JP2019106980A - Betalain pigment synthesis method - Google Patents

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Abstract

To provide a single (R body) betalain when a betalain extract/purified product is used as a pharmaceutical, and a function thereof is analyzed.SOLUTION: The invention is configured to perform isolation of a gene related to a betalain which is synthesized specifically to a hypocotyl of a quinua, then analyze a function of the gene. In the analysis, in a betalain pigment synthesis in the quinua, isobetanin is not substantially synthesized.SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、ベタレイン色素の合成方法、L−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤、ベタレイン色素産出宿主、並びに、アマランチン合成酵素に関する。   The present invention relates to a method for synthesizing betalain pigment, an agent for converting L-DOPA to 4,5-seco-DOPA, a host producing betalain pigment, and an amarantine synthetase.

(ベタレイン)
ベタレインは、ナデシコ目の植物が合成する赤や黄色の窒素を含む化合物である。抗酸化力が高く、様々な機能性を持つことが知られている。赤いテンサイの根にはベタレインが多く蓄積されており健康食材として注目されている。テンサイに含まれるベタレインは、ベタニンと共にその光学異性体のイソベタニンも同程度合成・蓄積されている。
(Betalain)
Betalain is a compound containing red and yellow nitrogen which is synthesized by plants of the order Nadeshikoda. It is known to have high antioxidant power and various functions. A lot of betalain is accumulated in the root of red sugar beet and it is noted as a health food. Betalain contained in sugar beet is synthesized and accumulated to the same extent as betatin and its optical isomer isobetanin.

特許文献1は、「チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性、DOPA4,5−ジオキシゲナーゼ活性、L−DOPA オキシダーゼ活性、およびフェノール性水酸基に糖を付加する酵素活性、を有する微生物またはその処理物の存在下、水性媒体中で原料をベタシアニン類へと変換する工程(変換工程)を有するベタシアニン類を製造する方法」を開示している。
非特許文献1は、「オシロイバナのベタニン合成系は、S体であるベタニンを88%、R体のイソベタニンを12%合成すること」を報告している。
非特許文献2は、「ジャガイモのベタニン合成系は、S体及びR体の両方を合成すること」を報告している。
非特許文献3は、「ベンサミアナタバコのベタニン合成系は、S体及びR体の両方を合成すること」を報告している。
しかし、いずれの文献も、本発明のキヌア由来の4,5-ジヒドロキシ-フェニルアラニン ジオキシゲナーゼ エクストラジオール{4,5-DOPA(dihydroxy-phenylalanine)dioxygenaseextradiol}を開示又は示唆をしていない。
Patent Document 1 discloses a microorganism or microorganism having “an enzyme activity for hydroxylating position 3 of the phenol ring of tyrosine, a DOPA 4, 5-dioxygenase activity, an L-DOPA oxidase activity, and an enzyme activity for adding a sugar to a phenolic hydroxyl group. Disclosed is a method for producing betacyanins having a step (conversion step) of converting a raw material into betacyanins in an aqueous medium in the presence of the treated product.
Non-Patent Document 1 reports that "the betanin synthesis system of ochreiana synthesizes 88% of betaine betaine which is S form and 12% of isobetanine which is tetragonal form".
Non-Patent Document 2 reports that "the potato betanin synthesis system synthesizes both S-form and R-form".
Non-Patent Document 3 reports that “the betanine synthesis system of Bensminana tobacco synthesizes both an S form and an R form”.
However, none of the documents disclose or suggest the quinoa-derived 4,5-dihydroxy-phenylalanine dioxygenase extradiol {4,5-DOPA (dihydroxy- phenylalanine) dioxygenase extradiol} of the present invention.

特開2016-182044号JP-A-2016-182044

Sasaki, N., Abe, Y.,Goda,Y.,Adachi,T.,Kasahara, K. and Ozeki, Y. 2009, Detection ofDOPA4,5-dioxygenase(DOD)activityusing recombinant protein preparedfromEscherichia colicellsharboring cDNAencoding DOD from Mirabilis jalapa.PlantCell Physiol.,50,1012-6.Sasaki, N., Abe, Y., Goda, T., Adachi, T., Kasahara, K. and Ozeki, Y. 2009, Detection of DOPA 4, 5-dioxygenase (DOD) activity using recombinant protein prepared from Escherichia coli cellsharboring cDNA encoding DOD from Bilitis jalapa Plant Cell Physiol., 50, 1012-6. Polturak, G., Grossman,N.,Vela-Corcia,D.,etal. 2017, Engineered gray mold resistance, antioxidantcapacity,andpigmentationinbetalain-producing crops and ornamentals. Proc.Natl.Acad.Sci. U. S. A.,114,9062-7.Polturak, G., Grossman, N., Vela-Corcia, D., et al. . Polturak, G., Breitel, D.,Grossman,N.,etal.2016, Elucidation of the first committed stepinbetalainbiosynthesisenablesthe heterologous engineering of betalainpigmentsinplants. NewPhytol., 210,269-83.Polturak, G., Breitel, D., Grossman, N., etal.

ベタレインを生産する生物では光学異性体が存在しているため、ベタレイン抽出・精製物を製薬として用いる場合や、その機能を分析する際に、単一(R体)のベタレインを合成することが求められている。   Since there is an optical isomer in organisms producing betalain, it is required to synthesize single (R-form) betalain when using betalain extracted / purified product as a pharmaceutical or analyzing its function. It is done.

本発明者らは、上記課題を解決するために、キヌアの胚軸特異的に合成されるベタレインに関与する遺伝子の単離を行い、該遺伝子の機能解析を行ったところ、キヌアでのベタレイン色素合成系では、実質的にイソベタニンが合成されていないことを確認した。
以上により、本発明のベタレイン色素の合成方法、L−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤、並びに、ベタレイン色素産出宿主を完成した。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have isolated a gene involved in betalain which is specifically synthesized in hypocotyl of quinoa, and analyzed the function of the gene. In the synthetic system, it was confirmed that isobetanin was not substantially synthesized.
By the above, the synthesis method of the betalain pigment of the present invention, the conversion agent of L-DOPA to 4, 5-seco-DOPA, and the betalain pigment production host were completed.

すなわち、本発明は、以下の通りである。
1.ベタレイン色素の合成方法であって、
チロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素をコードする遺伝子、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素をコードする遺伝子及び以下のDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子の遺伝子群が導入されており、かつチロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン(3-hydroxy-L-tyrosine:L-DOPA)産生能を持つ宿主を培養して、培養後の宿主からベタレイン色素を抽出する、
又は、
以下のDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子が導入されており、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素活性、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素活性、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素活性並びにチロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン産生能を持つ宿主を培養して、培養後の宿主からベタレイン色素を抽出する、
ここで、該DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子は、以下のいずれか1以上から選択され、
(1)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子、及び
(8)配列番号33に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子を含む上記(1)〜(7)のいずれか1以上の遺伝子、
ことを特徴とするベタレイン色素の製造方法。
2.前記ベタレイン色素がベタニンである、前項1に記載のベタレイン色素の合成方法。
3.前記ベタレイン色素が実質的にイソベタニンを含まない、前項1又は2に記載のベタレイン色素の合成方法。
4.以下の(1)〜(8)のいずれか1に示す遺伝子又は該遺伝子を担持したベクターを含むL−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤;
(1)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子、及び
(8)配列番号33に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子を含む上記(1)〜(7)のいずれか1以上の遺伝子。
5.以下の(1)〜(4)のいずれか1のアミノ酸配列で表されるペプチドを有するL−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤;
(1)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号1に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するアミノ酸配列、及び
(4)配列番号33に記載のアミノ酸配列を含む上記(1)〜(3)のいずれか1以上のアミノ酸配列。
6.前項4又は5に記載の変換剤が導入されたベタレイン色素産出宿主。
7.ベタレイン色素産出宿主であって、
該宿主は、
チロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素をコードする遺伝子、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素をコードする遺伝子及び以下のDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子の遺伝子群が導入されており、かつチロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン(3-hydroxy-L-tyrosine:L-DOPA)産生能を有する、
又は、
以下のDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子が導入されており、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素活性、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素活性、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素活性並びにチロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン産生能を有する、
ここで、該DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子は、以下のいずれか1以上から選択され、
(1)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子、及び
(8)配列番号33に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子を含む上記(1)〜(7)のいずれか1以上の遺伝子、
ことを特徴とするベタレイン色素産出宿主。
8.前記ベタレイン色素が実質的にイソベタニンを含まない、前項7に記載のベタレイン色素産出宿主。
That is, the present invention is as follows.
1. A method of synthesizing betalain dyes,
A gene encoding an enzyme having an activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, a gene encoding an enzyme having an L-DOPA oxidase activity, a gene encoding an enzyme having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group The following gene groups of genes encoding enzymes having DOPA 4,5-dioxygenase activity have been introduced and tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine (L-DOPA) production Cultivating a host having the ability to extract betalain pigment from the host after cultivation,
Or
The following genes encoding an enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity have been introduced, and an enzyme activity having an activity of hydroxylating position 3 of the phenol ring of tyrosine, an enzyme activity having L-DOPA oxidase activity (B) culturing a host having an enzyme activity having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group and capable of producing tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine to extract betalain dye from the host after culture;
Here, a gene encoding an enzyme having the DOPA 4,5-dioxygenase activity is selected from any one or more of the following:
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27;
(2) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NOs: 17, 19, 21. A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially equivalent to the amino acid sequence set forth in 21, 23, 25 or 27 into 4,5-seco-DOPA,
(3) An amino acid having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, and an amino acid set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27 A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially homologous to the sequence to 4,5-seco-DOPA,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28;
(5) Hybridizes with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28 under a stringent condition, and L-DOPA A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having the ability to convert to 5-seco-DOPA,
(6) A gene consisting of DNA in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added in the DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28 ,
(7) A gene consisting of a DNA having a homology of 90% or more with the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28; and (8) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 Any one or more genes of (1) to (7) above, comprising a gene encoding a polypeptide consisting of
A method for producing a betalain pigment characterized in that
2. The method for synthesizing a betalain dye according to item 1 above, wherein the betalain dye is betanine.
3. The method for synthesizing the betalain pigment according to the above 1 or 2, wherein the betalain pigment is substantially free of isobetanine.
4. An agent for converting L-DOPA containing the gene shown in any one of the following (1) to (8) or a vector carrying the gene into 4, 5-seco-DOPA:
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27;
(2) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NOs: 17, 19, 21. A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially equivalent to the amino acid sequence set forth in 21, 23, 25 or 27 into 4,5-seco-DOPA,
(3) An amino acid having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, and an amino acid set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27 A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially homologous to the sequence to 4,5-seco-DOPA,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28;
(5) Hybridizes with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28 under a stringent condition, and L-DOPA A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having the ability to convert to 5-seco-DOPA,
(6) A gene consisting of DNA in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added in the DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28 ,
(7) A gene consisting of a DNA having a homology of 90% or more with the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28; and (8) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 The gene of any one or more of the above (1) to (7), which comprises a gene encoding a polypeptide consisting of
5. An agent for converting L-DOPA having a peptide represented by the amino acid sequence of any one of (1) to (4) below into 4,5-seco-DOPA;
(1) the amino acid sequence as set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27,
(2) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NOs: 17, 19, An amino acid sequence having the ability to convert L-DOPA substantially homologous to the amino acid sequence set forth in 21, 23, 25 or 27 into 4,5-seco-DOPA,
(3) L-DOPA substantially homologous to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and having a homology of 90% or more with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25 or 27 An amino acid sequence having the ability to convert to 4,5-seco-DOPA, and (4) an amino acid sequence of any one or more of the above (1) to (3) comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 33.
6. The betalain pigment production host which the conversion agent of the preceding clause 4 or 5 was introduce | transduced.
7. Betalein pigment producing host,
The host is
A gene encoding an enzyme having an activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, a gene encoding an enzyme having an L-DOPA oxidase activity, a gene encoding an enzyme having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group The following gene groups of genes encoding enzymes having DOPA 4,5-dioxygenase activity have been introduced and tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine (L-DOPA) production Have the ability to
Or
The following genes encoding an enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity have been introduced, and an enzyme activity having an activity of hydroxylating position 3 of the phenol ring of tyrosine, an enzyme activity having L-DOPA oxidase activity , An enzyme activity having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group and an ability to produce tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine,
Here, a gene encoding an enzyme having the DOPA 4,5-dioxygenase activity is selected from any one or more of the following:
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27;
(2) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NOs: 17, 19, 21. A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially equivalent to the amino acid sequence set forth in 21, 23, 25 or 27 into 4,5-seco-DOPA,
(3) An amino acid having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, and an amino acid set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27 A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially homologous to the sequence to 4,5-seco-DOPA,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28;
(5) Hybridizes with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28 under a stringent condition, and L-DOPA A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having the ability to convert to 5-seco-DOPA,
(6) A gene consisting of DNA in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added in the DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28 ,
(7) A gene consisting of a DNA having a homology of 90% or more with the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28; and (8) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 Any one or more genes of (1) to (7) above, comprising a gene encoding a polypeptide consisting of
A betalain pigment production host characterized in that.
8. The betalein pigment-producing host according to the above 7, wherein the betalain pigment is substantially free of isobetanine.

本発明は、ベタレイン色素の合成方法、L−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤、ベタレイン色素産出宿主、並びに、アマランチン合成酵素を提供することができた。   The present invention has been able to provide a method for synthesizing betalain pigment, an agent for converting L-DOPA to 4,5-seco-DOPA, a host producing betalain pigment, and an amarantine synthetase.

ベタレイン色素合成。Betalain pigment synthesis. DODA1の活性部位のアミノ酸配列。A:DODA1活性部位の保存配列(Christinet,L.,Burdet,F.X.,Zaiko,M., Hinz, U. and Zryd, J.P. 2004,Characterizationandfunctionalidentificationof a novel plant 4,5-extradioldioxygenase involvedinbetalainpigmentbiosynthesis in Portulaca grandiflora.Plant Physiol.,134,265-74.)。B:キヌアDODA1の活性部位の配列。Amino acid sequence of the active site of DODA1. A: Conserved sequence of DODA1 active site (Christinet, L., Burdet, FX, Zaiko, M., Hinz, U. and Zlyd, JP 2004, Characterization and functional identification of a novel plant , 134, 265-74.). B: Sequence of the active site of Quinua DODA1. ベタレイン合成遺伝子発現ベクター。A:pCAMBIA_CqCYP76AD1-oxの図。B:pCAMBIA_CqDODA1-1〜1-6-oxの図。C:pCAMBIA_CqCDOPA5GT-oxの図。D:空ベクター(vector control)であるpCAMBIA1301Mの図。HPTはhygromycinresistantgene、35SはenhancedCaMV35Spromoter、NosTはNopaline synthaseTerminater、LBはLeft Border、RBはRight Borderを示す。Betalain synthetic gene expression vector. A: Diagram of pCAMBIA_CqCYP76AD1-ox. B: Diagram of pCAMBIA_CqDODA1-1 to 1-6-ox. C: Diagram of pCAMBIA_CqCDOPA5GT-ox. D: Diagram of pCAMBIA1301M which is an empty vector (vector control). HPT indicates hygromycin resistant gene, 35S indicates enhanced CaMV 35 Spromoter, NosT indicates Nopaline synthe sis Terminater, LB indicates Left Border, and RB indicates Right Border. ベンサミアナタバコでの活性評価1。A:CqCYP76AD1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTを形質転換したベンサミアナタバコの緑葉。B:CqCYP76AD1、空ベクター(vectorcontrol)であるpCAMBIA1301M及びCqCDOPA5GTを形質転換したベンサミアナタバコの緑葉。C:HPLC解析結果。Betaninは標品(ベタニン、イソベタニン混合物)を示す。Activity evaluation 1 in Bensminana tobacco. A: Green leaves of N. benthamiana transformed with CqCYP76AD1, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT. B: Green leaves of C. camphorata transformed with CqCYP76AD1, empty vectors (vector control) pCAMBIA1301M and CqCDOPA5GT. C: HPLC analysis result. Betanin indicates a standard product (betanin, isobetanine mixture). ベンサミアナタバコでの活性評価2。A:CqCYP76AD1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTを形質転換したベンサミアナタバコの緑葉。B:CqCYP76AD1、CqDODA1-2及びCqCDOPA5GTを形質転換したベンサミアナタバコの緑葉。C:HPLC解析結果。Betaninは標品(ベタニン、イソベタニン混合物)を示す。Activity evaluation 2 in Bensminana tobacco. A: Green leaves of N. benthamiana transformed with CqCYP76AD1, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT. B: Green leaves of N. benthamiana transformed with CqCYP76AD1, CqDODA1-2 and CqCDOPA5GT. C: HPLC analysis result. Betanin indicates a standard product (betanin, isobetanine mixture). タバコBY2細胞での活性評価。A:CqCYP76AD1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTを形質転換したタバコBY2細胞。B:CqCYP76AD1、空ベクター(vectorcontrol)であるpCAMBIA1301M及びCqCDOPA5GTを形質転換したタバコBY2細胞。C:HPLC解析結果。Activity evaluation in tobacco BY2 cells. A: Tobacco BY2 cells transformed with CqCYP76AD1, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT. B: Tobacco BY2 cells transformed with CqCYP76AD1, empty vector (vector control) pCAMBIA1301M and CqCDOPA5GT. C: HPLC analysis result. L-DOPAからベタラミン酸の合成経路。Synthetic route of betalamic acid from L-DOPA. 近隣結合アルゴリズム(neighbor joiningalgorithm)を用いた系統樹。スケールバーはアミノ酸配列の50%の相違を示す。A phylogenetic tree using a neighbor joining algorithm (neighbor joiningalgorithm). Scale bars indicate 50% differences in amino acid sequences. ベンサミアナタバコでのアマランチン合成酵素活性評価。「−」は空ベクター(vectorcontrol)であるpCAMBIA1301Mを示す。Evaluation of amarantine synthetase activity in Bensminana tobacco. "-" Shows pCAMBIA1301M which is an empty vector (vector control). アマランチン合成能評価におけるHPLC解析結果。HPLC analysis results in evaluation of amarantine synthesis ability. ベンサミアナタバコでのオシロイバナのDODA1遺伝子の活性評価。Evaluation of the activity of DODIA gene of Oshiroibana in Bensminana tobacco. オシロイバナのDODA1遺伝子の活性評価におけるHPLC解析結果。The HPLC analysis result in evaluation of the activity of DODA1 gene of Oshiroibana.

本発明は、ベタレイン色素の合成方法、L−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤、ベタレイン色素産出宿主、並びに、アマランチン合成酵素に関する。以下に、本発明を詳細に説明する。   The present invention relates to a method for synthesizing betalain pigment, an agent for converting L-DOPA to 4,5-seco-DOPA, a host producing betalain pigment, and an amarantine synthetase. Hereinafter, the present invention will be described in detail.

(ベタレイン色素)
本発明でのベタレイン色素とは、構造上の特徴からベタキサンチンとベタシアニン類に分類される。なお、ベタキサンチンは黄色に発色し、ベタシアニン類は赤紫に発色するため従来から天然着色料として利用されている。なお、ベタシアニン類とは、ベタニジンのフェノール性水酸基に糖類がグリコシド結合した化合物群の総称を意味する。
(Betalain pigment)
The betalain dyes in the present invention are classified into betaxanthins and betacyanins based on structural features. In addition, since betaxanthin develops yellow and betacyanins develop reddish purple, it has been conventionally used as a natural coloring agent. The term "betacyanins" is a generic name of a group of compounds in which saccharides are glycosidically bonded to the phenolic hydroxyl group of bethanidine.

(ベタレイン色素合成系)
本発明でのキヌアの胚軸由来のベタレイン色素合成系の要約を図1に示す。図1の記載から明らかなように、チロシン(Tyrosine)又は3-ヒドロキシ-L-チロシン(3-hydroxy-L-tyrosine:L-DOPA)、さらには、アミノ酸、アミン(例、プトレシン(putrescine)、スペルミジン(spermidine)、スペルミン(spermine))の産出能を持つ宿主(外部から取り入れことが可能な宿主も含む)が、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素(例えば、CqCYP76AD1)活性、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素(例えば、CqCYP76AD1)活性、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素{例えば、ベタニジン5−O−グルコシルトランスフェラーゼ活性を有する酵素(Cyclo-DOPA 5-O-glucosyltransferase、CqCDOPA5GT等)活性、本発明の4,5-ジヒドロキシ-フェニルアラニン ジオキシゲナーゼ エクストラジオール{4,5-DOPA(dihydroxy-phenylalanine) dioxygenase extradiol、4,5-DOPA dioxygenase extradiol 1}活性を有すれば、ベタキサンチンとベタシアニン類(例、ベタニジン、ベタニン)を合成することができる。
なお、CqCYP76AD1は、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素活性及びL−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素活性の両方の性質を有する。
下記の実施例8の結果より、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素をコードする遺伝子、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子、DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素をコードする遺伝子並びにアマランチン合成酵素をコードする遺伝子の遺伝子群が導入された宿主である植物体は、ベタレイン色素の1つであるアマランチンの合成能を有する。
(Betalain pigment synthesis system)
A summary of the betalain pigment synthesis system derived from the hypocotyl of quinoa according to the present invention is shown in FIG. As apparent from the description of FIG. 1, tyrosine (Tyrosine) or 3-hydroxy-L-tyrosine (3-hydroxy-L-tyrosine: L-DOPA), further, an amino acid, an amine (eg, putrescine), Hosts capable of producing spermidine (spermine) (including hosts that can be imported from the outside), but enzymes that hydroxylate position 3 of the phenol ring of tyrosine (eg, CqCYP76AD1) activity, L -An enzyme having DOPA oxidase activity (eg, CqCYP76AD1) activity, an enzyme having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group {eg, an enzyme having betanidin 5-O-glucosyltransferase activity (Cyclo-DOPA 5-O-glucosyltransferase, CqCDOPA5GT etc.) activity, 4,5-dihydroxy-phenylalanine dioxygenase extradiol of the present invention {4, 5-DOPA (dihydroxy-phenylalanine) dioxygenase estradiol If you have a 4,5-DOPA dioxygenase extradiol 1} activity, it can be synthesized solid xanthine and betacyanin acids (eg, bethanidine, betanin) a.
CqCYP76AD1 has properties of both an enzyme activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine and an enzyme activity of having L-DOPA oxidase activity.
From the results of Example 8 below, a gene encoding an enzyme having an activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, a gene encoding an enzyme having L-DOPA oxidase activity, DOPA 4, 5-dioxygenase activity A plant body which is a host into which a gene group of a gene encoding an enzyme having an enzyme having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group and a gene encoding an amarantine synthetase has been introduced is one of betalain pigments. It has the ability to synthesize one of amarantine.

(チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素)
本発明でのチロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素とは、チロシンが有するフェノール環の3位に水酸基を付加することができる活性を有し、該活性を有すればどのような種の由来でも良い。
チロシンのフェノール環の3位を水酸化する酵素としては、例えば、チロシナーゼ、シトクロムP450(特に、CYP76AD1、CYP76AD2、CYP76AD3等)、カテコールオキシダーゼ等が挙げられるが、好ましくはCqCYP76AD1(配列番号29、アクセッション番号XP_021769302)である。
(An enzyme that hydroxylates the 3-position of the phenol ring of tyrosine)
The enzyme for hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine in the present invention has an activity capable of adding a hydroxyl group to the 3-position of the phenol ring possessed by tyrosine, and any kind of such an activity can be used. The origin of
Examples of the enzyme for hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine include tyrosinase, cytochrome P450 (particularly, CYP76AD1, CYP76AD2, CYP76AD3 etc.), catechol oxidase etc., preferably CqCYP76AD1 (SEQ ID NO: 29, accession It is number XP_021769302).

(L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素)
本発明でのL−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素とは、L−DOPAをcyclo−DOPAへと変換する活性を有し、該活性を有すればどのような種の由来でも良い。
L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素とは、例えば、L−DOPA オキシダーゼ活性を有する酵素としては、チロシナーゼ、シトクロムP450であるCYP76AD1、CYP76AD2、CYP76AD3、CYP76AD5、CYP76AD6等が挙げられるが、好ましくはCqCYP76AD1(配列番号29)である。
(Enzyme having L-DOPA oxidase activity)
The enzyme having L-DOPA oxidase activity in the present invention has an activity of converting L-DOPA into cyclo-DOPA, and may have any activity as long as it has the activity.
Examples of enzymes having L-DOPA oxidase activity include tyrosinase, CYP76AD1 that is cytochrome P450, CYP76AD2, CYP76AD3, CYP76AD5, CYP76AD6 and the like as the enzyme having L-DOPA oxidase activity, preferably CqCYP76AD1 (sequence Number 29).

(フェノール性水酸基に糖を付加する酵素)
本発明でのフェノール性水酸基に糖を付加する酵素とは、cyclo−DOPA骨格の5位や6位に存在するフェノール性水酸基に糖を付加する活性を有し、該活性を有すればどのような種の由来でも良い。
フェノール性水酸基に糖を付加する酵素として、例えば、cyclo−DOPA5−O−グルコシルトランスフェラーゼ、ベタニジン5−O−グルコシルトランスフェラーゼ(cyclo-DOPA 5-O-glucosyltransferase)、ベタニジン6−O−グルコシルトランスフェラーゼ等が挙げられるが、好ましくはCqCDOPA5GT(配列番号31、アクセッション番号XP_021748306)である。
ベタニンからアマランチン(Amaranthin)を合成する酵素(アマランチン合成酵素)は、配列番号36(アクセッション番号XP_021754077)である。
(Enzyme that adds sugar to phenolic hydroxyl group)
In the present invention, an enzyme that adds a sugar to a phenolic hydroxyl group has an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group present at the 5th or 6th position of the cyclo-DOPA skeleton, and it has such activity. It may be derived from any species.
Examples of enzymes that add a sugar to a phenolic hydroxyl group include cyclo-DOPA 5-O-glucosyltransferase, betanidine 5-O-glucosyltransferase (cyclo-DOPA 5-O-glucosyltransferase), betanidine 6-O-glucosyltransferase, etc. However, preferably, it is CqCDOPA5GT (SEQ ID NO: 31, Accession No. XP_021748306).
The enzyme that synthesizes amaranthin (Amaranthin) from betanin (amaranthine synthetase) is SEQ ID NO: 36 (Accession No. XP 021754077).

フェノール性水酸基に糖を付加する酵素がベタニジン6−O−グルコシルトランスフェラーゼであれば、ベタニンが合成される。
フェノール性水酸基に糖を付加する酵素がbetanidin 6-O-glucosyltransferaseであれば、Gomphrenin-Iが合成される。
フェノール性水酸基に糖を付加する酵素がbetanidin 5-O-glucosyltransferase及びbetanin beta-D-glucuronosyltransferaseであれば、アマランチン(特に、15S体)が合成される。
フェノール性水酸基に糖を付加する酵素がベタニジン6−O−グルコシルトランスフェラーゼでありさらにアマランチン合成酵素があれば、アマランチンが合成される。
フェノール性水酸基に糖を付加する酵素がbetanidin 5-O-glucosyltransferase及びbetanin feruloyltransferaseであれば、LampranthinII(特に、15S体)が合成される。
フェノール性水酸基に糖を付加する酵素がbetanidin 5-O-glucosyltransferase、betanin beta-D-glucuronosyltransferase及びbetaninferuloyltransferaseであれば、Celosianin II(特に、15S体)が合成される。
If the enzyme that adds a sugar to a phenolic hydroxyl group is bethanidine 6-O-glucosyltransferase, betanin is synthesized.
If the enzyme that adds sugar to phenolic hydroxyl group is betanidin 6-O-glucosyltransferase, Gomphrenin-I is synthesized.
If the enzyme that adds a sugar to a phenolic hydroxyl group is betanidin 5-O-glucosyltransferase and betanin beta-D-glucuronosyltransferase, amaranthine (especially 15S form) is synthesized.
If the enzyme that adds a sugar to the phenolic hydroxyl group is bethanidine 6-O-glucosyltransferase and there is an amarantine synthetase, amarantine is synthesized.
If the enzyme that adds a sugar to a phenolic hydroxyl group is betanidin 5-O-glucosyltransferase and betanin feruloyltransferase, Lampranthin II (especially 15S form) is synthesized.
If the enzyme that adds a sugar to the phenolic hydroxyl group is betanidin 5-O-glucosyltransferase, betanin beta-D-glucuronosyltransferase, and betanin feruloyl transferase, Celosianin II (in particular, 15S form) is synthesized.

(DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素)
本発明のDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素は、L−3,4−ジヒドロキシフェニルアラニンのエクストラジオール開裂を触媒する活性により、L−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有する。さらに、4,5−seco−DOPAは、自発的反応を経て、ベタラミン酸へと変換する(参照:図7)。
(An enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity)
The enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity of the present invention has the ability to convert L-DOPA to 4,5-seco-DOPA by activity catalysing extradiol cleavage of L-3,4-dihydroxyphenylalanine. Have. In addition, 4,5-seco-DOPA is converted to betalamic acid via a spontaneous reaction (see: FIG. 7).

本発明のDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子は、以下のいずれか1以上から選択される。
(1)配列番号17(アクセッション番号XP_021769303)、19(アクセッション番号XP_021769301)、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子。
(2)配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子。
(3)配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子。
(4)配列番号18、20、22、24、26、28又は35に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子。
(5)配列番号18、20、22、24、26、28又は35に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子。
(6)配列番号18、20、22、24、26、28又は35に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子。
(7)配列番号18、20、22、24、26、28又は35に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
(8)配列番号33に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子を含む上記(1)〜(7)のいずれか1以上の遺伝子。
The gene encoding the enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity of the present invention is selected from any one or more of the following.
(1) A gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17 (Accession No. XP_021769303), 19 (Accession No. XP_021769301), 21, 23, 25, 27 or 34.
(2) 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34, and SEQ ID NO: 17, A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially equivalent to the amino acid sequence set forth in 19, 21, 23, 25, 27, or 34 into 4,5-seco-DOPA.
(3) It has 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34, and SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34 A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially homologous to the amino acid sequence described in 4,5-seco-DOPA.
(4) A gene consisting of DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NOs: 18, 20, 22, 24, 26, 28 or 35.
(5) It hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26, 28 or 35, and L-DOPA A gene consisting of a DNA encoding a polypeptide having the ability to convert 4,5-seco-DOPA.
(6) In the DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NOs: 18, 20, 22, 24, 26, 28 or 35, from DNA in which 1 to 50 nucleotide sequences are substituted, deleted, inserted and / or added Genes that
(7) A gene consisting of a DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26, 28 or 35 and a DNA having a homology of 90% or more.
(8) The gene of any one or more of the above (1) to (7), which comprises a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 33.

上記(2)の遺伝子は、L−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を失わせない程度の変異を導入したポリペプチドをコードする遺伝子である。このような変異は、自然界において生じる変異のほかに、人為的な変異をも含む。人為的変異を生じさせる手段としては、部位特異的変異誘発法(Nucleic Acids Res. 10, 6487-6500, 1982)などを挙げることができる。変異したアミノ酸の数は、通常は、20アミノ酸以内であり、好ましくは10アミノ酸以内であり、更に好ましくは5アミノ酸以内であり、最も好ましくは3アミノ酸である。変異を導入したポリペプチドがL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を保持しているかどうかは、例えば、変異を導入したポリペプチドをコードする遺伝子を植物体等に導入し、その植物体内のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を確認することによりわかる。
上記(3)の遺伝子に関し、「配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力」とは、その作用程度は、配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力と比較して強くても弱くてもよい。例えば、配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力と比較して、約50%、約60%、約70%、約80%、約90%、約100%、約110%、約120%、約130%、約140%、約150%を例示することができる。
また、同一性は、BLAST(BasicLocalAlignmentSearchToolat the National Center for Biological Information)等(例えば、デフォルトすなわち初期設定のパラメータを用いて)を用いて計算することができる。
上記(5)の遺伝子は、DNA同士のハイブリダイゼーションを利用することにより得られる遺伝子である。この遺伝子における「ストリンジェントな条件」とは、特異的なハイブリダイゼーションのみが起き、非特異的なハイブリダイゼーションが起きないような条件をいう。このような条件は、通常、5×SSC、1%SDSを含む緩衝液中の37℃でのハイブリダイゼーション及び1×SSC、0.1%SDSを含む緩衝液による37℃での洗浄処理といった条件であり、好ましくは、5×SSC、1%SDSを含む緩衝液中の42℃でのハイブリダイゼーション及び0.5×SSC、0.1%SDSを含む緩衝液による42℃での洗浄処理といった条件であり、更に好ましくは、5×SSC、1%SDSを含む緩衝液中の65℃でのハイブリダイゼーション及び0.2×SSC、0.1%SDSを含む緩衝液による65℃での洗浄処理といった条件である。ハイブリダイゼーションを利用することにより得られたDNAが、活性を有するポリペプチドをコードするかどうかは、例えば、そのDNAを植物体等に導入し、その植物体のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を確認することによりわかる。ハイブリダイゼーションにより得られるDNAは、上記(4)の遺伝子(配列番号18、20、22、24、26、28又は35)と通常、高い同一性を有する。高い同一性とは、90%以上の同一性、好ましくは95%以上の同一性、更に好ましくは98%以上の同一性を指す。
上記(6)の遺伝子は、配列番号18、20、22、24、26、28又は35に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個、好ましくは1〜30個、より好ましくは1〜20個、最も好ましくは1〜10個、さらに最も好ましくは1〜5個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子である。
上記(7)の遺伝子は、配列番号18、20、22、24、26、28又は35に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上、好ましくは93%以上、より好ましくは95%以上、最も好ましくは98%以上の同一性を有するDNAからなる遺伝子である。
The gene of the above (2) is a gene encoding a polypeptide into which a mutation has been introduced to such an extent that the ability to convert L-DOPA to 4,5-seco-DOPA is not lost. Such mutations include artificial mutations as well as mutations that occur in nature. Examples of means for generating artificial mutations include site-directed mutagenesis (Nucleic Acids Res. 10, 6487-6500, 1982) and the like. The number of mutated amino acids is usually 20 or less, preferably 10 or less, more preferably 5 or less, and most preferably 3 amino acids. Whether the mutated polypeptide retains the ability to convert L-DOPA to 4,5-seco-DOPA can be obtained, for example, by introducing a gene encoding the mutated polypeptide into a plant or the like, This can be seen by confirming the ability to convert L-DOPA in the plant into 4,5-seco-DOPA.
Regarding the gene of (3) above, “the ability to convert L-DOPA substantially homologous to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34 into 4, 5-seco-DOPA” Is stronger than the ability to convert L-DOPA of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34 into 4, 5-seco-DOPA. You may also be weak. For example, about 50%, about 60% as compared to the ability to convert L-DOPA of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34 into 4, 5-seco-DOPA About 70%, about 80%, about 90%, about 100%, about 110%, about 120%, about 130%, about 140%, about 150%.
Also, identity can be calculated using BLAST (Basic Local Alignment Search Tool at National Center for Biological Information) and the like (for example, using default or default parameters).
The gene of (5) above is a gene obtained by utilizing hybridization of DNAs. The term "stringent conditions" in this gene refers to conditions under which only specific hybridization can occur and nonspecific hybridization can not occur. Such conditions are usually hybridization at 37 ° C. in a buffer containing 5 × SSC, 1% SDS, and washing at 37 ° C. with a buffer containing 1 × SSC, 0.1% SDS. Preferably, conditions such as hybridization at 42 ° C. in a buffer containing 5 × SSC, 1% SDS and washing at 42 ° C. with a buffer containing 0.5 × SSC, 0.1% SDS, more preferably Conditions such as hybridization at 65 ° C. in a buffer containing 5 × SSC, 1% SDS and washing at 65 ° C. with a buffer containing 0.2 × SSC, 0.1% SDS. Whether or not the DNA obtained by utilizing hybridization encodes a polypeptide having activity can be obtained, for example, by introducing the DNA into a plant or the like, and using L-DOPA of the plant as 4,5-seco. -By knowing the ability to convert to DOPA. The DNA obtained by hybridization usually has high identity to the gene of (4) above (SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26, 28 or 35). High identity refers to 90% identity or more, preferably 95% identity or more, more preferably 98% identity or more.
In the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26, 28 or 35, the gene of (6) above is 1 to 50, preferably 1 to 30, and more preferably 1 to 10. It is a gene consisting of DNA in which 20, most preferably 1 to 10, and most preferably 1 to 5 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added.
The gene of the above (7) is 90% or more, preferably 93% or more, more preferably 95% or more, and DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26, 28 or 35 Preferably, it is a gene consisting of DNA having an identity of 98% or more.

本発明のDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素は、以下のいずれか1以上から選択される。
(1)配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列。
(2)配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するアミノ酸配列。
(3)配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号1に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するアミノ酸配列。
(4)配列番号33に記載のアミノ酸配列を含む上記(1)〜(3)のいずれか1以上のアミノ酸配列。
なお、ペプチドの変異の導入において、当該ペプチドの基本的な性質(物性、機能、生理活性又は免疫学的活性等)を変化させないという観点からは、例えば、同族アミノ酸(極性アミノ酸、非極性アミノ酸、疎水性アミノ酸、親水性アミノ酸、陽性荷電アミノ酸、陰性荷電アミノ酸および芳香族アミノ酸等)の間での相互の置換は容易に想定される。
特に、配列番号33に記載のアミノ酸配列は、活性部位の配列が含まれている。この配列に変異が導入されるとL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力が失われる可能性が高いので、変異はこれらのドメイン以外のアミノ酸に導入されることが好ましい。
The enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity of the present invention is selected from any one or more of the following.
(1) The amino acid sequence as set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34.
(2) 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34, and SEQ ID NO: 17, An amino acid sequence having the ability to convert L-DOPA substantially identical to the amino acid sequence set forth in 19, 21, 23, 25, 27, or 34 into 4,5-seco-DOPA.
(3) L- having a homology of 90% or more with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34, and substantially homologous to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 Amino acid sequence with the ability to convert DOPA to 4,5-seco-DOPA.
(4) The amino acid sequence of any one or more of the above (1) to (3), which comprises the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 33.
In addition, in introducing a mutation of a peptide, for example, homologous amino acids (polar amino acids, nonpolar amino acids, Mutual substitution between hydrophobic amino acids, hydrophilic amino acids, positively charged amino acids, negatively charged amino acids and aromatic amino acids etc. is easily envisioned.
In particular, the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 33 includes the sequence of the active site. Mutations are preferably introduced into amino acids other than these domains, as mutations in this sequence are likely to lose the ability to convert L-DOPA to 4,5-seco-DOPA.

(ベタレイン色素の合成方法)
本発明のベタレイン色素の合成方法は、以下を例示することができる。
(1)チロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素をコードする遺伝子、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素をコードする遺伝子及びDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子の遺伝子群が導入されており、かつチロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン産生能を持つ宿主を培養して、培養後の宿主からベタレイン色素を抽出する。
(2)DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子が導入さており、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素活性、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素活性、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素活性並びにチロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン産生能を持つ宿主を培養して、培養後の宿主からベタレイン色素を抽出する。
本発明のベタレイン色素の合成方法では、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素の種類によって、様々なベタシアニン類を合成することができる。
また、本発明のベタレイン色素の合成方法では、実質的にはイソベタニンを合成しないことを下記の実施例で確認している。
なお、「実質的にはイソベタニンを合成しない」とは、ベタニン合成量100重量部に対して、イソベタニン合成量は3重量部以下、2重量部以下、1重量部以下、0.5重量部以下、0.3重量部以下、0.2重量部以下、0.1重量部以下、0.01重量部以下、0.001重量部以下、0.0001重量部以下、又は0重量部を意味する。
加えて、「実質的にはイソアマランチンを合成しない」とは、アマランチン合成量100重量部に対して、イソアマランチン合成量は3重量部以下、2重量部以下、1重量部以下、0.5重量部以下、0.3重量部以下、0.2重量部以下、0.1重量部以下、0.01重量部以下、0.001重量部以下、0.0001重量部以下、又は0重量部を意味する。
(Method of synthesizing betalain pigment)
The synthesis method of the betalain dye of the present invention can be exemplified as follows.
(1) A gene encoding an enzyme having an activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, a gene encoding an enzyme having an L-DOPA oxidase activity, and an enzyme having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group And a gene having a gene encoding a gene encoding an enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity, and capable of producing tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine. Extract betalain dye from the host.
(2) A gene encoding an enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity has been introduced, and an enzyme activity having the activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, an enzyme activity having the L-DOPA oxidase activity A host having an enzyme activity having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group and capable of producing tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine is cultured to extract betalain dye from the host after culture.
In the method for synthesizing betalain dyes of the present invention, various betacyanins can be synthesized depending on the type of enzyme having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group.
In addition, in the method for synthesizing betalain dye of the present invention, it is confirmed in the following examples that isobetanin is not substantially synthesized.
The phrase "does not substantially synthesize isobetanine" means that the isobetanine synthesis amount is 3 parts by weight or less, 2 parts by weight or less, 1 part by weight or less, and 0.5 parts by weight or less per 100 parts by weight of betanine synthesis 0.3 parts by weight or less, 0.2 parts by weight or less, 0.1 parts by weight or less, 0.01 parts by weight or less, 0.001 parts by weight or less, 0.0001 parts by weight or less, or 0 parts by weight .
In addition, “does not substantially synthesize isoamarantin” means that the synthesized amount of isoamaranthine is 3 parts by weight or less, 2 parts by weight or less, 1 part by weight or less, with respect to 100 parts by weight of amaranthine synthesized. .5 parts by weight or less, 0.3 parts by weight or less, 0.2 parts by weight or less, 0.1 parts by weight or less, 0.01 parts by weight or less, 0.001 parts by weight or less, 0.0001 parts by weight or less, or 0 Means parts by weight.

(宿主)
本発明のベタレイン色素の合成方法で使用する宿主は、チロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン産生能を有すれば特に限定されないが、例えば、自体公知の組換え大腸菌タンパク質合成系、昆虫タンパク質合成系、酵母タンパク質合成系、植物細胞タンパク質合成系、無細胞タンパク質合成系、植物タンパク質合成系、動物培養細胞等を使用することができる。
本発明のベタレイン色素の合成方法で使用する宿主への各遺伝子の導入方法は、自体公知の方法を使用することができる。例えば、該遺伝子を担持したベクターを使用して宿主に導入することができる。
ベクターとして、自体公知のウイルスベクター、特に植物ウイルスベクター(例、トバモウイルス属に属するウイルス由来のベクター、タバコモザイクウイルスベクター、トマトモザイクウイルスベクター)を利用することができる。
また、Tiプラスミドを用いたアグロバクテリウム法を利用することができる。
(Host)
The host used in the method for synthesizing the betalain pigment of the present invention is not particularly limited as long as it has tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine producing ability, and, for example, a recombinant Escherichia coli protein synthesis system known per se, an insect protein synthesis system Yeast protein synthesis systems, plant cell protein synthesis systems, cell-free protein synthesis systems, plant protein synthesis systems, animal culture cells and the like can be used.
A method known per se can be used to introduce each gene into a host used in the method for synthesizing betalain pigment of the present invention. For example, a vector carrying the gene can be used to introduce it into a host.
As vectors, viral vectors known per se, particularly plant virus vectors (eg, vectors derived from viruses belonging to the genus Tobamo virus, tobacco mosaic virus vectors, tomato mosaic virus vectors) can be used.
In addition, the Agrobacterium method using a Ti plasmid can be used.

(各遺伝子の宿主への導入方法)
本発明のベタレイン色素の合成方法において、各遺伝子の宿主への導入方法は、自体公知の方法により、該遺伝子を植物体に導入することができる。例えば、各遺伝子を担持した植物ウイルスベクターを含む溶液を植物体の葉、茎、根、穂等に塗布することにより、各遺伝子を宿主へ導入することができる。その他の方法として、パーティクルガン法、アグロバクテリウム法が例示することができる。
(How to introduce each gene into the host)
In the method of synthesizing betalain pigment of the present invention, the method of introducing each gene into a host can introduce the gene into a plant by a method known per se. For example, each gene can be introduced into a host by applying a solution containing a plant virus vector carrying each gene to leaves, stems, roots, ears and the like of a plant body. As another method, particle gun method and Agrobacterium method can be exemplified.

(各タンパク質の宿主への導入方法)
本発明のベタレイン色素の合成方法において、各タンパク質の宿主(特に、植物体)への導入方法は、自体公知の方法により、該タンパク質を植物体に導入することができる。例えば、各タンパク質を含む溶液を植物体の葉、茎、根、穂等に塗布することにより、各タンパク質を宿主へ導入することができる。その他の方法として、パーティクルガン法、アグロバクテリウム法が例示することができる。
(How to introduce each protein into the host)
In the method for synthesizing betalain pigment of the present invention, the method for introducing each protein into a host (in particular, a plant) can introduce the protein into a plant by a method known per se. For example, each protein can be introduced into a host by applying a solution containing each protein to leaves, stems, roots, ears and the like of a plant body. As another method, particle gun method and Agrobacterium method can be exemplified.

(ベタレイン色素産出宿主)
本発明のベタレイン色素産出宿主は、例えば、以下のいずれか1以上の構成・特徴を有する。
(1)チロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素をコードする遺伝子、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素をコードする遺伝子及びDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子の遺伝子群が導入されており、かつチロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン(3-hydroxy-L-tyrosine:L-DOPA)産生能を有する。
(2)DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子が導入されており、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素活性、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素活性、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素活性並びにチロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン産生能を有する。
(3)L−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤が導入されている。
本発明のベタレイン色素産出宿主では、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素の種類によって、様々なベタシアニン類を合成することができる。
また、本発明のベタレイン色素産出宿主では、実質的にはイソベタニンを合成しないことを下記の実施例で確認している。
(Betalain pigment production host)
The betalain pigment production host of the present invention has, for example, any one or more of the following constitutions / features.
(1) A gene encoding an enzyme having an activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, a gene encoding an enzyme having an L-DOPA oxidase activity, and an enzyme having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group Genes and genes encoding an enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity have been introduced, and tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine (L-DOPA) It has a production ability.
(2) An enzyme having introduced therein a gene encoding an enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity and having an activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine and an L-DOPA oxidase activity It has an activity, an enzyme activity having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group, and an ability to produce tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine.
(3) A conversion agent of L-DOPA to 4,5-seco-DOPA is introduced.
In the betalain pigment production host of the present invention, various betacyanines can be synthesized depending on the type of enzyme having an activity of adding sugar to phenolic hydroxyl group.
In addition, it is confirmed in the following example that the betalain dye-producing host of the present invention does not substantially synthesize isobetanine.

(L−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤)
本発明のL−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤は、以下の(1)〜(8)のいずれか1に示す遺伝子又は該遺伝子を担持したベクターを含む。
(1)配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子。
(2)配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子。
(3)配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子。
(4)配列番号18、20、22、24、26、28又は35に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子。
(5)配列番号18、20、22、24、26、28又は35に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子。
(6)配列番号18、20、22、24、26、28又は35に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子。
(7)配列番号18、20、22、24、26、28又は35に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子。
(8)配列番号33に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子を含む上記(1)〜(7)のいずれか1以上の遺伝子。
(Converter for L-DOPA to 4,5-seco-DOPA)
The agent for converting L-DOPA of the present invention to 4,5-seco-DOPA comprises the gene shown in any one of the following (1) to (8) or a vector carrying the gene.
(1) A gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34.
(2) 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34, and SEQ ID NO: 17, A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially equivalent to the amino acid sequence set forth in 19, 21, 23, 25, 27, or 34 into 4,5-seco-DOPA.
(3) It has 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34, and SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34 A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially homologous to the amino acid sequence described in 4,5-seco-DOPA.
(4) A gene consisting of DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NOs: 18, 20, 22, 24, 26, 28 or 35.
(5) It hybridizes under stringent conditions with DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26, 28 or 35, and L-DOPA A gene consisting of a DNA encoding a polypeptide having the ability to convert 4,5-seco-DOPA.
(6) In the DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NOs: 18, 20, 22, 24, 26, 28 or 35, from DNA in which 1 to 50 nucleotide sequences are substituted, deleted, inserted and / or added Genes that
(7) A gene consisting of a DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26, 28 or 35 and a DNA having a homology of 90% or more.
(8) The gene of any one or more of the above (1) to (7), which comprises a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 33.

また、本発明のL−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤は、以下の(1)〜(4)のいずれか1のアミノ酸配列で表されるペプチドを有する。
(1)配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列。
(2)配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するアミノ酸配列。
(3)配列番号17、19、21、23、25、27又は34に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号1に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するアミノ酸配列。
(4)配列番号33に記載のアミノ酸配列を含む上記(1)〜(3)のいずれか1以上のアミノ酸配列。
Moreover, the conversion agent of L-DOPA of the present invention to 4,5-seco-DOPA has a peptide represented by the amino acid sequence of any one of the following (1) to (4).
(1) The amino acid sequence as set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34.
(2) 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added in the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34, and SEQ ID NO: 17, An amino acid sequence having the ability to convert L-DOPA substantially identical to the amino acid sequence set forth in 19, 21, 23, 25, 27, or 34 into 4,5-seco-DOPA.
(3) L- having a homology of 90% or more with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25, 27 or 34, and substantially homologous to the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 Amino acid sequence with the ability to convert DOPA to 4,5-seco-DOPA.
(4) The amino acid sequence of any one or more of the above (1) to (3), which comprises the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 33.

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

<キヌア由来ベタレイン合成能遺伝子を形質転換したアグロバクテリウムの作製>
本発明に係るベタレイン色素の合成方法に用いる酵素をコードする遺伝子であるCqCYP76AD1(チロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素及びL−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素)、CqDODA1-1(DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素)、CqDODA1-2(DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素)及びCqCDOPA5GT(フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素)について、以下の方法により発現プラスミドを構築し、アグロバクテリウムに形質転換した。形質転換アグロバクテリウムを後述のベタレイン合成能の評価に用いた。
<Preparation of Agrobacterium transformed with quinea-derived betalain synthesis ability gene>
CqCYP76AD1 (an enzyme having an activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine and an enzyme having an L-DOPA oxidase activity) which is a gene encoding an enzyme used in the method for synthesizing a betalain pigment according to the present invention; The following method is applied to DOPA 4,5-dioxygenase activity enzyme, CqDODA1-2 (DOPA 4,5-dioxygenase activity enzyme) and CqCDOPA5GT (enzyme having activity to add sugar to phenolic hydroxyl group) An expression plasmid was constructed by the method described above and transformed into Agrobacterium. Transformed Agrobacterium was used for evaluation of betalain synthesis ability described later.

[キヌア由来ベタレイン合成遺伝子の発現プラスミドの構築]
(1)RNeasy Plant Mini kit(Qiagen社)を用いてキヌア(Chenopodium quinoa)発芽4日目の胚軸からRNAを抽出した。抽出したRNAをHighCapacitycDNAReversetranscription Kitを用いてcDNAを合成した。手順は、付属の説明書に従った。
(2)合成したcDNAを鋳型にしてベタレイン合成遺伝子の全長ORFをPrime STAR GXL(TaKaRa社)の酵素を使用してPCRで増幅した。PCRに使用したプライマーは、CqCYP76AD1(配列番号30、アクセッション番号XM_021913610)は配列番号1及び2、CqDODA1-1(配列番号18、アクセッション番号XM_021913611)は配列番号3及び4、CqDODA1-2(配列番号20、アクセッション番号XM_021913609)は配列番号5及び6、CqCDOPA5GT(配列番号32、アクセッション番号XM_021892614)は配列番号7及び8を用いた。増幅したPCR断片を制限酵素(CqCYP67AD1: SpeI及びBstPI、CqDODA1-1及びCqDODA1-2:EcoRI及びBamHI、CqCDOPA5GT: BamHI及びBstPI)で切断した。
(3)制限酵素処理をしたPCR断片を植物で恒常的に発現するプラスミドpCAMBIA1301M (Imamura, T., Kusano, H., Kajigaya, Y.,Ichikawa,M.andShimada, H. 2007, A rice dihydrosphingosine C4 hydroxylase(DSH1)gene,which isabundantly expressed in the stigmas, vascular cellsandapicalmeristem, may beinvolved in fertility. Plant Cell Physiol., 48,1108-20.)のCaMV35Sプロモーターの下流に導入した(図3)。構築したベクターをそれぞれpCAMBIA_CqCYP76AD1-ox、pCAMBIA_CqDODA1-1-ox、pCAMBIA_CqDODA1-2-ox、pCAMBIA_CqDOPA5GT-oxと命名した。
[Construction of Expression Plasmid for Quinoa-Derived Betalain Synthesis Gene]
(1) RNA was extracted from the hypocotyl of quinoa (Chenopodium quinoa) germination day 4 using RNeasy Plant Mini kit (Qiagen). The extracted RNA was used to synthesize cDNA using the HighCapacity cDNA Reverse Transcription Kit. The procedure followed the attached instructions.
(2) Using the synthesized cDNA as a template, the full-length ORF of the betalain synthesis gene was amplified by PCR using an enzyme of Prime STAR GXL (TaKaRa). The primers used for PCR were CqCYP76AD1 (SEQ ID NO: 30, Accession No. XM-021913610), SEQ ID NOs: 1 and 2, CqDODA1-1 (SEQ ID NO: 18, Accession No. XM-021913611), SEQ ID NOs: 3 and 4, CqDODA1-2 (Sequence) SEQ ID NOS: 5 and 6 for C. ID No. 20, Accession No. XM_021913609), and SEQ ID NOs. The amplified PCR fragment was digested with restriction enzymes (CqCYP67AD1: SpeI and BstPI, CqDODA1-1 and CqDODA1-2: EcoRI and BamHI, CqCDOPA5GT: BamHI and BstPI).
(3) A plasmid pCAMBIA1301M which constitutively expresses in the plant a PCR fragment which has been subjected to restriction enzyme treatment (Imamura, T., Kusano, H., Kajigaya, Y., Ichikawa, M. and Shimada, H. 2007, A rice dihydrosphingosine C4 Plant cell Physiol., 48, 1108-20.) was introduced downstream of the CaMV 35 S promoter (FIG. 3). H. xylase (DSH1) gene, which is abundantly expressed in the stigmas, vascular cellsandapical meristem, may be involuted. The constructed vectors were named as pCAMBIA_CqCYP76AD1-ox, pCAMBIA_CqDODA1-1-ox, pCAMBIA_CqDODA1-2-ox, pCAMBIA_CqDOPA5GT-ox, respectively.

[アグロバクテリウム形質転換法]
上記の構築したプラスミドを保持する大腸菌を使用して、トリパレンタルメーティング法(Wise,A.A.,Liu,Z.and Binns, A.N. 2006, Three methods for the introduction offoreignDNAintoAgrobacterium. Methods Mol. Biol., 343, 43-53)により、アグロバクテリウムにプラスミドを導入し形質転換アグロバクテリウムを作製した。
[Agrobacterium transformation method]
Using E. coli carrying the above-constructed plasmid, the try-pa rental mating method (Wise, AA, Liu, Z. and Binns, AN 2006, Three methods for the introduction offoreign DNA into Agrobacterium. Methods Mol. Biol., 343, 43 According to -53), a plasmid was introduced into Agrobacterium to prepare a transformed Agrobacterium.

<植物体でのベタレイン合成能の評価>
宿主である植物体でのベタレイン合成能について、以下の方法により該合成能を有しないベンサミアナタバコで評価した。
<Evaluation of betalain synthesis ability in plants>
The ability to synthesize betalain in the host plant was evaluated using the non-competitive Benzamica tobacco according to the following method.

[ベンサミアナタバコにおける一過的発現解析]
実施例1で作製した形質転換アグロバクテリウムについて、それぞれ3 mlのLB培地で培養し、以下の「ベンサミアナタバコでの活性評価1」及び「ベンサミアナタバコでの活性評価2」の組み合わせで培養液を混合して、ベンサミアナタバコの緑葉にアグロインフィルトレーション法を用いて接種した(Shamloul, M., Trusa, J., Mett, V. and Yusibov,V.2014,Optimizationand utilization of Agrobacterium-mediatedtransientproteinproduction inNicotiana. Journal of visualized experiments :JoVE.)。接種から3〜5日育成後、育成したベンサミアナタバコの緑葉を以下の解析に利用した。
(1)ベンサミアナタバコでの活性評価1
一方のベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTを形質転換した。他方のベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、空ベクター(vector control)であるpCAMBIA1301M及びCqCDOPA5GTを導入した。
(2)ベンサミアナタバコでの活性評価2
一方のベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTを形質転換した。他方のベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、CqDODA1-2及びCqCDOPA5GTを導入した。
[Transient expression analysis in bensamiana tobacco]
The transformed Agrobacterium prepared in Example 1 was cultured in 3 ml of LB medium, respectively, and the following combination of "Evaluation of activity 1 with Bensminana tobacco" and "Activity evaluation 2 with Bensminana tobacco" The culture broths were mixed with each other, and the green leaves of C. benthamiana tobacco were inoculated using agroinfiltration method (Shamloul, M., Trusa, J., Mett, V. and Yusibov, V. 2014, Optimization and utilization of Agrobacterium-mediated transient protein production in Nicotiana. Journal of visualized experiments: JOVE. After growing for 3 to 5 days after inoculation, green leaves of the grown Bensamiana tobacco were used for the following analysis.
(1) Activity evaluation 1 in Bensamine tobacco 1
One C. benthamiana tobacco was transformed with CqCYP76AD1, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT. CqCYP76AD1 and pCAMBIA1301M and CqCDOPA5GT, which are empty vectors (vector control), were introduced into the other N. benthamiana tobacco.
(2) Activity evaluation 2 in bensamiana tobacco 2
One C. benthamiana tobacco was transformed with CqCYP76AD1, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT. CqCYP76AD1, CqDODA1-2 and CqCDOPA5GT were introduced into the other benthamiana tobacco.

[ベタレイン色素抽出とHPLC解析]
(1)一過的発現したベンサミアナタバコの緑葉サンプルを破砕し、水を加えて遠心分離(20,000 g, 10分, 15分)を行なった。遠心分離を行なった上清を回収し、同じ操作をもう1回行なった。遠心操作で得られた上清を色素抽出物としてHPLC解析を行なった。
(2)HPLC分析は、逆相カラム(5C18-AR-300、ナカライテスク社)を使用して、分析溶媒は水、アセトニトリルを使用、流速1 ml/min、分析プログラムは、アセトニトリルの濃度を分析時間0分で0%から60分で50%に直線的に達する条件に設定、分析波長はベタシアニンを検出できる536 nmに設定して分析をした。標品としてビート抽出物(ベタニン、イソベタニン混合物、東京化成社)を使用した。
[Betalain pigment extraction and HPLC analysis]
(1) A transiently expressed green leaf sample of N. benthamiana was crushed, water was added, and centrifugation (20,000 g, 10 minutes, 15 minutes) was performed. The centrifuged supernatant was collected and the same operation was performed once more. The supernatant obtained by centrifugation was subjected to HPLC analysis as a pigment extract.
(2) HPLC analysis using reverse phase column (5C18-AR-300, Nacalai Tesque, Inc.), using water and acetonitrile as the analysis solvent, flow rate 1 ml / min, analysis program to analyze the concentration of acetonitrile The analysis wavelength was set to 536 nm at which betacyanin can be detected by setting the condition to reach 50% linearly from 0% to 60 minutes at time 0 minutes. A beet extract (betanin, isobetanin mixture, Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) was used as a standard.

[結果]
「ベンサミアナタバコでの活性評価1」の結果を図4に示す。
CqCYP76AD1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTを一過的発現したベンサミアナタバコの葉は赤色に変色し、赤色色素が合成されたことを示した(図4A)。CqDODA1-1の代わりに空ベクターを導入したベンサミアナタバコは葉が緑色のままであり、赤色色素が合成されていないことを示した(図4B)。
HPLC解析の結果、CqCYP76AD1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTを一過的発現したベンサミアナタバコから抽出したサンプルにおいてベタレイン色素の1つであるS体のベタニンの単一ピークが検出された(図4C)。CqDODA1-1の代わりに空ベクターを導入したベンサミアナタバコから抽出したサンプルではピークが検出されなかった(図4C)。
「ベンサミアナタバコでの活性評価2」の結果を図5に示す。
CqCYP76AD1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTを一過的発現したベンサミアナタバコ、並びにCqCYP76AD1、CqDODA1-2及びCqCDOPA5GTを一過的発現したベンサミアナタバコの両方について、葉が赤色に変色し、赤色色素が合成されたことを示した(図5A及びB)。
HPLC解析の結果、CqCYP76AD1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTを一過的発現したベンサミアナタバコ、並びにCqCYP76AD1、CqDODA1-2及びCqCDOPA5GTを一過的発現したベンサミアナタバコの両方について、抽出したサンプルにおいてS体のベタニンの単一ピークが検出された(図5C)。
以上より、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素をコードする遺伝子、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子、DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子並びにフェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素をコードする遺伝子の遺伝子群が導入された宿主である植物体は、ベタレイン色素の1つであるS体のベタニンの合成能を有する。
[result]
The result of "the activity evaluation 1 in bensamiana tobacco" is shown in FIG.
The leaves of Bensminaria tobacco transiently expressing CqCYP76AD1, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT turned red, indicating that a red pigment was synthesized (FIG. 4A). The benthamiana tobacco in which the empty vector was introduced instead of CqDODA1-1, the leaves remained green, indicating that the red pigment was not synthesized (FIG. 4B).
As a result of HPLC analysis, a single peak of betanine betanine, which is one of the betalain dyes, was detected in a sample extracted from N. benthamiana transiently expressing CqCYP76AD1, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT (FIG. 4C) . No peak was detected in the sample extracted from N. benthamiana tobacco in which an empty vector was introduced instead of CqDODA1-1 (FIG. 4C).
The result of "activity evaluation 2 in bensamiana tobacco" is shown in FIG.
The leaves of the leaves turn red and the red pigment turns red for both CsqYP76AD1, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT transiently expressed as well as CqCYP76AD1, CqDODA1-2 and CqCDOPA5GT transiently expressed respectively It showed that it synthesize | combined (FIG. 5A and B).
As a result of HPLC analysis, S was obtained in samples extracted from both of the benthamiana tobacco that transiently expressed CqCYP76AD1, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT, and the bentom tobacco that transiently expressed CqCYP76AD1, CqDODA1-2 and CqCDOPA5GT. A single peak of body betanin was detected (FIG. 5C).
As described above, a gene encoding an enzyme having an activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, a gene encoding an enzyme having L-DOPA oxidase activity, and an enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity A plant body which is a host into which a gene group of a gene and a gene group encoding a gene encoding an enzyme having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group is introduced has the ability to synthesize betanine betaine which is one of betalain dyes.

<細胞でのベタレイン合成能の評価>
宿主である細胞でのベタレイン合成能について、以下の方法により該合成能を有しないタバコBY2細胞で評価した。
<Evaluation of betalain synthesis ability in cells>
The betalain synthesis ability in the host cell was evaluated in tobacco BY2 cells not having the synthetic ability according to the following method.

[タバコBY2細胞における恒常的発現解析]
形質転換アグロバクテリウムが保持するプラスミドについて、以下の組み合わせでタバコBY2細胞にアグロバクテリウム法を用いて導入した(Hagiwara, Y., Komoda, K., Yamanaka, T., et al.2003,Subcellularlocalizationof host and viral proteins associated with tobamovirusRNAreplication.EMBO J.,22, 344-53.)。得られた形質転換系統のタバコBY2細胞を用いた恒常的発現系を維持し以下の解析に利用した。
プラスミドの組み合わせは、一方のタバコBY2細胞にCqCYP76AD1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTを形質転換した。他方のタバコBY2細胞にCqCYP76AD1、空ベクター(vector control)であるpCAMBIA1301M及びCqCDOPA5GTを形質転換した。
[Constant expression analysis in tobacco BY2 cells]
The plasmid held by the transformed Agrobacterium was introduced into tobacco BY2 cells using the Agrobacterium method in the following combination (Hagiwara, Y., Komoda, K., Yamanaka, T., et al. 2003, Subcellularlocalization of host and viral proteins associated with tobamovirus RNA replication. EMBO J., 22, 344-53.). The constant expression system using tobacco BY2 cells of the obtained transformed strain was maintained and used for the following analysis.
The combination of plasmids transformed CqCYP76AD1, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT into one tobacco BY2 cell. The other tobacco BY2 cells were transformed with CqCYP76AD1, pCAMBIA1301M and CqCDOPA5GT as vector control (vector control).

[ベタレイン色素抽出及びHPLC解析]
(1)形質転換系統のタバコBY2細胞サンプルを破砕し、水を加えて遠心分離(20,000 g, 10分, 15分)を行なった。遠心分離を行なった上清を回収し、同じ操作をもう1回行なった。遠心操作で得られた上清を色素抽出物としてHPLC解析を行なった。
(2)実施例2と同様の方法によりHPLC分析を行った。
[Betalain pigment extraction and HPLC analysis]
(1) A tobacco BY2 cell sample of the transformed strain was disrupted, water was added, and centrifugation (20,000 g, 10 minutes, 15 minutes) was performed. The centrifuged supernatant was collected and the same operation was performed once more. The supernatant obtained by centrifugation was subjected to HPLC analysis as a pigment extract.
(2) HPLC analysis was performed in the same manner as in Example 2.

[結果]
結果を図6に示す。
CqCYP76AD1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTを形質転換したタバコBY2細胞は赤色に変色し、ベタレイン色素が合成されたことを示した(図6A)。CqDODA1-1の代わりに空ベクターを導入したタバコBY2細胞は白色のままであり、ベタレイン色素が合成されていないことを示した(図6B)。
HPLC解析の結果、CqCYP76AD1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTを形質転換したタバコBY2細胞から抽出したサンプルにおいてS体のベタニンの単一ピークが検出された(図6C)。CqDODA1-1の代わりに空ベクターを導入したタバコBY2細胞から抽出したサンプルではピークが検出されなかった(図6C)。
以上より、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素をコードする遺伝子、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子、DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子並びにフェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素をコードする遺伝子の遺伝子群が導入された宿主である細胞は、ベタレイン色素の1つであるS体のベタニンの合成能を有する。
[result]
The results are shown in FIG.
The tobacco BY2 cells transformed with CqCYP76AD1, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT turned red in color, indicating that betalain pigment was synthesized (FIG. 6A). The tobacco BY2 cells into which empty vector was introduced instead of CqDODA1-1 remained white, indicating that betalain dye was not synthesized (FIG. 6B).
As a result of HPLC analysis, a single peak of beta-nin of S form was detected in a sample extracted from tobacco BY2 cells transformed with CqCYP76AD1, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT (FIG. 6C). No peak was detected in the sample extracted from tobacco BY2 cells into which empty vector was introduced instead of CqDODA1-1 (FIG. 6C).
As described above, a gene encoding an enzyme having an activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, a gene encoding an enzyme having L-DOPA oxidase activity, and an enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity A cell, which is a host into which a gene group of a gene and a gene group encoding a gene encoding an enzyme having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group, has the ability to synthesize betanine betaine which is one of betalain dyes.

過去の報告では、キヌア以外の植物由来の3つの合成遺伝子(CYP76AD1、DODA1-1、CDOPA5GT)を用いたベタレイン合成結果が報告されている(非特許文献2及び3)。しかし、それらの報告では、ベタニン(S体)が生産されるのと同時に、立体異性体であるイソベタニン(R体)が同時に合成されている。立体異性体の出現は、DODA1が関わる反応によるものであり、過去の知見で、オシロイバナのDODA1は、ベタニンの前駆体(S体)を88%、イソベタニンの前駆体(R体)を12%合成することを報告している(非特許文献1)。これらの報告と本実施例の結果より、本発明の係るキヌアから単離されたDODA1-1、DODA1-2は、実質的にベタニンのみを合成することができる新規なDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素であることが明らかとなった。   In the past reports, results of betalain synthesis using three synthetic genes (CYP76AD1, DODA1-1, CDOPA5GT) derived from plants other than quinua have been reported (Non-patent Documents 2 and 3). However, in those reports, simultaneously with the production of betanin (S form), the stereoisomer isobetanine (R form) is simultaneously synthesized. The appearance of stereoisomers is due to the reaction involving DODA1, and it has been found in the past that DODA1 of Oshiroibana synthesizes 88% of betanine precursor (S form) and 12% isobetanine precursor (R form) It reports that it does (nonpatent literature 1). From these reports and the results of this example, DODA1-1 and DODA1-2 isolated from the quinoa according to the present invention are novel DOPA 4,5-dioxygenases capable of substantially synthesizing only betanin. It turned out that it is an enzyme having activity.

<キヌアDODA1ホモログを形質転換したアグロバクテリウムの作製>
CqDODA1ホモログであるCqDODA1-3、CqDODA1-4、CqDODA1-5及びCqDODA1-6について、実施例1と同様の方法によりベタレイン合成能を確認する。
<Preparation of Agrobacterium transformed with Quinoa DODA1 Homolog>
The ability to synthesize betarein is confirmed in the same manner as in Example 1 with respect to CqDODA1 homologs CqDODA1-3, CqDODA1-4, CqDODA1-5 and CqDODA1-6.

PCRに以下のプライマーを使用し、増幅したPCR断片を以下の制限酵素で切断する点以外は実施例1と同様の方法で行なう。
PCRプライマーは、CqDODA1-3(配列番号22)は配列番号9及び10、CqDODA1-4(配列番号24)は配列番号11及び12、CqDODA1-5(配列番号26)は配列番号13及び14、CqDODA1-6(配列番号28)は配列番号15及び16を用いる。
増幅したPCR断片を制限酵素(CqDODA1-3〜1-6: EcoRI及びBamHI)で切断する。
構築したベクターは、図3に記載のように、pCAMBIA_CqDODA1-3-ox、pCAMBIA_CqDODA1-4-ox、pCAMBIA_CqDODA1-5-ox、pCAMBIA_CqDODA1-6-oxである。
The following primers are used for PCR, and the amplified PCR fragment is digested with the following restriction enzymes in the same manner as in Example 1.
The PCR primers are CqDODA1-3 (SEQ ID NO: 22) in SEQ ID NOs: 9 and 10, CqDODA1-4 (SEQ ID NO: 24) in SEQ ID NOs: 11 and 12, CqDODA1-5 (SEQ ID NO: 26) in SEQ ID NOs: 13 and 14, CqDODA1. -6 (SEQ ID NO: 28) uses SEQ ID NOs: 15 and 16.
The amplified PCR fragment is digested with restriction enzymes (CqDODA1-3 to 1-6: EcoRI and BamHI).
The constructed vectors are pCAMBIA_CqDODA1-3-ox, pCAMBIA_CqDODA1-4-ox, pCAMBIA_CqDODA1-5-ox, pCAMBIA_CqDODA1-6-ox as described in FIG.

[アグロバクテリウム形質転換法]
上記の構築したプラスミドを実施例1と同様の方法でアグロバクテリウムに導入し形質転換アグロバクテリウムを作製する。
[Agrobacterium transformation method]
The above constructed plasmid is introduced into Agrobacterium in the same manner as in Example 1 to prepare a transformed Agrobacterium.

<キヌアDODA1ホモログによるベンサミアナタバコにおけるベタレイン合成能の評価>
CqDODA1-3、CqDODA1-4、CqDODA1-5又はCqDODA1-6のベタレイン合成能について、以下の方法により該合成能を有しないベンサミアナタバコに導入することにより評価する。
<Evaluation of the betalain synthesis ability in Bensamiana tobacco by quinua DODA1 homolog>
The betalain synthesis ability of CqDODA1-3, CqDODA1-4, CqDODA1-5 or CqDODA1-6 is evaluated by introducing into bensamiana tobacco having no synthetic ability according to the following method.

[ベンサミアナタバコにおける一過的発現解析]
実施例1で作製したCqCYP76AD1及びCqCDOPA5GT形質転換アグロバクテリウム、並びに実施例4で作製したCqDODA1-3、CqDODA1-4、CqDODA1-5又はCqDODA1-6形質転換アグロバクテリウムについて、それぞれ3 mlのLB培地で培養する。
CqCYP76AD1、CqDODA1-3及びCqCDOPA5GTの組み合わせ、CqCYP76AD1、CqDODA1-4及びCqCDOPA5GTの組み合わせ、CqCYP76AD1、CqDODA1-5及びCqCDOPA5GTの組み合わせ、あるいはCqCYP76AD1、CqDODA1-6及びCqCDOPA5GTの組み合わせで混合菌液を作製する。
作製した混合菌液を実施例2と同様の方法によりベンサミアナタバコに接種する。接種から3〜5日育成後、育成したベンサミアナタバコの緑葉を以下の解析に利用する。
[Transient expression analysis in bensamiana tobacco]
CqCYP76AD1 and CqCDOPA5GT transformed Agrobacterium prepared in Example 1, and CqDODA1-3, CqDODA1-4, CqDODA1-5 or CqDODA1-6 transformed Agrobacterium prepared in Example 4 in 3 ml of LB medium Incubate with
CqCYP76AD1, CqDODA1-3 and CqCDOPA5GT combination, CqCYP76AD1, CqDODA1-4 and CqCDOPA5GT combination, CqCYP76AD1, CqDODA1-5 and CqCDOPA5GT combination, or CqCYP76AD1, CqDODA1-6 and CqCDOPA5GT combination solution are prepared.
The prepared mixed solution is used to inoculate benthamiana tobacco in the same manner as in Example 2. After growing for 3 to 5 days after inoculation, green leaves of the grown Bensamiana tobacco are used for the following analysis.

[ベタレイン色素抽出及びHPLC解析]
実施例2と同様の方法によりベタレイン色素抽出及びHPLC分析を行う。
[Betalain pigment extraction and HPLC analysis]
The betalain dye extraction and HPLC analysis are carried out in the same manner as in Example 2.

[結果]
CqCYP76AD1、CqDODA1-3及びCqCDOPA5GTの組み合わせ、CqCYP76AD1、CqDODA1-4及びCqCDOPA5GTの組み合わせ、CqCYP76AD1、CqDODA1-5及びCqCDOPA5GTの組み合わせ、あるいはCqCYP76AD1、CqDODA1-6及びCqCDOPA5GTの組み合わせの全てにおいて、一過的発現したベンサミアナタバコの葉は赤色に変色し、赤色色素が合成されたことを確認する。
HPLC解析の結果、CqCYP76AD1、CqDODA1-3及びCqCDOPA5GTの組み合わせ、CqCYP76AD1、CqDODA1-4及びCqCDOPA5GTの組み合わせ、CqCYP76AD1、CqDODA1-5及びCqCDOPA5GTの組み合わせ、あるいはCqCYP76AD1、CqDODA1-6及びCqCDOPA5GTの組み合わせの全てにおいて、一過的発現したベンサミアナタバコから抽出したサンプルにおいてベタレイン色素の1つであるS体のベタニンの単一ピークを確認する。
よって、CqDODA1-3、CqDODA1-4、CqDODA1-5及びCqDODA1-6の全てのCqDODA1において、S体のベタニンの生産に用いることができる。
[result]
CqCYP76AD1, CqDODA1-3 and CqCDOPA5GT combinations, CqCYP76AD1, CqDODA1-4 and CqCDOPA5GT combinations, CqCYP76AD1, CqDODA1-5 and CqCDOPA5GT combinations, or CqCYP76AD1, CqDODA1-6 and CqCDOPA5GT combinations The leaves of Samiana tobacco turn red to confirm that a red pigment is synthesized.
As a result of HPLC analysis, a combination of CqCYP76AD1, CqDODA1-3 and CqCDOPA5GT, a combination of CqCYP76AD1, CqDODA1-4 and CqCDOPA5GT, a combination of CqCYP76AD1, CqDODA1-5 and CqCDOPA5GT, or a combination of CqCYP76AD1, CqDODA1-6 and CqCDOP4 A single peak of betanine betanine, which is one of the betalain dyes, is confirmed in a sample extracted from overexpressed bensamiana tobacco.
Therefore, all of CqDODA1-3, CqDODA1-4, CqDODA1-5, and CqDODA1-6 can be used for S-betanine production in all CqDODA1.

<キヌア由来ベタレイン合成遺伝子と他植物由来ベタレイン合成遺伝子との相同性確認>
CqCYP76AD1、CqDODA1-1、CqDODA1-2及びCqCDOPA5GTがコードするタンパク質について、他植物由来のタンパク質と相同性を確認した。さらに、CqDODA1-1〜1-6間の相同性を確認した。
<Confirmation of homology between quinoa-derived betalain synthesis gene and other plant-derived betalain synthesis gene>
The proteins encoded by CqCYP76AD1, CqDODA1-1, CqDODA1-2 and CqCDOPA5GT were confirmed to be homologous to proteins from other plants. Furthermore, the homology between CqDODA1-1 to 1-6 was confirmed.

[結果]
CqCYP76AD1はビートCYP76AD1に対して88%、CqCDOPA5GTはビートCDOPA5GTに対して77%の相同性を示した。一方、CqDODA1-1及びCqDODA1-2は、共にビートDODA1に対して69%と低い相同性であった。更にCqDODA1-1及びCqDODA1-2を、オシロイバナDODA1と比較したところ、54%及び53%と低い相同性を示した。
今回単離したキヌアのDODA1(CqDODA1-1〜1-6)の活性部位の配列は、HPLDETPHYHGGVAPWAAX1FDSWLDX2ALTX3GRX4EEVNTYETKAPNWEL(X1はD又はEを示し、X2はL、V又はTを示し、X3はK又はNを示し、X4はF又はIを示す:配列番号33)であった(図2B)。過去の報告では、他植物由来のDODA1の活性部位の保存配列が報告されている(図2A)(Christinet, L., Burdet, F.X., Zaiko, M., Hinz, U. andZryd,J.P.2004,Characterization and functional identification of anovelplant4,5-extradioldioxygenase involved in betalain pigment biosynthesisinPortulacagrandiflora.Plant Physiol., 134, 265-74.)。
以上により、今回単離したキヌアのDODA1(特に、活性部位)の配列は、他植物由来のDODA1(特に、活性部位)位の配列は明らかに異なることを確認した(図2A及びB)。
[result]
CqCYP76AD1 showed 88% homology to beet CYP76AD1 and CqCDOPA5GT showed 77% homology to beet CDOPA5GT. On the other hand, CqDODA1-1 and CqDODA1-2 both had a low homology of 69% to beet DODA1. Furthermore, CqDODA1-1 and CqDODA1-2 showed lower homology with 54% and 53% when compared with Oshiroiwana DODA1.
The sequence of the active site of DONA1 (CqDODA1-1 to 1-6) of the quinoa isolated this time is HPLDETPHYHGGVAPWAAX 1 FDSWLDX 2 ALTX 3 GRX 4 EEVNTYETKAPNWEL (X 1 denotes D or E, X 2 is L, V or T X 3 represents K or N and X 4 represents F or I: SEQ ID NO: 33) (FIG. 2B). In the past reports, the conserved sequence of the active site of DODA1 derived from other plants has been reported (Fig. 2A) (Christinet, L., Burdet, FX, Zaiko, M., Hinz, U. and Zryd, JP2004, Characterization and functional identification of anovelplant 4, 5-extradioldioxygenase Involved in betalain pigment biosynthesisinPortulaca grandiflora. Plant Physiol., 134, 265-74.).
From the above, it was confirmed that the sequence of DODA1 (in particular, active site) of the quinua isolated this time was clearly different from the sequence of DODA1 (in particular, active site) derived from other plants (FIGS. 2A and B).

<キヌア胚軸の色素解析>
赤色を有するキヌア胚軸に蓄積される色素を解析した。
キヌア系統Kd及びCQ127を用いた。キヌア胚軸から実施例2と同様の方法によりベタレイン色素抽出及びHPLC解析を行った。より詳しくは、装置はLC-20AD(島津製作所)を用い、25℃の条件で行った。分析溶媒には0.05%トリフルオロ酢酸及び0.05%アセトニトリルを含む水を用いた。
HPLC解析の結果、アマランチン及びセロシアニンIIがメインピークとして検出され、ベタニンのピークがわずかに検出された。
<Pigment analysis of quinoa hypocotyl>
The pigment accumulated in quinoa hypocotyls with red color was analyzed.
Quinoa strains Kd and CQ127 were used. Betaurein pigment extraction and HPLC analysis were carried out from quinoa hypocotyls in the same manner as in Example 2. More specifically, the apparatus was performed at 25 ° C. using LC-20AD (Shimadzu Corporation). As an analysis solvent, water containing 0.05% trifluoroacetic acid and 0.05% acetonitrile was used.
As a result of HPLC analysis, amaranthine and cerocyanine II were detected as main peaks, and a peak of betanin was slightly detected.

<キヌア由来アマランチン合成酵素遺伝子の単離及びアマランチン合成能評価>
実施例7の結果より、アマランチン合成酵素単離のための系統解析を行い、得られた候補遺伝子のアマランチン合成能をベンサミアナタバコで評価した。
<Isolation of quintua-derived amarantine synthetase gene and evaluation of amarantine synthesis ability>
From the results of Example 7, phylogenetic analysis for isolation of amarantine synthetase was performed, and the ability to synthesize amarantine of the candidate gene thus obtained was evaluated by N. benthamiana.

[アマランチン合成酵素単離のための系統解析]
アマランチンはベタニンに糖が付加されたベタレイン色素である。アラビドプシスにおける植物色素のフラボノールの配糖化酵素であるflavonoid 3-O-glucoside:2″-O-glucosyltransferase(UGT79B6, At5g54010, NP_200212)を用いてClustalWアルゴリズム(J.D. Thompson, D.G. Higgins, T.J. Gibson, CLUSTAL W:improvingthesensitivityof progressive multiple sequence alignmentthroughsequenceweighting,position-specific gap penalties and weight matrixchoice,NucleicAcids Res., 22(1994) 4673-4680.)による系統樹解析を行った。なお、Mega7softwareによる近隣結合アルゴリズム(neighbor joiningalgorithm)を用いて系統樹を構築した。
Phylogenetic analysis for isolation of amarantine synthetase
Amarantine is a betalain pigment in which sugar is added to betanine. ClustalW algorithm (JD Thompson, DG Higgins, TJ Gibson, CLUSTAL W: using flavonoid 3-O-glucoside, 2'-O-glucosyltransferase (UGT79B6, At5g54010, NP — 200212), which is a glycosidation enzyme of flavonol, a plant pigment in Arabidopsis We performed phylogenetic tree analysis by improving the sensitivity of progressive multiple sequence alignment through sequence weighting, position-specific gap penalties and weight matrix choice, Nucleic Acids Res., 22 (1994) 4673-4680. Note that the neighbor joining algorithm by Mega7 software (using neighbor joiningalgorithm) A phylogenetic tree was constructed.

[結果]
構築した系統樹を図8に示す。キヌアには17個のホモログが存在し、2つのグループに分かれた。
フラボノールを修飾するflavonoid3-O-glucoside:2″-O-glucosyltransferaseが属さないグループについて、キヌア胚軸での発現を調べた結果、アクセッション番号XP_021754077.1、XP_021735839.1及びXP_021735840.1の発現が確認できた。
[result]
The constructed phylogenetic tree is shown in FIG. There were 17 homologs in quinoa, which were divided into two groups.
Flavonoid-modifying flavonoid 3-O-glucoside: As a result of examining the expression in quinoa hypocotyls for the group to which 2 "-O-glucosyltransferase does not belong, the expression of accession numbers XP 021754077.1, XP 021753589.1 and XP 021735840.1 It could be confirmed.

[ベンサミアナタバコにおける一過的発現解析]
上記3つの遺伝子及びXP_021743749の遺伝子について、アマランチン合成酵素活性を評価した。
実施例1と同様の方法によりアグロバクテリウムに形質転換した。以下の組み合わせで実施例2と同様の方法によりベンサミアナタバコの緑葉にアグロインフィルトレーション法を用いて接種した。該組み合わせの各緑葉サンプル及びキヌア胚軸抽出サンプル(コントロール)について、実施例2と同様の方法によりベタレイン色素抽出及びHPLC解析を行った。
(1)XP_021754077.1を含む組み合わせ
ベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、CqCDOPA5GT、CqDODA1、P19(Protein19)及びXP_021754077.1を一過的に導入した。
(2)XP_021735839.1を含む組み合わせ
ベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、CqCDOPA5GT、CqDODA1、P19及びXP_021735839.1を一過的に導入した。
(3)XP_021735840.1を含む組み合わせ
ベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、CqCDOPA5GT、CqDODA1、P19及びXP_021735840.1を一過的に導入した。
(4)XP_021743749を含む組み合わせ
ベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、CqCDOPA5GT、CqDODA1、P19及びXP_021743749を一過的に導入した。
(5)空ベクターを含む組み合わせ
ベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、CqCDOPA5GT、CqDODA1、P19及び空ベクター(vectorcontrol)であるpCAMBIA1301Mを一過的に導入した。
[Transient expression analysis in bensamiana tobacco]
The amarantine synthetase activity was evaluated for the above three genes and the gene of XP_021743749.
Agrobacterium was transformed in the same manner as in Example 1. Using the agroinfiltration method, green leaves of N. benthamiana tobacco were inoculated in the same manner as in Example 2 in the following combinations. For each green leaf sample and quinoa hypocotyl-extracted sample (control) of the combination, betalain dye extraction and HPLC analysis were performed in the same manner as in Example 2.
(1) Combination Containing XP_021754077.1 CsqCYP76AD1, CqCDOPA5GT, CqDODA1, P19 (Protein 19), and XP_021754077.1 were transiently introduced into the benthamiana tobacco.
(2) Combinations Containing XP_221735839. 1 CqCYP76AD1, CqCDOPA5GT, CqDODA1, P19 and XP_021735839.1 were transiently introduced into C. benthamiana tobacco.
(3) Combinations Containing XP_021735840.1 CqCYP76AD1, CqCDOPA5GT, CqDODA1, P19 and XP_021735840.1 were transiently introduced into C. benthamiana tobacco.
(4) Combinations Containing XP_021743749 Cs_CYP76AD1, CqCDOPA5GT, CqDODA1, P19 and XP_021743749 were transiently introduced into C. benthamiana tobacco.
(5) Combination Including Empty Vector CqCYP76AD1, CqCDOPA5GT, CqDODA1, P19 and pCAMBIA1301M which is an empty vector (vector control) were transiently introduced into C. benthamiana tobacco.

[結果]
アグロインフィルトレーションの結果を図9に示す。
HPLC解析の結果、CqCYP76AD1、CqCDOPA5GT、CqDODA1、P19(Protein 19)及びXP_021754077.1を形質転換したベンサミアナタバコから抽出したサンプル並びにコントロールのキヌア胚軸抽出サンプル(Hypocotyl extract)においてアマランチンのピークが検出され、イソアマランチンは検出されなかった(図10)。空ベクターを導入したベンサミアナタバコから抽出したサンプル(−)ではベタニンのピークが検出され、アマランチンのピークが検出されなかった(図10)。
よって、XP_021754077.1(配列番号37)は、アマランチン合成酵素をコードする遺伝子であり、ベタニンに糖を付加する酵素活性を有することを確認した。なお、XP_021754077とアラビドプシスのflavonoid3-O-glucoside:2″-O-glucosyltransferaseとの相同性は46%であった。すなわち、、アマランチン合成酵素は、公知の酵素とはまったく異なることを確認した。
以上より、チロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素をコードする遺伝子、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子、DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素をコードする遺伝子並びにアマランチン合成酵素をコードする遺伝子の遺伝子群が導入された宿主である植物体は、ベタレイン色素の1つであるアマランチンの合成能を有する。
[result]
The results of the agroinfiltration are shown in FIG.
As a result of HPLC analysis, a peak of amarantine is detected in samples extracted from C. camphorata transformed with CqCYP76AD1, CqCDOPA5GT, CqDODA1, P19 (Protein 19) and XP 021754077.1 and in control quinoa hypocotyl extract samples (Hypocotyl extract) And isoamaranthine was not detected (FIG. 10). In the sample (-) extracted from N. benthamiana to which an empty vector was introduced, a peak of betanin was detected, and a peak of amarantine was not detected (FIG. 10).
Therefore, it was confirmed that XP — 021754077.1 (SEQ ID NO: 37) is a gene encoding an amarantine synthetase and has an enzyme activity of adding sugar to betanin. The homology between XP 0 217 54 077 and Arabidopsis flavonoid 3-O-glucoside: 2 "-O-glucosyltransferase was 46%, that is, it was confirmed that the amarantine synthetase was completely different from known enzymes.
As described above, a gene encoding an enzyme having an activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, a gene encoding an enzyme having L-DOPA oxidase activity, and an enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity A plant body which is a host into which a gene group of a gene, a gene encoding an enzyme having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group, and a gene group of a gene encoding an amaranthine synthetase is synthesized Have a

<オシロイバナ由来ベタレイン合成能遺伝子のベタレイン合成能評価>
オシロイバナのDODA1が実質的にベタニンのみを合成できるかどうかを調べた。
<Evaluation of betalain synthesis ability of betalain synthesis ability gene derived from Oshiroiwana>
It was investigated whether DODI of Oshiroiwana could substantially synthesize only betanin.

[ベンサミアナタバコにおける一過的発現解析]
オシロイバナのDODA1遺伝子(MjDODA1;配列番号35)について、実施例1と同様の方法によりアグロバクテリウムに形質転換した。以下の組み合わせで実施例2と同様の方法によりベンサミアナタバコの緑葉にアグロインフィルトレーション法を用いて接種した。該組み合わせの各緑葉サンプルについて、実施例2と同様の方法によりベタレイン色素抽出及びHPLC解析を行った。
(1)MjDODA1を含む組み合わせ
ベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、CqCDOPA5GT、P19及びMjDODA1を一過的に導入した。
(2)CqDODA-1(CqDODA1-1)を含む組み合わせ
ベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、CqCDOPA5GT、P19及びCqDODA-1を一過的に導入した。
(3)CqDODA-5(CqDODA1-5)を含む組み合わせ
ベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、CqCDOPA5GT、P19及びCqDODA-5を一過的に導入した。
(4)CqDODA-6(CqDODA1-6)を含む組み合わせ
ベンサミアナタバコにCqCYP76AD1、CqCDOPA5GT、P19及びCqDODA-6を一過的に導入した。
[Transient expression analysis in bensamiana tobacco]
The DODA1 gene (MjDODA1; SEQ ID NO: 35) of Oshiroiwana was transformed into an Agrobacterium in the same manner as in Example 1. Using the agroinfiltration method, green leaves of N. benthamiana tobacco were inoculated in the same manner as in Example 2 in the following combinations. For each green leaf sample of the combination, betalain dye extraction and HPLC analysis were performed in the same manner as in Example 2.
(1) Combination Containing MjDODA1 CqCYP76AD1, CqCDOPA5GT, P19 and MjDODA1 were transiently introduced into C. benthamiana tobacco.
(2) Combination Including CqDODA-1 (CqDODA1-1) CqCYP76AD1, CqCDOPA5GT, P19 and CqDODA-1 were transiently introduced into C. benthamiana tobacco.
(3) Combinations Containing CqDODA-5 (CqDODA1-5) CqCYP76AD1, CqCDOPA5GT, P19 and CqDODA-5 were transiently introduced into C. benthamiana tobacco.
(4) Combination Containing CqDODA-6 (CqDODA1-6) CqCYP76AD1, CqCDOPA5GT, P19 and CqDODA-6 were transiently introduced into C. benthamiana tobacco.

[結果]
アグロインフィルトレーションの結果、全ての組み合わせにおいて葉が赤色に変色し、赤色色素が合成されたことを示した(図11)。
HPLC解析の結果、CqDODA-1、CqDODA-5及びCqDODA-6だけでなく、MjDODA1を一過的発現したベンサミアナタバコから抽出したサンプルにおいてもベタニンの単一ピークが検出され、イソベタニンは検出されなかった(図12)。
よって、オシロイバナのDODA1(MjDODA1)は、実質的にベタニンのみを合成することができるDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素であることが明らかとなった。
[result]
As a result of agroinfiltration, the leaves turned red in all combinations, indicating that a red pigment was synthesized (FIG. 11).
As a result of HPLC analysis, a single peak of betanin is detected and a sample of isobetanin is detected also in samples extracted from Bensminaria tobacco transiently expressing MjDODA1, as well as CqDODA-1, CqDODA-5 and CqDODA-6. There was no (Figure 12).
Therefore, it became clear that DODAI (MjDODAl) of Oshiroiwana is an enzyme having DOPA 4, 5-dioxygenase activity that can substantially synthesize only betanin.

<ghy変異体の作製及び原因遺伝子の機能評価>
キヌアにおいてベタレイン色素合成に関与する遺伝子の変異体を作製し、該変異体を用いてベタレイン色素合成に関する機能解析を行った。
<Preparation of ghy mutant and functional evaluation of causative gene>
A mutant of a gene involved in betalain pigment synthesis in quinoa was prepared, and the functional analysis of betalain pigment synthesis was performed using the mutant.

[エチルメタンスルホン酸(EMS)による突然変異誘発]
キヌア系統Kd(京都大学より入手)及びCQ127{アメリカ合衆国農務省(USDA)より入手}の種子を23℃12時間明期/12時間暗期の条件で生育した。生育した植物体のEMS処理を株式会社インプランタイノベーションズに委託して行った。EMS処理した種子を生育し、M1を得てM3世代まで生育した。M3を突然変異解析に用いた。
[Mutagenesis by ethyl methane sulfonic acid (EMS)]
Seeds of quinoa strain Kd (obtained from Kyoto University) and CQ 127 (obtained from United States Department of Agriculture (USDA)) were grown at 23 ° C. for 12 hours light / 12 hours dark. EMS treatment of grown plants was commissioned to Inplanta Innovations Co., Ltd. The EMS-treated seeds were grown to obtain M1 and grown to the M3 generation. M3 was used for mutation analysis.

[突然変異解析]
TruSeq library preparation kit(イルミナ社)を用いてライブラリーを構築した。候補SNPsをMutMap pipeline ver.1.4.4(http://genome-e.ibrc.or.jp/home/bioinformatics-team/mutmap)を用いて解析した(参照:H.Li, R. Durbin, Fast and accurate short read alignment withBurrows-Wheelertransform,Bioinformatics, 25 (2009) 1754-1760.;H. Li, B. Handsaker, A.Wysoker, T. Fennell, J. Ruan, N. Homer, G.Marth, G. Abecasis, R.Durbin, TheSequence Alignment/Map format and SAMtools,Bioinformatics, 25 (2009)2078-2079.)。
[Mutation analysis]
The library was constructed using TruSeq library preparation kit (Illumina). Candidate SNPs were analyzed using MutMap pipeline ver. 1.4.4 (http://genome-e.ibrc.or.jp/home/bioinformatics-team/mutmap) (see: H. Li, R. Durbin, Fast Li, B. Handsaker, A. Wysoker, T. Fennell, J. Ruan, N. Homer, G. Marth, G. and accurate short read alignment with Burrows-Wheelertransform, Bioinformatics, 25 (2009) 1754-1760. Abecasis, R. Durbin, The Sequence Alignment / Map format and SAMtools, Bioinformatics, 25 (2009) 2078-2079.).

[結果]
突然変異解析の結果、2つの緑色胚軸変異体(ghy)系列を発見し、ghy1及びghy2と名付けた。色素解析の結果、両変異体共にベタシアニン色素の蓄積はみられず、ghy変異体はベタレイン色素合成系に異常があることが予想された。
[result]
As a result of mutational analysis, two green hypocotyl mutant (ghy) lines were discovered and named ghy1 and ghy2. As a result of pigment analysis, accumulation of betacyanin pigment was not observed in both mutants, and it was predicted that the ghy mutant had an abnormality in the betalain pigment synthesis system.

[原因遺伝子の同定]
ghy1及びghy2のM3種子は、分離試験により野生型:ghy=3:1に分離された。両表現型について、シークエンスにより配列決定し、MutMap+法に供し(R. Fekih, H. Takagi, M. Tamiru et al, MutMap+: genetic mappingandmutant identificationwithout crossing in rice, PLoS One, 8 (2013) e68529.)、ghy変異体の原因遺伝子のSNPsを同定した。
これらの同定したSNPsのうち、CqCYPAD1-1(Gene ID:110733547)の点突然変異により、ghy1において371番目のアルギニンがシステインに置換し、ghy2において124番目のトリプトファンが終始コドンに置換していることを確認した。
すなわち、371番目のアルギニンがシステインに置換したCqCYPAD1-1及び124番目のトリプトファンが終始コドンに置換したCqCYPAD1-1を確認した。
[Identification of causative gene]
The ghy1 and ghy2 M3 seeds were separated into wild type: ghy = 3: 1 by the separation test. Both phenotypes were sequenced by sequencing and subjected to the MutMap + method (R. Fekih, H. Takagi, M. Tamiru et al, MutMap +: genetic mapping and mutant identification without crossing in rice, PLoS One, 8 (2013) e68529.) , SNPs of ghy mutant causative genes were identified.
Among these identified SNPs, the point mutation of CqCYPAD1-1 (Gene ID: 110735347) has replaced the 371 arginine with cysteine in ghy 1 and the 124 tryptophan with termination codon in ghy 2 It was confirmed.
That is, CqCYPAD1-1 in which the 371st arginine was substituted by cysteine and CqCYPAD1-1 in which the 124th tryptophan was substituted by the termination codon were confirmed.

[ghy1−ghy2交雑試験]
CqCYPAD1-1が原因遺伝子であることを確認するため、ghy1及びghy2を交雑した。その結果、F1植物体は全て緑色胚軸表現型を示した(n=6)。
よって、CqCYPAD1-1の変異が緑色胚軸表現型の原因であり、CqCYPAD1-1がベタシアニン色素合成に関与することを確認した。
[Ghy1-ghy2 hybridization test]
In order to confirm that CqCYPAD1-1 is the causative gene, ghy1 and ghy2 were crossed. As a result, all F1 plants showed a green hypocotyl phenotype (n = 6).
Therefore, it was confirmed that the mutation of CqCYPAD1-1 is responsible for the green hypocotyl phenotype and CqCYPAD1-1 is involved in betacyanin dye synthesis.

[CqCYPAD1-1機能解析]
(1)CqCYPAD1-1の過剰発現
機能解析のためghy1変異体のCqCYPAD1-1を過剰発現させた。CqCYPAD1-1過剰発現ベクターを構築し、Rhizobium rhizogenes(ATCC15834)に導入した。Rhizobium rhizogenes形質転換体をghy1変異体の毛状根に感染した。その結果、該毛状根において赤色色素形成が観察された。
(2)ベンサミアナタバコでのCYP76AD1活性評価
実施例2と同様の方法によりベンサミアナタバコの緑葉にCqCYP76AD1-1、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTの組み合わせ、あるいは、CqCYP76AD1-1_R371C(371番目のアルギニンがシステインに置換したCqCYP76AD1-1)、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTの組み合わせを一過的発現した。その結果、前者の組み合わせでは葉が赤色に変色したのに対し、後者の組み合わせでは葉が変色しなかった。よって、CqCYP76AD1-1がCYP76AD1活性を有することを確認した。また、CqCYP76AD1-1_R371C形質転換体ではベタレインの蓄積は観察されなかった。
(3)キヌア種子におけるCqCYP76AD1-1発現解析
キヌア種子においてCqCYP76AD1-1発現解析を行った。その結果、CqCYP76AD1-1は、明暗条件では赤色色素がみられる子葉及び胚軸で高い発現を示した。一方、CqCYP76AD1-1は、恒暗条件では種まき2日後の子葉で発現がみられたが、胚軸では発現がみられなかった。よって、胚軸のCqCYP76AD1-1の発現は光依存性であることが明らかとなった。
[CqCYPAD1-1 functional analysis]
(1) Overexpression of CqCYPAD1-1 For functional analysis, the ghy1 mutant CqCYPAD1-1 was overexpressed. A CqCYPAD1-1 overexpression vector was constructed and introduced into Rhizobium rhizogenes (ATCC 15834). Rhizobium rhizogenes transformants were infected into the hairy roots of the ghy1 mutant. As a result, red pigmentation was observed in the hairy roots.
(2) Evaluation of CYP76AD1 Activity in Bensminaria Tobacco CqCYP76AD1-1, a combination of CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT, or CqCYP76AD1-1_R371C (an arginine at position 371) was used in green leaves of Bensminaria tobacco in the same manner as in Example 2. The combination of CqCYP76AD1-1), CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT substituted with cysteine was transiently expressed. As a result, the leaves in the former combination turned red while the leaves did not discolor in the latter combination. Thus, it was confirmed that CqCYP76AD1-1 has CYP76AD1 activity. In addition, accumulation of betalain was not observed in the CqCYP76AD1-1 — R371C transformant.
(3) CqCYP76AD1-1 expression analysis in quinoa seeds CqCYP76AD1-1 expression analysis was performed in quinoa seeds. As a result, CqCYP76AD1-1 showed high expression in cotyledons and hypocotyls in which a red pigment was observed under light and dark conditions. On the other hand, CqCYP76AD1-1 was found to be expressed in the cotyledons two days after sowing under constant dark conditions, but not in the hypocotyls. Thus, it was revealed that expression of CqCYP76AD1-1 in hypocotyls is light-dependent.

[CqCYPAD1-2機能解析]
(1)胚軸でのCqCYP76AD1-2発現解析
塩基配列解析に基づきCqCYP76AD1-2が酵素活性を有すると予想した。RT-PCRにより胚軸でのCqCYP76AD1-2発現を解析した結果、Kd系統ではCqCYP76AD1-2のORF由来の増幅断片が確認されたが、CQ127系統ではCqCYP76AD1-2ゲノム由来の増幅断片が確認された。CqCYP76AD1-2のスプライシングジャンクションも確認された。CQ127系統ではSNPがスプライシング領域で起こり、23-bp欠失が3'スプライシング領域近傍に存在した。
(2)ベンサミアナタバコでのCYP76AD1活性評価
実施例2と同様の方法によりベンサミアナタバコの緑葉にKd系統由来のCqCYP76AD1-2のゲノム領域、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTの組み合わせ、あるいは、Kd系統由来のCqCYP76AD1-2のcDNA、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTの組み合わせを一過的発現した。その結果、両者共に葉が赤色に変色した。HPLC解析及びMS解析の結果、この色素形成がベタニンによるものであることを確認した。一方、実施例2と同様の方法によりベンサミアナタバコの緑葉にCQ127系統由来のCqCYP76AD1-2のゲノム領域、CqDODA1-1及びCqCDOPA5GTの組み合わせを一過的発現した結果、赤色色素形成はみられなかった。よって、CqCYP76AD1-2は、Kd系統由来のゲノムにおいて正常に機能し、CQ127系統由来のゲノムにおいてミススプライシングにより機能していないことが明らかとなった。
[CqCYPAD1-2 functional analysis]
(1) CqCYP76AD1-2 expression analysis in hypocotyl It was predicted that CqCYP76AD1-2 had an enzyme activity based on sequence analysis. As a result of analyzing CqCYP76AD1-2 expression in hypocotyls by RT-PCR, an amplified fragment derived from the ORF of CqCYP76AD1-2 was confirmed in the Kd strain, but an amplified fragment derived from the CqCYP76AD1-2 genome was confirmed in the CQ127 strain . The splice junction of CqCYP76AD1-2 was also confirmed. In the CQ127 strain, a SNP occurred in the splicing region, and a 23-bp deletion was present near the 3 'splicing region.
(2) Evaluation of CYP76AD1 activity in Bensminaria tobacco A genomic region of CqCYP76AD1-2 derived from Kd strain, a combination of CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT, or Kd strain in green leaves of Bensminaria tobacco by the same method as Example 2. The combination of CqCYP76AD1-2 cDNA, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT, was transiently expressed. As a result, both of the leaves turned red. As a result of HPLC analysis and MS analysis, it was confirmed that this pigmentation was due to betanin. On the other hand, as a result of transiently expressing the combination of the CqCYP76AD1-2 genome region derived from CQ127 strain, CqDODA1-1 and CqCDOPA5GT in green leaves of C. benthamiana by the same method as Example 2, no red pigmentation was observed The Thus, it was revealed that CqCYP76AD1-2 normally functions in the genome derived from the Kd strain and does not function by mis-splicing in the genome derived from the CQ127 strain.

[ghy変異体の有用性]
CqCYP76AD1-1の発現は胚軸において光曝露により起こる。この結果、発芽直後の胚軸においてベタレイン色素が蓄積される。これは、植物体を環境ストレス及び生物ストレスから保護するためである(G.Polturak, N. Grossman, D. Vela-Corcia, Y. Dong, A. Nudel, M.Pliner, M. Levy,I.Rogachev, A. Aharoni, Engineered gray mold resistance,antioxidant capacity,and pigmentationin betalain-producing crops andornamentals, Proc. Natl. Acad.Sci. U. S. A., 114 (2017)9062-9067.、G. Jain, K.E. Schwinn,K.S. Gould, Betalain induction by l-DOPAapplication confers photoprotection tosaline-exposed leaves of Disphymaaustrale, New Phytol., 207 (2015)1075-1083.)。キヌアを含む75種のChenopodiumの全てで胚軸での赤色色素形成が観察された。よって、ベタレイン色素は環境ストレス耐性の1要素である。
ghy変異体はベタシアニンの蓄積を示さず、胚軸におけるベタシアニンの生理学的機能の解明に有用である。
ghy表現型はM3世代で現れたが、異質四倍体キヌアにおいて、この世代の変異は現れそないと考えられる。キヌアは、相同遺伝子の1対を喪失しているかもしれない。実際にCqCYP76AD1-1及びCqCYP76AD1-2の相同遺伝子は機能を失い、偽遺伝子となっていた。CQ127系統において、CqCYP76AD1-2はミススプライシングにより機能を喪失し、CqCYP76AD1-1のみが正常に機能した。ghy変異体におけるM3で変異が現れる特性は、異質四倍体キヌアにおいて単一遺伝子により制御されることが予想される。
ghy1変異体は、CYP76AD1活性解析に有効である。このことは3D構造モデリングにおいてghy1の変異があるCqCYP76AD1-1の371番目の残基が活性中心に近いことからも支持される。
通常ベタレインをつくる植物の形質転換は困難である。一方、ghyはアグロバクテリウムに感染しやすくなり、ghy変異体を用いることにより形質転換が可能になる。
ベタレインは形質転換を阻害している可能性が高い。ghy変異体はベタレインを合成しないため再分化能力が高い。
すなわち、本発明は、緑色胚軸変異体(ghy)系列であるghy1及びghy2も対象とする。
また、本発明は、371番目のアルギニンがシステインに置換したCqCYPAD1-1及び124番目のトリプトファンが終始コドンに置換したCqCYPAD1-1も対象とする。
[Utility of ghy mutant]
Expression of CqCYP76AD1-1 occurs on exposure to light in the hypocotyl. As a result, betalain pigment is accumulated in the hypocotyl immediately after germination. This is to protect plants from environmental stress and biological stress (G. Polturak, N. Grossman, D. Vela-Corcia, Y. Dong, A. Nudel, M. Pliner, M. Levy, I. Rogachev, A. Aharoni, Engineered gray mold resistance, antioxidant capacity, and pigmentation in betalain-producing crops and ornamentals, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 114 (2017) 9062-9067, G. Jain, KE Schwinn, KS Gould , Betalain induction by l-DOPA application confers photoprotection tosaline-exposed leaves of Disphymaaustrale, New Phytol., 207 (2015) 1075-1083.). Red pigmentation in the hypocotyl was observed in all of the 75 Chenopodium species, including quinoa. Thus, betalain dye is a component of environmental stress tolerance.
The ghy mutant does not show accumulation of betacyanin and is useful for elucidating the physiological function of betacyanin in the hypocotyl.
The ghy phenotype appears in the M3 generation, but in allogeneic tetraploid quinua, it is believed that this generation of mutations will not appear. Quinoa may have lost one pair of homologous genes. In fact, the homologous genes of CqCYP76AD1-1 and CqCYP76AD1-2 lost their function and became pseudogenes. In the CQ127 strain, CqCYP76AD1-2 lost its function by mis-splicing, and only CqCYP76AD1-1 functioned normally. The characteristic of the M3 mutation in ghy mutants is expected to be controlled by a single gene in allogeneic tetraploid quinua.
The ghy1 mutant is effective for CYP76AD1 activity analysis. This is also supported by the fact that the residue at position 371 of CqCYP76AD1-1 having a mutation of ghy1 in 3D structural modeling is close to the active center.
Transformation of plants that normally make betalains is difficult. On the other hand, ghy is easily infected with Agrobacterium, and transformation is possible by using ghy mutants.
Betalain is likely to inhibit transformation. The ghy mutant has high redifferentiation ability because it does not synthesize betalain.
That is, the present invention is also directed to green hypocotyl mutant (ghy) lines ghy1 and ghy2.
The present invention is also directed to CqCYPAD1-1 in which arginine at position 371 is substituted with cysteine, and CqCYPAD1-1 in which tryptophan at position 124 is substituted for codon throughout.

本発明により、ベタレイン色素の合成方法、L−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤、並びに、ベタレイン色素産出宿主を提供することが可能になった。   According to the present invention, it has become possible to provide a method for synthesizing betalain dye, an agent for converting L-DOPA to 4,5-seco-DOPA, and a host producing betalain dye.

Claims (8)

ベタレイン色素の合成方法であって、
チロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素をコードする遺伝子、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素をコードする遺伝子及び以下のDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子の遺伝子群が導入されており、かつチロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン(3-hydroxy-L-tyrosine:L-DOPA)産生能を持つ宿主を培養して、培養後の宿主からベタレイン色素を抽出する、
又は、
以下のDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子が導入されており、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素活性、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素活性、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素活性並びにチロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン産生能を持つ宿主を培養して、培養後の宿主からベタレイン色素を抽出する、
ここで、該DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子は、以下のいずれか1以上から選択され、
(1)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子、及び
(8)配列番号33に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子を含む上記(1)〜(7)のいずれか1以上の遺伝子、
ことを特徴とするベタレイン色素の製造方法。
A method of synthesizing betalain dyes,
A gene encoding an enzyme having an activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, a gene encoding an enzyme having an L-DOPA oxidase activity, a gene encoding an enzyme having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group The following gene groups of genes encoding enzymes having DOPA 4,5-dioxygenase activity have been introduced and tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine (L-DOPA) production Cultivating a host having the ability to extract betalain pigment from the host after cultivation,
Or
The following genes encoding an enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity have been introduced, and an enzyme activity having an activity of hydroxylating position 3 of the phenol ring of tyrosine, an enzyme activity having L-DOPA oxidase activity (B) culturing a host having an enzyme activity having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group and capable of producing tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine to extract betalain dye from the host after culture;
Here, a gene encoding an enzyme having the DOPA 4,5-dioxygenase activity is selected from any one or more of the following:
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27;
(2) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NOs: 17, 19, 21. A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially equivalent to the amino acid sequence set forth in 21, 23, 25 or 27 into 4,5-seco-DOPA,
(3) An amino acid having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, and an amino acid set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27 A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially homologous to the sequence to 4,5-seco-DOPA,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28;
(5) Hybridizes with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28 under a stringent condition, and L-DOPA A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having the ability to convert to 5-seco-DOPA,
(6) A gene consisting of DNA in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added in the DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28 ,
(7) A gene consisting of a DNA having a homology of 90% or more with the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28; and (8) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 Any one or more genes of (1) to (7) above, comprising a gene encoding a polypeptide consisting of
A method for producing a betalain pigment characterized in that
前記ベタレイン色素がベタニンである、請求項1に記載のベタレイン色素の合成方法。
The method for synthesizing a betalain dye according to claim 1, wherein the betalain dye is betanine.
前記ベタレイン色素が実質的にイソベタニンを含まない、請求項1又は2に記載のベタレイン色素の合成方法。
The method for synthesizing betalain dyes according to claim 1 or 2, wherein the betalain dyes are substantially free of isobetanine.
以下の(1)〜(8)のいずれか1に示す遺伝子又は該遺伝子を担持したベクターを含むL−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤;
(1)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子、及び
(8)配列番号33に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子を含む上記(1)〜(7)のいずれか1以上の遺伝子。
An agent for converting L-DOPA containing the gene shown in any one of the following (1) to (8) or a vector carrying the gene into 4, 5-seco-DOPA:
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27;
(2) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NOs: 17, 19, 21. A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially equivalent to the amino acid sequence set forth in 21, 23, 25 or 27 into 4,5-seco-DOPA,
(3) An amino acid having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, and an amino acid set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27 A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially homologous to the sequence to 4,5-seco-DOPA,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28;
(5) Hybridizes with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28 under a stringent condition, and L-DOPA A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having the ability to convert to 5-seco-DOPA,
(6) A gene consisting of DNA in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added in the DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28 ,
(7) A gene consisting of a DNA having a homology of 90% or more with the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28; and (8) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 The gene of any one or more of the above (1) to (7), which comprises a gene encoding a polypeptide consisting of
以下の(1)〜(4)のいずれか1のアミノ酸配列で表されるペプチドを有するL−DOPAを4,5−seco−DOPAへの変換剤;
(1)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列、
(2)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するアミノ酸配列、
(3)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号1に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するアミノ酸配列、及び
(4)配列番号33に記載のアミノ酸配列を含む上記(1)〜(3)のいずれか1以上のアミノ酸配列。
An agent for converting L-DOPA having a peptide represented by the amino acid sequence of any one of (1) to (4) below into 4,5-seco-DOPA;
(1) the amino acid sequence as set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27,
(2) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NOs: 17, 19, An amino acid sequence having the ability to convert L-DOPA substantially homologous to the amino acid sequence set forth in 21, 23, 25 or 27 into 4,5-seco-DOPA,
(3) L-DOPA substantially homologous to the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 and having a homology of 90% or more with the amino acid sequence of SEQ ID NO: 17, 19, 21, 23, 25 or 27 An amino acid sequence having the ability to convert to 4,5-seco-DOPA, and (4) an amino acid sequence of any one or more of the above (1) to (3) comprising the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 33.
請求項4又は5に記載の変換剤が導入されたベタレイン色素産出宿主。
A betalain dye production host into which the conversion agent according to claim 4 or 5 is introduced.
ベタレイン色素産出宿主であって、
該宿主は、
チロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素をコードする遺伝子、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素をコードする遺伝子及び以下のDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子の遺伝子群が導入されており、かつチロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン(3-hydroxy-L-tyrosine:L-DOPA)産生能を有する、
又は、
以下のDOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子が導入されており、かつチロシンのフェノール環の3位を水酸化する活性を有する酵素活性、L−DOPAオキシダーゼ活性を有する酵素活性、フェノール性水酸基に糖を付加する活性を有する酵素活性並びにチロシン又は3-ヒドロキシ-L-チロシン産生能を有する、
ここで、該DOPA 4,5-ジオキシゲナーゼ活性を有する酵素をコードする遺伝子は、以下のいずれか1以上から選択され、
(1)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子、
(2)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列において、1〜20個のアミノ酸が置換、欠損、挿入及び/又は付加しており、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(3)配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と90%以上の相同性を有し、かつ配列番号17、19、21、23、25又は27に記載のアミノ酸配列と実質的同質のL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードする遺伝子、
(4)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAからなる遺伝子、
(5)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつL−DOPAを4,5−seco−DOPAに変換する能力を有するポリペプチドをコードするDNAからなる遺伝子、
(6)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAにおいて、1〜50個の塩基配列が置換、欠損、挿入及び/又は付加しているDNAからなる遺伝子、
(7)配列番号18、20、22、24、26又は28に記載の塩基配列からなるDNAと90%以上の相同性を有するDNAからなる遺伝子、及び
(8)配列番号33に記載のアミノ酸配列からなるポリペプチドをコードする遺伝子を含む上記(1)〜(7)のいずれか1以上の遺伝子、
ことを特徴とするベタレイン色素産出宿主。
Betalein pigment producing host,
The host is
A gene encoding an enzyme having an activity of hydroxylating the 3-position of the phenol ring of tyrosine, a gene encoding an enzyme having an L-DOPA oxidase activity, a gene encoding an enzyme having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group The following gene groups of genes encoding enzymes having DOPA 4,5-dioxygenase activity have been introduced and tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine (L-DOPA) production Have the ability to
Or
The following genes encoding an enzyme having DOPA 4,5-dioxygenase activity have been introduced, and an enzyme activity having an activity of hydroxylating position 3 of the phenol ring of tyrosine, an enzyme activity having L-DOPA oxidase activity , An enzyme activity having an activity of adding a sugar to a phenolic hydroxyl group and an ability to produce tyrosine or 3-hydroxy-L-tyrosine,
Here, a gene encoding an enzyme having the DOPA 4,5-dioxygenase activity is selected from any one or more of the following:
(1) a gene encoding a polypeptide consisting of the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27;
(2) In the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, 1 to 20 amino acids are substituted, deleted, inserted and / or added, and SEQ ID NOs: 17, 19, 21. A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially equivalent to the amino acid sequence set forth in 21, 23, 25 or 27 into 4,5-seco-DOPA,
(3) An amino acid having 90% or more homology with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27, and an amino acid set forth in SEQ ID NOs: 17, 19, 21, 23, 25 or 27 A gene encoding a polypeptide having the ability to convert L-DOPA substantially homologous to the sequence to 4,5-seco-DOPA,
(4) a gene consisting of DNA consisting of the nucleotide sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28;
(5) Hybridizes with a DNA consisting of a nucleotide sequence complementary to the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28 under a stringent condition, and L-DOPA A gene comprising a DNA encoding a polypeptide having the ability to convert to 5-seco-DOPA,
(6) A gene consisting of DNA in which 1 to 50 base sequences are substituted, deleted, inserted and / or added in the DNA consisting of the base sequence set forth in SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28 ,
(7) A gene consisting of a DNA having a homology of 90% or more with the DNA consisting of the nucleotide sequence of SEQ ID NO: 18, 20, 22, 24, 26 or 28; and (8) the amino acid sequence of SEQ ID NO: 33 Any one or more genes of (1) to (7) above, comprising a gene encoding a polypeptide consisting of
A betalain pigment production host characterized in that.
前記ベタレイン色素が実質的にイソベタニンを含まない、請求項7に記載のベタレイン色素産出宿主。   The betalain dye producing host according to claim 7, wherein the betalain dye is substantially free of isobetanine.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020080503A1 (en) * 2018-10-19 2020-04-23 株式会社アクトリー Method for synthesizing betalain pigment
CN114901826A (en) * 2019-12-19 2022-08-12 森正之 Method for synthesizing coronatine II, method for synthesizing betaxanthin, beta-amyloid polymerization inhibitor or Alzheimer's disease therapeutic or preventive agent, amyloid peptide aggregation inhibitor, and HIV-1 protease activity inhibitor
CN117586975A (en) * 2024-01-17 2024-02-23 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院 Application of dopa dioxygenase HhDODA1 and encoding gene thereof in beet pigment synthesis

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012055208A (en) * 2010-09-07 2012-03-22 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology Plant cell accumulating l-dopa, and use thereof
JP2015192668A (en) * 2014-03-26 2015-11-05 三菱化学株式会社 Betaxanthin production method
JP2016182044A (en) * 2015-03-25 2016-10-20 三菱化学株式会社 Method for manufacturing betacyanins

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012055208A (en) * 2010-09-07 2012-03-22 Tokyo Univ Of Agriculture & Technology Plant cell accumulating l-dopa, and use thereof
JP2015192668A (en) * 2014-03-26 2015-11-05 三菱化学株式会社 Betaxanthin production method
JP2015192669A (en) * 2014-03-26 2015-11-05 三菱化学株式会社 Microorganism and culture method of microorganisms
JP2016182044A (en) * 2015-03-25 2016-10-20 三菱化学株式会社 Method for manufacturing betacyanins

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
" "Chenopodium quinoa isolate SMMC@141743 4,5-dioxygenase-like protein mRNA, partial cds", Accession", NCBI DATABASE [ONLINE], JPN7021003743, 9 September 2015 (2015-09-09), ISSN: 0004591952 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2020080503A1 (en) * 2018-10-19 2020-04-23 株式会社アクトリー Method for synthesizing betalain pigment
CN114901826A (en) * 2019-12-19 2022-08-12 森正之 Method for synthesizing coronatine II, method for synthesizing betaxanthin, beta-amyloid polymerization inhibitor or Alzheimer's disease therapeutic or preventive agent, amyloid peptide aggregation inhibitor, and HIV-1 protease activity inhibitor
EP4079374A4 (en) * 2019-12-19 2024-04-24 Masashi Mori METHOD FOR SYNTHESIZING CELOSIANIN II, METHOD FOR SYNTHESIZING BETAXANTHIN, AMYLOID-ß POLYMERIZATION INHIBITOR OR THERAPEUTIC OR PROPHYLACTIC AGENT FOR ALZHEIMER'S DISEASE, AMYLOID PEPTIDE AGGREGATION INHIBITOR, AND HIV-1 PROTEASE ACTIVITY INHIBITOR
CN117586975A (en) * 2024-01-17 2024-02-23 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院 Application of dopa dioxygenase HhDODA1 and encoding gene thereof in beet pigment synthesis
CN117586975B (en) * 2024-01-17 2024-04-19 中国人民解放军军事科学院军事医学研究院 DOPA dioxygenase HhDODA1 and application of coding gene thereof in beet pigment synthesis

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