JP2022532721A - パエニバチルスに基づく内生胞子提示プラットフォームのための標的化配列 - Google Patents

パエニバチルスに基づく内生胞子提示プラットフォームのための標的化配列 Download PDF

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Abstract

パエニバチルス(Paenibacillus)ファミリーのメンバーにより産生される内生胞子の表面にタンパク質およびペプチドを標的化するのに有用なシグナル配列、ならびにその使用方法を提供する。特定のN末端標的化配列およびその誘導体を使用して、異種分子、例えばペプチド、ポリペプチドおよび他の組換え構築物をパエニバチルスファミリーのメンバーの胞子表面上に提示することなども提供する。【選択図】図1

Description

関連出願に対する相互参照
本出願は、2019年5月15日付出願の米国仮特許出願第62/848,533号(その全内容を参照により本明細書に組み入れることとする)に基づく優先権を主張するものである。
電子的に提出された配列表に対する言及
配列表の正式な写しは、2020年5月14日付で作成され85キロバイトのサイズを有するBCS199006_WO_ST25.txtなる名称のファイルのASCII形式の配列表としてEFS-Webを介して電子的に提出され、本明細書と共に提出される。このASCII形式の文書に含まれる配列表は本明細書の一部であり、その全体を参照により本明細書に組み入れることとする。
技術分野
本開示は、全般的には、内生胞子提示(display)プラットフォーム、関連提示方法、胞子表面標的化配列、およびそれを含む融合タンパク質構築物、組換え内生胞子組成物、ならびに種々の用途(例えば、目的の異種分子を植物、種子または圃場に運搬すること)に有用であるパエニバチルス(Paenibacillus)および他の細菌属における胞子表面標的化配列を特定するための方法に関する。
現代の農業技術は、作物の収量および品質を向上させるために植物の健康および成長を促進または強化する組成物に大きく依存している。そのような組成物には、一般に、有機または無機肥料、栄養素、ならびに植物の適切な成長および発達を促進する他の化合物が含まれる。しかし、これらの組成物の多くの長期的または過剰使用は土壌の酸性化または土壌における栄養バランスの不安定化のような悪影響をもたらしうることが十分に確認されている。更に、過剰使用は、ヒトが消費するために栽培された作物における有害最終産物の濃縮を引き起こしうる。
また、害虫を防除し、商業的栽培作物の高収量を確保するために、現代の農場は、典型的には、多種多様な化学物質(例えば、殺虫剤、除草剤、殺細菌剤、殺線虫剤および殺真菌剤)の使用に依存している。これらの化合物の多くは広範な活性を示し、高濃度においてはヒトおよび動物に潜在的に有害でありうる。また、幾つかの化合物はオフターゲット効果を示す。更に、これらの合成化合物の少なくとも幾つかは非生分解性である。近年、合成殺虫剤または殺真菌剤への曝露を低減して又は曝露無しで栽培され収穫された農産物を求める、消費者からの圧力が高まっている。合成殺虫剤または殺真菌剤の使用で生じるもう1つの問題は、反復的および/または排他的使用が、しばしば、耐性害虫の選択を招くことである。通常、耐性害虫は、同じ作用機序を有する他の有効成分に対しても交差耐性である。結果として、害虫防除組成物および化合物は(例えば、安全性の懸念および耐性の急速な発生ゆえに)開発が困難であり、高い費用を要する。
合成化学物質に依存することなく植物の成長および/または健康を促進するために、遺伝子工学的方法が用いられる。例えば、植物の成長および/もしくは健康に関連する遺伝子を導入または修飾するために、ならびに/または天然もしくは合成の害虫防除剤をコードする遺伝子を導入するために、作物が修飾されうる。導入遺伝子は、ウイルスベクターを使用して標的植物内に導入されうる。近年、組換えタンパク質を植物に運搬するために細菌を使用した幾つかの成功が報告されている。しかし、現在のところ、そのような成功は、主に、バチルス(Bacillaceae)科のメンバー、より詳細には、最もよく特徴付けられたグラム陽性菌であり胞子形成研究のための主要細菌モデルであるバチルス・スブチリス(Bacillus subtilis)に限定されている。運搬および発現プラットフォームとしてバチルス・スブチリス(B.subtilis)に焦点が合わされているのは、更に、バチルス・スブチリスのゲノム、ならびにタンパク質の合成および分泌に関連する生物学的経路が詳細に理解されているという事実によるものである。しかし、細菌間の遺伝的多様性の度合が高いため、バチルス・スブチリスの研究に基づく研究結果は、バチルス科内およびそれ以外のメンバーに直接的には置き換えられないことが多い。
したがって、異種遺伝物質を運搬する或る方法が公知だとしても、そのような遺伝物質のための新規の運搬および発現プラットフォームを開発することが当技術分野において必要とされている。
本開示の実施形態の簡潔な概要
本開示は、前記の要求に対処する方法、組成物および遺伝的構築物を記載し、これらは、例えば、とりわけ、パエニバチルス(Paenibacillus)属の胞子形成メンバーを使用して組換え酵素および目的の他の分子(例えば、ペプチド、タンパク質)を環境(例えば、植物、圃場)に運搬するための新規プラットフォームを提供することによるものである。本開示はまた、パエニバチルス属および他の細菌属における胞子表面標的化配列を特定する方法を提供する。
1つの態様において、本開示は、融合タンパク質を発現する組換え内生胞子産生パエニバチルス細胞を提供し、ここで、融合タンパク質は、(i)植物の形質もしくは特性を付与もしくは修飾する少なくとも1つの異種タンパク質もしくはペプチド(例えば、植物成長刺激性化合物の産生もしくは活性化に関与する酵素;細菌、真菌もしくは植物の栄養源を分解もしくは修飾する酵素;殺微生物性もしくは静微生物性化合物;または病原体もしくは害虫から植物を保護する酵素、タンパク質もしくはペプチド)、および(ii)融合タンパク質をパエニバチルス胞子の胞子表面に局在化させるN末端標的化配列を含む。この一般的な組成物は追加的成分(例えば、植物の成長および/または健康を促進するもの)を更に含みうる。更に、本明細書に開示されている方法の特定の実施形態は、植物の形質または特性を付与または修飾する異種タンパク質およびペプチドの効率的なハイスループットスクリーニングを提供する。
代替的態様においては、本開示は、(a)N末端シグナルペプチドをコードする第1ポリヌクレオチド配列、およびそれが機能的に連結されている、(b)N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドをコードする第2ポリヌクレオチド配列を含む、融合タンパク質をコードする核酸分子を提供し、ここで、第1ポリヌクレオチド配列は、(i)N末端シグナルペプチドをコードするポリヌクレオチド配列、(ii)配列番号1、3、5、7もしくは9に対して少なくとも50%、60%、70%、80%もしくは90%の配列同一性を有するポリヌクレオチド配列、または(iii)配列番号1、3、5、7もしくは9の少なくとも5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55もしくは60個の連続的ヌクレオチドの断片を含むポリヌクレオチド配列を含み、N末端シグナルペプチドは融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化することが可能である。
代替的態様においては、本開示は、(a)N末端シグナルペプチドをコードする第1ポリヌクレオチド配列、およびそれが機能的に連結されている、(b)N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドをコードする第2ポリヌクレオチド配列を含む、融合タンパク質をコードする核酸分子を提供し、ここで、第1ポリヌクレオチド配列は、(i)配列番号33、39、41もしくは45、(ii)配列番号33、39、41もしくは45に対して少なくとも50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%、96%、97%、98%もしくは99%の配列同一性を有するN末端シグナルペプチドをコードするポリヌクレオチド配列、(iii)配列番号34、40、42、46もしくは49を有するポリペプチド配列をコードするポリヌクレオチド配列、または(iv)以下のポリペプチド配列、すなわち、“MVVLSTGPIANDPVLGVRPTQLVTVKIDNRDSVNSSIVLIEGFILNGSRTLYVQQLVVVGPNAVITRNFFANVDAFEFVFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号34)、“MFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号40)、“MTQISVWGKDAL”(配列番号42)もしくは“MQISVWGK(D/N)”(配列番号49)の1以上をコードするポリヌクレオチド配列を含み、ここで、(i)~(iv)の各場合において、N末端シグナルペプチドは融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化することが可能である。
代替的態様においては、第1ポリヌクレオチド配列は複数のN末端標的化配列を含み、ここで、各N末端標的化配列は、独立して、“MVVLSTGPIANDPVLGVRPTQLVTVKIDNRDSVNSSIVLIEGFILNGSRTLYVQQLVVVGPNAVITRNFFANVDAFEFVFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号34)、“MFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号40)、“MTQISVWGKDAL”(配列番号42)または“MQISVWGK(D/N)”(配列番号49)から選択され、ただし、少なくとも1つのそのようなN末端標的化配列は融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化することが可能である。幾つかの代替的態様においては、N末端標的化配列の2以上は互いに隣接しており、他のものにおいては、N末端標的化配列の2以上は、少なくとも5、10、15、20、25、30、35または40アミノ酸を含む介在スペーサー配列によって分離されている。
代替的態様においては、第1ポリヌクレオチド配列は、“MVVLSTGPIANDPVLGVRPTQLVTVKIDNRDSVNSSIVLIEGFILNGSRTLYVQQLVVVGPNAVITRNFFANVDAFEFVFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号34)、“MFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号40)、“MTQISVWGKDAL”(配列番号42)または“MQISVWGK(D/N)”(配列番号49)のいずれかをコードするポリヌクレオチドから本質的になる。
代替的態様においては、第1ポリヌクレオチド配列は多くとも10、20、30または40アミノ酸長のポリペプチド配列をコードし、これは“MFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号40)、“MTQISVWGKDAL”(配列番号42)または“MQISVWGK(D/N)”(配列番号49)のいずれかのポリペプチド配列を含む。
代替的態様においては、第1ポリヌクレオチド配列は多くとも10、20、30または40アミノ酸長のポリペプチド配列をコードし、“MFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号40)、“MTQISVWGKDAL”(配列番号42)または“MQISVWGK(D/N)”(配列番号49)のトランケート化(truncated)形態をコードするポリヌクレオチドを含み、ここで、トランケート化形態はN末端メチオニン残基を欠いている。
代替的態様においては、第1ポリヌクレオチド配列は“MFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号40)、“MTQISVWGKDAL”(配列番号42)または“MQISVWGK(D/N)”(配列番号49)のいずれかのポリペプチド配列をコードする配列を含む、またはそれからなる。
代替的態様においては、第1ポリヌクレオチド配列は、配列番号33、39、41または45に対して少なくとも50%、60%、70%、80%または90%の配列同一性を有するコドン最適化ポリヌクレオチド配列またはその断片を含み、またはそれからなり、これは、対応する非最適化配列と比較して、同一条件下、パエニバチルス内生胞子において、より高い速度またはレベルで発現される。
代替的態様においては、第1ポリヌクレオチドは、配列番号34、40、42、46または49の個々のポリペプチド配列のいずれかの同数のアミノ酸の連続的配列と同一である少なくとも5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24または25アミノ酸の連続的配列をコードする配列を含む、またはそれからなる。
もう1つの代替的態様においては、第1ポリヌクレオチド配列は、配列番号2のアミノ酸80~90、90~100または91~98をコードする配列から本質的になる。
もう1つの代替的態様においては、第1ポリヌクレオチド配列は、以下のポリペプチド配列、すなわち、“FTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号2のアミノ酸80~100)(30または40アミノ酸を有するポリペプチド配列に関するもの)、“TQISVWGKDAL”(配列番号2のアミノ酸90~100)または“QISVWGK(D/N)”のいずれかを含む、多くとも20、30または40アミノ酸を含む又はそれからなるポリペプチド配列をコードする。もう1つの態様においては、多くとも20、30または40アミノ酸を有するそのようなコード化ポリペプチド配列は、配列番号2のアミノ酸80~100、配列番号2のアミノ酸90~100またはQISVWGK(D/N)(適用可能な場合)に対応しない、そのような第1ポリペプチド配列の部分に関して、配列番号2に対して50%、55%、60%、65%または70%未満の配列同一性を有する。
もう1つの代替的態様においては、本開示は、(a)N末端シグナルペプチドをコードする第1ポリヌクレオチド配列、およびそれが機能的に連結されている、(b)N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドをコードする第2ポリヌクレオチド配列を含む、融合タンパク質をコードする核酸分子を提供し、ここで、第1ポリヌクレオチド配列は、(i)配列番号1、3、5、7もしくは9に対して少なくとも50%、60%、70%、80%もしくは90%の配列同一性を有するポリヌクレオチド配列、または(ii)配列番号1、3、5、7もしくは9の少なくとも5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55もしくは60個の連続的ヌクレオチドの断片を含むポリヌクレオチド配列を含み、N末端シグナルペプチドは融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化することが可能である。
幾つかの態様においては、N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドは、(a)植物成長もしくは免疫刺激性タンパク質の少なくとも1つ、(b)酵素、(c)タンパク質、(d)パエニバチルスに対して異種であるポリペプチド、または(e)治療用タンパク質を含む。選択態様においては、核酸分子は、(a)N末端シグナルペプチドとN末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドとの間に位置し、1以上のプロテアーゼ切断部位を含有するポリペプチド、(b)選択可能マーカーを含むポリペプチド、(c)可視化マーカーを含むポリペプチド、(d)タンパク質認識/精製ドメインを含むポリペプチド、または(e)N末端シグナルペプチドとN末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドとを連結するフレキシブル(柔軟性)リンカーエレメントを含むポリペプチドをコードする第3ポリヌクレオチド配列を更に含む。
幾つかの態様においては、パエニバチルス内生胞子は、パエニバチルス属種(Paenibacillus sp.)NRRL B-50972、パエニバチルス・テラエ(Paenibacillus terrae)、パエニバチルス・ポリミキサ(Paenibacillus polymyxa)またはパエニバチルス・ペオリアエ(Paenibacillus peoriae)を含むパエニバチルス属種により形成される内生胞子である。
他の態様においては、パエニバチルス内生胞子は、以下のものを含むパエニバチルス属種により形成される内生胞子である:パエニバチルス・アビシ(Paenibacillus abyssi)、パエニバチルス・アセチ(Paenibacillus aceti)、パエニバチルス・アエスツアリ(Paenibacillus aestuarii)、パエニバチルス・アガレクセデンス(Paenibacillus agarexedens)、パエニバチルス・アガリデボランス(Paenibacillus agaridevorans)、パエニバチルス・アルギノリティカス(Paenibacillus alginolyticus)、パエニバチルス・アルゴリフォンチコラ(Paenibacillus algorifonticola)、パエニバチルス・アルカリテラエ(Paenibacillus alkaliterrae)、パエニバチルス・アルベイ(Paenibacillus alvei)、パエニバチルス・アミロリティカス(Paenibacillus amylolyticus)、パエニバチルス・アナエリカヌス(Paenibacillus anaericanus)、パエニバチルス・アンタルクティカス(Paenibacillus antarcticus)、パエニバチルス・アピアリウス(Paenibacillus apiarius)、パエニバチルス・アラキディス(Paenibacillus arachidis)、パエニバチルス・アサメンシス(Paenibacillus assamensis)、パエニバチルス・アゾレデュセンス(Paenibacillus azoreducens)、パエニバチルス・アゾトフィクサンス(Paenibacillus azotofixans)、パエニバチルス・バエクロクダミソリ(Paenibacillus baekrokdamisoli)、パエニバチルス・バルキノネンシス(Paenibacillus barcinonensis)、パエニバチルス・バレンゴルジイ(Paenibacillus barengoltzii)、パエニバチルス・ボレアリス(Paenibacillus borealis)、パエニバチルス・ボビス(Paenibacillus bovis)、パエニバチルス・ブラジレンシス(Paenibacillus brasilensis)、パエニバチルス・カメリアエ(Paenibacillus camelliae)、パエニバチルス・カンピナセンシス(Paenibacillus campinasensis)、パエニバチルス・カスタネアエ(Paenibacillus castaneae)、パエニバチルス・カタルパエ(Paenibacillus catalpae)、パエニバチルス・カトルミイ(Paenibacillus cathormii)、パエニバチルス・カベルナエ(Paenibacillus cavernae)、パエニバチルス・セルロシリティカス(Paenibacillus cellulosilyticus)、パエニバチルス・セルロシトロフィカス(Paenibacillus cellulositrophicus)、パエニバチルス・チャルタリウス(Paenibacillus chartarius)、パエニバチルス・チベンシス(Paenibacillus chibensis)、パエニバチルス・チンジュエンシス(Paenibacillus chinjuensis)、パエニバチルス・キチノリティカス(Paenibacillus chitinolyticus)、パエニバチルス・コンドロイティヌス(Paenibacillus chondroitinus)、パエニバチルス・チュンガンゲンシス(Paenibacillus chungangensis)、パエニバチルス・シネリス(Paenibacillus cineris)、パエニバチルス・シソロケンシス(Paenibacillus cisolokensis)、パエニバチルス・コンタミナンス(Paenibacillus contaminans)、パエニバチルス・クッキイ(Paenibacillus cookii)、パエニバチルス・ククミス(Paenibacillus cucumis)、パエニバチルス・カードラノリティカス(Paenibacillus curdlanolyticus)、パエニバチルス・デジョネンシス(Paenibacillus daejeonensis)、パエニバチルス・ダーウィニアヌス(Paenibacillus darwinianus)、パエニバチルス・ダウチ(Paenibacillus dauci)、パエニバチルス・デンドリティフォルミス(Paenibacillus dendritiformis)、パエニバチルス・ドングドネンシス(Paenibacillus dongdonensis)、パエニバチルス・ドオサネンシス(Paenibacillus doosanensis)、パエニバチルス・ダラス(Paenibacillus durus)、パエニバチルス・エダフィカス(Paenibacillus edaphicus)、パエニバチルス・エヒメンシス(Paenibacillus ehimensis)、パエニバチルス・エルギイ(Paenibacillus elgii)、パエニバチルス・エンドフィチカス(Paenibacillus endophyticus)、パエニバチルス・エテリ(Paenibacillus etheri)、パエニバチルス・ファエシス(Paenibacillus faecis)、パエニバチルス・ファビスポラス(Paenibacillus favisporus)、パエニバチルス・フェラリウス(Paenibacillus ferrarius)、パエニバチルス・フィリシス(Paenibacillus filicis)、パエニバチルス・フォンチコラ(Paenibacillus fonticola)、パエニバチルス・フォルシチアエ(Paenibacillus forsythiae)、パエニバチルス・フリゴリレシステンス(Paenibacillus frigoriresistens)、パエニバチルス・ガンスエンシス(Paenibacillus gansuensis)、パエニバチルス・ゼラチニリティカス(Paenibacillus gelatinilyticus)、パエニバチルス・ギンセンガルビ(Paenibacillus ginsengarvi)、パエニバチルス・ギンセンギフミ(Paenibacillus ginsengihumi)、パエニバチルス・ギンセンギソリ(Paenibacillus ginsengisoli)、パエニバチルス・グラシアリス(Paenibacillus glacialis)、パエニバチルス・グルカノリティカス(Paenibacillus glucanolyticus)、パエニバチルス・グリカニリティカス(Paenibacillus glycanilyticus)、パエニバチルス・ゴルドナエ(Paenibacillus gordonae)、パエニバチルス・グラミニス(Paenibacillus graminis)、パエニバチルス・グラニボランス(Paenibacillus granivorans)、パエニバチルス・グアングゾウエンシス(Paenibacillus guangzhouensis)、またはパエニバチルス・ハレナエ(Paenibacillus harenae)。
幾つかの態様においては、パエニバチルス内生胞子は、以下のものを含むパエニバチルス属種により形成される内生胞子である:パエニバチルス・ヘメロカリコラ(Paenibacillus hemerocallicola)、パエニバチルス・ヒスパニカス(Paenibacillus hispanicus)、パエニバチルス・ホドガイエンシス(Paenibacillus hodogayensis)、パエニバチルス・ホルデイ(Paenibacillus hordei)、パエニバチルス・フミカス(Paenibacillus humicus)、パエニバチルス・フナネンシス(Paenibacillus hunanensis)、パエニバチルス・イリノイセンシス(Paenibacillus illinoisensis)、パエニバチルス・ジャミラエ(Paenibacillus jamilae)、パエニバチルス・ジルンリイ(Paenibacillus jilunlii)、パエニバチルス・コーベンシス(Paenibacillus kobensis)、パエニバチルス・コレオボランス(Paenibacillus koleovorans)、パエニバチルス・コンシデンシス(Paenibacillus konsidensis)、パエニバチルス・コレエンシス(Paenibacillus koreensis)、パエニバチルス・クリベンシス(Paenibacillus kribbensis)、パエニバチルス・キュングヘエンシス(Paenibacillus kyungheensis)、パエニバチルス・ラクティス(Paenibacillus lactis)、パエニバチルス・ラルバエ(Paenibacillus larvae)、パエニバチルス・ラルバエ、パエニバチルス・ラルバエ、パエニバチルス・ロータス(Paenibacillus lautus)、パエニバチルス・レムナエ(Paenibacillus lemnae)、パエニバチルス・レンチモルブス(Paenibacillus lentimorbus)、パエニバチルス・レンタス(Paenibacillus lentus)、パエニバチルス・リアオニンゲンシス(Paenibacillus liaoningensis)、パエニバチルス・ルピニ(Paenibacillus lupini)、パエニバチルス・マセランス(Paenibacillus macerans)、パエニバチルス・マカリエンシス(Paenibacillus macquariensis)、パエニバチルス・マカリエンシス、パエニバチルス・マカリエンシス、パエニバチルス・マーチャンチオフィトラム(Paenibacillus marchantiophytorum)、パエニバチルス・マリニセディミニス(Paenibacillus marinisediminis)、パエニバチルス・マシリエンシス(Paenibacillus massiliensis)、パエニバチルス・メディカギニス(Paenibacillus medicaginis)、パエニバチルス・メンデリイ(Paenibacillus mendelii)、パエニバチルス・メタノリカス(Paenibacillus methanolicus)、パエニバチルス・モンタニテラエ(Paenibacillus montaniterrae)、パエニバチルス・モトブエンシス(Paenibacillus motobuensis)、パエニバチルス・ムシラギノサス(Paenibacillus mucilaginosus)、パエニバチルス・ナネンシス(Paenibacillus nanensis)、パエニバチルス・ナフタレノボランス(Paenibacillus naphthalenovorans)、パエニバチルス・ナスチテルミティス(Paenibacillus nasutitermitis)、パエニバチルス・ネマトフィルス(Paenibacillus nematophilus)、パエニバチルス・ニコチアナエ(Paenibacillus nicotianae)、パエニバチルス・オーシャニセディミニス(Paenibacillus oceanisediminis)、パエニバチルス・オドリファー(Paenibacillus odorifer)、パエニバチルス・オエノセラエ(Paenibacillus oenotherae)、パエニバチルス・オリゼ(Paenibacillus oryzae)、パエニバチルス・パブリ(Paenibacillus pabuli)、パエニバチルス・パナシソリ(Paenibacillus panacisoli)、パエニバチルス・パナシテラエ(Paenibacillus panaciterrae)、パエニバチルス・パサデネンシス(Paenibacillus pasadenensis)、パエニバチルス・ペクチニリティカス(Paenibacillus pectinilyticus)、パエニバチルス・ペリアンドラエ(Paenibacillus periandrae)またはパエニバチルス・フェニシス(Paenibacillus phoenicis)。
幾つかの態様においては、パエニバチルス内生胞子は、以下のものを含むパエニバチルス属種により形成される内生胞子である:パエニバチルス・フィルロスファエラエ(Paenibacillus phyllosphaerae)、パエニバチルス・フィスコミトレラエ(Paenibacillus physcomitrellae)、パエニバチルス・ピニ(Paenibacillus pini)、パエニバチルス・ピニフミ(Paenibacillus pinihumi)、パエニバチルス・ピネソリ(Paenibacillus pinesoli)、パエニバチルス・ポチェオネンシス(Paenibacillus pocheonensis)、パエニバチルス・ポピリアエ(Paenibacillus popilliae)、パエニバチルス・ポプリ(Paenibacillus populi)、パエニバチルス・プロソピディス(Paenibacillus prosopidis)、パエニバチルス・プロベンセンシス(Paenibacillus provencensis)、パエニバチルス・プエリ(Paenibacillus pueri)、パエニバチルス・プルドゥンゲンシス(Paenibacillus puldeungensis)、パエニバチルス・プルビファシエンス(Paenibacillus pulvifaciens)、パエニバチルス・プリスパチイ(Paenibacillus purispatii)、パエニバチルス・チンシェンギイ(Paenibacillus qingshengii)、パエニバチルス・クエルクス(Paenibacillus quercus)、パエニバチルス・ラディシス(Paenibacillus radicis)、パエニバチルス・レリクチセサミ(Paenibacillus relictisesami)、パエニバチルス・レシデュイ(Paenibacillus residui)、パエニバチルス・リゾリザエ(Paenibacillus rhizoryzae)、パエニバチルス・リゾスファエラエ(Paenibacillus rhizosphaerae)、パエニバチルス・リグイ(Paenibacillus rigui)、パエニバチルス・リオグランデンシス(Paenibacillus riograndensis)、パエニバチルス・リパエ(Paenibacillus ripae)、パエニバチルス・サビナエ(Paenibacillus sabinae)、パエニバチルス・サチョネンシス(Paenibacillus sacheonensis)、パエニバチルス・サリニカエニ(Paenibacillus salinicaeni)、パエニバチルス・サングイニス(Paenibacillus sanguinis)、パエニバチルス・セディミニス(Paenibacillus sediminis)、パエニバチルス・セゲティス(Paenibacillus segetis)、パエニバチルス・セレニイ(Paenibacillus selenii)、パエニバチルス・セレニチレデュセンス(Paenibacillus selenitireducens)、パエニバチルス・セネガレンシス(Paenibacillus senegalensis)、パエニバチルス・セプテントリオナリス(Paenibacillus septentrionalis)、パエニバチルス・セプルクリ(Paenibacillus sepulcri)、パエニバチルス・シェンヤンゲンシス(Paenibacillus shenyangensis)、パエニバチルス・シラカミエンシス(Paenibacillus shirakamiensis)、パエニバチルス・シアメンシス(Paenibacillus siamensis)、パエニバチルス・シラゲイ(Paenibacillus silagei)、パエニバチルス・シノポドフィリ(Paenibacillus sinopodophylli)、パエニバチルス・ソラニ(Paenibacillus solani)、パエニバチルス・ソリ(Paenibacillus soli)、パエニバチルス・ソンチ(Paenibacillus sonchi)、パエニバチルス・ソフォラエ(Paenibacillus sophorae)、パエニバチルス・スプチ(Paenibacillus sputi)、パエニバチルス・ステリファー(Paenibacillus stellifer)、パエニバチルス・スソンゲンシス(Paenibacillus susongensis)、パエニバチルス・スウェンシス(Paenibacillus swuensis)、パエニバチルス・タイチョンゲンシス(Paenibacillus taichungensis)、パエニバチルス・タイワネンシス(Paenibacillus taiwanensis)、パエニバチルス・タリメンシス(Paenibacillus tarimensis)、パエニバチルス・テルリス(Paenibacillus telluris)、パエニバチルス・テレウス(Paenibacillus terreus)、パエニバチルス・テリゲナ(Paenibacillus terrigena)、パエニバチルス・タイランデンシス(Paenibacillus thailandensis)、パエニバチルス・サーモフィラス(Paenibacillus thermophilus)、パエニバチルス・チアミノリティカス(Paenibacillus thiaminolyticus)、パエニバチルス・ティエンムエンシス(Paenibacillus tianmuensis)、パエニバチルス・チベテンシス(Paenibacillus tibetensis)、パエニバチルス・チモネンシス(Paenibacillus timonensis)、パエニバチルス・ツンドラエ(Paenibacillus tundrae)、パエニバチルス・ツリセンシス(Paenibacillus turicensis)、パエニバチルス・タイファエ(Paenibacillus typhae)、パエニバチルス・ウリギニス(Paenibacillus uliginis)、パエニバチルス・ウリナリス(Paenibacillus urinalis)、パエニバチルス・バリダス(Paenibacillus validus)、パエニバチルス・ビニ(Paenibacillus vini)、パエニバチルス・ブルネリス(Paenibacillus vulneris)、パエニバチルス・ウェンキシニアエ(Paenibacillus wenxiniae)、パエニバチルス・ウーポネンシス(Paenibacillus wooponensis)、パエニバチルス・ウソンゲンシス(Paenibacillus woosongensis)、パエニバチルス・ウルムキエンシス(Paenibacillus wulumuqiensis)、パエニバチルス・ウィニイ(Paenibacillus wynnii)、パエニバチルス・キサンチニリティカス(Paenibacillus xanthinilyticus)、パエニバチルス・シンチャンゲンシス(Paenibacillus xinjiangensis)、パエニバチルス・キシラネクセデンス(Paenibacillus xylanexedens)、パエニバチルス・キシラニリティカス(Paenibacillus xylanilyticus)、パエニバチルス・キシラニソルベンス(Paenibacillus xylanisolvens)、パエニバチルス・ヨンギネンシス(Paenibacillus yonginensis)、パエニバチルス・ユンナネンシス(Paenibacillus yunnanensis)、パエニバチルス・ザントキシリ(Paenibacillus zanthoxyli)またはパエニバチルス・ゼアエ(Paenibacillus zeae)。
幾つかの態様においては、核酸分子は、第2ポリヌクレオチド配列およびパエニバチルスのうちの少なくとも1つに対して異種であるプロモーターエレメントに機能的に連結される。
幾つかの態様においては、第1ポリヌクレオチド配列は、(a)配列番号1、3、5、7、9、33、39、41または45に対して少なくとも50%、60%、70%、80%または90%の配列同一性を有するコドン最適化ポリヌクレオチド配列であって、同一条件下、それぞれの元の配列番号1、3、5、7、9、33、39、41または45と比較して、パエニバチルス内生胞子中において、より高い速度またはレベルで発現される、前記ポリヌクレオチド配列を含む。
もう1つの態様においては、本開示は、N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドに機能的に連結されたN末端シグナルペプチドを含む融合タンパク質を提供し、ここでN末端シグナルペプチドは、(a)配列番号2、4、6、8もしくは10のアミノ酸配列に対して少なくとも50%、60%、70%もしくは80%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むポリペプチド、または(b)配列番号2、4、6、8もしくは10の少なくとも5、10、15、20、25もしくは30個の連続的アミノ酸の断片を含むポリペプチドを含み、N末端シグナルペプチドは融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化することが可能である。
幾つかの態様においては、N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドは、(a)植物成長もしくは免疫刺激性タンパク質の少なくとも1つ、(b)酵素、(c)パエニバチルスに対して異種であるポリペプチド、(d)治療用タンパク質(例えば、抗生物質または抗炎症タンパク質)、または(e)農業的に重要な特性を付与するタンパク質を含み、この農業的に重要な特性には、限定的なものではないが、殺虫/静虫活性、殺細菌/静細菌活性、殺真菌/静真菌活性、植物成長、健康もしくは免疫刺激性活性および/または改善された非生物的環境抵抗性が含まれる。他の農業的に重要な特性には、改善された作物特性が含まれ、これらには、出芽、作物収量、タンパク質含量、油含量、デンプン含量、より発達した根系、根成長の改善、根サイズ維持の改善、根有効性の改善、ストレス耐性(例えば、干ばつ、熱、塩分、UV、水、低温に対するもの)の改善、エチレンの低減(産生の低減および/または受容の阻害)、分げつ増加、植物高の上昇、より大きな葉身、より少ない枯れた根出葉、より強い分げつ、より濃い緑色の葉色、色素含量、光合成活性、必要な投入(例えば、肥料または水)がより少ないこと、必要な種子がより少ないこと、より生産性の高い分げつ、より早期の開花、早期の穀粒成熟、より少ない植物転倒(plant verse)(倒伏)、シュート成長の向上、植物成長力の増強、植物株立ち(stand)の向上、ならびにより早期で良好な発芽が含まれる。
幾つかの態様においては、融合タンパク質は、(a)N末端シグナルペプチドとN末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドとの間に位置し、1以上のプロテアーゼ切断部位を含有するポリペプチド、(b)選択可能マーカー(例えば、抗生物質に対する耐性を付与するタンパク質)を含むポリペプチド、(c)可視化エレメント(例えば、蛍光タグ、例えばGFP)を含むポリペプチド、(d)少なくとも1つのタンパク質認識/精製ドメイン(例えば、Hisタグ)を含むポリペプチド、または(e)シグナルペプチドとN末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドとを連結するフレキシブル(柔軟性)リンカーエレメントを含むポリペプチドを更に含む。
もう1つの態様においては、本開示は、前記態様のいずれか1つの核酸分子を含む細菌染色体を含む組換えパエニバチルス細胞を提供する。
もう1つの態様においては、本開示は、前記態様のいずれか1つの核酸分子を含むベクターであって、プラスミド、人工染色体またはウイルスベクターを含む、前記ベクターを提供する。
幾つかの態様においては、ベクターは、(a)パエニバチルス細胞における安定な維持を提供する複製開始点、(b)パエニバチルス細胞における選択的に不安定な維持を提供する複製開始点、(c)パエニバチルス細胞における選択的に不安定な維持を提供する温度感受性複製開始点、(d)発現制御配列に機能的に連結された、選択マーカーをコードするポリヌクレオチドまたは(e)発現制御配列に機能的に連結された、植物成長刺激性タンパク質をコードするポリヌクレオチドのうちの少なくとも1つを更に含む。
代替的態様においては、本開示は、本明細書に開示されている態様のうちのいずれか1つの核酸分子を含むベクターで形質転換された組換えパエニバチルス細胞を提供する。
幾つかの態様においては、パエニバチルス細胞は、パエニバチルス属種(Paenibacillus sp.)NRRL B-50972、パエニバチルス・テラエ(Paenibacillus terrae)、パエニバチルス・ポリミキサ(Paenibacillus polymyxa)またはパエニバチルス・ペオリアエ(Paenibacillus peoriae)を含むパエニバチルス属種である。他の例示的態様において、パエニバチルス細胞は、本明細書に記載されている例示的なパエニバチルス属種のいずれかから選択されうる。
代替的態様においては、本開示は、パエニバチルス内生胞子の胞子表面上に異種融合タンパク質を提示する方法を提供し、該方法は、a)胞子形成が可能なパエニバチルス細胞を、本明細書に開示されている態様のうちのいずれか1つの核酸分子を含む組換えベクターで形質転換すること、およびb)本明細書に開示されている態様のうちのいずれか1つの核酸分子によりコードされる融合タンパク質を胞子形成条件下で発現させて、胞子形成から生じるパエニバチルス内生胞子の胞子表面に融合タンパク質が標的化されるようにすることを含み、ここで、N末端シグナルペプチドは、(i)配列番号2のアミノ酸配列に対して少なくとも50%、60%、70%、80%もしくは90%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むポリペプチド、または(ii)配列番号2からの少なくとも5、10、15もしくは20個の連続的アミノ酸の断片を含む。
代替的態様においては、本開示は、a)本明細書に開示されている態様のうちのいずれか1つの融合タンパク質を発現する1以上の組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞(ここで、N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドは植物成長または免疫刺激性タンパク質を含む)と、b)少なくとも1つの生物学的防除剤とを、任意に相乗的有効量で、含む組成物を提供する。
代替的態様においては、本開示は、本明細書に開示されている態様のうちのいずれか1つの核酸、融合タンパク質、細菌細胞または組成物のうちの少なくとも1つで処理された種子を提供する。
代替的態様においては、本開示は、a)本明細書に開示されている態様のうちのいずれかの融合タンパク質を発現する組換え内生胞子産生性パエニバチルス内生胞子(ここで、N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドは植物成長または免疫刺激性タンパク質を含む)と、b)少なくとも1つの生物学的防除剤とを、任意に相乗的有効量で、同時または逐次的に施用する工程を含む、植物成長を増進するためおよび/または植物健康を促進するために植物、種子、植物部分または植物周辺土壌を処理する方法を提供する。
代替的態様においては、本開示は、a)本明細書に開示されている態様のうちのいずれかによる融合タンパク質を発現するように修飾されたパエニバチルス内生胞子を含む組成物を、パエニバチルスが持続的または一過性で定着しうる種子、苗または栄養生殖植物(vegetative plant)に施用して、処理された種子、苗または栄養生殖植物を得る工程、b)処理された種子、苗または栄養生殖植物の形質、成分または特性を検出し、任意に測定することにより、処理された種子、苗または栄養生殖植物をスクリーニングする工程を含む、組換えパエニバチルス内生胞子で処理された宿主植物をスクリーニングする方法を提供する。
幾つかの態様においては、スクリーニング工程は、a)処理された種子、苗もしくは栄養生殖植物から得られる細胞もしくは組織サンプルから調製される抽出物中に含有される1以上の化合物の存在、レベル、レベルの変化、活性もしくは局在を検出し、任意に定量することを含む少なくとも1つのインビトロアッセイ、および/またはb)処理された種子、苗もしくは栄養生殖植物の形質、成分もしくは特性を検出し、任意に定量することを含む少なくとも1つのインビボアッセイのうちの1以上を含む。
代替的態様においては、本開示は、a)本明細書に開示されている態様による融合タンパク質を発現するようにパエニバチルス細胞を修飾して、組換えパエニバチルス細胞を得ること、およびb)組換えパエニバチルス細胞により産生される化合物のレベルまたは活性を検出し、任意に定量することにより、パエニバチルス細胞をスクリーニングすることを含む、パエニバチルス細胞において発現された異種タンパク質またはペプチドを農業的に重要な特性に関してスクリーニングする方法を提供する。
代替的態様においては、本開示は、パエニバチルスまたは関心のある別の内生胞子形成性細菌のゲノムを、複数のコラーゲン様トリプレットリピート「Gly-X-X」(「GXXリピート」;ここで「X」は任意のアミノ酸を表す)を有するタンパク質をコードするオープンリーディングフレームに関してスクリーニングすること、および、該タンパク質が胞子表面に局在することを、顕微鏡検査により、または実験的に決定することを含む、内生胞子提示に適したパエニバチルスおよび他の細菌属における胞子表面標的化配列を特定するための方法を提供する。幾つかの態様においては、タンパク質の局在を、透過電子顕微鏡検査または質量分析を用いて決定する。他の態様において、胞子表面に局在するタンパク質からの推定N末端標的化配列をレポーター遺伝子に融合し、生じる融合タンパク質を内生胞子形成性細菌において発現させる。更に他の態様においては、得られた融合タンパク質を、そのような内生胞子形成性細菌の表面上での発現に関して分析する。もう1つの態様においては、そのような発現が検出された場合、レポーター遺伝子を目的のヌクレオチド配列で置換し、そのような第2融合タンパク質を内生胞子形成性細菌において発現させる。
幾つかの態様においては、本開示は、前記方法により特定されるタンパク質のN末端標的化配列を含む、パエニバチルスおよび他の細菌属からの胞子表面標的化標的化配列を提供する。このN末端標的化配列はタンパク質の最初の5、10、15、20、25、30、35、40、50、60、70、80、90、100、110もしくは120アミノ酸またはその断片もしくは変異体を含みうる。幾つかの態様においては、N末端標的化配列は、内因性N末端標的化配列に対して少なくとも60%、70%、80%、90%または95%同一である変異体である。これらの方法を用いて特定されるパエニバチルスおよび他の細菌属における胞子表面標的化配列は、本明細書に記載されている種々の実施形態のうちのいずれかによる異種融合タンパク質を作製するために使用されうる。
選択態様においては、組成物は、生存可能なパエニバチルス細胞が残存しないように熱不活化または滅菌されている。
代替的態様においては、本開示は、本明細書に開示されている態様のうちのいずれか1つによる単離および/または精製された融合タンパク質を含む組成物を提供する。
代替的態様においては、本開示は、組換えパエニバチルス内生胞子を含む組成物を植物、種子または圃場に施用することを含む、目的タンパク質を植物、種子または圃場に運搬する方法を提供し、ここで、組換えパエニバチルス内生胞子は、本明細書に開示されている態様のうちのいずれかによる融合タンパク質を発現するように修飾されている。
幾つかの態様においては、組成物は、a)定植の前もしくは後に、b)出芽の前もしくは後に、c)粉末、懸濁液もしくは溶液として圃場に施用され、またはd)組成物は、植物成長を刺激する1以上の追加的な化合物を更に含む。
幾つかの実施形態においては、本発明は、(a)N末端シグナルペプチドをコードする第1ポリヌクレオチド配列、およびそれが機能的に連結されている、(b)N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドをコードする第2ポリヌクレオチド配列を含む、融合タンパク質をコードする核酸分子を提供し、ここで、第1ポリヌクレオチド配列は、(i)少なくとも15、30、45、60、75もしくは90個のヌクレオチドを含むポリヌクレオチド配列、(ii)配列番号1、3、5、7、9、19、23、25、27もしくは29に対して少なくとも50%、60%、70%、80%もしくは90%の配列同一性を有するポリヌクレオチド配列、または(iii)配列番号1、3、5、7、9、19、23、25、27もしくは29の少なくとも45、90、135、180、225、270、315もしくは345個の連続的ヌクレオチドの断片を含むポリヌクレオチド配列を含み、N末端シグナルペプチドは融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化することが可能である。
1つの態様においては、断片は配列番号1、3、5、7、9、19、23、25、27または29の最初のヌクレオチドから始まる。もう1つの態様においては、第1ポリヌクレオチド配列は、配列番号1、7、19または27に対して少なくとも50%、60%、70%、80%または90%の配列同一性を有するポリヌクレオチド配列を含む。もう1つの態様においては、断片は配列番号2または配列番号8のアミノ酸1~15、または1~30、1~45、1~60、1~75、1~90、1~105、または1~115をコードする。
1つの実施形態においては、N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドは、(a)植物成長刺激性タンパク質、(b)酵素、(c)タンパク質、(d)パエニバチルスに対して異種であるポリペプチド、(e)治療用タンパク質、または(f)植物免疫刺激性タンパク質を含む。
もう1つの実施形態においては、核酸は、(a)N末端シグナルペプチドとN末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドとの間に位置し、1以上のプロテアーゼ切断部位を含むポリペプチド、(b)選択可能マーカーを含むポリペプチド、(c)可視化マーカーを含むポリペプチド、(d)タンパク質認識/精製ドメインを含むポリペプチド、または(e)N末端シグナルペプチドとN末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドとを連結するフレキシブルリンカーエレメントを含むポリペプチドをコードする第3ポリヌクレオチド配列を更に含む。
更にもう1つの実施形態においては、パエニバチルス内生胞子は、パエニバチルス属種NRRL B-50972、パエニバチルス・テラエ、パエニバチルス・ポリミキサもしくはパエニバチルス・ペオリアエを含むパエニバチルス属種により形成される内生胞子、またはパエニバチルス属種の16S rRNA遺伝子に対して少なくとも97、98もしくは99%の同一性を有する16S rRNA遺伝子を有する細菌により形成される内生胞子である。
1つの態様においては、核酸分子は、第2ポリヌクレオチド配列およびパエニバチルスのうちの少なくとも1つに対して異種であるプロモーターエレメントに機能的に連結される。
もう1つの態様においては、第1ポリヌクレオチド配列は、配列番号1、3、5、7、9、19、23、25、27または29に対して少なくとも50%、60%、70%、80%または90%の配列同一性を有するコドン最適化ポリヌクレオチド配列またはその断片を含み、これは、対応する非最適化配列と比較して、同一条件下、パエニバチルス内生胞子において、より高い速度またはレベルで発現される。
更にもう1つの態様においては、本発明は、N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドに機能的に連結されたN末端シグナルペプチドを含む融合タンパク質に関するものであり、ここで、N末端シグナルペプチドは、(i)少なくとも15、30、45、60、75、90、105もしくは115残基を含むポリペプチド、(ii)配列番号2、4、6、8、10、18、20、21、22、24、26、28、30、31もしくは32のアミノ酸配列に対して少なくとも50%、60%、70%、80%もしくは90%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むポリペプチド、または(iii)配列番号2、4、6、8、10、18、20、21、22、24、26、28、30、31もしくは32の少なくとも15、30、45、60、75、90、105もしくは115個の連続的アミノ酸の断片を含むポリペプチドを含み、N末端シグナルペプチドは融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化することが可能である。
1つの実施形態においては、断片は配列番号2、4、6、8、10、18、20、21、22、24、26、28、30、31または32の最初のアミノ酸から始まる。もう1つの実施形態においては、ポリペプチド配列は、配列番号2、8、20、21、22、28、31または32に対して少なくとも50%、60%、70%、80%または90%の配列同一性を有する配列を含む。更にもう1つの実施形態においては、断片は配列番号2、8、31または32のアミノ酸1~15、または1~30、1~45、1~60、1~75、1~90、1~105、または1~115を含む。
1つの実施形態においては、断片は配列番号2、4、6、8、10、18、20、21、22、24、26、28、30、31または32の第80アミノ酸から始まる。更にもう1つの実施形態においては、断片は配列番号2、8、31または32のアミノ酸80~100、85~100、90~100、91~100、92~100、93~100、94~100、90~99、90~98、90~97、90~96、91~98、92~98、93~98、91~97または91~96を含む。更にもう1つの実施形態においては、断片はアミノ酸91~98、90~100、85~95、80~100、またはアミノ酸80~100の任意の連続的部分であって、配列番号2のアミノ酸91~98を尚も含有するものからなる又は実質的になる。もう1つの態様においては、この実施形態におけるそのような断片は、該断片を含有しない配列番号2の部分に対して50%未満、60%未満、70%未満または80%未満の配列同一性を有する他のアミノ酸に連結されている。この態様においては、前記のアミノ酸残基番号が割り当てられている断片(例えば、91~98、90~100、85~95または80~100)を含有する1~120のポリペプチド配列は、該断片以外の(1~120の)ポリペプチド配列におけるアミノ酸に関して、配列番号2に対して50%、60%、70%または80%未満の配列同一性を有する。
幾つかの態様においては、N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドは、(a)植物成長刺激性タンパク質、(b)酵素、(c)タンパク質、(d)パエニバチルスに対して異種であるポリペプチド、(e)治療用タンパク質、または(f)植物免疫刺激性タンパク質を含む。
他の態様においては、融合タンパク質は、(a)N末端シグナルペプチドとN末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドとの間に位置し、1以上のプロテアーゼ切断部位を含有するポリペプチド、(b)選択可能マーカーを含むポリペプチド、(c)可視化マーカーを含むポリペプチド、(d)少なくとも1つのタンパク質認識/精製ドメインを含むポリペプチド、または(e)シグナルペプチドとN末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドとを連結するフレキシブルリンカーエレメントを含むポリペプチドを更に含む。
幾つかの実施形態においては、本発明は、本明細書に開示されている核酸分子を含む細菌染色体を含む組換えパエニバチルス細胞を提供する。
他の実施形態においては、本発明は、本明細書に開示されている核酸分子を含むベクターに関するものであり、ここで、ベクターはプラスミド、人工染色体またはウイルスベクターを含む。1つの態様においては、ベクターは、(a)パエニバチルス細胞における安定な維持を提供する複製開始点、(b)パエニバチルス細胞における選択的に不安定な維持を提供する複製開始点、(c)パエニバチルス細胞における選択的に不安定な維持を提供する温度感受性複製開始点、(d)発現制御配列に機能的に連結された、選択マーカーをコードするポリヌクレオチド、または(e)発現制御配列に機能的に連結された、植物成長刺激性タンパク質をコードするポリヌクレオチドのうちの少なくとも1つを更に含む。
更に他の実施形態においては、本発明は、本明細書に開示されている核酸分子を含むベクターで形質転換された組換えパエニバチルス細胞を提供する。1つの態様においては、組換えパエニバチルス細胞は、パエニバチルス属種NRRL B-50972、パエニバチルス・テラエ、パエニバチルス・ポリミキサもしくはパエニバチルス・ペオリアエを含むパエニバチルス属種、またはパエニバチルス属種の16S rRNA遺伝子に対して少なくとも97、98もしくは99%の同一性を有する16S rRNA遺伝子を有する細菌である。
幾つかの態様においては、本発明は、パエニバチルス内生胞子の胞子表面上に異種融合タンパク質を提示する方法を提供し、該方法は、a)胞子形成が可能なパエニバチルス細胞を、本明細書に開示されている核酸分子を含む組換えベクターで形質転換すること、およびb)本明細書に開示されている核酸分子によりコードされる融合タンパク質を胞子形成条件下で発現させて、胞子形成から生じるパエニバチルス内生胞子の胞子表面に融合タンパク質が標的化されるようにすることを含み、ここで、N末端シグナルペプチドは、(i)少なくとも5、10、15、20、25もしくは30残基を含むポリペプチド、(ii)配列番号2、4、6、8もしくは10のアミノ酸配列に対して少なくとも50%、60%、70%、80%もしくは90%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含むポリペプチド、または(iii)配列番号2、4、6、8もしくは10の少なくとも5、10、15、20、25もしくは30個の連続的アミノ酸の断片を含む。
1つの実施形態においては、本発明は、a)本明細書に開示されている融合タンパク質を発現する1以上の組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞(ここで、N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドは植物成長または免疫刺激性タンパク質を含む)と、b)少なくとも1つの生物学的防除剤とを、任意に相乗的有効量で、含む組成物に関する。
更にもう1つの実施形態においては、本発明は、本明細書に開示されている核酸、本明細書に開示されている融合タンパク質、本明細書に開示されている組換え細菌細胞、または本明細書に開示されている組成物で処理された種子を提供する。
1つの態様においては、本発明は、本開示は、a)本明細書に開示されている融合タンパク質を発現する組換え内生胞子産生性パエニバチルス内生胞子(ここで、N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドは植物成長または免疫刺激性タンパク質を含む)と、b)少なくとも1つの生物学的防除剤とを、任意に相乗的有効量で、同時または逐次的に施用する工程を含む、植物成長を増進するためおよび/または植物健康を促進するために植物、種子、植物部分または植物周辺土壌を処理する方法を提供する。
もう1つの態様においては、本発明は、a)本明細書に開示されている融合タンパク質を発現するように修飾されたパエニバチルス内生胞子を含む組成物を、パエニバチルスが持続的または一過性で定着しうる種子、苗または栄養生殖植物に施用して、処理された種子、苗または栄養生殖植物を得る工程、b)処理された種子、苗または栄養生殖植物の形質、成分または特性を検出し、任意に測定することにより、処理された種子、苗または栄養生殖植物をスクリーニングする工程を含む、組換えパエニバチルス内生胞子で処理された宿主植物をスクリーニングする方法に関する。
幾つかの実施形態においては、スクリーニング工程は、a)処理された種子、苗もしくは栄養生殖植物から得られる細胞もしくは組織サンプルから調製される抽出物中に含有される1以上の化合物の存在、レベル、レベルの変化、活性もしくは局在を検出し、任意に定量することを含む少なくとも1つのインビトロアッセイ、および/またはb)処理された種子、苗もしくは栄養生殖植物の形質、成分もしくは特性を検出し、任意に定量することを含む少なくとも1つのインビボアッセイのうちの1以上を含む。
1つの態様においては、本発明は、a)パエニバチルス細胞を、本明細書に開示されている融合タンパク質を発現するように修飾して、組換えパエニバチルス細胞を得ること、およびb)組換えパエニバチルス細胞により産生される化合物のレベルまたは活性を検出し、任意に定量することにより、パエニバチルス細胞をスクリーニングすることを含む、パエニバチルス細胞において発現された異種タンパク質またはペプチドを農業的に重要な特性に関してスクリーニングする方法に関する。
また、組換えパエニバチルス細胞により産生される内生胞子を含む組成物を植物、種子、ヒトまたは動物に投与することを含む、植物、種子、ヒトまたは動物を処理する方法も提供し、ここで、組換えパエニバチルス細胞は、本明細書に開示されている融合タンパク質を発現する。
幾つかの態様においては、組成物は、生存可能なパエニバチルス細胞が残存しないように熱不活化または滅菌されている。
他の態様においては、本発明は、本明細書に開示されている単離および/または精製された融合タンパク質を含む組成物に関する。
1つの実施形態においては、本発明は、組換えパエニバチルス内生胞子を含む組成物を植物、種子または圃場に施用することを含む、目的タンパク質を植物、種子または圃場に運搬する方法を提供し、ここで、組換えパエニバチルス内生胞子は、本明細書に開示されている融合タンパク質を発現するように修飾されている。
ある態様においては、組成物は、a)定植の前もしくは後に、b)出芽の前もしくは後に、c)粉末、懸濁液もしくは溶液として圃場に施用され、および/またはd)組成物は、植物成長を刺激する若しくは有害生物から植物を保護する1以上の追加的な化合物を更に含む。
特定の実施形態においては、本発明は、内生胞子形成性細菌のゲノムを、配列「GLY-X-X」(ここで、「X」は任意のアミノ酸を表す)を有する複数のコラーゲン様トリプレットリピートを有するタンパク質をコードする少なくとも1つのオープンリーディングフレームに関してスクリーニングすること、および、スクリーニング工程において特定されたタンパク質のうちの少なくとも1つが内生胞子形成性細菌の胞子表面に局在することを、顕微鏡検査により、または実験的に決定することを含む、タンパク質を内生胞子形成性細菌の胞子表面に標的化することが可能であるN末端シグナル配列を特定するための方法に関する。
1つの態様においては、内生胞子形成性細菌は、タンパク分解抵抗性である毛様構造を包含する。もう1つの態様においては、該方法は、胞子表面に局在するものとして、および推定N末端シグナル配列とレポーター遺伝子とを含む融合タンパク質を内生胞子形成性細菌において発現するものとして決定工程において特定された少なくとも1つのタンパク質からの推定N末端シグナル配列を特定することを更に含む。
もう1つの態様においては、該方法は、胞子表面上の融合タンパク質の発現に基づいて融合タンパク質を選択することを更に含む。更にもう1つの態様においては、該方法は、選択された融合タンパク質中のレポーター遺伝子を目的のヌクレオチド配列で置換して第2融合タンパク質を生成させること、および第2融合タンパク質を内生胞子形成性細菌において発現させることを更に含む。
幾つかの実施形態においては、細菌はパエニバチルス属、ビリディバチルス(Viridibacillus)属、ブレビバチルス(Brevibacillus)属またはリジニバチルス(Lysinibacillus)属のメンバーである。1つの実施形態においては、細菌はパエニバチルス属のメンバーである。
幾つかの態様においては、局在は、透過電子顕微鏡検査または質量分析を用いて決定される。
他の態様においては、本発明は、N末端シグナルペプチドをコードする核酸分子に関するものであり、ここで、シグナルペプチドは、a)本明細書に開示されている方法により内生胞子形成性細菌の胞子表面に局在することが決定されたタンパク質の少なくとも5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、110または120個のN末端残基の連続的セグメント、b)本明細書に開示されている方法により内生胞子形成性細菌の胞子表面に局在することが決定されたタンパク質の少なくとも5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、60、70、80、90、100、110または120個のN末端残基の連続的セグメントに対して少なくとも60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%または95%の配列同一性を有する配列を含み、ここで、該セグメントまたは配列は、細菌において発現された場合に、該セグメントまたは配列を含む融合タンパク質を内生胞子形成性細菌の胞子表面に標的化することが可能である。
更に他の態様においては、本発明は、(a)N末端シグナルペプチドをコードする第1ポリヌクレオチド配列、およびそれが機能的に連結されている、(b)N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドをコードする第2ポリヌクレオチド配列を含む融合タンパク質をコードする核酸分子を提供し、ここで、第1ポリヌクレオチド配列は、本明細書に開示されている配列またはセグメントを含み、N末端シグナルペプチドは融合タンパク質を細菌内生胞子の胞子表面に標的化することが可能である。
1つの態様においては、核酸分子は、細菌細胞の胞子形成中に融合タンパク質の転写を引き起こす上流調節配列を更に含む。1つの実施形態においては、細菌細胞はパエニバチルスファミリーのメンバーである。
幾つかの実施形態においては、上流調節配列は、(a)配列番号11~15のいずれか、(b)配列番号11~15のいずれかの少なくとも25、50、100、150個の連続的ヌクレオチドの断片を含む配列、(c)配列番号11~15のいずれかまたはそれらの25、50、100もしくは150ヌクレオチドの断片と比較して少なくとも60%、70%、80%または90%の配列同一性を有する配列を含み、ここで、上流調節配列は、細菌細胞の胞子形成中に転写活性であるプロモーターを含む。
更に他の実施形態においては、本発明は、(a)上流調節配列をコードする第1ポリヌクレオチド配列、およびそれが機能的に連結されている、(b)目的タンパク質をコードする第2ポリヌクレオチド配列を含む、上流調節配列および目的タンパク質をコードする核酸分子を提供し、ここで、目的タンパク質は上流調節配列に対して異種であり、上流調節配列は細菌細胞の胞子形成中に目的タンパク質の転写を引き起こす。1つの態様においては、細菌細胞はパエニバチルスファミリーのメンバーである。
もう1つの態様においては、上流調節配列は、(a)配列番号11~15のいずれか、(b)配列番号11~15のいずれかの少なくとも25、50、100、150個の連続的ヌクレオチドの断片を含む配列、(c)配列番号11~15のいずれかまたはそれらの25、50、100もしくは150ヌクレオチドの断片と比較して少なくとも60%、70%、80%または90%の配列同一性を有する配列を含み、ここで、上流調節配列は、細菌細胞の胞子形成中に転写活性であるプロモーターを含む。
図1はパエニバチルス属種NRRL B-50972の内生胞子の透過電子顕微鏡写真を示す。内生胞子表面から伸びている、コラーゲン様タンパク質から構成される毛様構造が示されており、1つのそのような構造が矢印により示されている。 図2Aは、本開示による例示的なN末端標的化配列、具体的には、この図に示されているとおりに内生胞子表面に局在する(配列番号2)-GFP融合タンパク質構築物を発現するパエニバチルス属種NRRL B-50972内生胞子の位相差顕微鏡写真(左側)および落射蛍光顕微鏡写真(右側)(倍率1000倍)を示す。右側パネルにおけるGFPタンパク質により生成された蛍光は、左側パネルにおける位相差顕微鏡検査で観察された細胞のイメージに対応しており、このことは内生胞子表面へのGFPの適切な局在を示している。 図2Bは、本開示による例示的なN末端標的化配列、具体的には、内生胞子表面(影付きの領域)に局在する(配列番号2)-GFP融合タンパク質構築物を発現するパエニバチルス属種NRRL B-50972内生胞子のフローサイトメトリーヒストグラムを示す。比較のために、観察可能なGFP蛍光を伴わない野生型パエニバチルス属種NRRL B-50972内生胞子(空白、点線の領域)が示されている。この図においては各胞子集団に関して10,000イベントが示されている。 図3は、本開示による例示的な胞子表面標的化配列である配列番号2および配列番号8のN末端部分の局所配列アライメントを示す。コンセンサス配列(配列番号32)がアライメントの下に示されている。 図4-1は、配列番号2およびパエニバチルス株により発現される推定ホモログのN末端コラーゲン様反復ドメインを示す多配列アライメントを示す。この図においては、コンセンサス配列と、胞子表面標的化のための最小N末端標的化ドメインとが注釈付けされている。 図4-2は、配列番号2およびパエニバチルス株により発現される推定ホモログのN末端コラーゲン様反復ドメインを示す多配列アライメントを示す。この図においては、コンセンサス配列と、胞子表面標的化のための最小N末端標的化ドメインとが注釈付けされている。
詳細な説明
本開示は、融合タンパク質をパエニバチルス胞子表面に標的化しうる遺伝子構築物、ならびに目的の異種分子(例えば、ペプチド、タンパク質)を種々の環境、例えば植物に運搬するためにこれらの構築物を使用する組成物および方法を提供する。例えば、組換えパエニバチルス内生胞子での処理の後、処理された植物は、パエニバチルス内生胞子により運搬された異種タンパク質に起因しうる変化を検出するためにスクリーニングされうる。そのような変化には、宿主植物の成長速度または収量の変化、植物健康(例えば、環境ストレス、病害または有害生物に対する抵抗性)の増進、および組換えパエニバチルス内生胞子で処理されずに同一条件下で成長した宿主植物と比較して増強された、修飾された、または新たな特性の提示が含まれうる。異種タンパク質を胞子表面に効率的に標的化する標的化配列の使用はまた、例えば、植物の形質または特性を増強する、修飾するおよび/または新たに付与することが可能である有用な異種タンパク質のハイスループットスクリーニングのためのプラットフォームを提供する。
古典的な(ビー・サチリスを使用した研究に基づいて解明された)胞子形成プロセスは、栄養細胞が非対称的に細胞分裂して母細胞および前胞子が形成されることを伴い、これらは、介在隔壁により分離された2つの異なる区画として発達する。最終的に、隔壁中のペプチドグリカンが分解され、前胞子が母細胞に飲み込まれて、細胞内細胞を形成する。母細胞と前胞子との間の細胞内コミュニケーションが各細胞における細胞特異的遺伝子発現を調整して、内生胞子特異的化合物の産生、前胞子周囲の皮質層の形成およびコートの沈着がもたらされる。
幾つかのバチルス属種、例えば、ビー・サチリス、ビー・リケニホルミス(B.licheniformis)およびビー・プミルス(B.pumilus)においては、このコートは内生胞子の最外層になっていく。前胞子は最終的な脱水および成熟を経て、完全な内生胞子となる。ついで母細胞はプログラム細胞死により分解されて、内生胞子は環境中に放出される。ついで内生胞子は、典型的には、より好都合な条件または特定の刺激が発芽および栄養生殖状態への復帰を誘発するまで、休眠状態にとどまる。
胞子と環境との間の最外表面として、コート層は多数の決定的に重要な機能を担っている。特に、この層は環境的侵襲に対する半透性バリアとして作用し、周辺環境との相互作用を仲介し、したがって、胞子生存可能性の維持において、および内生胞子の発芽を誘発する条件の感知において重要な役割を果たす。コート層は、宿主免疫細胞認識に寄与する病原性細菌株の細胞表面分子を含有するため、臨床研究の対象でもある。ビー・サチリスの胞子コート上に異種タンパク質を提示する方法は、ビー・サチリス胞子コートタンパク質を含有する融合タンパク質構築物、例えば目的タンパク質に融合させたCotCを使用して開発されている。しかし、パエニバチルスの胞子表面タンパク質は未知であり、したがって、ビー・サチリスを使用する研究は、どのようにして融合タンパク質が例えばパエニバチルスのような他の細菌属の胞子表面に標的化されうるかについての指針をもたらすことができない。
対照的に、本開示は、融合タンパク質構築物をパエニバチルス細胞の胞子表面に標的化しうるN末端構築物およびそれを含む融合タンパク質を提供する。融合タンパク質を胞子表面に標的化するために使用されるN末端シグナル配列は、配列番号2、4、6、8または10により表される配列を有するポリペプチドを含みうる。あるいは、選択実施形態においては、このN末端シグナル配列は、胞子表面標的化機能を保持するのに十分な、配列番号2、4、6、8または10の断片または変異体を含みうる。例えば、断片は、配列番号2、4、6、8または10の最初の10、15、20、25または30アミノ酸を含みうる。他の代替的態様は、配列番号1、3、5、7もしくは9のヌクレオチド配列を含む核酸によりコードされるN末端シグナル配列、またはその断片もしくは変異体を包含する。これらおよび他の実施形態は本明細書に記載されている。
本開示の全体を通じて、「を含む」なる語またはその任意の派生語(例えば、を含み、を含んで)は「から本質的になる」、「からなる」または適用可能なその対応派生語で置換されうる。
本明細書中で用いる「パエニバチルス」は、パエニバチルス属に分類される内生胞子産生性細菌を意味する。この用語は、限定的なものではないが例えば以下のものを包含する種々のパエニバチルスファミリーのメンバーを含む:パエニバチルス属種(Paenibacillus sp.)NRRL B-50972、パエニバチルス・アビシ(Paenibacillus abyssi)、パエニバチルス・アセチ(Paenibacillus aceti)、パエニバチルス・アエスツアリ(Paenibacillus aestuarii)、パエニバチルス・アガレクセデンス(Paenibacillus agarexedens)、パエニバチルス・アガリデボランス(Paenibacillus agaridevorans)、パエニバチルス・アルギノリティカス(Paenibacillus alginolyticus)、パエニバチルス・アルゴリフォンチコラ(Paenibacillus algorifonticola)、パエニバチルス・アルカリテラエ(Paenibacillus alkaliterrae)、パエニバチルス・アルベイ(Paenibacillus alvei)、パエニバチルス・アミロリティカス(Paenibacillus amylolyticus)、パエニバチルス・アナエリカヌス(Paenibacillus anaericanus)、パエニバチルス・アンタルクティカス(Paenibacillus antarcticus)、パエニバチルス・アピアリウス(Paenibacillus apiarius)、パエニバチルス・アラキディス(Paenibacillus arachidis)、パエニバチルス・アサメンシス(Paenibacillus assamensis)、パエニバチルス・アゾレデュセンス(Paenibacillus azoreducens)、パエニバチルス・アゾトフィクサンス(Paenibacillus azotofixans)、パエニバチルス・バエクロクダミソリ(Paenibacillus baekrokdamisoli)、パエニバチルス・バルキノネンシス(Paenibacillus barcinonensis)、パエニバチルス・バレンゴルジイ(Paenibacillus barengoltzii)、パエニバチルス・ボレアリス(Paenibacillus borealis)、パエニバチルス・ボビス(Paenibacillus bovis)、パエニバチルス・ブラジレンシス(Paenibacillus brasilensis)、パエニバチルス・カメリアエ(Paenibacillus camelliae)、パエニバチルス・カンピナセンシス(Paenibacillus campinasensis)、パエニバチルス・カスタネアエ(Paenibacillus castaneae)、パエニバチルス・カタルパエ(Paenibacillus catalpae)、パエニバチルス・カトルミイ(Paenibacillus cathormii)、パエニバチルス・カベルナエ(Paenibacillus cavernae)、パエニバチルス・セルロシリティカス(Paenibacillus cellulosilyticus)、パエニバチルス・セルロシトロフィカス(Paenibacillus cellulositrophicus)、パエニバチルス・チャルタリウス(Paenibacillus chartarius)、パエニバチルス・チベンシス(Paenibacillus chibensis)、パエニバチルス・チンジュエンシス(Paenibacillus chinjuensis)、パエニバチルス・キチノリティカス(Paenibacillus chitinolyticus)、パエニバチルス・コンドロイティヌス(Paenibacillus chondroitinus)、パエニバチルス・チュンガンゲンシス(Paenibacillus chungangensis)、パエニバチルス・シネリス(Paenibacillus cineris)、パエニバチルス・シソロケンシス(Paenibacillus cisolokensis)、パエニバチルス・コンタミナンス(Paenibacillus contaminans)、パエニバチルス・クッキイ(Paenibacillus cookii)、パエニバチルス・ククミス(Paenibacillus cucumis)、パエニバチルス・カードラノリティカス(Paenibacillus curdlanolyticus)、パエニバチルス・デジョネンシス(Paenibacillus daejeonensis)、パエニバチルス・ダーウィニアヌス(Paenibacillus darwinianus)、パエニバチルス・ダウチ(Paenibacillus dauci)、パエニバチルス・デンドリティフォルミス(Paenibacillus dendritiformis)、パエニバチルス・ドングドネンシス(Paenibacillus dongdonensis)、パエニバチルス・ドオサネンシス(Paenibacillus doosanensis)、パエニバチルス・ダラス(Paenibacillus durus)、パエニバチルス・エダフィカス(Paenibacillus edaphicus)、パエニバチルス・エヒメンシス(Paenibacillus ehimensis)、パエニバチルス・エルギイ(Paenibacillus elgii)、パエニバチルス・エンドフィチカス(Paenibacillus endophyticus)、パエニバチルス・エテリ(Paenibacillus etheri)、パエニバチルス・ファエシス(Paenibacillus faecis)、パエニバチルス・ファビスポラス(Paenibacillus favisporus)、パエニバチルス・フェラリウス(Paenibacillus ferrarius)、パエニバチルス・フィリシス(Paenibacillus filicis)、パエニバチルス・フォンチコラ(Paenibacillus fonticola)、パエニバチルス・フォルシチアエ(Paenibacillus forsythiae)、パエニバチルス・フリゴリレシステンス(Paenibacillus frigoriresistens)、パエニバチルス・ガンスエンシス(Paenibacillus gansuensis)、パエニバチルス・ゼラチニリティカス(Paenibacillus gelatinilyticus)、パエニバチルス・ギンセンガルビ(Paenibacillus ginsengarvi)、パエニバチルス・ギンセンギフミ(Paenibacillus ginsengihumi)、パエニバチルス・ギンセンギソリ(Paenibacillus ginsengisoli)、パエニバチルス・グラシアリス(Paenibacillus glacialis)、パエニバチルス・グルカノリティカス(Paenibacillus glucanolyticus)、パエニバチルス・グリカニリティカス(Paenibacillus glycanilyticus)、パエニバチルス・ゴルドナエ(Paenibacillus gordonae)、パエニバチルス・グラミニス(Paenibacillus graminis)、パエニバチルス・グラニボランス(Paenibacillus granivorans)、パエニバチルス・グアングゾウエンシス(Paenibacillus guangzhouensis)、パエニバチルス・ハレナエ(Paenibacillus harenae)、パエニバチルス・ヘメロカリコラ(Paenibacillus hemerocallicola)、パエニバチルス・ヒスパニカス(Paenibacillus hispanicus)、パエニバチルス・ホドガイエンシス(Paenibacillus hodogayensis)、パエニバチルス・ホルデイ(Paenibacillus hordei)、パエニバチルス・フミカス(Paenibacillus humicus)、パエニバチルス・フナネンシス(Paenibacillus hunanensis)、パエニバチルス・イリノイセンシス(Paenibacillus illinoisensis)、パエニバチルス・ジャミラエ(Paenibacillus jamilae)、パエニバチルス・ジルンリイ(Paenibacillus jilunlii)、パエニバチルス・コーベンシス(Paenibacillus kobensis)、パエニバチルス・コレオボランス(Paenibacillus koleovorans)、パエニバチルス・コンシデンシス(Paenibacillus konsidensis)、パエニバチルス・コレエンシス(Paenibacillus koreensis)、パエニバチルス・クリベンシス(Paenibacillus kribbensis)、パエニバチルス・キュングヘエンシス(Paenibacillus kyungheensis)、パエニバチルス・ラクティス(Paenibacillus lactis)、パエニバチルス・ラルバエ(Paenibacillus larvae)、パエニバチルス・ラルバエ、パエニバチルス・ラルバエ、パエニバチルス・ロータス(Paenibacillus lautus)、パエニバチルス・レムナエ(Paenibacillus lemnae)、パエニバチルス・レンチモルブス(Paenibacillus lentimorbus)、パエニバチルス・レンタス(Paenibacillus lentus)、パエニバチルス・リアオニンゲンシス(Paenibacillus liaoningensis)、パエニバチルス・ルピニ(Paenibacillus lupini)、パエニバチルス・マセランス(Paenibacillus macerans)、パエニバチルス・マカリエンシス(Paenibacillus macquariensis)、パエニバチルス・マカリエンシス、パエニバチルス・マカリエンシス、パエニバチルス・マーチャンチオフィトラム(Paenibacillus marchantiophytorum)、パエニバチルス・マリニセディミニス(Paenibacillus marinisediminis)、パエニバチルス・マシリエンシス(Paenibacillus massiliensis)、パエニバチルス・メディカギニス(Paenibacillus medicaginis)、パエニバチルス・メンデリイ(Paenibacillus mendelii)、パエニバチルス・メタノリカス(Paenibacillus methanolicus)、パエニバチルス・モンタニテラエ(Paenibacillus montaniterrae)、パエニバチルス・モトブエンシス(Paenibacillus motobuensis)、パエニバチルス・ムシラギノサス(Paenibacillus mucilaginosus)、パエニバチルス・ナネンシス(Paenibacillus nanensis)、パエニバチルス・ナフタレノボランス(Paenibacillus naphthalenovorans)、パエニバチルス・ナスチテルミティス(Paenibacillus nasutitermitis)、パエニバチルス・ネマトフィルス(Paenibacillus nematophilus)、パエニバチルス・ニコチアナエ(Paenibacillus nicotianae)、パエニバチルス・オーシャニセディミニス(Paenibacillus oceanisediminis)、パエニバチルス・オドリファー(Paenibacillus odorifer)、パエニバチルス・オエノセラエ(Paenibacillus oenotherae)、パエニバ
チルス・オリゼ(Paenibacillus oryzae)、パエニバチルス・パブリ(Paenibacillus pabuli)、パエニバチルス・パナシソリ(Paenibacillus panacisoli)、パエニバチルス・パナシテラエ(Paenibacillus panaciterrae)、パエニバチルス・パサデネンシス(Paenibacillus pasadenensis)、パエニバチルス・ペクチニリティカス(Paenibacillus pectinilyticus)、パエニバチルス・ペオリアエ(Paenibacillus peoriae)、パエニバチルス・ペリアンドラエ(Paenibacillus periandrae)、パエニバチルス・フェニシス(Paenibacillus phoenicis)、パエニバチルス・フィルロスファエラエ(Paenibacillus phyllosphaerae)、パエニバチルス・フィスコミトレラエ(Paenibacillus physcomitrellae)、パエニバチルス・ピニ(Paenibacillus pini)、パエニバチルス・ピニフミ(Paenibacillus pinihumi)、パエニバチルス・ピネソリ(Paenibacillus pinesoli)、パエニバチルス・ポチェオネンシス(Paenibacillus pocheonensis)、パエニバチルス・ポリミキサ(Paenibacillus polymyxa)、パエニバチルス・ポピリアエ(Paenibacillus popilliae)、パエニバチルス・ポプリ(Paenibacillus populi)、パエニバチルス・プロソピディス(Paenibacillus prosopidis)、パエニバチルス・プロベンセンシス(Paenibacillus provencensis)、パエニバチルス・プエリ(Paenibacillus pueri)、パエニバチルス・プルドゥンゲンシス(Paenibacillus puldeungensis)、パエニバチルス・プルビファシエンス(Paenibacillus pulvifaciens)、パエニバチルス・プリスパチイ(Paenibacillus purispatii)、パエニバチルス・チンシェンギイ(Paenibacillus qingshengii)、パエニバチルス・クエルクス(Paenibacillus quercus)、パエニバチルス・ラディシス(Paenibacillus radicis)、パエニバチルス・レリクチセサミ(Paenibacillus relictisesami)、パエニバチルス・レシデュイ(Paenibacillus residui)、パエニバチルス・リゾリザエ(Paenibacillus rhizoryzae)、パエニバチルス・リゾスファエラエ(Paenibacillus rhizosphaerae)、パエニバチルス・リグイ(Paenibacillus rigui)、パエニバチルス・リオグランデンシス(Paenibacillus riograndensis)、パエニバチルス・リパエ(Paenibacillus ripae)、パエニバチルス・サビナエ(Paenibacillus sabinae)、パエニバチルス・サチョネンシス(Paenibacillus sacheonensis)、パエニバチルス・サリニカエニ(Paenibacillus salinicaeni)、パエニバチルス・サングイニス(Paenibacillus sanguinis)、パエニバチルス・セディミニス(Paenibacillus sediminis)、パエニバチルス・セゲティス(Paenibacillus segetis)、パエニバチルス・セレニイ(Paenibacillus selenii)、パエニバチルス・セレニチレデュセンス(Paenibacillus selenitireducens)、パエニバチルス・セネガレンシス(Paenibacillus senegalensis)、パエニバチルス・セプテントリオナリス(Paenibacillus septentrionalis)、パエニバチルス・セプルクリ(Paenibacillus sepulcri)、パエニバチルス・シェンヤンゲンシス(Paenibacillus shenyangensis)、パエニバチルス・シラカミエンシス(Paenibacillus shirakamiensis)、パエニバチルス・シアメンシス(Paenibacillus siamensis)、パエニバチルス・シラゲイ(Paenibacillus silagei)、パエニバチルス・シノポドフィリ(Paenibacillus sinopodophylli)、パエニバチルス・ソラニ(Paenibacillus solani)、パエニバチルス・ソリ(Paenibacillus soli)、パエニバチルス・ソンチ(Paenibacillus sonchi)、パエニバチルス・ソフォラエ(Paenibacillus sophorae)、パエニバチルス・スプチ(Paenibacillus sputi)、パエニバチルス・ステリファー(Paenibacillus stellifer)、パエニバチルス・スソンゲンシス(Paenibacillus susongensis)、パエニバチルス・スウェンシス(Paenibacillus swuensis)、パエニバチルス・タイチョンゲンシス(Paenibacillus taichungensis)、パエニバチルス・タイワネンシス(Paenibacillus taiwanensis)、パエニバチルス・タリメンシス(Paenibacillus tarimensis)、パエニバチルス・テルリス(Paenibacillus telluris)、パエニバチルス・テラエ(Paenibacillus terrae)、パエニバチルス・テレウス(Paenibacillus terreus)、パエニバチルス・テリゲナ(Paenibacillus terrigena)、パエニバチルス・タイランデンシス(Paenibacillus thailandensis)、パエニバチルス・サーモフィラス(Paenibacillus thermophilus)、パエニバチルス・チアミノリティカス(Paenibacillus thiaminolyticus)、パエニバチルス・ティエンムエンシス(Paenibacillus tianmuensis)、パエニバチルス・チベテンシス(Paenibacillus tibetensis)、パエニバチルス・チモネンシス(Paenibacillus timonensis)、パエニバチルス・ツンドラエ(Paenibacillus tundrae)、パエニバチルス・ツリセンシス(Paenibacillus turicensis)、パエニバチルス・タイファエ(Paenibacillus typhae)、パエニバチルス・ウリギニス(Paenibacillus uliginis)、パエニバチルス・ウリナリス(Paenibacillus urinalis)、パエニバチルス・バリダス(Paenibacillus validus)、パエニバチルス・ビニ(Paenibacillus vini)、パエニバチルス・ブルネリス(Paenibacillus vulneris)、パエニバチルス・ウェンキシニアエ(Paenibacillus wenxiniae)、パエニバチルス・ウーポネンシス(Paenibacillus wooponensis)、パエニバチルス・ウソンゲンシス(Paenibacillus woosongensis)、パエニバチルス・ウルムキエンシス(Paenibacillus wulumuqiensis)、パエニバチルス・ウィニイ(Paenibacillus wynnii)、パエニバチルス・キサンチニリティカス(Paenibacillus xanthinilyticus)、パエニバチルス・シンチャンゲンシス(Paenibacillus xinjiangensis)、パエニバチルス・キシラネクセデンス(Paenibacillus xylanexedens)、パエニバチルス・キシラニリティカス(Paenibacillus xylanilyticus)、パエニバチルス・キシラニソルベンス(Paenibacillus xylanisolvens)、パエニバチルス・ヨンギネンシス(Paenibacillus yonginensis)、パエニバチルス・ユンナネンシス(Paenibacillus yunnanensis)、パエニバチルス・ザントキシリ(Paenibacillus zanthoxyli)およびパエニバチルス・ゼアエ(Paenibacillus zeae)。
ある態様においては、融合タンパク質を発現させるために使用されるパエニバチルスのメンバーは、土壌から単離されたグラム陽性好気性芽胞形成性細菌であるパエニバチルス属種NRRL B-50972である。パエニバチルス属種NRRL B-50972のサンプルは、ブダペスト条約に基づき、National Center for Agricultural Utilization Research,Agricultural Research Service,U.S. Department of Agriculture(1815 North University Street,Peoria,Illinois 61604,U.S.A.)にあるAgricultural Research Service Culture Collection(NRRL)に2014年8月28日付で寄託されている。パエニバチルス胞子の基本的な組成または構造に関する知識が全般的に足りないことを考えると、この層の形成中にタンパク質が胞子表面に標的化されるプロセスに関してはほとんど知られていない。
ある態様においては、融合タンパク質を発現させるために使用されるパエニバチルスのメンバーは、パエニバチルス属種NRRL B-50972または本明細書に開示されているその他の例示的なパエニバチルスファミリーメンバーのうちのいずれかの16S rRNA遺伝子に対して少なくとも97、98または99%の同一性を有する16S rRNA遺伝子を有する細菌である。あるいは、融合タンパク質を発現させるために使用されるパエニバチルスのメンバーは、パエニバチルス属種NRRL B-50972または本明細書に開示されているその他の例示的なパエニバチルスファミリーメンバーのうちのいずれかのものに対して少なくとも70%のDNA-DNAハイブリダイゼーション値を有する細菌である。もう1つの例においては、融合タンパク質を発現させるために使用されるパエニバチルスのメンバーは、パエニバチルス属種NRRL B-50972または本明細書に開示されているその他の例示的なパエニバチルスファミリーメンバーのうちのいずれかのものに対して95、96、97、98または99%の平均ヌクレオチド同一性を有する細菌である。
「N末端シグナル配列」なる語は、一般に、ポリペプチドのアミノ末端またはその近位にあるポリペプチド配列を意味し、これは細胞内区画へのポリペプチドの局在化または分泌を導く。この用語は、文脈に応じて、「N末端標的化配列」、「標的化配列」、「シグナル配列」および「シグナルペプチド」なる語と互換的に用いられうる、と認識され、理解される。N末端シグナル配列は成熟タンパク質のポリペプチド配列の一部として保持されることが可能であり、あるいは局在化プロセスの際またはその後に切断されることが可能である。この用語は、パエニバチルス内生胞子の胞子表面へのポリペプチドの局在化を導く、ポリペプチドのアミノ末端またはその近位にあるポリペプチド配列を具体的に指すために用いられうる。この文脈においては、N末端シグナル配列の唯一の必要な機能は、それが一部分を構成するポリペプチドをパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化する能力である。
「植物」または「宿主植物」は、パエニバチルスが定着しうる根圏または葉圏を有する任意の植物、およびパエニバチルス菌の一過性の宿主として働きうる植物を包含する。定着は、本開示の或る態様においては好ましいこともあるが、本明細書に記載される方法および組成物が機能するための要件ではない。
本明細書中で用いる「生物学的防除」は、第2の生物または生物学的分子の使用による、病原体および/または昆虫および/またはダニおよび/または線虫の防除として定義される。生物学的防除の公知のメカニズムは、根の表面上の空間または栄養分に関して真菌と競合してそれを打ち負かすことにより根腐れを防除する細菌を含む。抗生物質のような細菌毒素が、病原体を防除するために使用されている。毒素は単離可能であり、植物に直接的に施用可能であり、あるいは細菌種が、インシトゥ(in situ)で毒素を産生するように投与されうる。生物学的防除をもたらす他の手段には、標的の植物病原体、昆虫、ダニもしくは線虫に対して活性である、または標的の有害生物/病原体を攻撃する或る真菌産生成分の施用が含まれる。「生物学的防除」はまた、植物の健康、成長、成長力、ストレス応答または収量に対して有益な効果を及ぼす微生物を含みうる。施用経路には、噴霧施用、土壌施用および種子処理が含まれる。
「ハイブリダイゼーション」は、1以上のポリヌクレオチドが反応して、ヌクレオチド残基の塩基間の水素結合により安定化された複合体を形成する反応を意味する。水素結合はワトソン-クリック塩基対、フーグスティン結合または任意の他の配列特異的様態で生じうる。複合体は、二重鎖構造を形成する2本の鎖、多重鎖複合体を形成する3本以上の鎖、自己ハイブリダイズする1本の鎖、またはこれらの任意の組合せを含みうる。ハイブリダイゼーション反応は種々の「ストリンジェンシー」の条件下で実施されうる。一般に、低いストリンジェンシーのハイブリダイゼーション反応は、10×SSC中で約40℃で、または同等のイオン強度/温度の溶液中で行われる。中等度のストリンジェンシーのハイブリダイゼーションは、典型的には、6×SSC中で約50℃で実施され、高いストリンジェンシーのハイブリダイゼーション反応は、一般に、1×SSC中で約60℃で実施される。
本明細書中で用いる「配列同一性」なる語は、2つのポリヌクレオチドまたはアミノ酸配列が比較ウインドウにわたって同一である(すなわち、それぞれ、ヌクレオチド-ヌクレオチド間または残基-残基間を基準として同一である)度合を意味する。配列同一性の百分率を計算するためには、最適にアライメントされた2つの配列を比較ウィンドウにわたって比較し、両配列において同一核酸塩基(例えば、ポリヌクレオチド配列の場合はA、T、C、G)が存在する位置の数を決定して、一致(マッチ)する位置の数を得、一致する位置の数を比較ウィンドウ内の総位置数(すなわち、ウィンドウサイズ)で割り算し、その結果に100を掛け算して、配列同一性の百分率を得る。アライメントされた2つのアミノ酸配列を比較することにより、同等の計算が行われうる。
アミノ酸配列の比較に関して、比較は、配列同一性の測定に加えて、残基の変化が「保存的」な置換であるかどうかも考慮しうる。保存的アミノ酸置換は、類似の側鎖を有する残基の交換可能性を意味する。例えば、脂肪族側鎖を有するアミノ酸のグループはグリシン、アラニン、バリン、ロイシンおよびイソロイシンであり、脂肪族ヒドロキシル側鎖を有するアミノ酸のグループはセリンおよびスレオニンであり、アミド含有側鎖を有するアミノ酸のグループはアスパラギンおよびグルタミンであり、芳香族側鎖を有するアミノ酸のグループはフェニルアラニン、チロシンおよびトリプトファンであり、塩基性側鎖を有するアミノ酸のグループはリジン、アルギニンおよびヒスチジンであり、そして硫黄含有側鎖を有するアミノ酸のグループはシステインおよびメチオニンである。好ましい保存的アミノ酸置換のグループは、バリン-ロイシン-イソロイシン、フェニルアラニン-チロシン、リジン-アルギニン、アラニン-バリンおよびアスパラギン-グルタミンである。
N末端標的化配列
本開示はパエニバチルス細菌由来のN末端標的化配列を提供する。ストレス性環境条件下、パエニバチルスファミリーの細菌は胞子形成を経て、長期間にわたって休眠状態で維持されうる内生胞子を形成する。本明細書に詳細に記載されているとおり、パエニバチルス内生胞子の最外層は胞子表面として公知であり、タンパク質層を含む。バチルス胞子表面標的化配列に関する利用可能な文献が増加しているにもかかわらず、パエニバチルスにおける相同N末端標的化配列を特定する研究は報告されていない。胞子表面を標的化とする公知タンパク質であるCotC、BclA、BclBまたはBetAのバイオインフォマティクス解析はパエニバチルスにおける相同N末端標的化配列を何ら明らかにしておらず、このことは、これらのタンパク質の胞子表面標的化配列がパエニバチルス属において保存されていないことを示唆している。パエニバチルスの胞子表面を形成しこれに局在するタンパク質の特徴づけが限られていることを考慮すると、パエニバチルス全般において、またはこの属内の特定の種(例えば、パエニバチルス属種NRRL B-50972)において、タンパク質を胞子表面に標的化するために必要なN末端シグナル配列を容易に推定することはできない。
利用可能な文献における指針がこのように不足しているにもかかわらず、本発明者らは、内因性タンパク質および融合タンパク質をパエニバチルス細胞の胞子表面に導きうるN末端標的化配列を本発明において特定した。
参照を容易にするために、本明細書中で言及されるヌクレオチドおよびポリペプチド配列の配列番号を以下の表1に列挙する。
Figure 2022532721000002
Figure 2022532721000003
Figure 2022532721000004
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Figure 2022532721000013
Figure 2022532721000014
表1に列挙されている例示的なN末端標的化配列(すなわち、配列番号1~10、18、33、34、39~42、45および49)および表2に列挙されている例示的なN末端標的化配列(すなわち、配列番号19~30)に加えて、他の実施形態においては、前記配列のいずれかに対して少なくとも50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%または99%の配列同一性を有する変異体配列も、その配列が融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化する能力を保有する限り、使用されうる。幾つかの実施形態においては、表1に列挙されているポリペプチド配列のいずれかから選択される少なくとも5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24または25個の連続的アミノ酸の断片が使用されうる。幾つかの態様においては、必要とされる唯一の機能は、その配列が融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化する能力を維持することである。
幾つかの実施形態においては、このN末端シグナル配列またはその変異体もしくは断片は、連結されているN末端シグナル配列に対して異種である目的のペプチドまたはポリペプチド配列を含む融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化するために使用されうる。幾つかの実施形態においては、N末端シグナル配列は、表1に列挙されている個々の配列のいずれかのアミノ酸配列に対して少なくとも約50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%または99%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む。幾つかの実施形態においては、N末端シグナル配列は、表1に列挙されている個々のポリペプチド配列のいずれかの同数のアミノ酸の連続的配列と同一である、少なくとも5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24または25アミノ酸の少なくとも1つの連続的配列を含む。
本明細書に記載されているとおり、本開示の幾つかの態様による融合タンパク質構築物は、融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化するN末端シグナル配列またはその変異体もしくは断片と、N末端シグナル配列に対して異種であるポリペプチド配列とを含む。しかし、他の態様においては、開示されている配列ならびに開示されている態様のいずれかによるその配列変異体および断片のいずれもが他の目的のために使用されうる。本開示は、これらの配列がN末端胞子表面標的化配列として機能する態様に焦点を合わせているが、このことは他の機能の否認として解釈されるべきではない。
幾つかの実施形態においては、N末端シグナル配列は、配列番号2、4、6、8または10により表されるアミノ酸配列を有するポリペプチドを含む。代替的実施形態においては、N末端シグナル配列は配列番号2、4、6、8または10の断片(例えば、配列番号2、4、6、8または10のいずれかにおいて見出される少なくとも1つの連続的部分配列を含むアミノ酸配列を有するポリペプチド)を含む。代替的実施形態においては、N末端シグナル配列は配列番号2、4、6、8または10の変異体(例えば、配列番号2、4、6、8または10により表される配列に対して最小のまたは全く同じ程度の同一性の割合を有するアミノ酸配列を有するポリペプチド)を含む。選択実施形態においては、N末端シグナル配列は前記の断片および変異体の両方として適格でありうる(例えば、配列番号2、4、6、8または10に見出される連続的部分配列に続いて、開示されている配列同一性の範囲内に入る異なる配列を含むN末端シグナル配列)。
選択実施形態においては、N末端シグナル配列は、配列番号2、4、6、8または10により表されるアミノ酸配列に対して少なくとも約50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%または99%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む。
選択実施形態においては、N末端シグナル配列は、配列番号2、4、6、8または10により表されるアミノ酸配列の少なくとも5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24または25アミノ酸の連続的配列と同一である、少なくとも5、10、15、20または25アミノ酸の連続的配列を含む。
幾つかの実施形態においては、N末端シグナル配列は、配列番号1、3、5、7、9、33、39、41または45により表されるヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチドを含む。代替的実施形態においては、N末端シグナル配列は、配列番号1、3、5、7、9、33、39、41または45により表されるヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチドの断片(例えば、配列番号1、3、5、7、9、33、39、41または45により表されるヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチドに見出される少なくとも1つの連続的部分配列を含むアミノ酸配列を有するポリペプチド)を含む。代替的実施形態においては、N末端シグナル配列は、配列番号1、3、5、7、9、33、39、41または45により表されるヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチドの変異体(例えば、配列番号1、3、5、7、9、33、39、41または45により表される配列のいずれかにより表されるヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチドに対して最小のまたは全く同じ程度の同一性の割合を有するアミノ酸配列を有するポリペプチド)を含む。選択実施形態においては、N末端シグナル配列は前記の断片および変異体の両方として適格でありうる(例えば、配列番号1、3、5、7、9、33、39、41または45により表されるヌクレオチド配列によりコードされるアミノ酸配列を有するポリペプチドに見出される連続的部分配列に続いて、最小の配列同一性の範囲内に入る異なる配列を含むN末端シグナル配列)。
選択実施形態においては、N末端シグナル配列は、配列番号1、3、5、7、9、33、39、41または45により表されるヌクレオチド配列に対して少なくとも約50%、51%、52%、53%、54%、55%、56%、57%、58%、59%、60%、61%、62%、63%、64%、65%、66%、67%、68%、69%、70%、71%、72%、73%、74%、75%、76%、77%、78%、79%、80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%または99%の配列同一性を有するヌクレオチド配列を含む。
選択実施形態においては、N末端シグナル配列は、中等度または高いストリンジェンシー下で配列番号1、3、5、7、9、33、39、41または45に相補的な核酸プローブにハイブリダイズするヌクレオチド配列を含む。
選択実施形態においては、N末端シグナル配列は、配列番号1、3、5、7、9、33、39、41または45により表されるヌクレオチド配列における同数のヌクレオチドの連続的配列と同一である、少なくとも5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24、25、26、27、28、29または30ヌクレオチドの連続的配列を含む。
本開示、例えば前記実施形態により想定される代替的N末端標的化配列のいずれに関しても、選択態様におけるそのような配列の最小限の必要とされる機能は、融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化する能力である。
胞子形成に関連する調節配列
本開示は、胞子形成中に本開示による融合タンパク質および他の構築物を発現させるために使用されうる複数の上流調節配列(例えば、配列番号11~15)を提供する。本明細書に詳細に記載されているとおり、これらの上流調節配列は、目的タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に導くN末端標的化配列を有する融合タンパク質を発現させるために使用されうる。幾つかの態様においては、これらの上流調節配列(またはその断片もしくは変異体)はまた、目的タンパク質がN末端標的化配列を含むかどうかにかかわらず、胞子形成中に任意の目的異種タンパク質を発現させるために使用されうる。
幾つかの態様においては、目的タンパク質の転写は、本明細書に記載されている上流調節配列のいずれかに存在するプロモーター(例えば、配列番号11~15のいずれか、または胞子形成中に転写活性のままであるその断片もしくは変異体)により制御される。幾つかの態様においては、DNA構築物は、本明細書に記載されている調節配列のいずれか(例えば、配列番号11~15のいずれか)または胞子形成中に転写活性のままであるその断片もしくは変異体の下流に、目的タンパク質をコードする配列を含みうる。そのような断片は、胞子形成中に転写活性のままである、配列番号11~15の任意の連続的な25、50、100、150または200ヌクレオチドを含みうる。同様に、変異体は、配列番号11~15、33、39、41または45(またはその断片)のいずれかと比較して少なくとも50%、60%、70%、80%または90%の配列同一性を有する、胞子形成中に転写活性のままである配列を含みうる。目的タンパク質をコードするDNAおよび任意の1以上の上流調節配列はパエニバチルスまたは他の細胞の染色体DNA内に組み込まれうる。
融合タンパク質
本開示は、少なくとも1つの目的分子(例えば、少なくとも1つの植物成長刺激性タンパク質またはペプチドのような目的のタンパク質またはペプチドのポリペプチド配列)に直接的または間接的に連結されているN末端標的化配列を含む融合タンパク質を提供する。選択実施形態においては、間接的連結は介在性スペーサー、リンカーまたは調節配列でありうる。タンパク質またはペプチドは、ペプチドホルモン、非ホルモンペプチド、植物成長刺激性化合物の産生もしくは活性化に関与する酵素、または細菌、真菌もしくは植物栄養源を分解もしくは修飾する酵素を含みうるが、限定されるものではない。一般に、パエニバチルス内生胞子において発現可能であり、選択されたN末端標的化配列に対して異種である任意の目的タンパク質が使用されうる。幾つかの実施形態においては、目的タンパク質は、パエニバチルス属の細菌において発現されるタンパク質である。他の実施形態においては、目的タンパク質は、融合タンパク質が発現されるパエニバチルス内生胞子と同じ種の細菌から単離される。更に他の実施形態においては、目的タンパク質は、融合タンパク質が内生胞子上で発現されるパエニバチルス株から単離される。標的化配列は、本明細書に記載されている標的化配列のいずれかでありうる。
幾つかの実施形態においては、融合タンパク質は、標的化配列、および植物を病原体から保護する少なくとも1つのタンパク質またはペプチドを含みうる。標的化配列は前記の標的化配列のいずれかでありうる。
融合タンパク質は、当技術分野で公知の標準的なクローニングおよび分子生物学的方法を用いて製造されうる。例えば、タンパク質またはペプチドをコードする遺伝子(例えば、植物成長刺激性タンパク質またはペプチドをコードする遺伝子)をポリメラーゼ連鎖反応(PCR)により増幅し、前記標的化配列のいずれかをコードするDNAに連結して、融合タンパク質をコードするDNA分子を形成させることが可能である。融合タンパク質をコードするDNA分子は、任意の適切なベクター、例えばプラスミドベクター内にクローニングされうる。ベクターは、適切には、融合タンパク質をコードするDNA分子が容易に挿入されうるマルチクローニングサイトを含む。ベクターはまた、適切には、選択可能マーカー、例えば抗生物質耐性遺伝子などを含有していて、該ベクターで形質転換、トランスフェクトまたは交配された細菌を容易に特定し、単離することが可能である。ベクターがプラスミドである場合、プラスミドは、適切には、複製開始点をも含む。融合タンパク質をコードするDNAは、適切には、パエニバチルス内生胞子の胞子表面上で融合タンパク質の発現を引き起こす胞子形成プロモーター(例えば、パエニバチルスファミリーメンバー由来の天然プロモーター)の制御下にある。幾つかの態様においては、融合タンパク質の転写は、本明細書に記載されている上流調節配列のいずれかに存在するプロモーター(例えば、配列番号11~15のいずれか、または胞子形成中に転写活性のままであるその断片もしくは変異体)により制御される。幾つかの態様においては、DNA構築物は、本明細書に記載されている調節配列のいずれか(例えば、配列番号11~15のいずれか)または胞子形成中に転写活性のままであるその断片もしくは変異体の下流に、本開示による融合タンパク質をコードする配列を含みうる。そのような断片は配列番号11~15の任意の連続的な50、100、150または200ヌクレオチドを含むことが可能であり、これは胞子形成中に転写活性のままである。同様に、変異体は、配列番号11~15(またはその断片)のいずれかと比較して少なくとも50%、60%、70%、80%または90%の配列同一性を有する、胞子形成中に転写活性のままである配列を含みうる。1以上の上流調節配列と共に融合タンパク質をコードするDNA(例えば、配列番号1、3、5、7、9のいずれかの配列またはその変異体もしくは断片)はパエニバチルスまたは他の細胞の染色体DNA内に組み込まれうる。
融合タンパク質はまた、標的化配列の一部ではない追加的なポリペプチド配列、または連結される目的タンパク質(例えば、植物成長刺激性タンパク質もしくはペプチド、植物を病原体から保護するタンパク質もしくはペプチド、植物におけるストレス抵抗性を増強するタンパク質もしくはペプチド、または植物結合性のタンパク質もしくはペプチド)を含みうる。例えば、融合タンパク質は、融合タンパク質自体の、または融合タンパク質を発現する組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞の胞子の精製(例えば、ポリヒスチジンタグ)または可視化(例えば、蛍光タンパク質、例えば、GFPまたはYFP)を容易にするためのタグまたはマーカーを含みうる。
本明細書に記載されている標的化配列を使用する胞子表面上の融合タンパク質の発現は、これらの配列のアミノ末端における二次構造の欠如ゆえに増強され、これは融合タンパク質の天然フォールディングおよび活性の保持を可能にする。適切なフォールディングは、標的化配列と融合相手タンパク質との間に短いアミノ酸リンカーを含有することにより、更に増強されうる。
したがって、本明細書に記載されている融合タンパク質のいずれも、標的化配列と、連結目的タンパク質(例えば、植物成長刺激性タンパク質もしくはペプチド、植物を病原体から保護するタンパク質もしくはペプチド、植物におけるストレス抵抗性を増強するタンパク質もしくはペプチド、または植物結合性のタンパク質もしくはペプチド)との間にアミノ酸リンカーを含みうる。
リンカーはポリアラニンリンカーまたはポリグリシンリンカーを含みうる。アラニン残基およびグリシン残基の両方の混合物を含むリンカーも使用されうる。例えば、標的化配列が配列番号2を含む場合、融合タンパク質は以下の構造のうちの1つを有しうる。
リンカー無し:配列番号2-融合相手タンパク質
アラニンリンカー:配列番号2-A-融合相手タンパク質
グリシンリンカー:配列番号2-G-融合相手タンパク質
アラニンおよびグリシンの混合リンカー:配列番号2-(A/G)-融合相手タンパク質;
ここでA、Gおよび(A/G)は、それぞれ、任意の数のアラニン、任意の数のグリシンまたは任意の数のアラニンとグリシンとの混合物である。
例えば、nは1~25の任意の整数、例えば6~10の整数でありうる。リンカーがアラニン残基とグリシン残基との混合物を含む場合、アラニン残基とグリシン残基との任意の組合せが使用されうる。前記のとおりの、配列番号2により表されるN末端標的化配列。しかし、前記の例示的配置において、配列番号2は、本明細書に開示されている他のN末端標的化配列のいずれかにより置換されうる(例えば、配列番号4、6、8もしくは10またはその断片もしくは変異体)。前記の構造において、「融合相手タンパク質」は、連結される目的タンパク質(例えば、植物成長刺激性タンパク質もしくはペプチド、植物を病原体から保護するタンパク質もしくはペプチド、植物におけるストレス抵抗性を増強するタンパク質もしくはペプチド、または植物結合性のタンパク質もしくはペプチド)を表す。
代替的または追加的に、リンカーはプロテアーゼ認識部位を含みうる。プロテアーゼ認識部位の含有は、プロテアーゼ認識部位を認識するプロテアーゼに対する曝露に際して、目的タンパク質(例えば、植物成長刺激性タンパク質もしくはペプチド、植物を病原体から保護するタンパク質もしくはペプチド、植物におけるストレス抵抗性を増強するタンパク質もしくはペプチド、または植物結合性のタンパク質もしくはペプチド)の標的化除去を可能にする。
ある態様においては、融合タンパク質は、植物成長刺激性化合物の産生または活性化に関与する酵素、例えばアセトインレダクターゼ、インドール-3-アセトアミドヒドロラーゼ、トリプトファンモノオキシゲナーゼ、アセトラクタートシンセターゼ、α-アセトラクタートデカルボキシラーゼ、ピルビン酸デカルボキシラーゼ、ジアセチルレダクターゼ、ブタンジオールデヒドロゲナーゼ、アミノトランスフェラーゼ、トリプトファンデカルボキシラーゼ、アミンオキシダーゼ、インドール-3-ピルビン酸デカルボキシラーゼ、インドール-3-アセトアルデヒドデヒドロゲナーゼ、トリプトファン側鎖オキシダーゼ、ニトリルヒドロラーゼ、ニトリラーゼ、ペプチダーゼ、プロテアーゼ、アデノシンリン酸イソペンテニルトランスフェラーゼ、ホスファターゼ、アデノシンキナーゼ、アデニンホスホリボシルトランスフェラーゼ、CYP735A、5’-リボヌクレオチドホスホヒドロラーゼ、アデノシンヌクレオシダーゼ、ゼアチン シス-トランスイソメラーゼ、ゼアチン O-グルコシルトランスフェラーゼ、β-グルコシダーゼ、シス-ヒドロキシラーゼ、CK シス-ヒドロキシラーゼ、CK N-グルコシルトランスフェラーゼ、2,5-リボヌクレオチドホスホヒドロラーゼ、アデノシンヌクレオシダーゼ、プリンヌクレオシドホスホリラーゼ、ゼアチンレダクターゼ、ヒドロキシルアミンレダクターゼ、2-オキソグルタル酸ジオキシゲナーゼ、ジベレリン酸2B/3Bヒドロラーゼ、ジベレリン 3-オキシダーゼ、ジベレリン 20-オキシダーゼ、キトサナーゼ、キチナーゼ、β-1,3-グルカナーゼ、β-1,4-グルカナーゼ、β-1,6-グルカナーゼ、アミノシクロプロパン-1-カルボン酸デアミナーゼ、ノッド因子の産生に関与する酵素、または前記のものの任意の組合せを含む。
他の態様においては、融合タンパク質は、細菌、真菌または植物の栄養源を分解または修飾する酵素、例えばセルラーゼ、リパーゼ、リグニンオキシダーゼ、プロテアーゼ、グリコシドヒドロラーゼ、ホスファターゼ、ニトロゲナーゼ、ヌクレアーゼ、アミダーゼ、硝酸レダクターゼ、亜硝酸レダクターゼ、アミラーゼ、アンモニアオキシダーゼ、リグニナーゼ、グルコシダーゼ、ホスホリパーゼ、フィターゼ、ペクチナーゼ、グルカナーゼ、スルファターゼ、ウレアーゼ、キシラナーゼ、シデロフォアまたは前記のものの任意の組合せを含む。
幾つかの実施形態においては、融合タンパク質は、融合タンパク質の標的化配列、胞子表面タンパク質または胞子表面タンパク質断片に固有の胞子形成プロモーターの制御下で発現される。融合タンパク質は、高発現胞子形成プロモーターの制御下で発現されうる。ある態様においては、高発現胞子形成プロモーターはシグマ-K胞子形成特異的ポリメラーゼプロモーター配列を含む。選択された態様においては、融合タンパク質は、融合タンパク質の標的化配列に固有であるプロモーターの制御下で発現されうる。幾つかの場合においては、標的化配列に固有であるプロモーターは高発現胞子形成プロモーターである。他の場合においては、標的化配列に固有であるプロモーターは高発現胞子形成プロモーターではない。後者の場合、天然プロモーターを高発現胞子形成プロモーターで置換することが有利でありうる。高発現胞子形成プロモーターの制御下での融合タンパク質の発現はパエニバチルス内生胞子の胞子表面上の融合タンパク質の発現の増強をもたらす。高発現胞子形成プロモーターは1以上のシグマ-K胞子形成特異的プロモーター配列を含みうる。
前記のとおり、融合タンパク質は、標的化配列と、成長刺激性タンパク質またはペプチドを含みうる少なくとも1つの異種タンパク質とを含みうる。植物成長刺激性タンパク質またはペプチドは、とりわけ、ペプチドホルモン、非ホルモンペプチド、植物成長刺激性化合物の産生もしくは活性化に関与する酵素、または細菌、真菌もしくは植物の栄養源を分解もしくは修飾する酵素を含みうる。植物成長刺激性タンパク質またはペプチドは、植物成長刺激性化合物の産生または活性化に関与する酵素を含みうる。植物成長刺激性化合物の産生または活性化に関与する酵素は、植物成長を刺激するもしくは植物構造を改変する化合物の生合成経路における任意の段階を触媒する任意の酵素、または植物成長を刺激するもしくは植物構造を改変する化合物の不活性もしくは低活性誘導体を該化合物の活性もしくは高活性形態に変換することを触媒する任意の酵素でありうる。あるいは、植物成長刺激性化合物は、植物成長ホルモン、例えばサイトカイニンもしくはサイトカイニン誘導体、エチレン、オーキシンもしくはオーキシン誘導体、ジベレリン酸もしくはジベレリン酸誘導体、アブシジン酸もしくはアブシジン酸誘導体、またはジャスモン酸もしくはジャスモン酸誘導体を含みうる。
酵素がプロテアーゼまたはペプチダーゼを含む場合、プロテアーゼまたはペプチダーゼは、タンパク質、ペプチド、プロタンパク質またはプレプロタンパク質を切断して生理活性ペプチドを生成させるプロテアーゼまたはペプチダーゼでありうる。生理活性ペプチドは、生物活性を示す任意のペプチドでありうる。タンパク質、ペプチド、プロタンパク質またはプレプロタンパク質を切断して生理活性ペプチドを生成させるプロテアーゼまたはペプチダーゼは、サブチリシン、酸性プロテアーゼ、アルカリプロテアーゼ、プロテイナーゼ、エンドペプチダーゼ、エキソペプチダーゼ、サーモリシン、パパイン、ペプシン、トリプシン、プロナーゼ、カルボキシラーゼ、セリンプロテアーゼ、グルタミン酸プロテアーゼ、アスパルタートプロテアーゼ、システインプロテアーゼ、スレオニンプロテアーゼまたはメタロプロテアーゼを含みうる。
植物成長刺激性タンパク質はまた、細菌、真菌または植物の栄養源を分解または修飾する酵素を含みうる。そのような酵素には、セルラーゼ、リパーゼ、リグニンオキシダーゼ、プロテアーゼ、グリコシドヒドロラーゼ、ホスファターゼ、ニトロゲナーゼ、ヌクレアーゼ、アミダーゼ、硝酸レダクターゼ、亜硝酸レダクターゼ、アミラーゼ、アンモニアオキシダーゼ、リグニナーゼ、グルコシダーゼ、ホスホリパーゼ、フィターゼ、ペクチナーゼ、グルカナーゼ、スルファターゼ、ウレアーゼ、キシラナーゼおよびシデロフォアが含まれる。細菌、真菌または植物の栄養源を分解または修飾する酵素を含む融合タンパク質は、植物成長培地内に導入されると、あるいは植物、種子または植物もしくは植物種子の周辺の領域に施用されると、植物近傍の栄養分の処理を助け、植物による又は植物近傍の有益な細菌もしくは真菌による栄養分の取り込みの増強をもたらしうる。融合タンパク質は、標的化配列と、植物を病原体から保護する少なくとも1つのタンパク質またはペプチドとを含みうる。該タンパク質またはペプチドは、植物免疫応答を刺激するタンパク質またはペプチドを含みうる。例えば、植物免疫応答を刺激するタンパク質またはペプチドは植物免疫系増強タンパク質またはペプチドを含みうる。植物免疫系増強タンパク質またはペプチドは、植物の免疫系に対して有益な効果をもたらす任意のタンパク質またはペプチドでありうる。あるいは、植物を病原体から保護するタンパク質またはペプチドは、抗細菌活性、抗真菌活性、または抗細菌活性と抗真菌活性との両方を有するタンパク質またはペプチドでありうる。植物を病原体から保護するタンパク質またはペプチドはまた、殺虫活性、殺蠕虫活性を有するタンパク質もしくはペプチド、昆虫もしくは虫による捕食を抑制するタンパク質もしくはペプチド、またはそれらの組合せでありうる。植物を病原体から保護するタンパク質は酵素を含みうる。適切な酵素には、プロテアーゼおよびラクトナーゼが含まれる。プロテアーゼおよびラクトナーゼは細菌シグナル伝達分子(例えば、細菌ラクトンホモセリンシグナル伝達分子)に特異的でありうる。酵素はまた、細菌または真菌の細胞成分に特異的な酵素でありうる。
融合タンパク質は、標的化配列と、植物におけるストレス抵抗性を増強する少なくとも1つのタンパク質またはペプチドとを含みうる。例えば、植物におけるストレス抵抗性を増強するタンパク質またはペプチドは、ストレス関連化合物を分解する酵素を含む。ストレス関連化合物には、限定的なものではないが、アミノシクロプロパン-1-カルボン酸(ACC)、活性酸素種、一酸化窒素、オキシリピンおよびフェノールが含まれる。具体的な活性酸素種には、ヒドロキシル、過酸化水素、酸素およびスーパーオキシドが挙げられる。ストレス関連化合物を分解する酵素はスーパーオキシドジスムターゼ、オキシダーゼ、カタラーゼ、アミノシクロプロパン-1-カルボン酸デアミナーゼ、ペルオキシダーゼ、抗酸化酵素または抗酸化ペプチドを含みうる。
植物におけるストレス抵抗性を増強するタンパク質またはペプチドはまた、植物を環境ストレスから保護するタンパク質またはペプチドを含みうる。環境ストレスは、例えば、干ばつ、洪水、熱、凍結、塩分、重金属、低pH、高pHまたはそれらの組合せを含みうる。例えば、植物を環境ストレスから保護するタンパク質またはペプチドは氷核形成タンパク質、プロリナーゼ、フェニルアラニンアンモニアリアーゼ、イソコリスミ酸シンターゼ、イソコリスミ酸ピルバートリアーゼまたはコリンデヒドロゲナーゼを含みうる。
融合タンパク質は、標的化配列と、少なくとも植物結合性タンパク質またはペプチドとを含みうる。植物結合性タンパク質またはペプチドは、植物の任意の部分(例えば、植物の根または植物の空中部分、例えば葉、茎、花または果実)に、または植物体に、特異的または非特異的に結合しうる任意のタンパク質またはペプチドでありうる。したがって、例えば、植物結合性タンパク質またはペプチドは根結合性のタンパク質もしくはペプチド、または葉結合性のタンパク質もしくはペプチドでありうる。
融合タンパク質を発現する組換えパエニバチルス内生胞子および細胞
本明細書に記載されている融合タンパク質は組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞(例えば、ピー・テラエ)により発現されうる。融合タンパク質は前記の融合タンパク質のいずれかでありうる。組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞は前記の融合タンパク質のいずれかの2以上を共発現しうる。例えば、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞は、植物成長刺激性タンパク質もしくはペプチドを含む少なくとも1つの融合タンパク質、植物を病原体から保護するタンパク質もしくはペプチドを含む少なくとも1つの融合タンパク質または植物におけるストレス抵抗性を増強する少なくとも1つのタンパク質もしくはペプチドと共に、植物結合性タンパク質またはペプチドを含む少なくとも1つの融合タンパク質を共発現しうる。
組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞は、パエニバチルス細胞、例えばパエニバチルス属種NRRL B-50972、パエニバチルス・テラエ、パエニバチルス・ポリミキサまたはパエニバチルス・ペオリアエ細胞を含みうる。他の態様においては、内生胞子産生性パエニバチルス細胞は、本明細書に記載されている例示的なパエニバチルス属種のいずれかから選択されうる。
融合タンパク質を発現する組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞を作製するためには、当技術分野で公知の標準的な方法を用いて(例えば、融合タンパク質をコードするベクターでのエレクトロポレーションにより)、任意のパエニバチルス細菌が形質転換されうる。ついで細菌を当技術分野で公知の任意の方法によりスクリーニングして、形質転換体を特定することが可能である。例えば、ベクターが抗生物質耐性遺伝子を含む場合には、細菌を抗生物質耐性に関してスクリーニングすることが可能である。あるいは、融合タンパク質をコードするDNAをパエニバチルス細胞の染色体DNA内に組み込むことが可能である。ついで組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞を、胞子形成を誘導する条件に曝露することが可能である。胞子形成を誘導するのに適した条件は当技術分野で公知である。例えば、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞を寒天プレート上にプレーティングし、約30℃の温度で数日間(例えば、3日間)インキュベートすることが可能であり、あるいはシェファー(Schaeffer)胞子形成培地内で培養することが可能である。
前記種のいずれかの不活性化株、非毒性株または遺伝的に操作された株も好適に使用されうる。代替的または追加的に、融合タンパク質を発現する組換えパエニバチルスファミリーの胞子が生成したら、使用中の更なる発芽を防ぐためにそれらを不活性化することが可能である。細菌胞子を不活性化するための当技術分野で公知の任意の方法が用いられうる。適切な方法には、限定的なものではないが、熱処理、ガンマ線照射、X線照射、UV-A照射、UV-B照射、化学処理(例えば、グルタルアルデヒド、ホルムアルデヒド、過酸化水素、酢酸、漂白剤またはそれらの任意の組合せでの処理)、またはそれらの組合せが含まれる。あるいは、非毒性株または遺伝的もしくは物理的に不活性化された株に由来する胞子が使用されうる。
本開示による融合タンパク質構築物は、融合タンパク質をパエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化するN末端シグナル配列またはその変異体もしくは断片と、N末端シグナル配列に対して異種であるポリペプチド配列とを含む。選択実施形態においては、N末端シグナル配列とN末端シグナル配列に対して異種であるポリペプチド配列とは直接的に連結される。他の態様においては、介在するリンカーまたはスペーサー配列が存在しうる。更に他の態様においては、それらの2つの領域の間に切断配列または他の調節配列が位置しうる。N末端シグナル配列に対して異種であるポリペプチド配列は1以上の機能的タンパク質を含みうる。N末端シグナル配列に対して異種であるポリペプチド配列中に複数の機能的タンパク質が含有される態様においては、それらの2以上の機能的タンパク質の間に少なくとも1つのスペーサー、切断配列または他の調節性エレメントが配置されうる。
N末端シグナル配列に対して異種であるポリペプチド配列は、例えば、(a)植物成長刺激性タンパク質もしくはペプチド、(b)植物を病原体から保護するタンパク質もしくはペプチド、(c)植物におけるストレス抵抗性を増強するタンパク質もしくはペプチド、(d)植物結合性タンパク質もしくはペプチド、(e)植物免疫系増強タンパク質もしくはペプチド、または(f)栄養分の取り込みを増強するタンパク質もしくはペプチドでありうる。これらの融合タンパク質は、パエニバチルスにおいて発現されると、パエニバチルス内生胞子の胞子表面に標的化され、該タンパク質またはペプチドが胞子の外表面上に提示されるように物理的に配向される。
このパエニバチルス胞子表面提示系は、ペプチド、酵素および他のタンパク質を植物(例えば、植物の葉、果実、花、茎または根)または植物成長培地、例えば土壌に運搬するために使用されうる。このようにして土壌または別の植物成長培地に運搬されたペプチド、酵素およびタンパク質は長期にわたって土壌中で存続し、活性を示す。本明細書に記載されている融合タンパク質を発現する組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞を土壌または植物の根圏内に導入することは多数の異なる土壌条件における植物成長の有益な増進をもたらしうる。これらの酵素を生成させるためにパエニバチルス胞子表面提示系を使用することは、植物の一生の最初の数ヶ月にわたって、そして幾つかの態様においては植物の寿命に至るまでのより長い期間にわたって、該酵素が植物および根圏に対してそれらの有益な効果をもたらし続けることを可能にする。
幾つかの態様においては、本明細書に記載されているいずれかの態様による組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞またはそのような細胞により産生される内生胞子を含む組成物は植物に直接的に施用されうる(例えば、粉末、懸濁液または溶液として、種子に、または圃場に)。幾つかの態様においては、そのような組成物は、圃場に、播種の前または後に、あるいは新芽形成の前または後に(例えば、定植の前もしくは後に、または出芽の前もしくは後に)施用されうる。
代替的態様においては、本明細書に開示されている融合タンパク質および/または組成物は、組換えパエニバチルス細胞または胞子を植物、種子または圃場に施用することにより、植物、種子および/または圃場に間接的に運搬されうる。これらの態様においては、融合タンパク質は(例えば、圃場において)組換えパエニバチルス細胞により発現または生成されて、植物、種子または圃場への融合タンパク質の運搬がもたらされうる。
植物成長促進作用および/または他の有益な特性を有する組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞
幾つかのパエニバチルス細菌は固有の有益な特性を有することが公知である。例えば、幾つかの株は植物成長促進作用または殺虫(例えば、殺蚊)作用を有する。本明細書に記載されている融合タンパク質はいずれも、そのような株において発現されうる。
例えば、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞は植物成長促進性のパエニバチルス株を含みうる。植物成長促進性の細菌株は、殺虫性毒素(例えば、Bin毒素)を産生する細菌株、殺真菌性化合物[例えば、β-1,3-グルカナーゼ、キトシナーゼ(chitosinase)、リチカーゼ、またはそれらの組合せ]を産生する細菌株、殺線虫性化合物(例えば、Cry毒素)を産生する細菌株、殺細菌性化合物を産生する細菌株、1以上の抗生物質に耐性である細菌株、自由に複製する1以上のプラスミドを含む細菌株、植物の根に結合する細菌株、植物の根に定着する細菌株、バイオフィルムを形成する細菌株、栄養分を可溶化する細菌株、有機酸を分泌する細菌株、またはそれらの任意の組合せを含みうる。
生物学的防除剤
本開示により提供される組成物は生物学的防除剤を更に含みうる。生物学的防除剤には、特に、細菌、真菌もしくは酵母、原生動物、ウイルス、昆虫病原性線虫、接種物および植物成分および/もしくはそれぞれの株の識別特性の全てを有するそれらの突然変異体、ならびに/または昆虫、ダニ、線虫および/もしくは植物病原体に対する活性を示すそれぞれの株により産生される少なくとも1つの代謝産物が含まれうる。本開示は、本明細書に記載されている個々の生物学的防除剤、ならびに/または本明細書に記載されている微生物の特定株の突然変異体であって、それぞれの株の識別特性の全てを有するもの、ならびに/または昆虫、ダニ、線虫および/もしくは植物病原体に対する活性を示す、もしくは植物成長を促進するならびに/もしくは植物健康を増進するそれぞれの株により産生される少なくとも1つの代謝産物と、前記の組換えパエニバチルス内生胞子との組合せを提供する。本開示に従い、本明細書に記載されている生物学的防除剤は、任意の生理学的状態、例えば活性状態または休眠状態で利用または使用されうる。
例示的組成物
選択された態様においては、本開示は、a)目的の異種タンパク質を含む融合タンパク質をパエニバチルスファミリーメンバーの胞子表面に局在化させる標的化配列を含む融合タンパク質を発現する組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞と、b)本明細書に開示されている少なくとも1つの他の異なる特定の生物学的防除剤、ならびに/または本明細書に開示されている微生物の特定株の、それぞれの株の識別特性の全てを有する変異体、ならびに/または昆虫、ダニ、線虫および/もしくは植物病原体に対する活性を示すそれぞれの株により産生される少なくとも1つの代謝産物とを、相乗的有効量で含む組成物を提供する。代替的態様においては、組成物は少なくとも1つの追加的な殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤を含むが、ただし、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞、殺虫剤および殺真菌剤は同一ではない。もう1つの態様においては、組成物は、植物および植物部分の全体的損傷、ならびに昆虫、ダニ、線虫および/または植物病原体により引き起こされる、収穫果実または野菜の損失を低減するために使用される。もう1つの態様においては、組成物は全体的な植物健康を増進する。
「植物健康」なる語は、一般に、有害生物の防除に関係しない植物の種々の種類の改善を含む。例えば、挙げられうる有利な特性は、改善された作物特性であり、これらには、出芽、作物収量、タンパク質含量、油含量、デンプン含量、より発達した根系、根成長の改善、根サイズ維持の改善、根有効性の改善、ストレス耐性(例えば、干ばつ、熱、塩分、UV、水、低温に対するもの)の改善、エチレン低減(産生低減および/または受容阻害)、分げつ増加、植物高の上昇、より大きな葉身、より少ない枯れた根出葉、より強い分げつ、より濃い緑色の葉色、色素含量、光合成活性、必要な投入(例えば、肥料または水)がより少ないこと、必要な種子がより少ないこと、より生産性の高い分げつ、より早期の開花、早期の穀粒成熟、より少ない植物転倒(plant verse)(倒伏)、シュート成長の向上、植物成長力の増強、植物株立ち(stand)の向上、ならびにより早期で良好な発芽が含まれる。
同一環境条件下で栽培された植物を比較し、ここで、該植物の一部分を本開示による組成物で処理し、該植物の別部分を本開示による組成物で処理しないことにより、植物成長、健康または他の好ましい特性に対する潜在的な利点を特定するために、本開示により提供される組成物をスクリーニングすることが可能である。その代わりに、前記の他の一部を全く処理せず、または適切な対照(すなわち、本開示による組成物を含まない施用物、例えば、全ての有効成分を含まない施用物)、本明細書に記載されている組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞を含まない施用物、もしくは本明細書に開示されている更なる特定の生物学的防除剤を含まない施用物で処理する。
本開示による組成物は、任意の所望の方法で、例えば種子コーティング、土壌灌注および/もしくは直接的に畝間の形態で、ならびに/または葉面噴霧として施用可能であり、出芽前、出芽後またはその両方に施用可能である。換言すれば、組成物は、種子、植物に、または収穫果実および野菜に、または植物が成長中である土壌もしくは成長が望まれる土壌(植物の生育場所)に施用可能である。
植物および植物部分の全体的損傷の低減は、しばしば、より健康な植物ならびに/または植物成長力および収量の増加をもたらす。好ましくは、本開示による組成物は、通常の植物もしくはトランスジェニック植物またはそれらの種子を処理するために使用される。
もう1つの態様においては、本開示により提供される組成物は動物の健康またはそのような動物の全身の全体的体調を改善する。健康増進の指標には、以下のものの1以上が含まれる:動物における病態の改善もしくは回復;動物の特定部分の重量増加もしくは全重量増加を包含しうる重量増加の向上;腸内細菌叢の維持;飼料利用効率の向上;死亡リスクの低下;疾患抵抗性の増強;罹患率の低下;免疫応答の増強;下痢発生の減少、生産性の向上;および/または病原体排出の減少。本開示はまた、融合タンパク質を発現する組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞を含む前記組成物のいずれかの治療量または有効量を動物に投与することによる、動物の健康を改善するための方法に関する。幾つかの態様においては、そのような融合タンパク質には、飼料の消化を助ける酵素、例えばアミラーゼ、グルカナーゼ、グルコアミラーゼ、セルラーゼ、キシラナーゼ、グルカナーゼおよびペクチナーゼ、または免疫調節因子、例えば抗体が含まれる。組成物の有効量は、本発明の組成物の投与を受けていないがそれ以外の点では本発明の組成物の投与を受けている動物と同じ食餌(飼料および他の化合物を包含する)の投与を受けている動物と比較して、動物の健康を増進させるのに有効な量である。「治療量」なる語は、動物における病態を改善または回復させるのに十分な量を意味する。
もう1つの態様においては、本開示により提供される組成物は、例えば土壌、地下水、堆積物または表面水のような媒体から汚染または混入物質を除去する。本開示はまた、融合タンパク質を胞子表面上に発現する組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞を含む前記組成物のいずれかの有効量を例えば土壌、地下水、堆積物または表面水のような媒体に施用することにより、そのような媒体から汚染または混入物質を除去するための方法に関する。
組換えパエニバチルス構築物および組成物の使用方法
本開示はまた、融合タンパク質を発現する組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞と本明細書に記載されている更なる特定の生物学的防除剤のうちの少なくとも1つとを含む前記組成物のうちのいずれかを使用する、植物成長を刺激するための方法に関する。植物成長を刺激するための方法は、(i)異種タンパク質(例えば、少なくとも1つの植物成長刺激性タンパク質)と(ii)標的化配列とを含む融合タンパク質を発現する組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞、ならびに本明細書に開示されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤、ならびに/または本明細書に開示されている微生物の特定株の、それぞれの株の識別特性の全てを有する突然変異体、ならびに/または昆虫、ダニ、線虫および/もしくは植物病原体に対する活性を示すそれぞれの株により産生される少なくとも1つの代謝産物を相乗的有効量で含む組成物を、植物、種子、植物部分に、植物周辺の場所に、または植物が植えられる所(例えば、土壌または他の生育媒体)に施用することを含む。
本開示のもう1つの態様においては、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および本明細書に記載されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤を、相乗的有効量で、同時または逐次的に施用する工程を含む、植物および植物部分の全体的損傷、ならびに昆虫、ダニ、線虫および/または植物病原体により引き起こされる、収穫果実または野菜の損失を低減する方法を提供する。
本方法の1つの実施形態においては、組成物は少なくとも1つの殺真菌剤を更に含む。1つの態様においては、少なくとも1つの殺真菌剤は合成殺真菌剤である。もう1つの実施形態においては、組成物は、殺真菌剤に加えて又は殺真菌剤の代わりに、少なくとも1つの殺虫剤を含む。ただし、殺虫剤、殺真菌剤、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および本明細書に開示されている特定の生物学的防除剤は同一ではない。
本開示の方法は以下の施用方法を含む。すなわち、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞と、本明細書に開示されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤との両方が、農業的に許容される貯蔵寿命を有する単一の安定な組成物(いわゆる「単一製剤」)に製剤化されることが可能であり、あるいは、使用前または使用時に一緒にされうる(いわゆる「組合せ製剤」)。
特に示されていない限り、「組合せ」なる表現は、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞と、本明細書に開示されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤、そして所望により、少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤との種々の組合せを示し、ここで、該組合せは単一製剤、単一の「レディーミックス(成分調合済み)」形態、単一製剤から構成される組合せ噴霧混合物、例えば「タンクミックス(tank-mix)」のものであり、そして特に、単一の有効成分が組合せて使用され、この場合、逐次的に、すなわち、合理的に短い時間内で、例えば数時間または数日以内、例えば2時間~7日以内に次々と施用される。本開示による組成物を施用する順序は本開示の実施に重要ではない。したがって、「組合せ」なる語はまた、例えば、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および本明細書に開示されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤、ならびに所望により少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤を、植物またはその周辺、生息場所または貯蔵場所に同時または連続的に施用した後、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および本明細書に開示されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤、ならびに所望により少なくとも1つの殺真菌剤および/または殺虫剤が、処理される植物またはその周辺、生息場所または貯蔵場所の表面または内部に存在することを含む。
組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および本明細書に記載されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤、ならびに所望により少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤を逐次的に利用または使用する場合には、植物または植物部分(種子および種子から出芽する植物を包含する)、収穫果実および野菜を、以下の方法に従い処理することが好ましい。最初に、少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤を植物または植物部分上に施用し、次に、本明細書に記載されている更なる特定の生物学的防除剤および組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞を同じ植物または植物部分に施用する。この施用方法により、収穫時の植物における殺虫剤/殺真菌剤の残留量が可能な限り低くなる。(作物)成長サイクルにおける1回目の施用と2回目の施用との間の期間は変動可能であり、達成すべき効果に左右されうる。例えば、1回目の施用は、植物または植物部分への昆虫、ダニ、線虫および/または植物病原体の侵襲を防ぐために(これは、特に、種子を処理する場合である)、あるいは昆虫、ダニ、線虫および/または植物病原体の侵襲に対処するために(これは、特に、植物および植物部分を処理する場合である)行われ、2回目の施用は、昆虫、ダニ、線虫および/もしくは植物病原体の侵襲を予防もしくは防除するために、ならびに/または植物成長を促進するために行われる。この文脈における防除は、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞と本明細書に開示されている特定の生物学的防除剤とを含む組成物が有害生物または植物病原性真菌を完全には駆除することができないが、侵襲を許容レベルで維持しうることを意味する。
本開示はまた、本開示の組成物の殺滅活性、抑制活性、予防活性および/または忌避活性を複数回の施用により増強する方法を提供する。幾つかの他の実施形態においては、本開示の組成物は、任意の所望の発生段階中または任意の所定の有害生物の影響下、約1時間、約5時間、約10時間、約24時間、約2日間、約3日間、約4日間、約5日間、約1週間、約10日間、約2週間、約3週間、約1ヶ月間またはそれより長い間隔で2回、植物および/または植物部分に施用される。更に幾つかの実施形態においては、本開示の組成物は、任意の所望の発生段階中または任意の所定の有害生物の影響下、約1時間、約5時間、約10時間、約24時間、約2日間、約3日間、約4日間、約5日間、約1週間、約10日間、約2週間、約3週間、約1ヶ月間またはそれより長い間隔で、2回より多く、例えば3回、4回、5回、6回、7回、8回、9回、10回またはそれより多く、植物および/または植物部分に施用される。各施用間の間隔は、所望により、変動可能である。当業者は、施用回数および間隔の長さを、植物種、植物有害生物種および他の要因に応じて決定することが可能である。
前記工程に従うことにより、処理された植物、植物部分ならびに収穫果実および野菜における少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤の非常に低レベルの残留が達成されうる。
特に示されていない限り、本開示による組成物での植物または植物部分(種子および種子から出芽する植物を包含する)、収穫果実および野菜の処理は、通常の処理方法、例えば浸漬、噴霧、霧化、灌注、蒸発、散粉、霧状散布(fogging)、全面散布(broadcasting)、発泡(foaming)、塗布、展着(spreading-on)、灌水(灌注)、滴下灌漑を用いて、直接的に、またはそれらの周辺、生息場所もしくは貯蔵場所に対する作用により行われる。更に、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞、本明細書に記載されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤ならびに所望により少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤を単一製剤または組合せ製剤として超低容量法により施用すること、あるいは、本開示による組成物を組成物もしくは単一製剤として土壌(畝間)内に注入することが可能である。
「処理される植物」なる語は、植物のあらゆる部分(その根系を含む)、および、それぞれ処理される植物の茎もしくは幹を包囲する少なくとも10cm、20cm、30cmの半径の範囲内にある、または処理される該植物の根系を包囲する少なくとも10cm、20cm、30cmの範囲内にある物、例えば土壌または栄養媒体を含む。
本明細書に記載されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤と組合されて、所望により、少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤の存在下で使用または利用される組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞の量は、最終的な製剤、ならびに処理される植物、植物部分、種子、収穫果実および野菜のサイズまたはタイプに左右される。通常、本開示により利用または使用される組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞は、その単一製剤に対して、または本明細書に記載されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤ならびに所望により使用されうる殺真菌剤および/もしくは少なくとも1つの殺虫剤との組合せ製剤に対して約1%~約80%(w/w)、好ましくは約1%~約60%(w/w)、より好ましくは約10%~約50%(w/w)の量で存在する。
また、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞と組合されて、所望により、少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤の存在下で使用または利用される本明細書に開示されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤の量は、最終的な製剤、ならびに処理される植物、植物部分、種子、収穫果実または野菜のサイズまたはタイプに左右される。通常、本開示に従い利用または使用される本明細書に記載されている更なる特定の生物学的防除剤は、その単一製剤に対して、または組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞ならびに所望により使用されうる少なくとも1つの殺真菌剤および/もしくは少なくとも1つの殺虫剤との組合せ製剤に対して約0.1%~約80%(w/w)、好ましくは1%~約60%(w/w)、より好ましくは約10%~約50%(w/w)の量で存在する。
組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞の施用は、葉面噴霧として、土壌処理として、および/または種子処理/ドレッシングとして行われうる。葉面処理として使用される場合、1つの実施形態においては、1エーカーあたり約1/16~約5ガロンの全ブロスが施用される。土壌処理として使用される場合、1つの実施形態においては、1エーカーあたり約1~約5ガロンの全ブロスが施用される。種子処理に使用される場合、1エーカーあたり約1/32~約1/4ガロンの全ブロスが施用される。種子処理の場合、最終使用製剤は1グラムあたり少なくとも1×10、少なくとも1×10、少なくとも1×10、1×10、少なくとも1×10、少なくとも1×10、少なくとも1×1010コロニー形成単位を含有する。
比率は、本開示による組合せの前記成分を植物または植物部分に施用する時点における本明細書に開示されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤の量、および本開示による組合せの前記成分を植物もしくは植物部分に施用する少し(例えば、48時間、24時間、12時間、6時間、2時間、1時間)前または施用する時点における組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞の量に基づいて計算されうる。
組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および本明細書に開示されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤の、植物または植物部分への施用は、両成分が施用後に植物の表面または内部に存在する限り、同時または異なる時点で行われうる。組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および本明細書に開示されている更なる特定の生物学的防除剤が異なる時点で施用され、本明細書に開示されている更なる特定の生物学的防除剤が組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞の前に施用される場合、当業者は、当技術分野で公知の化学的分析により、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞を施用する時点または施用する時点の少し前に、植物の表面/内部における本明細書に開示されている更なる特定の生物学的防除剤の濃度を決定することが可能である。逆も同様に、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞が最初に植物に施用される場合には、同様に当技術分野で公知である試験を用いて、本明細書に開示されている更なる特定の生物学的防除剤を施用する時点または施用する時点の少し前に、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞の濃度を決定することが可能である。
本開示のもう1つの態様においては、前記組成物で処理された種子を提供する。植物の種子を処理することによる昆虫、ダニ、線虫および/または植物病原体の防除は古くから公知であり、継続的な改善の対象である。それにもかかわらず、種子の処理は、満足しうるように常に解決できるとは限らない一連の問題を伴う。したがって、植物の貯蔵中、播種後または出芽後に作物保護組成物の追加的運搬の必要性を無くす又は少なくとも顕著に低減する、種子および発芽中の植物を保護するための方法を開発することが望ましい。更に、使用される有効成分による植物自体への損傷を引き起こすことなく、種子および発芽中の植物に昆虫、ダニ、線虫および/または植物病原体による攻撃からの最良の可能な保護をもたらすように、使用される有効成分の量を最適化することが望ましい。特に、種子を処理するための方法は、作物保護組成物の最小限の使用によって種子および発芽中の植物の最適な保護を達成するために、有害生物抵抗性または有害生物耐性トランスジェニック植物の固有の殺虫および/または殺線虫特性をも考慮すべきである。
したがって、本開示はまた、特に、前記の組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および少なくとも1つの更なる生物学的防除剤、ならびに所望により本開示の少なくとも1つの殺真菌剤および/または所望により少なくとも1つの殺虫剤で種子を処理することにより、種子および発芽中の植物を有害生物による攻撃から保護するための方法に関するものであり、ここで、前記の少なくとも1つの更なる生物学的防除剤は、本明細書に開示されている特定の微生物、ならびに/または本明細書に開示されている微生物の特定株の、それぞれの株の識別特性の全てを有する突然変異体、ならびに/または昆虫、ダニ、線虫および/もしくは植物病原体に対する活性を示すそれぞれの株により産生される少なくとも1つの代謝産物から選択される。種子および発芽中の植物を有害生物による攻撃から保護するための本開示の方法は、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および本明細書に記載されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤、ならびに所望により少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤で、1回の実施で同時に、種子を処理する方法を含む。それはまた、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および本明細書に開示されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤、ならびに所望により少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤で、異なる時点で、種子を処理する方法を含む。
本開示は更に、種子および生じる植物を昆虫、ダニ、線虫および/または植物病原体から保護する目的で種子を処理する方法を提供する。本開示はまた、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および本明細書に記載されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤、ならびに所望により少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤で同時に処理された種子に関する。本開示は更に、組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および本明細書に開示されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤、ならびに所望により少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤で異なる時点で処理された種子に関する。組換え内生胞子産生性パエニバチルス細胞および本明細書に開示されている少なくとも1つの更なる特定の生物学的防除剤、ならびに所望により少なくとも1つの殺真菌剤および/または少なくとも1つの殺虫剤で異なる時点で処理された種子の場合、本開示の組成物中の個々の有効成分は、種子における異なる層に存在しうる。
更に、本開示は、種子のダスト摩耗を予防するために、本開示の組成物での処理の後、フィルムコーティングプロセスに付された種子に関する。
本開示の利点の1つは、本開示の組成物の個々の全系性(systemic)特性ゆえに、これらの組成物での種子の処理は、種子自体だけでなく、それらが出芽した後の種子から生じる植物に対しても、昆虫、ダニ、線虫および/または植物病原体からの保護をもたらすことである。このように、播種時またはその少し後に作物を直接処理する必要がない可能性がある。もう1つの利点は、本開示の組成物での種子の処理によって、処理された種子の発芽および出芽が促進されうるという事実に見られる。
本開示の組成物は、農業、温室、林業または園芸において使用される任意の品種の植物の種子を保護するのに適している。より詳細には、問題の種子は、穀類(例えば、コムギ、オオムギ、ライムギ、カラスムギおよびキビ)、トウモロコシ、ワタ、ダイズ、イネ、ジャガイモ、ヒマワリ、コーヒー、タバコ、キャノーラ、アブラナ、ビート(例えば、テンサイおよび飼料ビート)、ピーナッツ、野菜(例えば、トマト、キュウリ、マメ、アブラナ属植物(Brassica)、タマネギおよびレタス)、果樹植物、芝生および観賞植物の種子である。特に重要なのは、穀類(例えば、コムギ、オオムギ、ライムギおよびカラスムギ)、トウモロコシ、ダイズ、ワタ、キャノーラ、アブラナおよびイネの種子の処理である。
本開示の目的においては、本開示の組成物は、単独で、または適切な製剤中で種子に施用される。種子は、好ましくは、処理の過程で損傷が生じないような安定性を有する条件で処理される。一般に、種子は、収穫と播種との間の任意の時点で処理されうる。典型的には、種子は、植物から分離されて、および穂軸、外皮、茎、殻、毛またはパルプが除去されて使用される。したがって、例えば、収穫され、洗浄され、乾燥されて15重量%未満の水分含量になった種子が使用されうる。あるいは、乾燥後、例えば水で処理され、ついで再乾燥された種子も使用されうる。
種子を処理する場合、一般に、種子の発芽が悪影響を受けないように、および/または種子から出芽する植物が損傷を受けないように、種子に施用される本開示の組成物および/または他の添加物の量が選択されることが保証される必要がある。これは、特に、ある施用量で植物毒性効果を示しうる有効成分を使用する場合に該当する。
本開示の組成物は直接的に施用可能であり、換言すれば、他の成分を含むことなく、かつ、希釈されることなく、施用可能である。一般に、組成物を適切な製剤の形態で種子に施用することが好ましい。種子処理のための適切な製剤および方法は当業者に公知であり、例えば、以下の文書に記載されている:米国特許第4,272,417号A、第4,245,432号A、第4,808,430号A、第5,876,739号A;米国特許公開第2003/0176428号A1;WO 2002/080675 A1、WO 2002/028186 A2(それらのそれぞれの内容を参照により本明細書に組み入れることとする)。
本開示に従い使用されうる組合せは、通常の種子ドレッシング製剤、例えば溶液剤、エマルション剤、懸濁剤、散剤、フォーム剤、スラリー剤または種子用の他のコーティング組成物、そしてまた、ULV製剤に変換されうる。これらの製剤は、組成物を通常の補助剤、例えば通常の増量剤、そしてまた、溶媒または希釈剤、着色料、湿潤剤、分散剤、乳化剤、消泡剤、保存剤、二次増粘剤、展着剤、ジベレリン、そしてまた、水と混合することにより、公知方法で製造される。本発明に従い使用されうる種子ドレッシング製剤中に存在しうる着色剤には、そのような目的に一般的である全ての着色剤が含まれる。この場合、低い水溶性の顔料だけでなく、水溶性染料も使用されうる。具体例には、Rhodamine B、C.I.Pigment Red 112およびC.I.Solvent Red 1なる名称で公知である着色剤が含まれる。
植物種または植物栽培品種、それらの場所および生育条件(土壌、気候、植生期間、飼料)に応じて、本開示による組成物を使用または利用する本開示による処理は超相加的(「相乗的」)効果をも与えうる。したがって、例えば、本開示による処理において本発明の組成物を使用または利用することにより、施用量の低減および/または活性スペクトルの広域化および/または活性の増強、より良好な植物成長、高温または低温に対する耐性の増強、干ばつに対する、または水もしくは土壌塩分含量に対する耐性の増強、開花性能の向上、より容易な収穫、成熟促進、より高い収量、より大きな果実、より大きな植物高、より濃い緑色の葉色、より早期の開花、収穫産物のより高い品質および/またはより高い栄養価、より高い果実内糖度、収穫産物のより良好な貯蔵安定性および/または加工性が可能であり、これらは、実際に予想されていた効果を上回った。
本開示による処理における本発明の組成物の或る施用量は植物における強化効果をも示しうる。望ましくない植物病原性真菌および/または微生物および/またはウイルスによる攻撃に対して、植物の防御系が動員される。植物強化性(耐性誘導性)物質は、この文脈においては、植物の防御系を刺激しうる物質または物質の組合せを意味するものと理解され、この場合、そのような刺激の後、望ましくない植物病原性真菌および/または微生物および/またはウイルスが接種されると、処理された植物はこれらの植物病原性の真菌および/または微生物および/またはウイルスに対する相当な度合の耐性を示す。したがって、本開示による処理において本開示による組成物を使用または利用することにより、処理後の一定期間内は、前記病原体による攻撃から植物が防御されうる。防御が有効に働く期間は、一般に、活性化合物での植物の処理の1~10日後、好ましくは、1~7日後に及ぶ。
本明細書に開示されている組成物はいずれも、1以上の農薬を含みうる。同様に、本開示による組成物を施用する方法は、少なくとも1つの農薬を植物成長培地内に導入すること、または少なくとも1つの農薬を植物もしくは種子に施用することを更に含みうる。
農薬は、肥料(例えば、液体肥料)、微量栄養肥料物質(例えば、ホウ酸、ボレート、ホウ素フリット、硫酸銅、銅フリット、銅キレート、四ホウ酸ナトリウム十水和物、硫酸鉄、酸化鉄、硫酸アンモニウム鉄、鉄フリット、鉄キレート、硫酸マンガン、酸化マンガン、マンガンキレート、塩化マンガン、マンガンフリット、モリブデン酸ナトリウム、モリブデン酸、硫酸亜鉛、酸化亜鉛、炭酸亜鉛、亜鉛フリット、リン酸亜鉛、亜鉛キレートまたはそれらの組合せ)、殺虫剤(例えば、有機ホスファート、カルバマート、ピレスロイド、殺ダニ剤、アルキルフタラート、ホウ酸、ボラート、フッ化物、硫黄、ハロ芳香族置換尿素、炭化水素エステル、生物系殺虫剤またはそれらの組合せ)、除草剤(例えば、クロロフェノキシ化合物、ニトロフェノール化合物、ニトロクレゾール化合物、ジピリジル化合物、アセトアミド、脂肪族酸、アニリド、ベンズアミド、安息香酸、安息香酸誘導体、アニス酸、アニス酸誘導体、ベンゾニトリル、ベンゾチアジアジノンジオキシド、チオカルバマート、カルバマート、カルバニラート、クロロピリジニル、シクロヘキセノン誘導体、ジニトロアミノベンゼン誘導体、フルオロジニトロトルイジン化合物、イソキサゾリジノン、ニコチン酸、イソプロピルアミン、イソプロピルアミン誘導体、オキサジアゾリノン、ホスファート、フタラート、ピコリン酸化合物、トリアジン、トリアゾール、ウラシル、尿素誘導体、エンドタール、塩素酸ナトリウムまたはそれらの組合せ)、殺真菌剤[例えば、置換ベンゼン、チオカルバマート、エチレンビスジチオカルバマート、チオフタリダミド、銅化合物、有機水銀化合物、有機スズ化合物、カドミウム化合物、アニラジン、ベノミル、シクロヘキサミド、ドジン、エトリジアゾール、イプロジオン、メトラキシル(metlaxyl)、チアミメホン(thiamimefon)、トリホリンまたはそれらの組合せ]、殺軟体動物剤、殺藻剤、植物成長改善剤、細菌接種物[例えば、リゾビウム(Rhizobium)属の細菌接種物、ブラディリゾビウム(Bradyrhizobium)属の細菌接種物、メソリゾビウム(Mesorhizobium)属の細菌接種物、アゾリゾビウム(Azorhizobium)属の細菌接種物、アロリゾビウム(Allorhizobium)属の細菌接種物、シノリゾビウム(Sinorhizobium)属の細菌接種物、クライベラ(Kluyvera)属の細菌接種物、アゾトバクター(Azotobacter)属の細菌接種物、シュードモナス(Pseudomonas)属の細菌接種物、アゾスピリルム(Azospirillium)属の細菌接種物、バチルス(Bacillus)属の細菌接種物、ストレプトマイセス(Streptomyces)属の細菌接種物、パエニバチルス(Paenibacillus)属の細菌接種物、パラコッカス(Paracoccus)属の細菌接種物、エンテロバクター(Enterobacter)属の細菌接種物、アルカリゲネス(Alcaligenes)属の細菌接種物、マイコバクテリウム(Mycobacterium)属の細菌接種物、トリコデルマ(Trichoderma)属の細菌接種物、グリオクラジウム(Gliocladium)属の細菌接種物、グロムス(Glomus)属の細菌接種物、クレブシエラ(Klebsiella)属の細菌接種物またはそれらの組合せ]、真菌接種物[例えば、グロムス(Glomeraceae)科の真菌接種物、クラロイドグロムス(Claroidoglomeraceae)科の真菌接種物、ギガスポラ(Gigasporaceae)科の真菌接種物、アカウロスポラ(Acaulosporaceae)科の真菌接種物、サックロスポラ(Sacculosporaceae)科の真菌接種物、エントロホスポラ(Entrophosporaceae)科の真菌接種物、パシドスポラ(Pacidsporaceae)科の真菌接種物、ディバーシスポラ(Diversisporaceae)科の真菌接種物、パラグロムス(Paraglomeraceae)科の真菌接種物、アーケオスポラ(Archaeosporaceae)科の真菌接種物、ゲオシフォン(Geosiphonaceae)科の真菌接種物、アンビスポラ(Ambisporaceae)科の真菌接種物、スクテロスポラ(Scutellosporaceae)科の真菌接種物、デンティスクルタタ(Dentiscultataceae)科の真菌接種物、ラコセトラ(Racocetraceae)科の真菌接種物、担子菌門の真菌接種物、子嚢菌門の真菌接種物、接合菌門の真菌接種物またはそれらの組合せ]またはそれらの組合せを含みうる。
肥料は、硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウム、硝酸硫酸アンモニウム、塩化アンモニウム、重硫酸アンモニウム、多硫化アンモニウム、チオ硫酸アンモニウム、水性アンモニア、無水アンモニア、ポリリン酸アンモニウム、硫酸アルミニウム、硝酸カルシウム、硝酸アンモニウムカルシウム、硫酸カルシウム、焼成マグネサイト、方解石型石灰石、酸化カルシウム、硝酸カルシウム、ドロマイト石灰石、水和石灰、炭酸カルシウム、リン酸ジアンモニウム、リン酸一アンモニウム、硝酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、硝酸カリウム、塩化カリウム、硫酸マグネシウムカリウム、硫酸カリウム、硝酸ナトリウム、マグネシア石灰石、マグネシア、尿素、尿素-ホルムアルデヒド、尿素硝酸アンモニウム、硫黄被覆尿素、ポリマー被覆尿素、イソブチリデン二尿素、KSO-(MgSO、カイナイト、シルビナイト、キーゼリット、エプソム塩、元素状硫黄、マール、粉砕牡蠣殻、魚粉、油粕、魚肥、血粉、リン鉱石、過リン酸、スラグ、骨粉、木灰、堆肥、バットグアノ、ピートモス、コンポスト、生砂、綿実粕、羽毛粉、蟹粉、フィッシュエマルジョン、フミン酸またはそれらの組合せを含みうる。農薬は、本明細書に記載されている任意の殺真菌剤、細菌接種物または除草剤を含みうる。単独の又は殺虫剤と組合された胞子形成細菌は少なくとも1つの殺真菌剤の有効量を更に含みうる。
一般に、「殺真菌剤」は、真菌の死亡を増加させ又は成長速度を抑制する物質である。「真菌」なる語は、クロロフィルを欠く多種多様な有核胞子含有生物を含む。真菌の例には、酵母、糸状菌(かび)、白かび、さび菌およびキノコが含まれる。典型的な殺真菌性成分には、カプタン、フルジオキソニル、イプロジオン、テブコナゾール、チアベンダゾール、アゾキシストロビン、プロクロラズおよびオキサジキシルも含まれる。本開示による選ばれた組成物、植物種子または接種物は、任意の天然または合成殺真菌剤、例えばアルジモルフ、アンプロピルホス、アンプロピルホス カリウム、アンドプリム、アニラジン、アザコナゾール、アゾキシストロビン、ベナラキシル、ベノダニル、ベノミル、ベンザマクリル、ベンザマクリル-イソブチル、ビアラホス、ビナパクリル、ビフェニル、ビテルタノール、ブラスチシジン-S、ボスカリド、ブロムコナゾール、ブピリメート、ブチオベート、多硫化カルシウム、カプシマイシン、カプタホール、カプタン、カルベンダジム、カルボン、キノメチオネート、クロベンチアゾン、クロルフェナゾール、クロロネブ、クロロピクリン、クロロタロニル、クロゾリネート、クロジラコン、クフラネブ、シモキサニル、シプロコナゾール、シプロジニル、シプロフラム、デバカルブ、ジクロロフェン、ジクロブトラゾール、ジクロフルアニド、ジクロメジン、ジクロラン、ジエトフェンカルブ、ジメチリモール、ジメトモルフ、ジモキシストロビン、ジニコナゾール、ジニコナゾール-M、ジノカップ、ジフェニルアミン、ジピリチオン、ジタリムホス、ジチアノン、ドデモルフ、ドジン、ドラゾキソロン、エジフェンホス、エポキシコナゾール、エタコナゾール、エチリモール、エトリジアゾール、ファモキサドン、フェナパニル、フェナリモル、フェンブコナゾール、フェンフラム、フェニトロパン、フェンピクロニル、フェンプロピジン、フェンプロピモルフ、酢酸フェンチン、フェンチンヒドロキシド、フェルバム、フェリムゾン、フルアジナム、フルメトベル、フルオピラム、フルオロミド、フルキンコナゾール、フルルプリミドール、フルシラゾール、フルスルファミド、フルトラニル、フルトリアホル、ホルペット、ホセチル-アルミニウム、ホセチル-ナトリウム、フサライド、フベリダゾール、フララキシル、フラメトピル、フルカルボニル、フルコナゾール、フルコナゾール-シス、フルメシクロックス、グアザチン、ヘキサクロロベンゼン、ヘキサコナゾール、ヒメキサゾール、イマザリル、イミベンコナゾール、イミノクタジン、イミノクタジンアルベシラート、イミノクタジントリアセタート、ヨードカルブ、イプロベンホス(IBP)、イプロジオン、イルママイシン、イソプロチオラン、イソバレジオン、カスガマイシン、クレソキシム-メチル、銅調製物、例えば水酸化銅、ナフテン酸銅、塩基性塩化銅、硫酸銅、酸化銅、オキシン-銅およびボルドー液、マンカッパー、マンコゼブ、マンネブ、メフェリムゾン、メパニピリム、メプロニル、メタラキシル、メトコナゾール、メタスルホカルブ、メトフロキサム、メチラム、メトメクラム、メトスルホバックス、ミルジオマイシン、ミクロブタニル、ミクロゾリン、ジメチルジチオカルバミン酸ニッケル、ニトロタル-イソプロピル、ヌアリモール、オフラセ、オキサジキシル、オキサモカルブ、オキソリン酸、オキシカルボキシム、オキシフェンチイン、パクロブトラゾール、ペフラゾエート、ペンコナゾール、ペンシクロン、ホスジフェン、ピマリシン、ピペラリン、ポリオキシン、ポリオキソリム、プロベナゾール、プロクロラズ、プロシミドン、プロパモカルブ、プロパノシン-ナトリウム、プロピコナゾール、プロピネブ、プロチオシナゾール、ピラゾホス、ピリフェノクス、ピリメタニル、ピロキロン、ピロキシフル、キンコナゾール、キントゼン(PCNB)、硫黄および硫黄調製物、テブコナゾール、テクロフタラム、テクナゼン、テトシクラシス、テトラコナゾール、チアベンダゾール、チシオフェン、チフルザミド、チオファネート-メチル、チオキシミド、トルクロホス-メチル、トリルフルアニド、トリアジメホン、トリアジメノール、トリアズブチル、トリアゾキシド、トリクラミド、トリシクラゾール、トリデモルフ、トリフロキシストロビン、トリフルミゾール、トリホリン、ウニコナゾール、バリダマイシンA、ビンクロゾリン、ビニコナゾール、ザリラミド、ジネブ、ジラモールまたはそれらの組合せを含みうる。殺真菌剤はまた、置換ベンゼン、チオカルバマート、エチレンビスジチオカルバマート、チオフタリダミド、銅化合物、有機水銀化合物、有機スズ化合物、カドミウム化合物、アニラジン、ベノミル、シクロヘキサミド、ドジン、エトリジアゾール、イプロジオン、メトラキシル、チアミメホン、トリホリンまたはそれらの組合せを含みうる。本開示による組成物、植物種子または接種物中に含有させるために、農業目的で使用される他の公知の合成または天然の殺真菌剤も選択されうる、と当業者は容易に理解するであろう。
組成物、植物種子または接種物が殺真菌剤を含む場合、殺真菌剤は葉殺真菌剤でありうる。葉殺真菌剤には、銅、マンコゼブ、ペンチオピラド、トリアゾール、シプロコナゾール、メトコナゾール、プロピコナゾール、プロチオコナゾール、テブコナゾール、アゾキシストロビン、ピラクラストビン、フルオキサストロビン、ピコキシストロビン、トリフロキシストロビン、硫黄、ボスカリド、チオファネートメチル、クロロタノニル、ペンチオピラド、ジフェンコナゾール、フルトリアホル、シプロジニル、フルジナム、イプロジオン、ペンフルフェン、シアゾファミド、フルトラニル、シモキサニル、ジメトモルフ、ピリメタニル、ゾキサミド、マンジプロパミド、メトリナム、プロパモカルブ、フェンアミドン、テトラコナゾール、クロロナブ、ヒメキサゾール、トルクロホスおよびフェンブコナゾールが含まれる。本開示による組成物、植物種子または接種物中に含有させるために、農業目的で使用される他の公知の合成または天然の葉殺真菌剤も選択されうる、と当業者は容易に理解するであろう。
殺虫剤を含む本開示による組成物、種子および接種物は、昆虫の死亡を増加させ又は成長速度を抑制する能力を有する。本明細書中で用いる「昆虫」なる語は「昆虫綱」における全ての生物を含む。「成虫前」昆虫なる語は、例えば卵、幼虫および若虫を含む、成虫期の前の生物の任意の形態を意味する。本明細書中で用いる「殺虫剤」および「殺虫性」は「殺線虫剤」および「殺線虫性」ならびに「殺ダニ剤」および「殺ダニ性」をも含む。「殺線虫剤」および「殺線虫性」は、線虫の死亡を増加させ又は成長速度を抑制する物質の能力を指す。一般に、「線虫」なる語は前記生物の卵、幼虫、若年形態および成熟形態を含む。「殺ダニ剤」および「殺ダニ性」は、クモ(Arachnida)綱のダニ(Acari)亜綱に属する外部寄生生物の死亡を増加させ又は成長速度を抑制する物質の能力を指す。
本開示の1つの態様によれば、前記の少なくとも1つの殺虫剤は以下のものを含む。(1)アセチルコリンエステラーゼ(AChE)インヒビター、例えばカルバマート、例えばアラニカルブ、ベンジオカルブ、ベンフラカルブ、ブトカルボキシム、ブトキシカルボキシム、カルボフラン、カルボスルファン、エチオフェンカルブ、フラチオカルブ、イソプロカルブ、メトルカルブ、オキサミル、ピリミカルブ、プロポキスル、チオファノクス、トリアザメート、トリメタカルブ、XMCおよびキシリルカルブ;または有機ホスファート、例えばアセフェート、アザメチホス、アジンホス-エチル、アジンホス-メチル、カズサホス、クロルエトキシホス、クロルフェンビンホス、クロルメホス、クロルピリホス-メチル、クマホス、シアノホス、デメトン-S-メチル、ダイアジノン、ジクロルボス/DDVP、ジクロトホス、ジメトエート、ジメチルビンホス、ジスルホトン、EPN、エチオン、ファムフール、フェニトロチオン、ホスチアゼート、ヘプテノホス、イミシアホス、イソフェンホス、イソプロピル O-(メトキシアミノチオホスホリル)サリチラート、イソオキサチオン、マラチオン、メカルバム、メチダチオン、メビンホス、モノクロトホス、ナレド、オメトエート、パラチオン-メチル、フェントエート、ホレート、ホスメット、ホスファミドン、ホキシム、ピリミホス-メチル、プロフェノホス、プロペタムホス、プロチオホス、ピラクロホス、ピリダフェンチオン、キナルホス、スルホテップ、テブピリムホス、テメホス、テルブホス、テトラクロルビンホス、チオメトンおよびトリクロルホン。(2)GABA作動性塩化物チャネルアンタゴニスト、例えばシクロジエン-有機塩素、例えばクロルデンおよび/またはフェニルピラゾール。(3)ナトリウムチャネルモジュレーター/電位作動型ナトリウムチャネルブロッカー、例えばピレスロイド、例えばアクリナトリン、アレトリン、d-シス-トランスアレトリン、d-トランスアレトリン、ビフェントリン、ビオアレトリン、ビオアレトリン s-シクロペンテニル異性体、ビオレスメトリン、シクロプロトリン、シハロトリン、ラムダ-シハロトリン、ガンマ-シハロトリン、エムペントリン[(EZ)-(IR)-異性体]、エスフェンバレラート、エトフェンプロックス、フェンプロパトリン、フェンバレラート、フルシトリナート、フルメトリン、タウ-フルバリナート、ハルフェンプロックス、イミプロトリン、カデトリン、ペルメトリン、フェノトリン[(1R)-トランス-異性体]、プラレトリン、ピレトリン(除虫菊)、レスメトリン、テフルトリン、テトラメトリン、テトラメトリン[(1R)-異性体)]、およびトランスフルトリンまたはDDTまたはメトキシクロル。(4)ニコチン作動性アセチルコリン受容体(nAChR)アゴニスト、例えばネオニコチノイド、例えばジノテフラン、ニテンピラム、およびチアメトキサムまたはニコチンまたはスルホキサフロル。(5)ニコチン作動性アセチルコリン受容体(nAChR)のアロステリックアクチベーター、例えばスピノシン、例えばスピネトラムおよびスピノサド。(6)塩化物チャネルアクチベーター、例えばアベルメクチン/ミルベマイシン、例えばアバメクチン、エマメクチンベンゾアート、レピメクチンおよびミルベメクチン。(7)幼若ホルモン模倣物、例えば幼若ホルモンアナログ、例えばヒドロプレン、キノプレンおよびメトプレンまたはフェノキシカルブまたはピリプロキシフェン。(8)未知または非特異的メカニズムを有する活性化合物、例えばハロゲン化アルキル、例えばメチルブロミドおよび他のハロゲン化アルキル;またはクロロピクリンもしくはフッ化スルフリルもしくはホウ砂もしくは吐酒石。(9)選択的摂食抑制物質、例えばピメトロジンまたはフロニカミド。(10)ダニ増殖インヒビター、例えばクロフェンテジン、ヘキシチアゾクスおよびジフロビダジンまたはエトキサゾール。(11)昆虫腸膜の微生物撹乱物質、例えばバチルス・チューリンゲンシス亜種イスラエレンシス(Bacillus thuringiensis subspecies israelensis)、リジニバチルス・スフェリクス(Lysinibacillus sphaericus)、バチルス・チューリンゲンシス亜種アイザワイ(Bacillus thuringiensis subspecies aizawai)、バチルス・チューリンゲンシス亜種クルスタキ(Bacillus thuringiensis subspecies kurstaki)、バチルス・チューリンゲンシス亜種テネブリオニス(Bacillus thuringiensis subspecies tenebrionis)、およびBt植物タンパク質:CrylAb、CrylAc、CrylFa、Cry2Ab、mCry3A、Cry3Ab、Cry3Bb、Cry34/35Abl。(12)酸化的リン酸化インヒビター、ATP撹乱物質、例えばジアフェンチウロンまたは有機スズ化合物、例えばアゾシクロチン、シヘキサチンおよび酸化フェンブタチンまたはプロパルギットまたはテトラジホン。(13)Hプロトン勾配を遮ることにより作用する酸化的リン酸化脱共役剤、例えばクロルフェナピル、DNOCおよびスルフルラミド。(14)ニコチン作動性アセチルコリン受容体アンタゴニスト、例えばベンスルタップ、カルタップ塩酸塩、チオシラムおよびチオスルタップ-ナトリウム。(15)キチン生合成インヒビター,0型、例えばビストリフルロン、クロルフルアズロン、ジフルベンズロン、フルシクロクスロン、フルフェノクスロン、ヘキサフルムロン、ルフェヌロン、ノバルロン、ノビフルムロンおよびテフルベンズロン。(16)キチン生合成インヒビター,1型、例えばブプロフェジン。(17)脱皮インヒビター[特にハエ目(Diptera)、すなわち双翅類に対するもの]、例えばシロマジン。(18)エクジソン受容体アゴニスト、例えばクロマフェノジド、ハロフェノジド、メトキシフェノジドおよびテブフェノジド。(19)オクトパミン作動性アゴニスト。(20)複合体Ill電子伝達インヒビター、例えばヒドラメチルノンまたはアセキノシルまたはフルアクリピリム。(21)複合体I電子伝達インヒビター、例えばMETI殺ダニ剤の群のもの、例えばフェナザキン、フェンピロキシメート、ピリミジフェン、ピリダベン、テブフェンピラドおよびトルフェンピラドまたはロテノン(Derris)。(22)電位作動型ナトリウムチャネルブロッカー、例えばインドキサカルブまたはメタフルミゾン。(23)アセチル-CoAカルボキシラーゼのインヒビター。(24)複合体IV電子伝達インヒビター、例えばホスフィン、例えばリン化アルミニウム、リン化カルシウム、ホスフィンおよびリン化亜鉛またはシアニド。(25)複合体II電子伝達インヒビター、例えばシエノピラフェンおよびシフルメトフェン。(26)リアノジン受容体エフェクター、例えばジアミド、例えば商品名RYNAXYPYR(商標)によっても公知であるクロラントラニリプロール、およびシアントラニリプロール;あるいは、前記で特定されている化合物または化合物クラスの1以上の任意の組合せ。
本開示による組成物、植物種子または接種物中に含有させるために、農業目的で使用される他の公知の合成または天然の殺虫剤も選択されうる、と当業者は容易に理解するであろう。
本明細書に記載されている内生胞子提示プラットフォームを使用するスクリーニング方法
本明細書に開示されている融合タンパク質構築物および組換えパエニバチルス細胞は、本開示の全体で記載されているとおり、新規および/または修飾植物特性を生成させる異種タンパク質のハイスループットスクリーニングのためのプラットフォームとして使用されうる。そのような特性には、植物収量および他の植物特性における商業的に重要な改良、例えば、植物のタンパク質または油含量/組成の変化、植物の炭水化物含量/組成の変化;種子の炭水化物含量/組成の変化、種子の油またはタンパク質組成の変化;環境的または化学的ストレスに対する耐性(例えば、寒冷または熱、干ばつ、殺虫剤または除草剤に対する耐性)の増強;老化遅延または病害耐性;成長改善、健康増進;草食動物耐性;窒素固定または窒素利用の改善;根の構造または長さの改善;水使用効率の改善;バイオマスの増加;種子重量の増加;シュート長の増加;収量の増加;穀粒重量または水分含量の改変;金属耐性;病原体または有害生物に対する耐性;光合成能力の改善;塩分耐性;成長力改善;成熟種子の乾燥重量および/または新鮮重量の増加、植物当たりの成熟種子数の増加;クロロフィル含量の増加;参照植物/種子に対する代謝産物レベルまたはメタボロームにおける検出可能なモジュレーション;参照植物/種子に対する転写産物レベルまたはトランスクリプトームにおける検出可能なモジュレーション;参照植物に対するタンパク質レベルまたはプロテオームにおける検出可能なモジュレーション;ならびに前記の形質または特性のいずれかの組合せが含まれうる。更に、前記の一覧は非限定的な例の組合せであると意図される。本明細書に開示されているハイスループット運搬プラットフォームは、本開示の他の箇所に記載されている又は当技術分野で公知である種々の他の植物形質および特性に関するスクリーニングに適している、と当業者は理解するであろう。
本開示による融合タンパク質を発現するように修飾された組換えパエニバチルス細胞により産生された内生胞子は、インビトロで増殖させた植物細胞、宿主植物種子、苗または栄養生殖植物または成熟植物に施用されうる。そして異種タンパク質は、インビトロで増殖させた植物細胞、宿主植物種子、苗または成熟植物に形質または特性を付与し、または修飾しうる。選択実施形態においては、パエニバチルス内生胞子は、種子に接種するために使用されることが可能であり、生じる新たなまたは修飾された形質または特性は直ちに明らか現れうるが、他の実施形態においては、宿主植物のより後の発達段階まで明らかにならないこともある。
幾つかの実施形態においては、融合タンパク質を運搬するために使用されるパエニバチルス細菌は宿主植物種に対して外因性である。他の実施形態においては、選択されるパエニバチルス細菌は、宿主植物種に定着することが公知である内因性内部寄生菌である。宿主植物は、本明細書に開示されている任意の適切な植物(単子葉植物、双子葉植物、球果植物など)でありうる。
融合タンパク質を運搬するために使用される組換えパエニバチルス細菌は、コーティングもしくは噴霧により、または当技術分野で公知の宿主植物に内生胞子を施用する任意の他の方法により、宿主植物種子、苗、栄養生殖植物または成熟植物検体に接種するために使用されうる。パエニバチルス内生胞子は、液体として、例えば溶液または懸濁液として施用される場合には、水溶液中に混合または懸濁されうる。適切な液体希釈剤または担体には、水溶液、石油蒸留物または他の液体担体が含まれる。固体組成物は、適切に分割された固体担体、例えば泥炭、小麦、ふすま、バーミキュライト、粘土、タルク、ベントナイト、ケイソウ土、フラー土、低温殺菌土壌などの内部または表面にパエニバチルス内生胞子を分散させることにより製造されうる。そのような製剤が水和剤を含む場合には、分散剤、例えば非イオン性、アニオン性、両性またはカチオン性の分散および乳化剤が使用されうる。
パエニバチルス内生胞子は、宿主植物種子の表面もしくは栄養生殖植物の葉および茎に直接的に、または追加的成分を含む組成物の一部として施用されうる。追加的成分には、1以上の、定着率を増加させる化合物、植物の成長もしくは健康を増進する化合物、駆除剤もしくは除草剤、または植物の栽培および成長を促進するのに適したものとして本明細書に開示されている任意の他の化合物が含まれうる。更に、組成物は、異なるアミノ酸配列を含む融合タンパク質を発現するように修飾された追加的なパエニバチルス内生胞子を含みうる。例えば、組成物は、植物成長促進因子を含む融合タンパク質を発現する第1のパエニバチルス内生胞子、および農薬耐性を増強するタンパク質を含む融合タンパク質を発現する第2のパエニバチルス内生胞子を含みうる。
選択実施形態においては、宿主植物の種子上にコーティングされた組換えパエニバチルス内生胞子は、種子が発芽して栄養生殖状態になると、植物の別の組織に局在化しうる。例えば、組換えパエニバチルス細胞は、根、不定根、種子根、根毛、シュート、葉、花、芽、房、成長点、花粉、雌ずい、子房、雄ずい、果実、走根、根茎、小結節、塊茎、毛状突起、孔辺細胞、排水組織、花弁、萼片、苞穎、花軸、維管束形成層、師部および木部を含む植物組織のいずれかに局在化しうる。他の実施形態においては、組換えパエニバチルス細胞は植物の根および/または根毛に局在化しうる。代替的実施形態においては、組換えパエニバチルス細胞は、植物の光合成組織、例えば、植物の葉およびシュートに、または植物の維管束組織に、例えば、木部および師部に局在化することが可能でありうる。
他の実施形態においては、組換えパエニバチルス細胞は植物の生殖組織(花、花粉、雌ずい、子房、雄ずい、果実)に局在化しうる。更にもう1つの実施形態においては、組換えパエニバチルス細胞は植物の果実または種子組織に定着する。更にもう1つの実施形態においては、組換えパエニバチルス細胞は、植物の表面(例えば、植物の外側または植物の葉圏)に存在するように植物に定着しうる。更に他の実施形態においては、組換えパエニバチルス細胞は植物の実質的に全て又は全ての組織に局在化しうる。
宿主植物への施用が意図される組換えパエニバチルス内生胞子を含む組成物は種子コーティング組成物、根処理物または葉面施用組成物を含みうる。種子コーティング組成物または根処理物または葉面施用組成物は殺真菌剤、抗細菌剤、除草剤、殺線虫剤、殺虫剤、植物成長調節物質、栄養分またはそれらの組合せを含みうる。種子コーティング組成物または根処理物または葉面施用組成物は、農業的に許容される担体、粘着付与剤、微生物安定剤またはそれらの組合せを更に含みうる。選択実施形態においては、種子コーティング組成物または根処理物または葉面施用組成物は、根粒菌細菌調製物(これに限定されるものではない)を含む第2の細菌を含有しうる。組成物は界面活性剤をも含有しうる。1つの実施形態においては、界面活性剤は0.01% v/v~10% v/vの濃度で存在する。もう1つの実施形態においては、界面活性剤は0.1% v/v~1% v/vの濃度で存在する。幾つかの実施形態においては、組成物は微生物安定剤(例えば、安定剤)を含みうる。
接種されたら、処理された宿主植物(例えば、処理された種子、苗、栄養生殖植物または成熟植物)は、新たな又は修飾された特性または形質の存在に関してスクリーニングされうる。スクリーニングは処理後の任意の時点で行われうる。選択実施形態においては、種子が処理されることが可能であり、スクリーニングは、種子が発芽するまで又はより先の発達段階に達するまで、行われないことが可能である。他の実施形態においては、種子、苗または栄養生殖植物が処理されることが可能であり、スクリーニングは、新たな又は修飾された形質または特性に関してスクリーニングされるサンプルを含みうる収穫最終産物を処理植物が産生するまで、行われないことが可能である。
処理された宿主植物に利点が付与されたとしたらどのような利点が付与されたのかを決定するために、スクリーニング中に種々の試験がインビトロおよびインビボの両方で行われうる。インビボスクリーニングアッセイには、植物または種子の表現型形質または特性を測定する試験(例えば、植物の成長速度または高さ;作物収量;環境ストレス、例えば熱、寒冷または塩分に対する耐性;生物学的病原体または有害昆虫に対する耐性;化学的処理、例えば殺虫剤または除草剤に対する耐性を測定するアッセイ)が含まれる。インビトロスクリーニングアッセイには、限定的なものではないが、植物抽出物、組織サンプル、細胞サンプルの組成または特性を測定する試験などが含まれる。幾つかの実施形態においては、インビトロスクリーニングは、処理された宿主植物の細胞または組織において見出される所与のタンパク質、酵素、遺伝子転写産物、代謝産物または他の化合物を精製し、その量または活性を測定することを含みうる。他の実施形態においては、スクリーニングは、処理された宿主植物の細胞または組織の構造を肉眼または顕微鏡検査により目視検査することを含みうる。
代替的実施形態においては、スクリーニングは、処理された宿主植物に関するアッセイとは対照的に、本開示による融合タンパク質を発現するように修飾された組換えパエニバチルス内生胞子または栄養細胞のアッセイを含みうる。これらの実施形態においては、パエニバチルスファミリーメンバーの細胞または内生胞子は、1以上の活性、例えば、錯化ホスファートまたは錯化鉄(例えば、シデロホアの分泌による)を遊離させる能力;植物ホルモンの産生;抗細菌性、抗真菌性または殺虫性または殺線虫性化合物の産生;ACCデアミナーゼ、アセトイン、ペクチナーゼ、セルラーゼまたはRNアーゼの産生および/または分泌(これらに限定されるものではない)のインビトロアッセイに付されうる。パエニバチルスファミリーメンバーの、栄養生殖植物よりもむしろ細胞または内生胞子を対象とするスクリーニング方法は、処理された宿主細胞を対象とする方法よりも早期に有用な異種タンパク質の検出を可能にしうる点で、特に有利である。
胞子表面標的化配列を特定する方法
本開示は、パエニバチルスにおいて特定された幾つかのN末端胞子表面標的化配列を開示し、これは、本明細書に記載されている異種タンパク質のための胞子表面提示プラットフォームの一部として有用である。しかし、本開示はこれらの特定の配列、その断片および変異体に限定されるものではない。本開示によるスクリーニング方法は、内生胞子提示プラットフォームの一部として又は他の目的に同様に有用でありうる追加的なN末端胞子表面標的化配列を特定するために、パエニバチルスおよび他の内生胞子形成性細菌属において広範に使用されうる。1つの実施形態においては、本発明に有用な内生胞子形成性細菌は、図1に示されているとおり、タンパク分解耐性である毛様構造を有する。例えば、本明細書に開示されているスクリーニング方法は、リジニバチルス(Lysinibacillus)、ビリディバチルス(Viridibacillus)およびブレビバチルス(Brevibacillus)の内生胞子形成性メンバーにおけるN末端胞子表面標的化配列を特定するために使用されうる。
幾つかの例示的態様においては、パエニバチルスまたは関心のある別の内生胞子形成性細菌のゲノムを、複数のコラーゲン様トリプレットアミノ酸リピート「グリシン-任意の残基-任意の残基」(「GXXリピート」)を有するタンパク質をコードするオープンリーディングフレーム(「ORF」)に関してスクリーニングし、該タンパク質が胞子表面に局在することを顕微鏡検査によりまたは実験的に決定することにより、そのような配列は特定されうる。これらのGXXリピートはポリペプチド配列に隣接し、または別の領域に位置しうる。幾つかの態様においては、ポリペプチド配列は、隣接する又は全体的なGXXリピートの特定の数(例えば、少なくとも5、10、15、20、25または30個のGXXリピート)に関してスクリーニングされうる。幾つかの態様においては、タンパク質の局在は視覚的に(例えば、透過電子顕微鏡検査を用いて)または実験的に(例えば、質量分析を用いて)決定される。幾つかの態様においては、N末端標的化配列を特定する方法は、推定N末端標的化配列とレポーター(例えば、GFP)とを含む融合タンパク質をパエニバチルスまたは他の細菌細胞において発現させることにより、推定N末端標的化配列を試験する工程を更に含みうる。
幾つかの態様においては、本開示は、前記スクリーニングプロセスによって特定されるタンパク質のN末端部を含む、パエニバチルスおよび他の細菌属(例えば、リジニバチルス、ビリディバチルスおよびブレビバチルス)に由来する胞子表面標的化配列を提供する。そのような標的化配列のこのN末端標的化配列は内因性配列の最初の5、10、15、20、25、30、35、40もしくは50個のアミノ酸またはその断片もしくは変異体を含みうる。幾つかの態様においては、N末端標的化配列は、内因性配列に対して少なくとも50%、60%、70%、80%、90%または95%同一である変異体またはその断片である。これらの方法によって特定されるパエニバチルスおよび他の細菌属における胞子表面標的化配列は、本明細書に記載されている種々の実施形態のうちのいずれかによる異種の融合タンパク質を作製するために使用されうる。
以下の非限定的な実施例は、本開示を更に詳細に説明するために記載されている。
実施例
実施例1:内生胞子提示に適したコラーゲン様胞子表面タンパク質を特定するための一般的プロトコール
パエニバチルス属種NRRL B-50972の全ゲノムを、コラーゲン様GXXリピートを含有するORFに関して検索した。ついでコラーゲン様胞子表面タンパク質を透過電子顕微鏡検査により可視化した(図1)。コラーゲン様胞子表面タンパク質の存在は質量分析によっても実験的に確認された。簡潔に説明すると、パエニバチルス属種NRRL B-50972の胞子をトリプシンで消化して表面タンパク質を除去した。胞子を遠心分離により除去し、上清を質量分析により分析して、コラーゲン様胞子表面タンパク質の存在を検証した。この一般的プロトコールを用いて、配列番号1~10により特定されるN末端標的化配列を有する内因性パエニバチルス属種NRRL B-50972タンパク質を特定した。同じ方法を用いて、ビリディバチルス、リジニバチルスまたはブレビバチルスに由来する胞子表面タンパク質および対応するN末端標的化配列を特定されうる。
実施例2:緑色蛍光タンパク質(GFP)を提示する組換えパエニバチルス内生胞子を製造するための一般的プロトコール
融合構築物を作製するために、開示されているN末端標的化配列の天然プロモーターの制御下の、パエニバチルス属種NRRL B-50972の開示されているN末端標的化配列(配列番号1)のアミノ酸をコードするDNAセグメントに、GFPをコードする遺伝子を遺伝子合成により融合させ、大腸菌(E.coli)/パエニバチルスシャトルベクターpAP13内にクローニングした。得られたベクター構築物をパエニバチルス属種NRRL B-50972内に導入した。ついで適切な形質転換体を、胞子形成まで、シェファー(Schaeffer)胞子形成培地ブロス内で30℃で増殖させた。ついで、融合構築物を発現するパエニバチルス属種NRRL B-50972胞子を落射蛍光顕微鏡検査により検査した。GFPは、融合構築物を発現する胞子上で視認可能である(図2A)。パエニバチルス属種NRRL B-50972胞子をフローサイトメトリーによっても検査した。融合構築物を発現する胞子は野生型胞子よりも有意に強い蛍光性である(図2B)。
実施例3.目的の任意タンパク質を提示する組換えパエニバチルス内生胞子を製造するための一般的プロトコール
パエニバチルス細胞(例えば、パエニバチルス属種NRRL B-50972)を、前記実施例2に記載されているとおりに培養し、形質転換し、スクリーニングして、本開示によるN末端胞子表面標的化配列を有する融合構築物を得ることが可能である。スクリーニングは質量分析または当技術分野で公知の任意の他の生化学的もしくは視覚的手段(例えば、目的タンパク質はGFPまたは別の選択/スクリーニングタグでタグ付けされうる)により続行されうる。融合構築物を作製するために使用されるN末端標的化配列は配列番号2、4、6、8もしくは10、18、20、21、22、24、26、28、30のうちのいずれかのポリペプチドまたはその断片もしくは変異体を含みうる。幾つかの態様においては、N末端標的化配列は、配列番号2および8のペアワイズアライメント(図3)における同一残基に対応する1以上の残基を有する配列を含むことが可能であり、これはポリペプチドを胞子表面に標的化しうる。同様に、図3として示されている配列番号2および8のペアワイズアライメントにおける同一/保存残基に対応する1以上の残基を有する配列を含むN末端標的化配列が使用されうる。
例えば、N末端標的化配列はM-X-V-X-S-T-G-P-I-X-N-X-X-V-X-G-X-R-P-T-X-X-V-T-V-K-I-D-N-R-D-X-V-N-S-S-X-V-L-I-X-G-F-X-L-N-G-X-R-T-L-Y-V-X-X-X-X-X-V-X(配列番号31)(ここで「X」は任意のアミノ酸を表す)を含むことが可能であり、あるいは、それは任意の連続的な5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55または60残基のそのセグメントを含む。もう1つの例においては、N末端標的化配列はM-X-V-X-S-T-G-P-I-X-N-X-X-V-X-G-X-R-P-T-X-X-V-T-V-K-I-D-N-R-D-X-V-N-S-S-X-V-L-I-X-G-F-X-L-N-G-X-R-T-L-Y-V-X-X-X-X-X-V-X-X-N-X-V-I-T-X-X-X-X-A-X-X-X-X-F-E-F-V-F-T-T-X-X-X-X-E-N-E-X-Q-X-S-V-W-G-K-X-X-X-G-Q-L-V-X-A-H-R-X-V-S-X-E-L-L-V-X-X-X-X(配列番号32)(ここで「X」は任意のアミノ酸を表す)を含むことが可能であり、あるいは、それは任意の連続的な5、10、15、20、25、30、35、40、45、50、55、60、65、70、75、80、85、90、95、100、105、110、115または120残基のそのセグメントを含む。
幾つかの態様においては、選択されたN末端標的化配列はこれらの配列に対して少なくとも60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%または95%の配列同一性を有することが可能であり、それでもなお、融合構築物を胞子表面に標的化しうる。
実施例4:組換えパエニバチルス内生胞子を使用して、植物成長促進性化合物の産生に関与する融合タンパク質を種子、苗、植物または植物部分に運搬するための方法
植物成長促進性化合物の産生をもたらす酵素は、本明細書に開示されているパエニバチルス内生胞子運搬系を使用して植物に運搬されうる。例えば、ブタンジオールデヒドロゲナーゼはアセトインを2,3-ブタンジオールに変換する。2,3-ブタンジオールは植物成長促進性化合物である。この酵素を発現するパエニバチルス内生胞子は種子処理または種子コーティングとして施用可能であり、あるいは、滴下または噴霧により種子、苗、植物または植物部分の周辺領域に運搬可能である。
実施例5:組換えパエニバチルス内生胞子を使用して、単一のパエニバチルス内生胞子上の複数の融合タンパク質を種子、苗、植物または植物部分に運搬するための方法
単一の組換えパエニバチルス内生胞子は複数の異種融合タンパク質を提示するために使用されうる。これは、2つ(またはそれ以上)の別の融合タンパク質を構築することにより達成される。パエニバチルス内生胞子表面上に提示される各異種タンパク質のコード配列は、対応天然プロモーターの制御下のN末端標的化配列に別々に融合される。融合タンパク質構築物は、同じプラスミドベクターまたは異なるプラスミドベクター内にクローニングされ、エレクトロポレーションによりパエニバチルスのメンバーに導入されうる。ついで、得られたパエニバチルス内生胞子は胞子表面上に両方の異種タンパク質の混合物を発現する。これは、有害生物耐性を低減するために複数のタンパク質性無脊椎動物毒素を積み重ねる(スタックする)のに特に有用である。
実施例6:1以上の異なる融合タンパク質をそれぞれが提示する複数の組換えパエニバチルス内生胞子の組合せを使用して、1以上の異なる融合タンパク質を種子、苗、植物または植物部分に供給するための方法
ある場合には、(前記のとおりに)1以上の異なる異種タンパク質をそれぞれが発現する複数のパエニバチルス内生胞子の組合せの運搬を提供する。例えば、植物の根の周辺領域への窒素固定酵素の運搬は化学窒素肥料の必要性を低減する。細菌における窒素固定は、少なくとも8個または9個の異なる酵素を、そして種によっては潜在的に20個までの異なる酵素を必要としうる。この場合、窒素固定経路における異なる酵素成分をそれぞれが発現するパエニバチルス内生胞子の組合せの運搬が有用でありうる。例えば、NifH、NifDおよびNifKを異種提示するパエニバチルス内生胞子は、NifE、NifNおよびNifDを異種提示するパエニバチルス内生胞子との混合物において組合され、根の周辺領域に運搬されうる。
実施例7:組換えパエニバチルス内生胞子を使用して、無脊椎動物である植物有害生物を殺滅する無脊椎動物毒素を種子、苗、植物もしくは植物部分の周辺領域に又は種子処理として運搬するための方法
昆虫または線虫(これらに限定されるものではない)を含む無脊椎動物に対して拮抗的であるタンパク質性毒素は、パエニバチルス内生胞子系を使用して運搬されうる。例えば、殺虫性かつ殺線虫性であるCry5BおよびCry21A(これらに限定されるものではない)を含むCry毒素はパエニバチルス内生胞子における発現のためにN末端標的化配列に融合されうる。Cry毒素または他のタンパク質性無脊椎動物毒素を発現するパエニバチルス内生胞子は、無脊椎動物である植物病原体から保護するために、種子処理または種子コーティングとして施用可能であり、あるいは、滴下または噴霧により種子、苗、植物または植物部分の周辺領域に運搬可能である。
実施例8:パエニバチルス内生胞子を使用して、細菌である植物有害生物に対して拮抗的であるペプチド、タンパク質または酵素を種子、苗、植物もしくは植物部分の周辺領域に又は種子処理として運搬する方法
バクテリオシンは、他の細菌に対する拮抗活性を有する細菌により産生される小さなペプチドである。大きな非リボソームペプチド合成酵素により合成される他の抗微生物分子(例えば、バシトラシン)とは対照的に、バクテリオシンはリボソーム的に合成されることから、バクテリオシンは、パエニバチルス内生胞子系を使用する運搬に特に好適である。1以上のバクテリオシンのコード配列がパエニバチルス内生胞子における発現のためにN末端標的化配列に融合されうる。バクテリオシンを発現するパエニバチルス内生胞子は、細菌である植物病原体から保護するために、種子処理または種子コーティングとして施用可能であり、あるいは、滴下または噴霧により種子、苗、植物または植物部分の周辺領域に運搬可能である。
実施例9:パエニバチルス内生胞子を使用して、真菌である植物有害生物に対して拮抗的であるペプチド、タンパク質または酵素を種子、苗、植物もしくは植物部分の周辺領域にまたは種子処理として運搬するための方法
真菌の主要細胞壁成分はキチンである。キチナーゼは、キチンを分解する酵素であり、真菌植物病原体の細胞壁を破壊することにより真菌植物病原体から保護するためにパエニバチルス内生胞子の表面上で発現されうる。キチナーゼを発現するパエニバチルス内生胞子は種子処理または種子コーティングとして施用可能であり、あるいは、滴下または噴霧により種子、苗、植物または植物部分の周辺領域に運搬可能である。
実施例10:パエニバチルス内生胞子を使用して、細菌、真菌または植物の栄養源を分解または修飾する酵素を種子、苗、植物もしくは植物部分の周辺領域にまたは種子処理として運搬するための方法
細菌、真菌または植物の栄養源の分解または修飾をもたらす酵素は、組換えパエニバチルス内生胞子を使用して植物に運搬されうる。例えば、複合多糖を破壊するグリコシドヒドロラーゼは、目的のこの酵素(または別の酵素)を発現する組換えパエニバチルス内生胞子で植物または種子を処理することにより、有益な根圏細菌が単糖を利用することを可能にするために使用されうる。
実施例11:パエニバチルス内生胞子を使用する植物成長促進性生物防除剤に由来するゲノムDNAライブラリーのスクリーニングによる、植物成長促進性生物防除剤への応答を評価するための方法
現在使用されている生物防除株の多くは外因性DNAの取り込みが困難であり、このことは、研究者が該株の標的化遺伝的修飾を生成させることを不可能にしている。この難題ゆえに、これらの生物防除株の植物成長促進効果の作用メカニズムの解明は非常に困難である。パエニバチルス内生胞子は、生物防除株の潜在的な植物成長促進効果を担う特異的遺伝子を特定するための新規アプローチを提示する。まず、N末端標的化配列および天然プロモーターを適切な大腸菌/バチルスシャトルベクター(例えば、pHP13)内にクローニングして、パエニバチルス内生胞子上での異種タンパク質発現に適したベクターを得る。全てのクローニング工程およびプラスミド増殖は大腸菌において実施される。次に、標的植物成長促進性生物防除株から全gDNAを抽出する。gDNAを(酵素または超音波により)断片へと剪断し、パエニバチルス内生胞子上での異種タンパク質発現のために前記ベクター内に連結して、目的の生物防除株に由来する遺伝物質の全てから構成されるgDNAライブラリーを得る。得られたベクターライブラリーをエレクトロポレーションによりパエニバチルスのメンバーに導入し、適切な抗生物質選択剤を含有する寒天プレート上に該細菌をプレーティングして、パエニバチルス内生胞子形質転換体を選択する。標的生物防除株のgDNAの異なる断片をそれぞれが発現する個々のパエニバチルス内生胞子形質転換体を植物成長促進効果に関して評価する。これらの効果には、緑色化の増強、発芽の改善、植物成長力の増強、根長の増加、根質量の増加、植物高の増加、葉面積の増加または有害生物に対する耐性が含まれうるが、これらに限定されるものではない。前記植物健康パラメーターをモジュレーション(調節)することが判明したパエニバチルス内生胞子形質転換体におけるベクターを配列決定して、観察された植物成長促進効果をもたらす生物防除株に由来する遺伝的決定因子を特定することが可能である。
実施例12:パエニバチルス内生胞子を使用して、植物無脊椎動物、細菌および真菌である植物病原体に対して拮抗的である新規の又は特徴付けされていない毒素を特定するための方法
現在使用されている生物防除株の多くは外因性DNAの取り込みが困難であり、このことは、研究者が該株の標的化遺伝子修飾を生成させることを不可能にしている。この難題ゆえに、無脊椎動物、細菌および真菌である植物病原体に対して生物防除株が毒性となる作用メカニズムを解明することは非常に困難である。パエニバチルス内生胞子は、生物防除株の潜在的な植物防御効果を担う特異的遺伝子を特定するための新規アプローチを提示する。まず、N末端標的化配列および天然プロモーターを適切な大腸菌/バチルスシャトルベクター(例えば、pHP13)内にクローニングして、パエニバチルス内生胞子上での異種タンパク質発現に適したベクターを得る。全てのクローニング工程およびプラスミド増殖は大腸菌において実施される。次に、標的植物成長促進性生物防除株から全gDNAを抽出する。gDNAを(酵素または超音波により)断片へと剪断し、パエニバチルス内生胞子上での異種タンパク質発現のために前記ベクター内に連結して、目的の生物防除株に由来する遺伝物質の全てから構成されるgDNAライブラリーを得る。得られたベクターライブラリーをエレクトロポレーションによりパエニバチルスのメンバーに導入し、適切な抗生物質選択剤を含有する寒天プレート上に該細菌をプレーティングして、パエニバチルス内生胞子形質転換体を選択する。標的生物防除株のgDNAの異なる断片をそれぞれが発現する個々のパエニバチルス内生胞子形質転換体を、無脊椎動物、細菌および真菌である植物病原体に対するアンタゴニスト活性に関して評価する。前記植物病原体に対して拮抗的(アンタゴニスト性)であることが判明したパエニバチルス内生胞子形質転換体におけるベクターを配列決定して、観察された植物防御効果をもたらす生物防除株に由来する遺伝的決定因子を特定することが可能である。
実施例13:非生存性パエニバチルス内生胞子を使用して、病原体から植物を保護する又は植物健康を改善する目的のために種子、苗、植物または植物部分を処理するための方法
非生存性(死亡した)パエニバチルス内生胞子を有するパエニバチルス内生胞子運搬系を使用して植物健康促進性タンパク質/酵素または植物保護タンパク質/酵素を運搬する必要がありうる。パエニバチルス内生胞子は十分な熱処理、UV光、ガンマ線照射または高圧処理によって不活化され非生存性にされうる。得られた非生存性パエニバチルス内生胞子は種子処理または種子コーティングとして施用可能であり、あるいは、滴下または噴霧により種子、苗、植物または植物部分の周辺領域に運搬可能である。
実施例14:大腸菌由来のベータ-ガラクトシダーゼ(B-Gal)を提示する組換えパエニバチルス内生胞子を製造するための一般的プロトコール
融合構築物を作製するために、開示されているN末端標的化配列の天然プロモーターの制御下の、パエニバチルス属種NRRL B-50972の開示されているN末端標的化配列(配列番号1)のアミノ酸をコードするDNAセグメントに、β-galをコードする遺伝子を遺伝子合成により融合させ、Patrick,JEおよびKearns,DB.2008.MinJ(YvjD) is a Topological Determinant of Cell Division in Bacillus subtilis.Molecular Microbiology.70:1166-1179に記載されているpMiniMadベクターに由来する大腸菌/パエニバチルスシャトルベクター内にクローニングした。得られたベクター構築物を、KimおよびTimmusk(2013),“A Simplified Method for Gene Knockout and Direct Screening of Recombinant Clones for Application in Paenibacillus polymyxa”,PLoSONE,8(6):e68092,doi:doi:10.1371/journal.pone.0068092に記載されているのと同様にエレクトロポレーションによりパエニバチルス・ポリミキサ株(株1)内に導入した。標的化配列を伴わないシャトルベクターを含有する対照も調製した。ついで、適切な形質転換体を、胞子形成まで、シェファー(Schaeffer)胞子形成培地ブロス内で30℃で増殖させた。得られた培養物を遠心分離して、上清を胞子から分離した。ついで、該融合構築物を発現する又は空シャトルベクターのみを含有するパエニバチルス・ポリミキサの胞子および対応上清をインビトロアッセイにより検査した。5-ブロモ-4-クロロ-3-インドリル-β-D-ガラクト-ピラノシド(X-Gal)の加水分解に基づけば、β-galは、該融合構築物を発現する胞子上で機能的である。結果を以下の表3に示す。
Figure 2022532721000015
実施例15:バチルス・チューリンゲンシス由来のVip3(Vegetative Insecticidal Protein 3)(配列番号17)を提示する組換えパエニバチルス内生胞子を製造するための一般的プロトコール
融合構築物を作製するために、実施例14に記載されている大腸菌/パエニバチルスシャトルベクター内へのギブソン・アセンブリー(Gibson Assembly)により、開示されているN末端標的化配列の天然プロモーターの制御下の、パエニバチルス属種NRRL B-50972の開示されているN末端標的化配列(配列番号1)のアミノ酸をコードするDNAセグメントに、vip3をコードする遺伝子(配列番号16)を融合させた。得られたベクター構築物を、前記のとおり、エレクトロポレーションによりパエニバチルス・ポリミキサ株(株1)内に導入した。ついで、適切な形質転換体を、胞子形成まで、シェファー(Schaeffer)胞子形成培地ブロス内で30℃で増殖させた。
実施例16:スポドプテラ・エキシグア(Spodoptera exigua)に対するVip3を発現するパエニバチルス・ポリミキサ株の活性
実施例15からのVip3を発現するパエニバチルス・ポリミキサ株のスポドプテラ・エキシグア[ビートアワヨトウ(beet armyworm)]に対する殺虫活性を評価した。96ウェルプレートアッセイを行って、空ベクター対照および活性カーゴ(配列番号2-Vip3)を含む各パエニバチルス・ポリミキサ株の殺虫活性を試験した。該株を胞子形成までシェファー(Schaeffer)胞子形成培地ブロス内で培養することにより、該菌の胞子を産生させ、得られた全ブロス培養を遠心分離して、胞子を上清から分離した。ついで、Marroneら,(1985),“Improvements in Laboratory Rearing of the Southern Corn Rootworm,Diabrotica undecimpuncta howardi Barber(Coleoptera:Chrysomelidae),on an Artificial Diet and Corn”,J.Econ.Entomol.,78:290-293に記載されているのと同様にして、該株からの胞子サンプルを、寒天基体を含有する96ウェルマイクロプレートに適用した。ついで胞子サンプルを水中で希釈し、100%、33%、11%、3.7%および1.2%の濃度で該プレートに適用した。
処理物を乾燥させた後、スポドプテラ・エキシグア(ビートアワヨトウ)からの約20個の卵を各ウェルに加えた。数日後、処理された幼虫の発育阻害スコアおよび死亡スコアを評価することにより、殺虫活性を決定した。昆虫の発育阻害スコアを以下の尺度に従い評価した:1=重度の発育阻害;2=高度の発育阻害、最小限の成長;3=未処理対照よりわずかに小さい;4=未処理対照と同じ大きさ。昆虫死亡スコアは以下の尺度に基づく:4=0~25%の死亡率;3=26~50%の死亡率;2=51~79%の死亡率;1=80~100%の死亡率。
標的化Vip3(すなわち、配列番号2-Vip3)を発現する11%のパエニバチルス胞子で処理されたスポドプテラ・エキシグアの幼虫は、空ベクターを発現する同濃度のパエニバチルス胞子で処理されたものより2倍強い発育阻害を受けた(表4を参照されたい)。同様に、標的化Vip3を発現する11%のパエニバチルス胞子で処理された幼虫は、空ベクターを発現する同濃度のパエニバチルス胞子で処理されたものより1.5倍高い死亡率を示した(表5を参照されたい)。
Figure 2022532721000016
Figure 2022532721000017
実施例17:内生胞子提示に必要なパエニバチルスN末端標的化配列の最小部分の特定
目的のタンパク質を胞子表面に標的化するのにどのトランケート化標的化配列で十分であるかを決定するために実験を行った。以下は、イソギンチャクモドキ属種(Discosoma sp.)サンゴからのタンデム・ダイマー・トマト(tdTom)蛍光タンパク質を提示する組換えパエニバチルス内生胞子を製造するための一般的プロトコルである。融合構築物を作製するために、開示されているN末端標的化配列の天然プロモーターの制御下の、パエニバチルス属種NRRL B-50972の開示されているN末端標的化配列(配列番号2)のアミノ酸をコードするDNAセグメントに、tdTomをコードする遺伝子を遺伝子合成により融合させ、大腸菌/パエニバチルスシャトルベクター(pAP13)内にクローニングした。また、tdTomをコードする遺伝子を、配列番号2のN末端標的化配列のトランケート化体、すなわち、アミノ酸1~100、1~80、1~40、80~100、90~100、90~95、91~98および95~100に融合させた。トランケート化体80~100、90~100、90~95、91~98および95~100は適切な翻訳開始のための最初のメチオニンを含む。これらの構築物において使用されるトランケート化標的化配列の具体的な配列を表8に示す。得られたベクター構築物を、KimおよびTimmusk(2013),“A Simplified Method for Gene Knockout and Direct Screening of Recombinant Clones for Application in Paenibacillus polymyxa”,PLoSONE,8(6):e68092,doi:doi:10.1371/journal.pone.0068092に記載されているのと同様にエレクトロポレーションによりパエニバチルス属種株1内に導入した。ついで適切な形質転換体を、胞子形成まで、グルコースベースのブロス内で30℃で増殖させた。ついで、該融合構築物を発現するパエニバチルス属種株1の胞子を顕微鏡検査により検査した。表6は、顕微鏡検査による蛍光胞子の検出に基づいた場合に、融合構築物を発現する胞子上でTdTomatoが機能的である構築物の概要を示す。1~100のトランケート化体は十分に機能したが、1~80および1~40のトランケート化体は機能しなかったことが、最初に観察された。ついで80~100のトランケート化体を試験したところ、これも蛍光を示した。最後に、100個を超えるパエニバチルス株における配列番号2に対応するコラーゲン様反復領域を分析して、これらの標的配列の間にコンセンサス配列が存在するかどうかを決定した。図4は、分析された株のサンプリング、および標的配列のアミノ酸91~98から得られたコンセンサス配列を示す。最初のメチオニンを伴うこのコンセンサス配列を以下の表6に配列番号49として示す。実験的研究は、アミノ酸残基98としてのアスパラギン酸を伴うこのコンセンサス配列の使用が胞子表面上に蛍光を発することを証明した。より短い標的化配列を含有する構築物は蛍光を発しなかった。
パエニバチルス属種株1の胞子を、抗体染色を用いるフローサイトメトリーによっても検査した。完全長、1~100および91~98の標的化配列に融合したtdTomを発現する胞子は、野生型胞子よりも有意に強い蛍光性である。
Figure 2022532721000018
実施例18:選択されたトランケート化突然変異体のβ-ガラクトシダーゼ活性アッセイの結果
目的の酵素を胞子表面に標的化するのに特定のトランケート化標的化配列で十分であるかどうかを決定するために実験を行った。以下は、大腸菌由来のベータ-ガラクトシダーゼ(β-gal)を提示する組換えパエニバチルス内生胞子を製造するための一般的プロトコルである。融合構築物を作製するために、開示されているN末端標的化配列の天然プロモーターの制御下の、配列番号2であるパエニバチルス属種NRRL B-50972のN末端標的化配列のアミノ酸80~100をコードするDNAセグメント(最初のメチオニンが付加されている)に、β-galをコードする遺伝子を遺伝子合成により融合させ、大腸菌/パエニバチルスシャトルベクター(pAP13)内にクローニングした。最初のメチオニンが付加されているアミノ酸80~100をコードするDNAセグメントは以下の表8における配列番号40である。得られたベクター構築物を、前記と同様にエレクトロポレーションにより、パエニバチルス属種株1内に導入した。ついで適切な形質転換体を、胞子形成まで、グルコースベースのブロス内で30℃で増殖させた。ついで、該融合構築物を発現するパエニバチルス属種株1の胞子をインビトロアッセイにより検査した。前記の80~100のトランケート化体は機能性β-ガラクトシダーゼを提示した。
Figure 2022532721000019
Figure 2022532721000020
Figure 2022532721000021
特に示されていない限り、本明細書中の全ての科学技術用語は、本発明が属する技術分野の当業者によって一般的に理解されているものと同じ意味を有する。引用されている全ての刊行物、特許および特許公開の全体を、あらゆる目的のために、参照により本明細書に組み入れることとする。
開示されている本発明は、記載されている特定の方法、プロトコールおよび材料に限定されるものではなく、これらは変動可能であると理解される。また、本明細書中で用いられる用語は、特定の実施形態を記載する目的のみのためのものであり、添付の特許請求の範囲のみにより限定される本発明の範囲を限定するとは意図されないと理解される。
当業者は、本明細書に記載されている本発明の特定の実施形態に対する多数の均等物を認識し、または単なる通常の実験を用いて確認することが可能である。そのような均等物は以下の特許請求の範囲に含まれると意図される。

Claims (35)

  1. (a)N末端シグナルペプチドをコードする第1ポリヌクレオチド配列、およびそれが機能的に連結されている、(b)N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドをコードする第2ポリヌクレオチド配列を含む、融合タンパク質をコードする核酸分子であって、第1ポリヌクレオチド配列が、
    (i)配列番号39、41もしくは45、
    (ii)配列番号39、41もしくは45に対して少なくとも50%、60%、70%、80%、90%、95%もしくは98%の配列同一性を有するN末端シグナルペプチドをコードするポリヌクレオチド配列、
    (iii)以下のポリペプチド配列、すなわち、“MFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号40)、“MTQISVWGKDAL”(配列番号42)もしくは“MQISVWGK(D/N)”(配列番号49)の1以上をコードするポリヌクレオチド配列、または
    (iv)“MFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号40)、“MTQISVWGKDAL”(配列番号42)もしくは“MQISVWGK(D/N)”(配列番号49)を含む多くとも20、30もしくは40アミノ酸のポリペプチド配列をコードするポリヌクレオチド配列
    を含み、N末端シグナルペプチドが融合タンパク質をパエニバチルス(Paenibacillus)内生胞子の胞子表面に標的化することが可能である、前記核酸分子。
  2. 第1ポリヌクレオチド配列が、ポリペプチド配列:“MFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号40)、“MTQISVWGKDAL”(配列番号42)または“MQISVWGK(D/N)”(配列番号49)をコードする配列からなる、またはそれから本質的になる、請求項1記載の核酸分子。
  3. 第1ポリヌクレオチド配列が複数のN末端標的化配列をコードし、各N末端標的化配列が、独立して、“MFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号40)、“MTQISVWGKDAL”(配列番号42)または“MQISVWGK(D/N)”(配列番号49)から選択される、請求項1または2記載の核酸分子。
  4. 第1ポリヌクレオチド配列が、配列番号2のアミノ酸80~90、90~100もしくは91~98または配列番号49のアミノ酸2~9をコードする配列から本質的になる、請求項1~3のいずれか1項記載の核酸分子。
  5. N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドが、
    (a)植物成長刺激性タンパク質、
    (b)酵素、
    (c)タンパク質、
    (d)パエニバチルス(Paenibacillus)に対して異種であるポリペプチド、
    (e)治療用タンパク質、または
    (f)植物免疫刺激性タンパク質
    を含む、請求項1~4のいずれか1項記載の核酸分子。
  6. (a)N末端シグナルペプチドとN末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドとの間に位置し、1以上のプロテアーゼ切断部位を含有するポリペプチド、
    (b)選択可能マーカーを含むポリペプチド、
    (c)可視化マーカーを含むポリペプチド、
    (d)タンパク質認識/精製ドメインを含むポリペプチド、または
    (e)N末端シグナルペプチドとN末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドとを連結するフレキシブルリンカーエレメントを含むポリペプチド
    をコードする第3ポリヌクレオチド配列を更に含む、請求項1~5のいずれか1項記載の核酸分子。
  7. パエニバチルス内生胞子が、
    パエニバチルス属種(Paenibacillus sp.)NRRL B-50972、パエニバチルス・テラエ(Paenibacillus terrae)、パエニバチルス・ポリミキサ(Paenibacillus polymyxa)もしくはパエニバチルス・ペオリアエ(Paenibacillus peoriae)を含むパエニバチルス属種により形成される内生胞子、または
    パエニバチルス属種の16S rRNA遺伝子に対して少なくとも97、98もしくは99%の同一性を有する16S rRNA遺伝子を有する細菌により形成される内生胞子
    である、請求項1~6のいずれか1項記載の核酸分子。
  8. 第2ポリヌクレオチド配列およびパエニバチルス(Paenibacillus)のうちの少なくとも1つに対して異種であるプロモーターエレメントに機能的に連結されている、前記請求項のいずれか1項記載の核酸分子。
  9. 第1ポリヌクレオチド配列が、配列番号39、41または45に対して少なくとも50%、60%、70%、80%または90%の配列同一性を有するコドン最適化ポリヌクレオチド配列またはその断片を含み、これが、対応する非最適化配列と比較して、同一条件下、パエニバチルス(Paenibacillus)内生胞子において、より高い速度またはレベルで発現される、請求項1~8のいずれか1項記載の核酸分子。
  10. N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドに機能的に連結されたN末端シグナルペプチドを含む融合タンパク質であって、N末端シグナルペプチドが、
    (i)配列番号40、42、46または49のアミノ酸配列を含むポリペプチド、
    (ii)配列番号40、42、46または49のアミノ酸配列からなるポリペプチド、
    (iii)配列番号40、42、46または49のいずれか1つのアミノ酸配列に対して少なくとも50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%または98%の配列同一性を有するアミノ酸配列を含む又はそれからなるポリペプチド、あるいは
    (iv)配列番号40、42、46または49のいずれか1つの少なくとも7個の連続的アミノ酸の断片を含む又はそれからなるポリペプチド
    を含み、N末端シグナルペプチドが融合タンパク質をパエニバチルス(Paenibacillus)内生胞子の胞子表面に標的化することが可能である、前記融合タンパク質。
  11. N末端シグナルペプチドが多くとも10、15、20、25、30または35アミノ酸からなる、請求項10記載の融合タンパク質。
  12. N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドが、
    (a)植物成長刺激性タンパク質、
    (b)酵素、
    (c)タンパク質、
    (d)パエニバチルス(Paenibacillus)に対して異種であるポリペプチド、
    (e)治療用タンパク質、または
    (f)植物免疫刺激性タンパク質
    を含む、請求項10または11記載の融合タンパク質。
  13. 融合タンパク質が、
    (a)N末端シグナルペプチドとN末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドとの間に位置し、1以上のプロテアーゼ切断部位を含有するポリペプチド、
    (b)選択可能マーカーを含むポリペプチド、
    (c)可視化マーカーを含むポリペプチド、
    (d)少なくとも1つのタンパク質認識/精製ドメインを含むポリペプチド、または
    (e)該シグナルペプチドとN末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドとを連結するフレキシブルリンカーエレメントを含むポリペプチド
    を更に含む、請求項10~12のいずれか1項記載の融合タンパク質。
  14. パエニバチルス内生胞子が、パエニバチルス属種(Paenibacillus sp.)NRRL B-50972、パエニバチルス・テラエ(Paenibacillus terrae)、パエニバチルス・ポリミキサ(Paenibacillus polymyxa)もしくはパエニバチルス・ペオリアエ(Paenibacillus peoriae)を含むパエニバチルス属種により形成される内生胞子、またはパエニバチルス属種の16S rRNA遺伝子に対して少なくとも97、98もしくは99%の同一性を有する16S rRNA遺伝子を有する細菌により形成される内生胞子である、請求項10~13のいずれか1項記載の融合タンパク質。
  15. 請求項1~9のいずれか1項記載の核酸分子を含む細菌染色体を含む組換えパエニバチルス(Paenibacillus)細胞。
  16. 請求項1~9のいずれか1項記載の核酸分子を含むベクターであって、プラスミド、人工染色体またはウイルスベクターを含む前記ベクター。
  17. (a)パエニバチルス(Paenibacillus)細胞における安定な維持を提供する複製開始点、
    (b)パエニバチルス細胞における選択的に不安定な維持を提供する複製開始点、
    (c)パエニバチルス細胞における選択的に不安定な維持を提供する温度感受性複製開始点、
    (d)発現制御配列に機能的に連結された、選択マーカーをコードするポリヌクレオチド、または
    (e)発現制御配列に機能的に連結された、植物成長刺激性タンパク質をコードするポリヌクレオチド
    のうちの少なくとも1つを更に含む、請求項16記載のベクター。
  18. 請求項1~9のいずれか1項記載の核酸分子を含むベクターで形質転換された組換えパエニバチルス(Paenibacillus)細胞。
  19. パエニバチルス(Paenibacillus)細胞が、パエニバチルス属種(Paenibacillus sp.)NRRL B-50972、パエニバチルス・テラエ(Paenibacillus terrae)、パエニバチルス・ポリミキサ(Paenibacillus polymyxa)もしくはパエニバチルス・ペオリアエ(Paenibacillus peoriae)を含むパエニバチルス属種、またはパエニバチルス属種の16S rRNA遺伝子に対して少なくとも97、98もしくは99%の同一性を有する16S rRNA遺伝子を有する細菌である、請求項18記載の組換えパエニバチルス細胞。
  20. パエニバチルス(Paenibacillus)内生胞子の胞子表面上に異種融合タンパク質を提示する方法であって、該方法が、
    a)胞子形成が可能なパエニバチルス細胞を、請求項1~9のいずれか1項記載の核酸分子を含む組換えベクターで形質転換すること、および
    b)請求項1~9のいずれか1項記載の核酸分子によりコードされる融合タンパク質を胞子形成条件下で発現させて、胞子形成から生じるパエニバチルス内生胞子の胞子表面に融合タンパク質が標的化されるようにすることを含み、
    N末端シグナルペプチドが請求項1~9のいずれか1項記載の核酸分子を含む、前記方法。
  21. a)請求項10~14のいずれか1項記載の融合タンパク質を発現する1以上の組換え内生胞子産生性パエニバチルス(Paenibacillus)細胞(ここで、N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドは植物成長または免疫刺激性タンパク質を含む)と、b)少なくとも1つの生物学的防除剤とを、任意に相乗的有効量で、含む組成物。
  22. 請求項1~9のいずれか1項記載の核酸、請求項10~14のいずれか1項記載の融合タンパク質、請求項18もしくは19記載の組換え細菌細胞または請求項21記載の組成物で処理された種子。
  23. a)請求項10~14のいずれか1項記載の融合タンパク質を発現する組換え内生胞子産生性パエニバチルス(Paenibacillus)内生胞子(ここで、N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドは植物成長または免疫刺激性タンパク質を含む)と、b)少なくとも1つの生物学的防除剤とを、任意に相乗的有効量で、同時または逐次的に施用する工程を含む、植物成長を増進するためおよび/または植物健康を促進するために植物、種子、植物部分または植物周辺土壌を処理する方法。
  24. a)請求項10~14のいずれか1項記載の融合タンパク質を発現するように修飾されたパエニバチルス(Paenibacillus)内生胞子を含む組成物を、パエニバチルスが持続的または一過性で定着しうる種子、苗または栄養生殖植物に施用して、処理された種子、苗または栄養生殖植物を得る工程、および
    b)処理された種子、苗または栄養生殖植物の形質、成分または特性を検出し、任意に測定することにより、処理された種子、苗または栄養生殖植物をスクリーニングする工程
    を含む、組換えパエニバチルス内生胞子で処理された宿主植物をスクリーニングする方法。
  25. スクリーニング工程が、
    a)処理された種子、苗もしくは栄養生殖植物から得られる細胞もしくは組織サンプルから調製される抽出物中に含有される1以上の化合物の存在、レベル、レベルの変化、活性もしくは局在を検出し、任意に定量することを含む少なくとも1つのインビトロアッセイ、および/または
    b)処理された種子、苗もしくは栄養生殖植物の形質、成分もしくは特性を検出し、任意に定量することを含む少なくとも1つのインビボアッセイ
    のうちの1以上を含む、請求項24記載の方法。
  26. a)請求項10~16のいずれか1項記載の融合タンパク質を発現するようにパエニバチルス(Paenibacillus)細胞を修飾して、組換えパエニバチルス細胞を得ること、および
    b)組換えパエニバチルス細胞により産生される化合物のレベルまたは活性を検出し、任意に定量することにより、パエニバチルス細胞をスクリーニングすること
    を含む、パエニバチルス細胞において発現された異種タンパク質またはペプチドを農業的に重要な特性に関してスクリーニングする方法。
  27. 組換えパエニバチルス(Paenibacillus)細胞により産生される内生胞子を含む組成物を植物、種子、ヒトまたは動物に投与することを含む、植物、種子、ヒトまたは動物を処置する方法であって、組換えパエニバチルス細胞が、請求項10~14のいずれか1項記載の融合タンパク質を発現する、前記方法。
  28. 組成物が、生存可能なパエニバチルス(Paenibacillus)細胞が残存しないように熱不活化または滅菌されている、請求項27記載の方法。
  29. 請求項10~14のいずれか1項記載の単離および/または精製された融合タンパク質を含む組成物。
  30. 組換えパエニバチルス(Paenibacillus)内生胞子を含む組成物を植物、種子または圃場に施用することを含む、目的タンパク質を植物、種子または圃場に運搬する方法であって、組換えパエニバチルス内生胞子が、請求項10~14のいずれか1項記載の融合タンパク質を発現するように修飾されている、前記方法。
  31. 組成物が、
    a)定植の前もしくは後に、
    b)出芽の前もしくは後に、
    c)粉末、懸濁液もしくは溶液として
    圃場に施用され、および/または
    d)組成物が、植物成長を刺激する若しくは有害生物から植物を保護する1以上の追加的な化合物を更に含む、請求項30記載の方法。
  32. (a)N末端シグナルペプチドをコードする第1ポリヌクレオチド配列、およびそれが機能的に連結されている、(b)N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドをコードする第2ポリヌクレオチド配列を含む、融合タンパク質をコードする核酸分子であって、第1ポリヌクレオチド配列が、
    (i)配列番号33のポリヌクレオチド配列、
    (ii)配列番号33に対して少なくとも50%、60%、70%、80%、90%、95%もしくは98%の配列同一性を有するN末端シグナルペプチドをコードし、多くとも20、30もしくは40アミノ酸のポリペプチド配列をコードするポリヌクレオチド配列、または
    (iii)以下のポリペプチド配列、すなわち、“MVVLSTGPIANDPVLGVRPTQLVTVKIDNRDSVNSSIVLIEGFILNGSRTLYVQQLVVVGPNAVITRNFFANVDAFEFVFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号34)
    からなり、またはそれから本質的になり、N末端シグナルペプチドが融合タンパク質をパエニバチルス(Paenibacillus)内生胞子の胞子表面に標的化することが可能である、前記核酸分子。
  33. 第1ポリヌクレオチド配列が複数のN末端標的化配列をコードし、各N末端標的化配列が“MVVLSTGPIANDPVLGVRPTQLVTVKIDNRDSVNSSIVLIEGFILNGSRTLYVQQLVVVGPNAVITRNFFANVDAFEFVFTTSGPAENETQISVWGKDAL”(配列番号34)である、請求項32記載の核酸分子。
  34. N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドに機能的に連結されたN末端シグナルペプチドを含む融合タンパク質であって、N末端シグナルペプチドが、
    (i)配列番号34のアミノ酸配列からなる又はそれから本質的になるポリペプチド、あるいは
    (ii)配列番号34のアミノ酸配列に対して少なくとも50%、55%、60%、65%、70%、75%、80%、85%、90%、95%または98%の配列同一性を有するアミノ酸配列からなる又はそれから本質的になるポリペプチド
    を含み、N末端シグナルペプチドが融合タンパク質をパエニバチルス(Paenibacillus)内生胞子の胞子表面に標的化することが可能である、前記融合タンパク質。
  35. N末端シグナルペプチドに対して異種であるポリペプチドが、
    (a)植物成長刺激性タンパク質、
    (b)酵素、
    (c)タンパク質、
    (d)パエニバチルス(Paenibacillus)に対して異種であるポリペプチド、
    (e)治療用タンパク質、または
    (f)植物免疫刺激性タンパク質
    を含む、請求項34または35記載の融合タンパク質。
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