(FV-1000D, Olympus Corporation, Tokyo, Japan)を用いた。
図5に、共焦点レーザー顕微鏡を用いた野生株と本例の形質転換体クローンの典型的な写真を示す。図5において、WTは野生株を、#数字は、形質転換体クローンを示している。また、左欄から、微分干渉像、EGFP蛍光、クロロフィル蛍光、EGFP蛍光とクロロフィル蛍光との重ね合せの写真である。
野生株では、EGFP蛍光の写真では黒色の背景のみ、クロロフィル蛍光の写真では黒色の背景に赤色が現れている。
形質転換体クローンでは、EGFP蛍光の写真では黒色の背景に緑色、クロロフィル蛍光の写真では黒色の背景に赤色の蛍光が現れている。
EGFP蛍光とクロロフィル蛍光との重ね合せの写真では形質転換体クローンにおいて、黒色の背景に若干黄味掛かった赤色の蛍光が現れている。それに対し、野生型においては、EGFP蛍光とクロロフィル蛍光との重ね合せの写真は、クロロフィル蛍光の赤色の蛍光のみである。
共焦点レーザー顕微鏡を用いた観察の結果、形質転換体クローンのEGFP蛍光の局在は、図5に示すように、クロロフィル蛍光の局在と一致していた。
A confocal laser microscope (FV-1000D, Olympus Corporation, Tokyo, Japan) was used for confirmation of the localization of EGFP fluorescence and photography.
FIG. 5 shows typical photographs of a wild strain and a transformant clone of this example using a confocal laser microscope. In FIG. 5, WT indicates a wild strain, and #number indicates a transformant clone. Also, from the left column, a differential interference image, EGFP fluorescence, chlorophyll fluorescence, and a superposition of EGFP fluorescence and chlorophyll fluorescence are shown.
In the wild strain, only a black background appears in the EGFP fluorescence photograph, and red appears on the black background in the chlorophyll fluorescence photograph.
In the transformant clone, green fluorescence appears on the black background in the EGFP fluorescence photograph, and red fluorescence appears on the black background in the chlorophyll fluorescence photograph.
In the photograph of superposition of EGFP fluorescence and chlorophyll fluorescence, red fluorescence appears slightly yellowish on a black background in the transformant clone. On the other hand, in the wild type, the superposed photograph of EGFP fluorescence and chlorophyll fluorescence is only red fluorescence of chlorophyll fluorescence.
As a result of observation using a confocal laser microscope, the localization of the EGFP fluorescence of the transformant clone was consistent with the localization of the chlorophyll fluorescence as shown in FIG.
<ゲノミックPCRによる形質転換体の確認>
EGFP由来の蛍光が確認された形質転換体クローンの細胞を鋳型とし、ゲノミックPCRを行いプロモーターと導入遺伝子(Ptpsy::egfp)のゲノムへの挿入を確認した。48穴プレートを用いた培養系の形質転換体クローンの培養液300 μLを1.5 mLチューブに分注した。遠心分離(9,730 ×g, 3 min)により、細胞ペレットを得た後、細胞ペレットに300 μLの滅菌Milli-Q水を加え、遠心分離を行い、上澄みを取り除くことでPCRを阻害する塩の除去を行った。滅菌Milli-Q水による塩の除去を2回行い、2回目の洗浄後に得られた細胞ペレットに20 μLの滅菌Milli-Q水を加え、懸濁した後に-80℃に保存した。P. tricornutum NRIA-0065株の細胞溶液1 μLを鋳型として、ゲノミックPCRを行った。PCRは、Tks Gflex(登録商標)DNA Polymerase(Takara Bio Inc., Otsu, Japan)のプロトコルに従い、反応系を20 μLとすることで行った。PCR後の反応溶液5 μLをアガロース電気泳動により解析した。確認には、表3及び配列番号7及び8にそれぞれ示すプライマーPtfcpAPro-(attB1)F,EGFP(qPCR)-Rを用いた。ゲノミックPCRに用いた配列番号9のプライマーPtfcpAPro-(attB1)F及び配列番号10のプライマーEGFP(qPCR)-Rの位置を、図6に示す。
<Confirmation of transformants by genomic PCR>
Using the transformant clone cells in which fluorescence derived from EGFP was confirmed as a template, genomic PCR was performed to confirm the insertion of the promoter and the transgene ( Ptpsy :: egfp ) into the genome. 300 μL of a culture solution of a transformant clone in a culture system using a 48-well plate was dispensed into a 1.5 mL tube. After obtaining a cell pellet by centrifugation (9,730 × g, 3 min), add 300 μL of sterile Milli-Q water to the cell pellet, centrifuge, and remove the supernatant to remove the salt that inhibits PCR Went. The salt was removed twice with sterile Milli-Q water, and 20 μL of sterile Milli-Q water was added to the cell pellet obtained after the second washing, suspended, and stored at −80 ° C. Genomic PCR was performed using 1 μL of the cell solution of P. tricornutum NRIA-0065 strain as a template. PCR was performed according to the protocol of Tks Gflex (registered trademark) DNA Polymerase (Takara Bio Inc., Otsu, Japan) with the reaction system being 20 μL. 5 μL of the reaction solution after PCR was analyzed by agarose electrophoresis. For confirmation, primers PtfcpAPro- (attB1) F and EGFP (qPCR) -R shown in Table 3 and SEQ ID NOs: 7 and 8, respectively, were used. The positions of the primer PtfcpAPro- (attB1) F of SEQ ID NO: 9 and the primer EGFP (qPCR) -R of SEQ ID NO: 10 used for genomic PCR are shown in FIG.
電気泳動の結果を、図7に示す。図7中の#数字は、形質転換体クローンを示す。四角で囲んだ#数字番号の形質転換体クローンは、予想サイズのPCR増幅産物が確認されたものであり、カロテノイド抽出に用いた。NCは、ネガティブコントロールを示し、鋳型である細胞を加えず、代わりに同量の滅菌Milli-Q水を加えてPCRを行った。
ゲノミックPCRの結果、表2のcに示すように、EGFP蛍光が観察された形質転換体クローンの内、6クローンにおいて、プロモーターとPtpsy::egfpのゲノムへの挿入が確認された。
The result of electrophoresis is shown in FIG. The # numbers in FIG. 7 indicate transformant clones. Transformant clones with #numbers enclosed in squares were confirmed for PCR amplification products of the expected size and were used for carotenoid extraction. NC showed a negative control, and the PCR was carried out by adding the same amount of sterile Milli-Q water instead of adding the template cells.
As a result of genomic PCR, as shown in c of Table 2, insertion of the promoter and Ptpsy :: egfp into the genome was confirmed in 6 of the transformant clones in which EGFP fluorescence was observed.
<カロテノイド抽出>
ゲノムへの導入遺伝子の挿入が確認されたクローンを用いてカロテノイド分析を行った。
300 μg/mLのZeocinTMを含むf/2液体培地6 mLが入った6穴プレート(MICROPLATE 6 Well/Flat Bottom, AGC TECHNO GLASS CO., LTD., Shizuoka, Japan)の培養系において、定常期初期にある形質転換体クローン(5 mL分、約3 × 107細胞)を15 mLチューブ(15ml/Centrifuge Tube with Triple Seal Cap, AGC TECHNO GLASS CO., LTD., Shizuoka, Japan)、及び1.5 mLチューブ(REACTION TUBE, greiner bio-one, Kremsmunster, Austria)を用いて遠心(3,000 ×g, 10 min)を繰り返すことによって集藻し、細胞ペレットを液体窒素を用いて凍結した。細胞ペレットは、カロテノイド抽出を行うまで-80℃で保存した。
<Carotenoid extraction>
Carotenoid analysis was performed using clones in which the insertion of the transgene into the genome was confirmed.
Steady phase in a 6-well plate (MICROPLATE 6 Well / Flat Bottom, AGC TECHNO GLASS CO., LTD., Shizuoka, Japan) containing 6 mL of f / 2 liquid medium containing 300 μg / mL Zeocin TM Transformant clones (5 mL, approx. 3 x 10 7 cells) in the early stage of 15 mL tubes (15 mL / Centrifuge Tube with Triple Seal Cap, AGC TECHNO GLASS CO., LTD., Shizuoka, Japan), and 1.5 mL Algae was collected by repeated centrifugation (3,000 × g, 10 min) using a tube (REACTION TUBE, greiner bio-one, Kremsmunster, Austria), and the cell pellet was frozen using liquid nitrogen. The cell pellet was stored at −80 ° C. until carotenoid extraction.
細胞ペレットを凍結乾燥にかけた後、アセトン150 μLを加え1時間、室温、暗所で静置した。遠心(19,060 ×g, 3 min)の後、上澄みを溶媒蒸発用チューブ(Microtube No.1, Maruemu corporation, Osaka, Japan)に回収し、残渣にアセトン100 μLを加え30分間、暗所、室温で静置した。遠心(19,060 ×g, 3 min)の後、上澄みを溶媒蒸発用のチューブに回収する。上澄みが透明になるまでアセトン100 μLによる抽出を3回繰り返した。アセトン抽出4回後の残渣にメタノール100 μLを加え30分間、室温、暗所で静置した。 After the cell pellet was freeze-dried, 150 μL of acetone was added and left at room temperature in the dark for 1 hour. After centrifugation (19,060 × g, 3 min), the supernatant is collected in a solvent evaporation tube (Microtube No.1, Maruemu corporation, Osaka, Japan), and 100 μL of acetone is added to the residue for 30 minutes at room temperature in the dark. Left to stand. After centrifugation (19,060 xg, 3 min), the supernatant is collected in a tube for solvent evaporation. Extraction with 100 μL of acetone was repeated three times until the supernatant became transparent. 100 μL of methanol was added to the residue after 4 times of acetone extraction, and the mixture was allowed to stand at room temperature in the dark for 30 minutes.
遠心(19,060 ×g, 3 min)の後、上澄みを溶媒蒸発用のチューブに回収し、残渣にメタノール100 μLを加え30分間、暗所、室温で静置した。上澄みが透明になるまでメタノールによる抽出を4回繰り返した。溶媒蒸発用チューブを40℃に加温したヒートブロックに静置し、窒素ガスを吹き付けながら溶媒を蒸発させた。残渣をメタノール400 μLにより懸濁し、溶液を1.5 mLチューブに移した。遠心(19,060 ×g, 5 min)の後、上澄み350 μLを2 mLの褐色スクリューバイアル(Agilent Technologies, CA)に回収し、分析に用いた。 After centrifugation (19,060 × g, 3 min), the supernatant was collected in a tube for solvent evaporation, 100 μL of methanol was added to the residue, and the mixture was allowed to stand for 30 minutes in the dark at room temperature. Methanol extraction was repeated 4 times until the supernatant was clear. The solvent evaporation tube was placed in a heat block heated to 40 ° C., and the solvent was evaporated while blowing nitrogen gas. The residue was suspended in 400 μL of methanol and the solution was transferred to a 1.5 mL tube. After centrifugation (19,060 × g, 5 min), 350 μL of supernatant was collected into a 2 mL brown screw vial (Agilent Technologies, CA) and used for analysis.
<吸光光度法によるカロテノイド総量の分析>
カロテノイド抽出溶液をメタノールで希釈し、分光光度計DU730(Beckman Coulter, Inc., CA)を用いて、既報のカロテノイド総量を求める式(1)(Ryckebosch at al., 2011, Influence of drying and storage on lipid and carotenoid stability of the microalga Phaeodactylum tricornutum. J. Agric. Food Chem. 59(20):11063-11069.)を用いて、野生と形質転換体クローンにおけるカロテノイド総量を比較した。
<Analysis of total amount of carotenoids by spectrophotometry>
The carotenoid extraction solution is diluted with methanol, and a spectrophotometer DU730 (Beckman Coulter, Inc., CA) is used to calculate the previously reported carotenoid total amount (1) (Ryckebosch at al., 2011, Influence of drying and storage on J. Agric. Food Chem. 59 (20): 11063-11069.) was used to compare the total amount of carotenoids in the wild and the transformant clones using lipid and carotenoid stability of the microalga Phaeodactylum tricornutum.
式(1)において、Caは、クロロフィルaの量を示し、A665、A652とA470は、それぞれAbs665、Abs652とAbs470の値を示す。XCarotenoidsは、カロテノイド総量(μg)、DFは希釈率、Vは抽出液の液量を示す。各サンプルを3回測定して、得られた値を細胞当たりの量と培養液の当たりの量に換算し、野生株と形質転換体クローンのカロテノイド総量を比較した。 In the formula (1), C a represents the amount of chlorophyll a, A 665, A 652 and A 470, respectively show the values of Abs 665, Abs 652 and Abs 470. X Carotenoids indicates the total amount of carotenoid (μg), DF indicates the dilution rate, and V indicates the amount of the extract. Each sample was measured three times, and the obtained value was converted into the amount per cell and the amount per culture medium, and the total amount of carotenoids of the wild strain and the transformant clone was compared.
統計解析を行った結果を、図8に示す。
図8において、WTは野生株であり、#数字は、形質転換体クローンを示す。図8(A)は、カロテノイドの総量を細胞当たりに換算した値のグラフ、図8(B)は、カロテノイドの総量を培養液量当たりに換算した値のグラフを示している。破線は、WTの平均値を示している。
一元配置分散分析とpooled variance t検定の結果、WTと有意差が見られた形質転換体クローンの#数字番号を、楕円で囲んで示している。他の組み合わせについては、有意差がみられても、図中に示していない。
図8の結果より、2クローン(#2-4と#2-12)において、培養液当たりのカロテノイドの総量が野生株と同程度または、野生株よりも多いことが示唆された。これらの2クローンについて、HPLCを用いてカロテノイド成分の解析を行った。
The results of statistical analysis are shown in FIG.
In FIG. 8, WT is a wild strain, and #numbers indicate transformant clones. FIG. 8A shows a graph of values obtained by converting the total amount of carotenoids per cell, and FIG. 8B shows a graph of values obtained by converting the total amount of carotenoids per amount of culture solution. The broken line indicates the average value of WT.
As a result of one-way analysis of variance and pooled variance t-test, the #numbers of transformant clones that showed a significant difference from WT are shown enclosed in ellipses. Other combinations are not shown in the figure even though significant differences are observed.
From the results of FIG. 8, it was suggested that the total amount of carotenoid per culture broth in the two clones (# 2-4 and # 2-12) was the same as that of the wild strain or more than that of the wild strain. About these 2 clones, the carotenoid component was analyzed using HPLC.
<HPLCによるカロテノイド成分の分析>
カロテノイド抽出溶液をメタノールで希釈し、HPLCによりカロテノイド成分の分析を行った。分析に使用したHPLC装置は、カラムにCrestPack C18T-5(4.6 mm I.D. × 250 mm L, JASCO Corporation, Tokyo, Japan)を、フォトダイオードアレイ検出器にProstar 335 PDA Detector(Agilent Technologies, CA)、ポンプにProstar 230(Agilent Technologies, CA)を用いた。
<Analysis of carotenoid components by HPLC>
The carotenoid extract solution was diluted with methanol, and the carotenoid component was analyzed by HPLC. The HPLC system used for the analysis was CrestPack C18T-5 (4.6 mm ID × 250 mm L, JASCO Corporation, Tokyo, Japan) for the column, Prostar 335 PDA Detector (Agilent Technologies, CA) for the photodiode array detector, pump Prostar 230 (Agilent Technologies, CA) was used.
移動相として、アセトニトリル/メタノール/蒸留水=75:15:10(0.1% (w/v) 酢酸アンモニウム含む)からなるA液と、酢酸エチル/メタノール=30:70(0.1% (w/v) 酢酸アンモニウム含む)からなるB液を使用し、20分かけてA液/B液の比率を100:0から0:100に変化させた後、B液を15分間流すことでカロテノイド成分を展開させた。展開液の流量を1 mL/minとして、カラム温度は、40度とした。 As a mobile phase, liquid A consisting of acetonitrile / methanol / distilled water = 75: 15: 10 (containing 0.1% (w / v) ammonium acetate) and ethyl acetate / methanol = 30: 70 (0.1% (w / v) Using B liquid consisting of ammonium acetate), changing the ratio of A liquid / B liquid from 100: 0 to 0: 100 over 20 minutes, and then developing the carotenoid component by flowing B liquid for 15 minutes It was. The flow rate of the developing solution was 1 mL / min, and the column temperature was 40 degrees.
フォトダイオードアレイ検出器の設定は、検出波長: 450 nm、取込波長:200-900 nm、スリット幅:4 nmとした。オートサンプラー460-LC(Agilent Technologies, CA)を用いて、μL Pickup injectionsの方法で抽出液10 μLを吸入し、成分分析を行った。フコキサンチン、及びβ-カロテンの標品の結果から、保持時間6.5付近のピークをフコキサンチン、28.5付近のピークをβ-カロテンとして解析を行った。標品のピーク面積比から検量線を作成し、抽出溶液中のフコキサンチン量、及びβ-カロテン量を求めた。各サンプルを3回測定して、得られた値を細胞当たりの量と培養液の量当たりの量に換算し、野生株と形質転換体クローンのそれぞれのカロテノイド成分の量を比較した。 The settings of the photodiode array detector were a detection wavelength: 450 nm, an acquisition wavelength: 200-900 nm, and a slit width: 4 nm. Using an autosampler 460-LC (Agilent Technologies, CA), 10 μL of the extract was inhaled by the method of μL Pickup injections, and component analysis was performed. From the results of the samples of fucoxanthin and β-carotene, analysis was performed with the peak near retention time 6.5 as fucoxanthin and the peak near 28.5 as β-carotene. A calibration curve was created from the peak area ratio of the sample, and the fucoxanthin content and β-carotene content in the extracted solution were determined. Each sample was measured three times, and the obtained value was converted into the amount per cell and the amount per culture medium, and the amounts of the carotenoid components of the wild type and the transformant clones were compared.
HPLCを用いたカロテノイド成分の解析の結果を、図9に示す。図9は、HPLCにより得られたカロテノイド抽出溶液のクロマトグラムである。図9(A)は、野生株(WT)の結果、図9(B)は、形質転換体クローン(#2-12)の結果を示す。保持時間6.5分付近のピークがフコキサンチン、28.5分付近のピークがβ-カロテンである。未同定であるが、9.5分付近のピークは、ジアジノキサンチンであると考えられる。
図9のように、野生株と形質転換体クローンにおいて、フコキサンチンとβ-カロテンが確認された。また、未同定であるが、P. tricornutumに含まれるカロテノイドを調べた文献(Dambek et al., 2012)におけるフコキサンチンとの保持時間の相対的な関係から、ジアジノキサンチンと思われるピークが9.5分付近に確認された。
The results of the analysis of carotenoid components using HPLC are shown in FIG. FIG. 9 is a chromatogram of the carotenoid extraction solution obtained by HPLC. FIG. 9 (A) shows the result of the wild type strain (WT), and FIG. 9 (B) shows the result of the transformant clone (# 2-12). The peak around the retention time of 6.5 minutes is fucoxanthin, and the peak around 28.5 minutes is β-carotene. Although not yet identified, the peak near 9.5 minutes is considered to be diazinoxanthine.
As shown in FIG. 9, fucoxanthin and β-carotene were confirmed in the wild strain and the transformant clone. Although not yet identified, P.I. From the relative relationship of retention time with fucoxanthin in the literature (Dambek et al., 2012) that examined carotenoids contained in tricornutum , a peak likely to be diazinoxanthin was confirmed around 9.5 minutes.
<統計解析>
図10は、HPLCを用いたカロテノイド含有量の分析結果を示すグラフであって、野生株、及び形質転換体クローンのフコキサンチン量とβ-カロテン量を細胞当たりの量、及び培養液当たりの量に換算し、統計解析を行った結果を示している。
図10(A)(B)は、β-カロテン量、図10(C)(D)は、フコキサンチン量を示す。図10(B)(D)に107細胞当たりの量、図10(A)(C)に培養液当たりの量を示す。
図10において、WTは野生株であり、#数字は、形質転換体クローンを示す。
<Statistical analysis>
FIG. 10 is a graph showing the results of analysis of carotenoid content using HPLC, and the amount of fucoxanthin and β-carotene of wild-type strains and transformant clones are shown as the amount per cell and the amount per culture solution. The results of statistical analysis are shown.
10A and 10B show the amount of β-carotene, and FIGS. 10C and 10D show the amount of fucoxanthin. FIGS. 10B and 10D show the amount per 10 7 cells, and FIGS. 10A and 10C show the amounts per culture solution.
In FIG. 10, WT is a wild strain, and #numbers indicate transformant clones.
図10において、College Analysis Ver. 5.4を用いて正規性、及び等分散性が得られる場合は、一元配置分散分析とpooled variance t検定、いずれかが得られない場合は、Kruskal-Wallis検定とjoint ranking Wilcoxon順位和検定を行った。
β-カロテンでは、一元配置分散分析とpooled variance t検定の結果、WTと有意差が見られた形質転換体クローンの#数字番号を楕円で囲んで示している。フコキサンチンでは、Kruskal-Wallis検定とjoint ranking Wilcoxon順位和検定の結果、WTと有意差が見られた形質転換体クローンの#数字番号を楕円で囲んで示している。他の組み合わせについては、有意差がみられても、図中に示していない。
図10の形質転換体クローン#2-12において、細胞当たりのフコキサンチン量とβ-カロテン量が野生株よりも有意に増加しており、野生株に対して、それぞれ1.29倍、1.36倍となった。また、培養液当たりのβ-カロテン量は、有意に増加しており、1.19倍となった。培養液当たりのフコキサンチン量は、有意差が見られなかったが、1.13倍となった。
以上のように、本例の形質転換体によれば、フコキサンチン生産能が、野生株よりも向上されていることが分かった。
In FIG. 10, one-way analysis of variance and pooled variance t test are used when normality and equal variance are obtained using College Analysis Ver. 5.4. If either of them is not obtained, Kruskal-Wallis test and joint are used. ranking Wilcoxon rank sum test was performed.
For β-carotene, the #numbers of transformant clones that showed a significant difference from WT as a result of one-way analysis of variance and pooled variance t test are shown enclosed in ellipses. For fucoxanthin, the #numbers of transformant clones that showed a significant difference from WT as a result of the Kruskal-Wallis test and the joint ranking Wilcoxon rank sum test are enclosed in ellipses. Other combinations are not shown in the figure even though significant differences are observed.
In the transformant clone # 2-12 in FIG. 10, the amount of fucoxanthin and β-carotene per cell was significantly increased as compared to the wild type, which was 1.29 times and 1.36 times that of the wild type, respectively. It was. In addition, the amount of β-carotene per culture broth was significantly increased to 1.19 times. The amount of fucoxanthin per culture broth was 1.13 times, although no significant difference was observed.
As described above, according to the transformant of this example, it was found that fucoxanthin producing ability was improved as compared with the wild type.
Claims (6)
前記フィトエン合成酵素をコードする遺伝子のC末端側に、高感度緑色蛍光タンパク質の遺伝子を有することを特徴とする請求項1記載のベクター。 In addition, it has a gene for antibiotic selection,
The vector according to claim 1, which has a highly sensitive green fluorescent protein gene on the C-terminal side of the gene encoding phytoene synthase.
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