JP3416071B2 - Method for producing higher plant cell and higher plant into which fatty acid desaturase gene has been introduced - Google Patents

Method for producing higher plant cell and higher plant into which fatty acid desaturase gene has been introduced

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JP3416071B2
JP3416071B2 JP11469899A JP11469899A JP3416071B2 JP 3416071 B2 JP3416071 B2 JP 3416071B2 JP 11469899 A JP11469899 A JP 11469899A JP 11469899 A JP11469899 A JP 11469899A JP 3416071 B2 JP3416071 B2 JP 3416071B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、脂質に結合した脂
肪酸のΔ9位を不飽和化する活性を有するタンパク質
(以下、Δ9位不飽和化酵素という)をコードする遺伝
子、当該遺伝子を含むベクター、当該遺伝子が導入され
た植物およびその作出方法に関するものである。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a gene encoding a protein having the activity of desaturating the Δ9-position of a fatty acid bound to lipid (hereinafter referred to as Δ9-desaturase), a vector containing the gene, The present invention relates to a plant into which the gene is introduced and a method for producing the plant.

【0002】[0002]

【従来の技術】生物の生体膜を構成する脂質である膜脂
質は外界温度の低下に伴って、液晶状態から固体状態へ
と変化(相分離)する。そして、かかる相分離に伴い生
体膜の性質が変化する。すなわち、膜脂質が固体状態で
は物質透過の選択性がなくなるため、生体膜が本来の機
能を果たせなくなり、その結果細胞に傷害(低温傷害)
が生ずると考えられている。
2. Description of the Related Art Membrane lipids, which are lipids that compose biological membranes of living things, change (phase-separate) from a liquid crystal state to a solid state as the ambient temperature decreases. Then, the properties of the biological membrane change with the phase separation. That is, in the solid state of membrane lipids, the selectivity of substance permeation is lost, so that the biological membrane cannot perform its original function, resulting in damage to cells (cold damage).
Is believed to occur.

【0003】液晶状態から固体状態あるいはその逆に変
化する温度である膜脂質の相転移温度は、主に脂質に結
合している脂肪酸アシル基の不飽和度(炭素鎖中の二重
結合の数)によって決定付けられる。すなわち、結合し
ている脂肪酸アシル基が二つとも飽和脂肪酸である場
合、この脂質分子種の相転移温度は室温よりも高いが、
結合した脂肪酸アシル基に二重結合を少なくとも1個持
つような脂質分子種の相転移温度は、ほぼ0℃以下であ
る(Santaren, J.F.et al., Biochim. Biophys.Acta,68
7:231,1982)。
The phase transition temperature of the membrane lipid, which is the temperature at which the liquid crystal state changes to the solid state or vice versa, is mainly the degree of unsaturation of the fatty acid acyl group bonded to the lipid (the number of double bonds in the carbon chain). ). That is, when both fatty acid acyl groups bonded are saturated fatty acids, the phase transition temperature of this lipid molecular species is higher than room temperature,
The phase transition temperature of a lipid molecular species having at least one double bond in the bound fatty acid acyl group is approximately 0 ° C. or lower (Santaren, JF et al., Biochim. Biophys. Acta, 68).
7: 231, 1982).

【0004】なお、一般に脂肪酸の二重結合の位置は、
そのカルボキシル基末端から二重結合のある炭素までの
炭素数をΔ(デルタ)に続いて示す。また、二重結合の
総数は全炭素数の後にコロンに続いて記載する。例え
ば、リノール酸は18:2Δ9,12と記述され、その構造は CH3(CH2)4CH=CHCH2CH=CH(CH2)7
OOH である。また、二重結合の位置をω(オメガ)に続いて
記載する場合があるが、これは脂肪酸のメチル基末端か
ら二重結合のある炭素までの炭素数を示している。
Generally, the position of the double bond of fatty acid is
The number of carbon atoms from the end of the carboxyl group to the carbon having a double bond is shown following Δ (delta). In addition, the total number of double bonds is shown after the colon after the total number of carbon atoms. For example, linoleic acid is described as 18: 2Δ9,12 and its structure is CH 3 (CH 2 ) 4 CH═CHCH 2 CH═CH (CH 2 ) 7 C
It is OOH. The position of the double bond may be described after ω (omega), which indicates the number of carbon atoms from the terminal of the methyl group of the fatty acid to the carbon having the double bond.

【0005】高等植物の膜脂質の中で、飽和分子種が比
較的多いのはホスファチジルグリセロール(PG)のみ
であり、植物の低温傷害の起因がPGの相転移によるこ
と(Murata,N.et al.,Plant Cell Physiol.,23:1071,19
82; Roughan,P.G.,Plant Physiol.,77:740,1985 )、ま
たPGの分子種組成が葉緑体に存在するグリセロール−
3−リン酸アシルトランスフェラーゼ(以下ATase)の
基質選択性によって決められていること(Frentzen,M.e
t al.,Eur.J.Biochem.,129:629,1983; Murata,N.,Plant
Cell Physiol.,24:81,1983; Frentzen,M.et al.,Plant
Cell Physiol., 28:1195,1988) が強く示唆されてい
た。
Among the membrane lipids of higher plants, only phosphatidylglycerol (PG) has a relatively large number of saturated molecular species, and the cause of cold injury in plants is due to the phase transition of PG (Murata, N. et al. ., Plant Cell Physiol., 23: 1071,19
82; Roughan, PG, Plant Physiol., 77: 740, 1985), and glycerol whose molecular species composition of PG exists in chloroplasts.
Determined by the substrate selectivity of 3-phosphate acyltransferase (ATase) (Frentzen, Me
t al., Eur. J. Biochem., 129: 629,1983; Murata, N., Plant
Cell Physiol., 24:81, 1983; Frentzen, M. et al., Plant
Cell Physiol., 28: 1195,1988) was strongly suggested.

【0006】これらの仮定に基づき西澤らは、低温に強
い植物のシロイヌナズナから取得したATase遺伝子をタ
バコに導入・発現することによりPGの飽和分子種含量
を下げ、タバコを野生株よりも低温に対して強くするこ
とができることを示した(PCT特許出願:PCT/JP92/0
0024,1992)。しかし、ATaseは元の植物中にも存在し、
かりに外来のATaseを植物中で大量発現させたとして
も、内在性のATaseと競合しあうことは避けられず、外
来のATaseの効果が希釈される可能性は否めない。例え
ば、作成した形質転換タバコのうちシロイヌナズナのAT
aseを最も大量に発現しているクローンの葉のPGの飽
和分子種含量は約28%でありタバコ野生株よりも約8%
少ないが、シロイヌナズナ野生株よりも約8%多かった
(PCT特許出願:PCT/JP92/00024,1992)。
Based on these assumptions, Nishizawa et al. Reduced the saturated molecular species content of PG by introducing and expressing the ATase gene obtained from Arabidopsis thaliana, which is a plant resistant to low temperature, in the tobacco to a temperature lower than that of the wild strain. It has been shown that it can be strengthened (PCT patent application: PCT / JP92 / 0
0024, 1992). However, ATase is also present in the original plant,
Even if a large amount of exogenous ATase is expressed in plants, it is inevitable that it will compete with the endogenous ATase, and the effect of exogenous ATase may be diluted. For example, the AT of Arabidopsis thaliana among the created transformed tobacco
The content of PG saturated molecular species in the leaf of the clone expressing the highest amount of ase is about 28%, which is about 8% compared to the tobacco wild strain.
Although it was small, it was about 8% more than the wild strain of Arabidopsis thaliana (PCT patent application: PCT / JP92 / 00024, 1992).

【0007】さらに、一般にプラスチドで作られるアシ
ル-ACPは主に16:0-ACPと18:1-ACPであり、またそれらの
割合はほぼ等量であると考えられているが、組織によっ
ては16:0-ACPや18:0-ACPの割合が18:1-ACPより高いこと
も考えられる(Toriyama,S.et al.,Plant Cell Physio
l.,29:615,1988)。このような組織では外来のATaseによ
って飽和分子種含量を充分に減少させることが困難であ
るとも考えられる。
[0007] Furthermore, acyl-ACPs generally produced by plastids are mainly 16: 0-ACP and 18: 1-ACP, and their proportions are considered to be almost equal. The ratio of 16: 0-ACP and 18: 0-ACP may be higher than that of 18: 1-ACP (Toriyama, S. et al., Plant Cell Physio
L., 29: 615, 1988). In such tissues, it may be difficult to sufficiently reduce the saturated molecular species content by exogenous ATase.

【0008】ところで、光合成細菌のシアノバクテリア
(ラン藻)の膜脂質の組成は、高等植物の葉緑体を構成
している膜系の脂質組成と類似している(Murata,N.et
al.,in“The Biochemistry of Plants",Academic Pres
s,1987)。またラン藻では、膜脂質に結合した脂肪酸の
不飽和度は、脂質に結合した脂肪酸を不飽和化する酵素
によって制御されている。そして、脂質に結合した脂肪
酸に二重結合を1つしか入れられないAnacystis nidula
ns(別名 Synechococcus PCC 7942)は低温感受性である
が(Ono,T.et al.,Plant Physiol.,67:176,1981)、2つ
以上入れられるSynechocystis PCC6803 は低温耐性であ
ることが知られていた(Wada,H.et al.,Plant Cell Phy
siol.,30:971,1989) 。
By the way, the composition of the membrane lipid of cyanobacteria (Cyanobacteria), which is a photosynthetic bacterium, is similar to the lipid composition of the membrane system that constitutes chloroplasts of higher plants (Murata, N.et).
al., in “The Biochemistry of Plants”, Academic Pres
s, 1987). In cyanobacteria, the degree of unsaturation of fatty acids bound to membrane lipids is controlled by an enzyme that desaturates fatty acids bound to lipids. And Anacystis nidula which can put only one double bond in fatty acid bound to lipid
ns (also known as Synechococcus PCC 7942) is cold-sensitive (Ono, T. et al., Plant Physiol., 67: 176,1981), but two or more Synechocystis PCC6803 are known to be cold-resistant. (Wada, H. et al., Plant Cell Phy
siol., 30: 971,1989).

【0009】また、ラン藻における脂肪酸の不飽和化酵
素は、すべて脂質を基質とし、脂質に結合した脂肪酸に
二重結合を導入する。従って、ラン藻は16:0/16:0-およ
び18:0/16:0-の飽和分子種からなる膜脂質のPG、SQ
DG、MGDGおよびDGDGの脂肪酸にcis-型の二重
結合を導入することが可能である(Murata,N.et al.,in
“The Biochemistry of Plants",Academic Press, 198
7)。かかる点は脂肪酸不飽和化酵素として、ステアロ
イル-ACP(18:0-ACP)のΔ9位に二重結合を導入する酵
素を有し、一旦16:0/16:0-(および、わずかに存在する
18:0/16:0-)の飽和分子種からなるPGおよびSQDG
が合成されると、それらの脂肪酸に決してcis-型の二重
結合を導入しない高等植物と大きく異なる点である。
All fatty acid desaturases in cyanobacteria use a lipid as a substrate and introduce a double bond into the fatty acid bound to the lipid. Therefore, cyanobacteria are membrane lipids consisting of saturated molecular species of 16: 0/16: 0- and 18: 0/16: 0-, PG and SQ.
It is possible to introduce a cis-type double bond into fatty acids of DG, MGDG and DGDG (Murata, N. et al., In
"The Biochemistry of Plants", Academic Press, 198
7). This point has an enzyme that introduces a double bond into the Δ9-position of stearoyl-ACP (18: 0-ACP) as a fatty acid desaturase enzyme, and once it was 16: 0/16: 0- (and slightly Do
18: 0/16: 0-) PG and SQDG consisting of saturated molecular species
Is different from higher plants that never introduce cis-type double bonds into their fatty acids when they are synthesized.

【0010】現在、Synechocystis PCC6803 のΔ12位不
飽和化酵素遺伝子をAnacystis nidulansに導入・発現さ
せることにより本来Anacystis nidulansには存在しない
16:2Δ9,12および18:2Δ9,12を生産させることが可能で
あり、結果として本来低温感受性であるAnacystis nidu
lansを低温耐性へと転換可能であることが示されている
(Wada,H.et al.,Nature,347:200,1990)。
At present, by introducing and expressing the Δ12 desaturase gene of Synechocystis PCC6803 in Anacystis nidulans, it does not originally exist in Anacystis nidulans.
Anacystis nidu, which is capable of producing 16: 2 Δ9,12 and 18: 2 Δ9,12, is naturally cold-sensitive
It has been shown that lans can be converted to cold tolerance (Wada, H. et al., Nature, 347: 200, 1990).

【0011】なお、これまでにラン藻の不飽和化酵素の
うちΔ6位(Reddy,A.S.et al.,Plant Mol.Biol.,27:29
3,1993)およびΔ12位(Wada,H.et al.,Nature,347:20
0,1990)不飽和化酵素の遺伝子が取得されている。しか
し、Δ9位に二重結合が導入されていなければ、Δ6位
およびΔ12位不飽和化酵素は、それぞれΔ6位とΔ12位
を不飽和化することはできない。また、Δ9位とΔ12位
がともに不飽和化されていなければΔ15位不飽和化酵素
はΔ15位を不飽和化することはできない。従って、脂肪
酸のΔ9位を不飽和化する酵素の遺伝子を高等植物に導
入し発現させれば、高等植物における飽和分子種含量を
低下させ、その結果として該高等植物を低温耐性にする
ことができるはずである。しかしながら、現在まで、脂
肪酸のΔ9位を不飽和化する酵素の遺伝子は得られてい
なかった。
Among the desalting enzymes of cyanobacteria, Δ6 position (Reddy, A Set al., Plant Mol. Biol., 27:29).
3,1993) and Δ12th position (Wada, H. et al., Nature, 347: 20).
0,1990) The desaturase gene has been obtained. However, unless a double bond is introduced at the Δ9 position, the Δ6 position and Δ12 position desaturases cannot desaturate the Δ6 position and the Δ12 position, respectively. Further, if both the Δ9-position and the Δ12-position are not desaturated, the Δ15-desaturase cannot desaturate the Δ15-position. Therefore, if a gene for an enzyme desaturating the Δ9 position of fatty acid is introduced into a higher plant and expressed, the content of the saturated molecular species in the higher plant can be reduced, and as a result, the higher plant can be made tolerant to low temperature. Should be. However, to date, no gene for an enzyme that desaturates the Δ9 position of fatty acids has been obtained.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】従って、本発明は、脂
肪酸のΔ9位を不飽和化する酵素の遺伝子およびその一
部を含むポリヌクレオチドを提供することを目的とす
る。また、本発明は、脂肪酸のΔ9位を不飽和化する酵
素の遺伝子またはその一部を含むポリヌクレオチドを含
むベクターを提供することも目的とする。さらに、本発
明は、脂肪酸のΔ9位を不飽和化する酵素の遺伝子また
はその一部を含むポリヌクレオチドが導入された植物細
胞および植物を提供することも目的とする。
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a gene for an enzyme that desaturates the Δ9 position of fatty acids and a polynucleotide containing a part thereof. Another object of the present invention is to provide a vector containing a polynucleotide containing an enzyme gene for desaturating the Δ9 position of fatty acid or a part thereof. Further, the present invention also aims to provide a plant cell and a plant into which a polynucleotide containing a gene for an enzyme desaturating the Δ9 position of fatty acid or a part thereof is introduced.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明者は、Anacystis 属に属するラン藻のゲノム
DNAからΔ9位不飽和化酵素をコードする遺伝子をク
ローニングし、該遺伝子を組み込んだベクターDNAを
得た後、該ベクターDNAで植物細胞を形質転換し、こ
れを分化させて植物体を再生させることにより、植物に
低温耐性を付与することに成功し、本発明を完成させる
に至った。すなわち、本発明は、以下の事項を要旨とす
るものである。
In order to achieve the above object, the present inventor cloned a gene encoding a Δ9-desaturase from genomic DNA of cyanobacteria belonging to the genus Anacystis and integrated the gene. After obtaining a vector DNA, a plant cell was transformed with the vector DNA, and this was differentiated to regenerate the plant body, thereby successfully imparting low temperature tolerance to the plant, and thus completing the present invention. It was That is, the present invention has the following matters.

【0014】(1)脂質に結合した脂肪酸のΔ9位を不
飽和化する活性を有するタンパク質をコードする遺伝
子。 (2)脂質に結合した脂肪酸のΔ9位を不飽和化する活
性を有するタンパク質が実質的に配列番号4に記載され
たアミノ酸配列を有するものである1に記載の遺伝子又
は当該遺伝子の一部を含むポリヌクレオチド。 (3)脂質に結合した脂肪酸のΔ9位を不飽和化する活
性を有するタンパク質をコードする遺伝子が配列番号3
に記載の塩基配列を含むDNA鎖である1に記載の遺伝
子又は当該遺伝子の一部を含むポリヌクレオチド。
(1) A gene encoding a protein having an activity of desaturating the Δ9 position of a fatty acid bound to lipid. (2) The gene according to 1 or a part of the gene, wherein the protein having the activity of desaturating the Δ9 position of the fatty acid bound to lipid has substantially the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 4. A polynucleotide comprising. (3) The gene encoding the protein having the activity of desaturating the Δ9 position of the fatty acid bound to lipid is SEQ ID NO: 3
A gene comprising the gene according to 1, which is a DNA chain containing the nucleotide sequence according to 1., or a polynucleotide comprising a part of the gene.

【0015】(4)1乃至3のいずれかに記載の遺伝子
又は当該遺伝子の一部を含むポリヌクレオチドを含むベ
クター。 (5)1乃至3のいずれかに記載の遺伝子又は当該遺伝
子の一部を含むポリヌクレオチドが導入された植物細
胞。 (6)5に記載の植物細胞を分化させて植物体を再生さ
せることを特徴とする植物の作出方法。 (7)1乃至3のいずれかに記載の遺伝子又は当該遺伝
子の一部を含むポリヌクレオチドが導入された植物。 尚、本発明の遺伝子には、脂質に結合した脂肪酸のΔ9
位を不飽和化する活性を有する限りにおいて、当該活性
を有するタンパク質をコードする遺伝子の一部を含むも
のとする。
(4) A vector containing the gene according to any one of 1 to 3 or a polynucleotide containing a part of the gene. (5) A plant cell into which the gene according to any one of 1 to 3 or a polynucleotide containing a part of the gene is introduced. (6) A method for producing a plant, which comprises regenerating a plant by differentiating the plant cell according to 5. (7) A plant into which the gene according to any one of 1 to 3 or a polynucleotide containing a part of the gene is introduced. In addition, the gene of the present invention includes Δ9 of fatty acid bound to lipid.
As long as it has the activity of desaturating a position, a part of the gene encoding the protein having the activity is included.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】本発明にいう、Δ9位不飽和化酵
素は、上記「従来の技術」等に記載したごとく本来ラン
藻に存在する酵素である。Δ9位不飽和化酵素の化学構
造は、マウス(Kaestner,K.H.et al.,J.Biol.Chem.,26
4:14755,1989)、ラット(Mihara,K.,J.Biochem.,108:10
22,1990) 及び酵母(Stukey,J.E.et al.,J.Biol.Chem.,
265:20144,1990 )のステアロイル−CoA不飽和化酵
素の化学構造と局所的に類似しているが全体的には大き
く異なる。また既知のラン藻の脂質に結合した脂肪酸の
Δ6位およびΔ12位の不飽和化酵素及び高等植物の脂質
に結合した脂肪酸のω3位の不飽和化酵素(Yadav,N.S.
et al.,Plant Physiol.,103:467,1993)の化学構造とは
全く類似していない。本発明遺伝子を天然素材から製造
する場合は、ラン藻を原材料として使用するとよい。こ
こで用いられるラン藻は特に限定されず、例えばAnacys
tis属、Synechocystis属、Anabaena属等に属するラン藻
を挙げることができる。なお、以下の理由により、高等
植物の飽和分子種を不飽和化するためにはAnacystis型
(Murata,N.et al., Plant Cell Physiol., 33: 933, 1
992 。この文献で言うグループ1型のラン藻)のΔ9位
不飽和化酵素の方がAnabaena型及びSynechocystis型の
酵素よりも好ましい。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The Δ9-desaturation enzyme referred to in the present invention is an enzyme originally present in cyanobacteria as described in the above "Conventional Technology". The chemical structure of the Δ9-desaturase is shown in mouse (Kaestner, KH et al., J. Biol. Chem., 26.
4: 14755,1989), rat (Mihara, K., J. Biochem., 108: 10.
22, 1990) and yeast (Stukey, JE et al., J. Biol. Chem.,
265: 2014 4, 1990), which is locally similar to the chemical structure of the stearoyl-CoA desaturase, but differs greatly overall. In addition, desaturases at the Δ6 and Δ12 positions of fatty acids bound to known cyanobacterial lipids and desaturases at the ω3 position of fatty acids bound to lipids of higher plants (Yadav, NS
et al., Plant Physiol., 103: 467, 1993). When the gene of the present invention is produced from a natural material, cyanobacteria may be used as a raw material. The cyanobacteria used here is not particularly limited, and examples include Anacys
Examples include cyanobacteria belonging to the genus tis, the genus Synechocystis, the genus Anabaena, and the like. For the purpose of desaturating saturated molecular species of higher plants, Anacystis type (Murata, N. et al., Plant Cell Physiol., 33: 933, 1
992. The Δ9-desaturase of group 1 type cyanobacteria referred to in this document is preferable to Anabaena type and Synechocystis type enzymes.

【0017】すなわち、Synechocystis PCC6803 とAnab
aena variabilisでは、その膜脂質のほとんどがsn-1とs
n-2にそれぞれ炭素数18の脂肪酸(C18)と炭素数16の
脂肪酸(C16)を結合している(Sato,N.et al.,Biochi
m.Biophys.Acta,710:279,1982; Wada,H.et al.,Plant C
ell Physiol.,30:971,1989)のに対して、Anacystisnid
ulansではほとんどがsn-1とsn-2ともにC16を結合して
いる(Bishop,D.G.etal.,Plant Cell Physiol.,27:159
3,1986)。従って、AnabaenaとSynechocystisのΔ9位
不飽和化酵素は主に18:0/16:0-の分子種を基質としてsn
-1の18:0を18:1Δ9に不飽和化する活性を有すると思わ
れる。これに対してAnacystisのΔ9位不飽和化酵素は
主に16:0/16:0-の分子種を基質としてsn-1の16:0を16:1
Δ9に不飽和化する活性を有すると思われる。さらに、
高等植物に多く見られる飽和分子種が16:0/16:0-である
ことから、高等植物の飽和分子種を不飽和化するために
はAnacystis型のΔ9位不飽和化酵素のほうがAnabaena
およびSynechocystis型の酵素より適切である。
That is, Synechocystis PCC6803 and Anab
In aena variabilis, most of its membrane lipids are sn-1 and s.
A fatty acid having 18 carbon atoms (C18) and a fatty acid having 16 carbon atoms (C16) are bonded to n-2 (Sato, N. et al., Biochi).
m.Biophys.Acta, 710: 279,1982; Wada, H.et al., Plant C
ell Physiol., 30: 971,1989) while Anacystisnid
In ulans, most of sn-1 and sn-2 bind C16 (Bishop, DG et al., Plant Cell Physiol., 27: 159).
3, 1986). Therefore, the Δ9 desaturases of Anabaena and Synechocystis mainly use the species of 18: 0/16: 0- as a substrate for sn.
-1 seems to have the activity of desaturating 18: 0 to 18: 1 Δ9. On the other hand, the Δ9 desaturase of Anacystis mainly uses 16: 0/16: 0- as a substrate and 16: 1 of sn-1 as 16: 1.
It seems to have the activity of desaturating at Δ9. further,
Since 16: 0/16: 0- is the most saturated molecular species found in higher plants, the Anacystis-type Δ9 desaturase is more suitable for desaturating saturated molecular species in higher plants.
And more suitable than Synechocystis type enzymes.

【0018】本発明遺伝子は後述する実施例に示すよう
に、実質的に配列番号4に記載されたアミノ酸配列を有
するΔ9位不飽和化酵素をコードするものを含み、縮重
コドンにおいてのみ異なっていて同一のポリペプチドを
コードすることのできる縮重異性体を含むものである。
本発明遺伝子は、主にDNA鎖としての具体的形態を有
する。なお、「実質的に配列番号4に記載されたアミノ
酸配列」とは、配列番号4に記載されたアミノ酸配列に
加えて、Δ9位不飽和化酵素活性を有するかぎり、配列
番号4に記載されたアミノ酸配列の一部に欠失、置換、
付加などがあってもよいアミノ酸配列を含むものであ
る。本発明遺伝子は、上記ラン藻細胞から通常公知の手
法を用いて製造することができる。
As shown in Examples described later, the gene of the present invention includes a gene encoding a Δ9-desaturase having substantially the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 4, and differs only in a degenerate codon. And degenerate isomers capable of encoding the same polypeptide.
The gene of the present invention has a specific form mainly as a DNA chain. In addition, "substantially the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4" refers to the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4 as long as it has Δ9-desaturase activity in addition to the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 4. Deletion, substitution in part of the amino acid sequence,
It includes an amino acid sequence which may be added or the like. The gene of the present invention can be produced from the above-mentioned cyanobacterial cells by a generally known method.

【0019】すなわち、ラン藻細胞を培養して集積し、
当該ラン藻細胞からエタノール沈澱法等の通常公知の手
法によりゲノムDNAを調製し、当該ゲノムDNAを基
にした遺伝子ライブラリーを調製し、当該ライブラリー
より所望の遺伝子を含むクローンを選抜し、これを増幅
することで製造することが可能である。ここで用いる遺
伝子ライブラリー作成用ベクターとしては、当該ベクタ
ーとして通常用いられるものを挙げることができる。具
体的には、λDASH II (Stratagene)等のファージ;pWE1
5 (Stratagene)等のコスミド;pBluescript II(Stratag
ene)等のファージミド等を挙げることができる。上記ベ
クターへの具体的な遺伝子導入方法は、それぞれのベク
ターに応じた通常公知の方法を用いることができる。
Specifically, cyanobacterial cells are cultured and accumulated,
Genomic DNA is prepared from the cyanobacterial cells by a commonly known method such as ethanol precipitation, a gene library based on the genomic DNA is prepared, and a clone containing a desired gene is selected from the library. It is possible to manufacture by amplifying. Examples of the gene library producing vector used here include those usually used as the vector. Specifically, phages such as λDASH II (Stratagene); pWE1
5 (Stratagene) and other cosmids; pBluescript II (Stratag
ene) and the like. As a specific method for introducing a gene into the above vector, a commonly known method depending on each vector can be used.

【0020】このようにして調製した遺伝子ライブラリ
ーから本発明遺伝子が導入されたクローンを選抜する。
当該選抜方法としては通常公知の選抜方法、例えば抗体
によるプラークハイブリダイゼーション法若しくはコロ
ニーハイブリダイゼーション法等の免疫学的方法又はヌ
クレオチドプローブによるプラークハイブリダイゼーシ
ョン法若しくはコロニーハイブリダイゼーション法等を
用いることができる。なお、上記ヌクレオチドプローブ
の選択基準として、本発明遺伝子に類似すると推測され
る塩基配列の一部(例えば、第1図のMSCD2のアミノ酸
配列番号260から295の一部を塩基配列に読みかえたも
の)をプローブとして用いるのが好ましい。
From the gene library thus prepared, clones into which the gene of the present invention has been introduced are selected.
As the selection method, a commonly known selection method, for example, an immunological method such as a plaque hybridization method or a colony hybridization method using an antibody, or a plaque hybridization method or a colony hybridization method using a nucleotide probe can be used. As a selection criterion for the above nucleotide probe, a part of the nucleotide sequence that is presumed to be similar to the gene of the present invention (for example, a part of amino acid sequence numbers 260 to 295 of MSCD2 in FIG. 1 is read as the nucleotide sequence). Is preferably used as a probe.

【0021】このようにして選抜したクローンにおける
本発明遺伝子の塩基配列の決定及び確認は、通常公知の
方法を用いて行うことができる。例えば、マキサム−ギ
ルバート法(Maxam-Gilbert,Methods Enzymol.,65:499,
1980)やM13 ファージを用いるジデオキシヌクレオチド
鎖終結法(Messing,J. et al.,Gene,19:269,1982)等によ
り行うことができる。なお、Δ9位不飽和化酵素が実際
に発現しているか否かの確認は例えば、和田らの方法
(J.Bacteriol.,175:6056,1993)に従って行うことがで
きる。
The determination and confirmation of the nucleotide sequence of the gene of the present invention in the clone thus selected can be carried out by a generally known method. For example, Maxam-Gilbert, Methods Enzymol., 65: 499,
1980) or the dideoxynucleotide chain termination method using M13 phage (Messing, J. et al., Gene, 19: 269, 1982). Whether or not the Δ9-desaturase is actually expressed can be confirmed, for example, according to the method of Wada et al. (J. Bacteriol., 175: 6056, 1993).

【0022】上記のようにして塩基配列が決定された本
発明遺伝子は、通常公知の手段、例えばホスファイト法
を用いた市販のDNAシンセサイザーで合成することも
可能である。本発明遺伝子又は本発明遺伝子の一部を含
みΔ9位不飽和化活性を有するポリペプチドをコードす
るポリヌクレオチドを上記クローンから分離し、これを
植物体への遺伝子導入用ベクターに組み込み、このベク
ターを植物細胞へ導入し、Δ9位不飽和化酵素を植物体
中で発現させることにより、所望の植物に低温耐性を付
与することができる。なお、上記の遺伝子導入が可能な
植物の種類には特に制限はない。
The gene of the present invention whose nucleotide sequence has been determined as described above can also be synthesized by a commonly known means, for example, a commercially available DNA synthesizer using the phosphite method. A polynucleotide encoding the polypeptide of the present invention or a part of the gene of the present invention and having Δ9-desaturation activity is isolated from the above clone, and this is integrated into a vector for gene transfer into a plant. By introducing into a plant cell and expressing the Δ9-desaturase in a plant, low temperature tolerance can be imparted to a desired plant. There are no particular restrictions on the types of plants into which the above-mentioned genes can be introduced.

【0023】ここでいう遺伝子導入用ベクターは、Δ9
位不飽和化酵素遺伝子が植物体中で安定に発現しうるよ
うに構成されることが必要である。具体的には、プロモ
ーター、翻訳調節領域をコードするDNA鎖、葉緑体へ
の転移ペプチドをコードするDNA鎖、本発明遺伝子又
は本発明遺伝子の一部を含みΔ9位不飽和化活性を有す
るポリペプチドをコードするポリヌクレオチド、翻訳終
止コドンをコードするDNA鎖及びターミネーターが適
切な位置関係で組み込まれていることが必要である。な
お、本発明遺伝子以外の遺伝子導入用ベクターの構成要
素としては通常公知のものを用いることができる。上記
葉緑体への転移ペプチドをコードするDNA鎖として
は、例えばエンドウのリブロース−1,5−二リン酸カ
ルボキシラーゼの小サブユニット遺伝子を当該転移ペプ
チドをコードするDNA鎖として好適に用いることがで
きる。プロモーターとしては、例えばカリフラワーモザ
イクウイルスの35Sプロモーターを、またターミネータ
ーとしては、例えばノパリン合成酵素のターミネーター
を用いることができる。
The gene transfer vector referred to here is Δ9
It is necessary that the desaturase gene is constructed so that it can be stably expressed in plants. Specifically, a promoter, a DNA chain encoding a translational regulatory region, a DNA chain encoding a chloroplast transfer peptide, a gene of the present invention or a part of the gene of the present invention and having a Δ9 position desaturation activity are included. It is necessary that the polynucleotide encoding the peptide, the DNA chain encoding the translation stop codon, and the terminator be incorporated in an appropriate positional relationship. As the constituent elements of the gene transfer vector other than the gene of the present invention, known ones can be used. As the DNA chain encoding the transfer peptide to chloroplast, for example, the small subunit gene of pea ribulose-1,5-diphosphate carboxylase can be preferably used as the DNA chain encoding the transfer peptide. . As the promoter, for example, the cauliflower mosaic virus 35S promoter can be used, and as the terminator, for example, the nopaline synthase terminator can be used.

【0024】植物細胞への遺伝子導入方法としては、通
常公知の方法、例えば「“Plant genetic transformati
on and gene expression; a laboratory manual",Drape
r,J.et al.eds.,Blackwell Scientific Publications,1
988」記載の方法を用いて行うことができる。その例と
しては、生物的方法であるウィルスを用いる方法、アグ
ロバクテリウムを用いる方法など、物理・化学的方法で
あるエレクトロポレーション法、ポリエチレングリコー
ル法、マイクロインジェクションなどが挙げられる。こ
れらのうち、タバコを初めとする双子葉植物に対して
は、安定な形質転換を確実に行える点から、アグロバク
テリウムを用いる方法が好ましい。アグロバクテリウム
を用いる方法には、野生型腫瘍プラスミドを用いる中間
ベクター法(Nature, 287 (1980), p.654; Cell, 32 (19
83) p.1033; EMBO J., 3 (1984) P.1525) 、T−DNA
上の腫瘍形成遺伝子領域を欠損させたベクターを利用す
る中間ベクター法(EMBO J., 2 (1983) P.2143; Bio/Tec
hnology, 3 (1985) p.629)、バイナリーベクター法(Bio
/Technology, 1 (1983) p.262; Nature, 303 (1983)p.1
79; Nucl. Acids Res., 12 (1984) p.8711)などがあ
り、これらのいずれの方法を用いてもよい。アグロバク
テリウムを植物に感染させる方法としては、培養細胞へ
の直接接種法、プロトプラスト共存培養法、リーフディ
スク法等が挙げられるが、直接かつ容易に多数の形質転
換植物体を作成することができるという点から、リーフ
ディスク法を使用することが好ましい。
As a method for introducing a gene into a plant cell, a generally known method such as "" Plant genetic transformati
on and gene expression; a laboratory manual ", Drape
r, J. et al. eds., Blackwell Scientific Publications, 1
988 ”. Examples thereof include a biological method using a virus, a method using Agrobacterium, a physical / chemical method such as electroporation, a polyethylene glycol method, and microinjection. Of these, the method using Agrobacterium is preferable for dicotyledons such as tobacco, because stable transformation can be surely performed. For the method using Agrobacterium, an intermediate vector method using a wild-type tumor plasmid (Nature, 287 (1980), p. 654; Cell, 32 (19
83) p. 1033; EMBO J., 3 (1984) P. 1525), T-DNA.
Intermediate vector method using a vector lacking the above tumorigenic gene region (EMBO J., 2 (1983) P. 2143; Bio / Tec
hnology, 3 (1985) p.629), binary vector method (Bio
/ Technology, 1 (1983) p.262; Nature, 303 (1983) p.1
79; Nucl. Acids Res., 12 (1984) p.8711), and any of these methods may be used. Examples of methods for infecting plants with Agrobacterium include direct inoculation method to cultured cells, protoplast co-culture method, leaf disk method, etc., but many transformed plants can be directly and easily prepared. From this point of view, it is preferable to use the leaf disk method.

【0025】さらに、植物体を再分化させるには、MS-
HF培地等の公知の培地に選択用の抗生物質や植物生長ホ
ルモン等を添加した培地で培養すればよい。発根した幼
植物体を土壌に移植して栽培すれば、完全な植物体にま
で成長させることができる。完全な植物体にまで成長さ
せた形質転換植物が低温耐性を有しているか否かについ
ては、以下のようにして検討することができる。低温傷
害を受けない温度(例えば25℃)で検定植物を栽培し
た後、一時的に(例えば一週間)低温下(例えば4℃)
で栽培し、植物への傷害、例えば葉のクロロシスや稔性
の低下を測定すること、あるいは、低温下での生長量を
対照植物と比較することにより検討できる。
Further, in order to regenerate the plant body, MS-
Culture may be performed in a known medium such as HF medium in which a selective antibiotic, plant growth hormone or the like is added. If rooted seedlings are transplanted to soil and cultivated, they can be grown to complete plants. Whether or not the transformed plant grown to a complete plant has low temperature tolerance can be examined as follows. After cultivating the test plant at a temperature that does not suffer low temperature injury (for example, 25 ° C), temporarily (for example, for one week) under low temperature (for example, 4 ° C)
It can be examined by cultivating the plant in a plant and measuring damage to the plant, for example, chlorosis of leaves and reduction of fertility, or by comparing the amount of growth at low temperature with a control plant.

【0026】[0026]

【実施例】以下実施例をあげて本発明を詳細に説明する
が、本発明はこれらの実施例によって限定されるもので
はない。 〔実施例1〕Anabaena variabilisのΔ12位不飽和化酵
素遺伝子(desA)の上流に隣接してあるオープンリーデ
ィングフレームのDNA断片のクローニング Anabaena variabilis IAM M−3(東京大学分子細
胞生物学研究所より分譲)を、約100mlのBG−11培地
(“Plant Molecular Biology",Shaw,C.H.ed.,p.279,IR
L PRESS,1988)で培養した。25℃、1,000luxの蛍光灯下
で毎分120回振とうし、充分菌を生育させた。培養液を
室温で5,000で10分間遠心分離することにより菌体を
沈殿物として回収した。
The present invention will be described in detail below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. [Example 1] Cloning of an open reading frame DNA fragment adjacent to the upstream of the Δ12 desaturase gene (desA) of Anabaena variabilis Anabaena variabilis IAM M-3 (sold by the Institute of Molecular and Cellular Biology, University of Tokyo) ) To about 100 ml of BG-11 medium ("Plant Molecular Biology", Shaw, CHed., P.279, IR).
L PRESS, 1988). The cells were shaken 120 minutes per minute under a fluorescent lamp of 1,000 lux at 25 ° C. to grow the bacteria sufficiently. The cells were collected as a precipitate by centrifuging the culture at room temperature at 5,000 g for 10 minutes.

【0027】ゲノムDNAを調製するため、菌体を50ml
のA液(50mM Tris-HCl,1mM EDTA,pH8.0)に懸濁して洗
浄し、遠心分離することにより菌体を沈殿物として回収
した。次に、15mlのB液(50mM Tris-HCl,20mM EDTA,50
mM NaCl,0.25 M sucrose,pH8.0)に懸濁し、B液で溶解
した40mgのリゾチーム(Sigma)を加え37℃で1時間振
とうした。次にプロテナーゼKを15mgとSDSを終濃度
で1%になるように加え37℃で1晩振とうした。その
後、NaClO4を終濃度で1Mになるように加え、さらに20
mlのクロロホルム/イソアミルアルコール(24:1)を加
えて10分間振とうした後、遠心分離により水層を回収し
た。クロロホルム/イソアミルアルコール(24: 1)によ
り再抽出した後、水層に50mlのエタノールを加え、ゲノ
ムDNA調製物をガラス棒に巻き付けて回収した。この
DNA調製物を20mlのA液に溶かし、NaClを終濃度で0.
1Mにし、さらにRNaseを終濃度で50mg/mlになるように加
え、37℃で1時間インキュベートした。次に、A液で飽
和した等量のフェノールで2回抽出した後、水層中のゲ
ノムDNAをエタノールを加えることにより沈殿物とし
て回収し、70%エタノールで洗浄後、1mlのA液に溶か
しAnabaena variabilis のゲノムDNA溶液とした。
To prepare genomic DNA, 50 ml of bacterial cells
The solution was suspended in A solution (50 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, pH 8.0), washed, and centrifuged to collect the bacterial cells as a precipitate. Next, 15 ml of solution B (50 mM Tris-HCl, 20 mM EDTA, 50
The cells were suspended in mM NaCl, 0.25 M sucrose, pH 8.0), 40 mg of lysozyme (Sigma) dissolved in solution B was added, and the mixture was shaken at 37 ° C for 1 hour. Next, 15 mg of proteinase K and SDS were added so that the final concentration was 1%, and the mixture was shaken overnight at 37 ° C. Then add NaClO4 to a final concentration of 1M, and add 20 more
After adding ml of chloroform / isoamyl alcohol (24: 1) and shaking for 10 minutes, the aqueous layer was recovered by centrifugation. After re-extraction with chloroform / isoamyl alcohol (24: 1), 50 ml of ethanol was added to the aqueous layer and the genomic DNA preparation was wound on a glass rod and collected. This DNA preparation was dissolved in 20 ml of solution A, and NaCl was added to a final concentration of 0.
The concentration was adjusted to 1 M, RNase was further added so that the final concentration was 50 mg / ml, and the mixture was incubated at 37 ° C for 1 hour. Next, after extracting twice with an equal amount of phenol saturated with solution A, the genomic DNA in the aqueous layer was recovered as a precipitate by adding ethanol, washed with 70% ethanol, and dissolved in 1 ml of solution A. It was used as a genomic DNA solution of Anabaena variabilis.

【0028】坂本らはAnabaena variabilis 由来の膜脂
質に結合した脂肪酸のΔ12位不飽和化酵素遺伝子のクロ
ーニングについて発表(1993年日本植物生理学会年会、
講演要旨集、No.3aF04)した際、Δ12位不飽和化酵素遺
伝子の上流に隣接してオープンリーディングフレーム
(ORF)が存在し、これが不飽和化酵素と何らかの関
係を有する可能性を報告したが、その機能は同定されて
いなかった。本発明者らはそのORFおよび機能に関心
をもち、そのORFのDNA鎖中の3箇所の塩基配列に
着目して、4本のプライマー(配列番号5〜配列番号
8)を合成し、Anabaena variabilisのゲノムDNAを
鋳型としてPCRを行なった。
Sakamoto et al. Announced the cloning of Δ12 desaturase gene of fatty acid bound to membrane lipid derived from Anabaena variabilis (1993 Annual Meeting of the Plant Physiology Society of Japan,
Abstracts, No.3aF04), there was an open reading frame (ORF) adjacent to the upstream of the Δ12 desaturase gene, which may have some relation with the desaturase. , Its function has not been identified. The present inventors are interested in the ORF and the function, paying attention to the nucleotide sequences at three positions in the DNA chain of the ORF, and synthesizing four primers (SEQ ID NO: 5 to SEQ ID NO: 8), Anabaena variabilis PCR was carried out using the genomic DNA of E. coli as a template.

【0029】上記4本のプライマーのうち、配列番号5
と6に示された塩基配列を有するプライマーがセンス
鎖、配列番号7と8に示された塩基配列を有するプライ
マーがアンチセンス鎖をコードし、配列番号6と7に示
された塩基配列は同一のアミノ酸配列に由来している。
センス鎖およびアンチセンス鎖からそれぞれ任意に1種
類ずつのプライマーを選び、計4種類のプライマーの組
み合わせでPCRを行なった。反応は、100μlの反応液
中にプライマーを各20μM、Anabaena variabilisのゲノ
ムDNAを1μg入れ、GeneAmp PCR Kit(宝酒造)を用
いて行なった。反応の温度制御は、95℃(1分)、45℃
(1分)、72℃(2分)を1サイクルとして35サイクル
行なった。但し、1サイクル目の95℃は3分間とした。
反応終了後、反応液10μlを2%アガロースゲルで電気
泳動して合成されたDNAを分離し分析した。その結
果、配列番号6と8に示された塩基配列を有するプライ
マーの組み合わせで合成されたDNA中に、予想される
大きさ(約190bp)のDNA断片が主要なバンドとして
検出された。このDNA(以下、des 9 var という) 断
片の両末端をKlenowフラグメントで平滑化した後、プラ
スミドpTZ18R(Pharmacia)のSmaI部位にクローニング
し、蛍光DNAシーケンサー(Applied Biosystems)を
用いて塩基配列を決定した。得られた塩基配列を配列番
号1に示す。この塩基配列から推定されるアミノ酸配列
(配列番号2)は、マウスのステアロイル-CoA不飽和化
酵素と有意な相同性を示した〔図1:des 9 var 断片が
コードするアミノ酸配列とマウスのステアロイル−Co
A不飽和化酵素(MSCD2)のアミノ酸配列の比較を
示す〕。
Among the above four primers, SEQ ID NO: 5
The primers having the nucleotide sequences shown in 6 and 6 encode the sense strand, and the primers having the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOS: 7 and 8 encode the antisense strand, and the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOS: 6 and 7 are the same. It is derived from the amino acid sequence of.
One kind of primer was arbitrarily selected from each of the sense strand and the antisense strand, and PCR was performed with a combination of a total of four kinds of primers. The reaction was carried out by using GeneAmp PCR Kit (Takara Shuzo) in which 20 μM of each primer and 1 μg of genomic DNA of Anabaena variabilis were put in 100 μl of reaction solution. The temperature control of the reaction is 95 ℃ (1 minute), 45 ℃
(1 minute) and 72 ° C. (2 minutes) were set as one cycle, and 35 cycles were performed. However, 95 ° C in the first cycle was 3 minutes.
After the reaction was completed, 10 μl of the reaction solution was electrophoresed on a 2% agarose gel to separate and analyze the synthesized DNA. As a result, a DNA fragment of the expected size (about 190 bp) was detected as a major band in the DNA synthesized with the combination of primers having the nucleotide sequences shown in SEQ ID NOs: 6 and 8. After blunting both ends of this DNA (hereinafter, des 9 var) fragment with Klenow fragment, it was cloned into the SmaI site of plasmid pTZ18R (Pharmacia), and the nucleotide sequence was determined using a fluorescent DNA sequencer (Applied Biosystems). . The obtained nucleotide sequence is shown in SEQ ID NO: 1. The amino acid sequence deduced from this nucleotide sequence (SEQ ID NO: 2) showed significant homology with mouse stearoyl-CoA desaturase [Fig. 1: amino acid sequence encoded by des 9 var fragment and mouse stearoyl]. -Co
A comparison of the amino acid sequences of A desaturase (MSCD2) is shown].

【0030】次に、des 9 var 断片をプローブとして、
Anacystis nidulansのゲノムDNAをサザン分析した。
制限酵素XhoI,PstIおよびBamHIの各々を単独で用い
て約0.1μg のAnacystis nidulansのゲノムDNAを切
断し、0.8%アガロースゲル電気泳動でDNA断片を分
離後、ナイロンメンブレン(Hybond-N+; Amersham)に
ブロッティングした。プローブDNAはMultiprime DNA
labelling Kit(Amersham)を用いて〔α−32P〕dC
TPで標識した。6×SSPE[1×SSPEは10mMリン酸緩衝
液(pH7.0),1mM EDTA,0.15M NaCl],0.2%SDSおよ
び100μg/mlニシン精子DNAから成る液中で55℃、16
時間インキュベーションしてプローブDNAとメンブレ
ンを反応させた。その後、メンブレンを2×SSC 〔1×
SSCは0.15M NaCl,15mMクエン酸ナトリウム〕中で室温、
15分を2回、次いで0.1×SSC中で40℃、15分を2回振と
うして洗い、オートラジオグラフィーを行なった。その
結果、いずれの制限酵素で切断した場合も1本のDNA
断片のみが検出された(図2:図中、NonはゲノムD
NAを制限酵素で切断していないことを示す)。
Next, using the des 9 var fragment as a probe,
Southern analysis was performed on the genomic DNA of Anacystis nidulans.
Cleavage of about 0.1 μg Anacystis nidulans genomic DNA using each of the restriction enzymes XhoI, PstI and BamHI alone, and separation of DNA fragments by 0.8% agarose gel electrophoresis, followed by nylon membrane (Hybond-N +; Amersham) Blotted. Probe DNA is Multiprime DNA
Labeling Kit (Amersham) [α-32P] dC
Labeled with TP. 6 × SSPE [1 × SSPE is 10 mM phosphate buffer (pH 7.0), 1 mM EDTA, 0.15 M NaCl], 0.2% SDS and 100 μg / ml herring sperm DNA at 55 ° C., 16
The probe DNA was allowed to react with the membrane by incubation for a period of time. After that, put the membrane on 2 x SSC [1 x
SSC is 0.15 M NaCl, 15 mM sodium citrate] at room temperature,
Autoradiography was performed by shaking twice for 15 minutes and then shaking in 0.1 × SSC at 40 ° C. for 15 minutes twice. As a result, one DNA fragment was digested with any restriction enzyme.
Only the fragment was detected (Fig. 2: Non is Genome D in the figure)
It shows that NA is not cleaved with a restriction enzyme).

【0031】〔実施例2〕des 9 var 断片と相同性の高
いAnacystis nidulansゲノム中のDNA鎖のクローニン
グ Anacystis nidulans R2-SPc (東京大学分子細胞生物学
研究所より分譲)の培養およびゲノムDNAの調製は、
Anabaena variabilis の場合と同様に行なった。約100
μgのゲノムDNAをSau3AIで部分消化した後、Molecul
ar Cloning 2ndedition,pp.2.85-2.87(Sambrook,J.et a
l.eds.,Cold Spring Harbor Laboratory,1989)の方法
に従って、ショ糖密度勾配下での超遠心分離により約9
から23kbpのDNA断片を回収した。これをBamHIとHin
dIIIで切断したラムダファージベクターλDASH II(Stra
tagene)にクローニングした後、ファージ粒子にパッケ
ージングしAnacystis nidulansのゲノムDNAライブラ
リーを得た。このファージライブラリーを大腸菌P2392
に感染させ、NZYM培地を入れた直径約15cmのシャー
レにまいて総数約10万個のプラークを形成させた後、ナ
イロンメンブレン(Hybond-N+; Amersham)にブロッテ
ィングした。上記のサザン分析と同様に、〔α−32P〕
dCTPで標識したdes 9 var 断片をこのメンブレンと
反応させ、オートラジオグラフィーによって検出した陽
性ファージを再度同様にスクリーニングすることによ
り、シグナル強度の異なる約30個のファージクローンを
得た。この中から任意に12クローンを選び、常法に従っ
てファージDNAを得た。得られたファージDNAを数
種類の制限酵素で切断し、0.8%アガロースゲル電気泳
動で分離後、ナイロンメンブレンにブロッティングし
た。このメンブレンを上記のスクリーニングと同じ条件
でサザン分析し、プローブDNAとハイブリダイズする
DNA断片の長さとそのシグナル強度を比較した。その
結果、λ5とλ15の2クローンが最も強いシグナルを示
し、またインサートDNA断片の長さもそれぞれ11およ
び15kbpであったため目的のORF全体を含むのに十分
と判断し、この2クローンのインサートDNAにつき更
に幾つかの制限酵素で切断してサザン分析を行なった。
その結果XhoIで切断しハイブリダイズすると、2クロー
ンとも約5kbpのDNA断片が検出されたので、これをp
Bluescript SK-(Stratagene)のXhoIサイトにサブクロ
ーニングし、λ5とλ15由来のDNA断片をそれぞれ含
むプラスミドp5Xとp15Xを得た。p5Xとp15Xの
詳細な制限酵素地図を作り比較したところ、ともに同一
のゲノムDNA断片を含むと判断された〔図3:λ5、
λ15およびp15XのインサートDNA断片の相互関係を
示す。網かけした長方形はスクリーニングの過程でプロ
ーブのdes 9 var 断片がハイブリダイズしたDNA断片
を示す。太い矢印はdes 9 nid(後述)の領域とセンス
鎖の方向を示す。細い矢印はdes 9 nid を含む領域のシ
ーケンスの方向を示す。5,1.25および0.5kbpの各バーは
左の各図におけるサイズマーカーを示す。制限酵素の略
号は、B,BamHI;H,HindIII;N,NotI;Hp,HpaI;RI,EcoRI;R
V,EcoRV;S,SalI;P,PstI;X,XhoIを示す〕。
[Example 2] Cloning of DNA chain in Anacystis nidulans genome highly homologous to des 9 var fragment Anacystis nidulans R2-SPc (contributed by Institute of Molecular and Cellular Biology, University of Tokyo) culture and preparation of genomic DNA Is
The procedure was the same as for Anabaena variabilis. About 100
After partial digestion of μg of genomic DNA with Sau3AI, Molecul
ar Cloning 2nd edition, pp.2.85-2.87 (Sambrook, J.et a
l.eds., Cold Spring Harbor Laboratory, 1989), by ultracentrifugation under a sucrose density gradient to about 9
A 23 kbp DNA fragment was recovered from BamHI and Hin
Lambda phage vector λDASH II (Stra
After cloning into a tagene), it was packaged in a phage particle to obtain a genomic DNA library of Anacystis nidulans. This phage library was used for Escherichia coli P2392.
The plaques of about 100,000 in total were formed on a petri dish of about 15 cm in diameter containing NZYM medium, and then blotted on a nylon membrane (Hybond-N +; Amersham). Similar to the Southern analysis above, [α- 32 P]
The des 9 var fragment labeled with dCTP was reacted with this membrane, and positive phages detected by autoradiography were screened again in the same manner to obtain about 30 phage clones having different signal intensities. Twelve clones were arbitrarily selected from this and phage DNA was obtained according to a conventional method. The obtained phage DNA was cleaved with several kinds of restriction enzymes, separated by 0.8% agarose gel electrophoresis, and then blotted on a nylon membrane. This membrane was subjected to Southern analysis under the same conditions as in the above screening, and the length of the DNA fragment hybridizing with the probe DNA and its signal intensity were compared. As a result, the two clones of λ5 and λ15 showed the strongest signal, and the lengths of the insert DNA fragments were 11 and 15 kbp, respectively, so it was judged that the clones were sufficient to contain the entire ORF of interest. Furthermore, Southern analysis was performed by cutting with several restriction enzymes.
As a result, when cleaved with XhoI and hybridized, a DNA fragment of about 5 kbp was detected in both clones.
By subcloning into the XhoI site of Bluescript SK- (Stratagene), plasmids p5X and p15X containing DNA fragments derived from λ5 and λ15 were obtained. When a detailed restriction map of p5X and p15X was created and compared, both were judged to contain the same genomic DNA fragment [Fig. 3: λ5,
The interrelation between the insert DNA fragments of λ15 and p15X is shown. The shaded rectangle represents a DNA fragment hybridized with the des 9 var fragment of the probe during the screening process. Thick arrows indicate the direction of the sense strand and the region of des 9 nid (described later). A thin arrow indicates the direction of the sequence of the region containing des 9 nid. The 5,1.25 and 0.5 kbp bars indicate size markers in each figure on the left. Abbreviations for restriction enzymes are B, BamHI; H, HindIII; N, NotI; Hp, HpaI; RI, EcoRI; R
V, EcoRV; S, SalI; P, PstI; X, XhoI].

【0032】そこで、制限酵素あるいはExoIIIによるデ
ィリーションプラスミドをp15Xより作成し、des 9 va
r 断片がハイブリダイズする領域を含む約2kbpのDN
A断片の塩基配列を蛍光DNAシーケンサーを用いて決
定した(図3)。その結果そのDNA断片中には834bp
からなるORF(des 9 nid)が存在し(配列番号
3)、278残基のアミノ酸がコードされていると推定さ
れた(配列番号4)。先にクローニングしたAnabaena v
ariabilis 由来のdes 9 var 断片がコードしているアミ
ノ酸配列(配列番号2)との相同性は約80%であった。
さらに、核酸およびアミノ酸配列の解析ソフト(GEN
ETYX;ソフトウエア開発)と核酸およびアミノ酸配
列のデータベース(EMBLおよびDDBJ)を用いて
相同性の高いアミノ酸配列の検索を行なったところ、マ
ウスのステアロイル−CoA不飽和化酵素との相同性が
全体では約30%であるが局所的に非常に高いこと〔図
4:des9 nidとマウスのステアロイル−CoA不飽和化
酵素(MSCD2)のアミノ酸配列の比較〕から、取得
したdes 9 nidは脂肪酸を不飽和化する酵素をコードす
ることが強く示唆された。
Therefore, a deletion plasmid with a restriction enzyme or ExoIII was prepared from p15X and des 9 va
Approximately 2 kbp DN containing the region to which the r fragment hybridizes
The base sequence of the A fragment was determined using a fluorescent DNA sequencer (Fig. 3). As a result, the DNA fragment contained 834 bp.
Was present (SEQ ID NO: 3), and the amino acid of 278 residues was deduced to be encoded (SEQ ID NO: 4). Anabaena v cloned earlier
The homology with the amino acid sequence (SEQ ID NO: 2) encoded by the des 9 var fragment derived from ariabilis was about 80%.
Furthermore, analysis software for nucleic acid and amino acid sequences (GEN
ETYX; software development) and a database of nucleic acid and amino acid sequences (EMBL and DDBJ) were used to search for highly homologous amino acid sequences. As a result, the overall homology with the mouse stearoyl-CoA desaturase was found. It was about 30%, but it was extremely high locally [Fig. 4: Comparison of des9 nid and amino acid sequence of mouse stearoyl-CoA desaturase (MSCD2)]. It was strongly suggested that it encodes an oxidative enzyme.

【0033】〔実施例3〕 des9nid遺伝子の大腸菌で
の発現による活性測定 Anacystis nidulansは不飽和化酵素として脂質に結合し
た飽和脂肪酸の9位を不飽和化するΔ9位不飽和化酵素
活性しか持たない(Bishop,D.G.et al., PlantCell Phy
siol., 27:1593,1986)ため、des9nidがコードするポ
リペプチドを大腸菌で発現させ活性測定することを試み
た。p15Xから直接発現させることは困難なので、大腸菌
での発現用のベクターを作成した。即ち、ベクターとし
てpET3a(Novagen)用い、そのNdeIとBamHIの間にdes9ni
dをアミノ末端に余計なアミノ酸を付けない用にしてク
ローニングすることを以下のようにして行なった。des
9nidのコードするタンパクのC末端側直後にBamHIサイ
トを入れるために、C末端を鋏む2箇所の塩基配列を使
ってPCR反応を行なった。即ち、 センスプライマー;5'-ACGTCATGGCCTGCAGT(下線はPstI
サイト)(配列番号9) アンチセンスプライマー;5'-CGCGGATCCT TAGTTGTTTGGAG
ACG(1重線はBamHIサイト、2重線はストップコドン)
(配列番号10)
Example 3 Activity Measurement by Expression of des9nid Gene in Escherichia coli Anacystis nidulans has only Δ9-desaturase activity as desaturase which desaturates the 9-position of saturated fatty acid bound to lipid. (Bishop, DGet al., PlantCell Phy
siol., 27: 1593, 1986), an attempt was made to express the polypeptide encoded by des9nid in E. coli and measure its activity. Since it is difficult to express directly from p15X, a vector for expression in E. coli was prepared. That is, pET3a (Novagen) was used as a vector, and des9ni was inserted between the NdeI and BamHI.
Cloning of d was carried out as follows without adding an extra amino acid to the amino terminus. des
In order to insert a BamHI site immediately after the C-terminal side of the 9nid-encoded protein, a PCR reaction was carried out using two base sequences scissoring the C-terminal. That is, sense primer; 5'-ACGTCATGGC CTGCAG T (underlined is PstI
Site) (SEQ ID NO: 9) antisense primer; 5'-CGC GGATCCT TA GTTGTTTGGAG
ACG (single line is BamHI site, double line is stop codon)
(SEQ ID NO: 10)

【0034】p15Xを鋳型として上記の2つのプライマー
を用いてPCR反応を行なうと約140bpの産物が得
られ、これをpUC19のSmaI部位にサブクローニングして
塩基配列に間違いのないことを確認した。この結果得ら
れたプラスミドのBamHIの下流にはEcoRI部位が生じた。
これをEcoRIとPstIで順に切断し、一方、p15Xも同じ制
限酵素で切断することにより、ストップコドンの直後に
BamHI部位を導入した。このプラスミドをSalIで切断し
た後、4種のdNTP存在下でDNAポリメラーゼKlenow断片
を用いてFilll in反応を行ない、引き続きHindIIIで切
断した。これに、以下の2種の合成DNAから成るアダプ
ターを導入する事によりアミノ末端側にNdeI部位を導入
した。即ち、 5'-CATATGACCCTTGCTATCCGACCCA(下線はNdeI)(配列番
号11)及び 5'-AGCTTGGGTCGGATAGCAAGGGTC ATATG(1重線はNdeIサイ
ト、2重線はHindIIIの一部)(配列番号12) を等モル量混合しアダプターとした。以上のようにして
出来たプラスミド(pDes9Nde)を、常法(Molecular cl
oning pp.250-251; 1982)に従って調整した大腸菌株BL
21(DE3) (Novagen)のコンピテントセルに導入し、アン
ピシリン耐性による選別により形質転換株BLDES1
を得た。
A PCR reaction was carried out using p15X as a template and the above two primers to obtain a product of about 140 bp, which was subcloned into the SmaI site of pUC19 to confirm that the nucleotide sequence was correct. An EcoRI site was created downstream of BamHI in the resulting plasmid.
This is cut with EcoRI and PstI in turn, and p15X is also cut with the same restriction enzyme.
BamHI site was introduced. This plasmid was cleaved with SalI, and then a Fillin reaction was carried out using the DNA polymerase Klenow fragment in the presence of four kinds of dNTPs, followed by a HindIII digestion. An NdeI site was introduced at the amino terminal side by introducing an adapter consisting of the following two types of synthetic DNA into this. That, 5'- CATATG ACCCTTGCTATCCGACCCA (underlined NdeI) (SEQ ID NO: 11) and 5'- AGCTT GGGTCGGATAGCAAGGGT C ATATG (1 double lines NdeI site, double line some HindIII) (SEQ ID NO: 12) an equimolar The amounts were mixed and used as an adapter. The plasmid (pDes9Nde) prepared as described above was used in a conventional method (Molecular cl
oning pp.250-251; 1982) E. coli strain BL
21 (DE3) (Novagen) was introduced into competent cells, and the transformant BLDES1 was selected by selection with ampicillin resistance.
Got

【0035】BLDES1及びpET3aのみを有するBL21
株(BL1)を100mlのM9培地(200μg/mlのアンピシリ
ン, 4 mg/ml グルコース、10μM FeCl3, 0.5μg/mlビ
タミンB1, 1 mg/mlカザミノ酸を含む)に接種し、37
℃で培養した。培養液の濁度が、波長600nmで0.5O.D.に
なるまで培養を続けた後、イソプロピルチオガラクトシ
ド(IPTG)を最終濃度1mMになるように加えた。更に1時
間培養し、Δ9位不飽和化酵素遺伝子の発現を誘導し
た。回収した大腸菌ペレットを1.2% NaCl で洗った後、
脂質を抽出した。脂質はBlighとDyerの方法(Can J. Bi
ochem. Physiol.,37: 911, 1959)に従って抽出し、2.5
mlの5%塩酸メタノールで完全密封化して85℃2時間
半反応させ脂肪酸をメチル化した。生じた脂肪酸メチル
エステルを2.5 mlのヘキサンで4回抽出し、窒素ガスで
溶媒を除去して濃縮した。脂肪酸メチルエステルの分析
には、ガスクロマトグラフィーを用いた。脂肪酸の同定
は標準脂肪酸メチルとの保持時間を比較して行なった。
定量にはクロマトパックC-R7A plus(島津製作所)を用
いた。結果を次の表1に示す。
BL21 with only BLDES1 and pET3a
The strain (BL1) was inoculated into 100 ml of M9 medium (containing 200 μg / ml ampicillin, 4 mg / ml glucose, 10 μM FeCl3, 0.5 μg / ml vitamin B1, 1 mg / ml casamino acid), and 37
Cultured at ° C. After continuing the culture until the turbidity of the culture reached 0.5 OD at a wavelength of 600 nm, isopropylthiogalactoside (IPTG) was added to a final concentration of 1 mM. After further culturing for 1 hour, the expression of the Δ9 position desaturase gene was induced. After washing the recovered E. coli pellet with 1.2% NaCl,
The lipid was extracted. For lipids, the method of Bligh and Dyer (Can J. Bi
ochem. Physiol., 37: 911, 1959) and extract 2.5
The mixture was completely sealed with 5 ml of 5% hydrochloric acid methanol and reacted at 85 ° C. for 2 hours and a half to methylate fatty acids. The resulting fatty acid methyl ester was extracted 4 times with 2.5 ml of hexane, the solvent was removed with nitrogen gas, and the mixture was concentrated. Gas chromatography was used for analysis of fatty acid methyl ester. The fatty acid was identified by comparing the retention time with standard fatty acid methyl.
Chromatopack C-R7A plus (Shimadzu) was used for quantification. The results are shown in Table 1 below.

【0036】[0036]

【表1】 [Table 1]

【0037】ここで時間はIPTGによるタンパクの誘導時
間を示す。BLDES1では16:1が増加しているこ
とが明らかである。即ち、本遺伝子は16:0への不飽
和化活性を有することが示された。また、これらの菌株
を0.1 mMのステアリン酸を含むM9培地で培養し、同様に
比較したところ、BL1株に比べBLDES1では1
6:1のみならず、18:1(9)も生成し、des 9 ni
d がコードするポリペプチドは16:0ばかりでなく1
8:0も基質として不飽和脂肪酸を作出することが示さ
れた。
Here, the time indicates the induction time of the protein by IPTG. It is clear that in BLDES1 there is an increase of 16: 1. That is, this gene was shown to have desaturation activity to 16: 0. Moreover, when these strains were cultured in M9 medium containing 0.1 mM stearic acid and compared in the same manner, it was 1 in BLDES1 as compared with BL1 strain.
Generates not only 6: 1 but also 18: 1 (9), des 9 ni
The polypeptide encoded by d is not only 16: 0 but also 1
It was shown that 8: 0 also produces unsaturated fatty acids as substrates.

【0038】〔実施例4〕 des9nid遺伝子のタバコ植
物体への導入 Anacystis nidulans由来のdes9nid遺伝子を次のように
してタバコに組み込んだ。 (1)植物発現用ベクタープラスミドの構築 pDes9NdeをSacIとSalIで切断する事により両酵素の切断
部位で挾まれたdes9nid遺伝子断片が得られる。一方、
エンドウのRuBisCO遺伝子を含むクローンpSNIP9(Schre
icherら、EMBO J. 4,25(1985))から葉緑体へのtransit
配列をHindIIIとSphIで切り出し、それと同一の制限酵
素で切断したpUC118にクローニングすることにより、tr
ansit配列の下流にマルチクローニングサイトを有する
プラスミド(pTRA3)を得た。このHindIIIサイトを切断
後Klenow酵素でFill inしXbaIリンカーをいれた(pTRA3
X)。このプラスミドpTRA3XをSal IとSac Iで切断し、
さきに同一の制限酵素で切断する事によって得たdes9n
id遺伝子断片を挿入した(pTRA3Xdes9)。このプラスミ
ドではRuBisCOのtransit配列に引き続き、それと同一の
読み枠でdes9nid遺伝子が翻訳される。これをSac IとX
ba Iで切断して次に述べる植物用のベクターに挿入す
る。植物発現型バイナリープラスミドpBI121(Clonetec
h)を制限酵素SacIとXbaIで切断して得たプラスミドpBI
(-GUS)はβ-Glucuronidase遺伝子(GUS遺伝子)を含ん
でおらず、これにカリフラワーモザイクウイルスの35S
プロモーターとノパリン合成酵素(NOS)ターミネータ
ーの間に前述した導入遺伝子を挿入することにより、植
物への導入用ベクター(pBI121(-GUS)Rbsc-des9)を得
た。
Example 4 Introduction of des9nid Gene into Tobacco Plants Anacystis nidulans-derived des9nid gene was incorporated into tobacco as follows. (1) Construction of plant expression vector plasmid By cutting pDes9Nde with SacI and SalI, a des9nid gene fragment flanked by the cleavage sites of both enzymes can be obtained. on the other hand,
The clone pSNIP9 (Schre
icher et al., EMBO J. 4,25 (1985)) to chloroplast transit
By excising the sequence with HindIII and SphI and cloning into pUC118 cut with the same restriction enzymes, tr
A plasmid (pTRA3) having a multicloning site downstream of the ansit sequence was obtained. After cutting this HindIII site, it was filled in with Klenow enzyme and XbaI linker was added (pTRA3
X). Cut this plasmid pTRA3X with Sal I and Sac I,
Des9n obtained by cutting with the same restriction enzyme
The id gene fragment was inserted (pTRA3Xdes9). In this plasmid, the des9nid gene is translated in the same reading frame as that of the RuBisCO transit sequence. This is Sac I and X
It is cut with ba I and inserted into the plant vector described below. Plant-expressing binary plasmid pBI121 (Clonetec
Plasmid pBI obtained by cleaving h) with the restriction enzymes SacI and XbaI.
(-GUS) does not contain the β-Glucuronidase gene (GUS gene), and the 35S cauliflower mosaic virus
By inserting the above-mentioned transgene between the promoter and the nopaline synthase (NOS) terminator, a vector for introduction into plants (pBI121 (-GUS) Rbsc-des9) was obtained.

【0039】(2)pBI121(-GUS)Rbsc-des9のアグロバ
クテリウムへの導入 Agrobacterium tumefaciens LBA4404 (Clonetech)を50m
lのYEB培地(1l当たりビーフエキス5g、酵母エキス1
g、ペプトン1g、ショ糖5g、2mM MgSO4(pH7.4))に接
種し、28℃で24時間培養後、培養液を3,000rpm、4℃、
20分の遠心で集菌した。菌体を 10mlの1 mM Hepes-KOH
(pH7.4)で3回洗った後、3 mlの10%グリセロールで1
回洗い、最終的に3mlの10%グリセロールに懸濁してD
NA導入用アグロバクテリウムとした。
(2) Introduction of pBI121 (-GUS) Rbsc-des9 into Agrobacterium Agrobacterium tumefaciens LBA4404 (Clonetech) 50 m
l YEB medium (5g beef extract, 1 yeast extract per l)
g, peptone 1 g, sucrose 5 g, 2 mM MgSO4 (pH 7.4)) and inoculated at 28 ° C for 24 hours, and then the culture solution was 3,000 rpm, 4 ° C,
The cells were collected by centrifugation for 20 minutes. 10 ml of 1 mM Hepes-KOH
After washing 3 times with (pH 7.4), add 1 ml of 3 ml of 10% glycerol.
Wash once and finally suspend in 3 ml of 10% glycerol D
The Agrobacterium for NA introduction was used.

【0040】このようにして得た菌液50μl及び前記の
プラスミドpBI121(-GUS)Rbsc-des91μgをキュベットに
入れ、エレクトロポレーション装置(Gene Pulser; Bio
Rad)を用いて 25μF、 2500V、 200Ωの条件で電気パ
ルスをかけ、プラスミドDNAをアグロバクテリウムに
導入した。この菌液をエッペンドルフチューブに移し、
800μlの SOC培地(1 l当たりトリプトン 20 g、酵母
エキス5 g、 NaCl 0.5g、2.5 mM KCl、10 mM MgSO4, 1
0 mM MgCl2, 20 mM グルコース、 pH7.0)を加え、28
℃で 1.5時間静置培養した。この培養液 50μlを、 100
ppmのカナマイシンを含む YEB寒天培地(寒天 1.2%)
上にまき、 28℃で2日間培養した。
50 μl of the bacterial solution thus obtained and 91 μg of the above-mentioned plasmid pBI121 (-GUS) Rbsc-des91 were put in a cuvette, and an electroporation apparatus (Gene Pulser; Bio) was used.
(Rad) was used to introduce an electric pulse under the conditions of 25 μF, 2500 V, and 200 Ω to introduce the plasmid DNA into Agrobacterium. Transfer this bacterial solution to an Eppendorf tube,
800 μl SOC medium (20 g tryptone / l, yeast extract 5 g, NaCl 0.5 g, 2.5 mM KCl, 10 mM MgSO4, 1 per liter)
Add 0 mM MgCl2, 20 mM glucose, pH 7.0) and add 28
Static culture was carried out at ℃ for 1.5 hours. Add 50 μl of this culture to 100
YEB agar with ppm kanamycin (agar 1.2%)
It was sprinkled on top and incubated at 28 ° C for 2 days.

【0041】得られたコロニー群からシングルコロニー
を選び、このコロニーからアルカリ法でプラスミドDN
Aを調整した。このプラスミドDNAを適当な制限酵素
で消化後、1%アガロースゲル電気泳動によりDNA断
片を分離し、32Pでラベルしたdes9nid遺伝子断片をプ
ローブとしたサザン分析により、プラスミドpBI121(-GU
S)Rbsc-des9を含んでいることを確認した。このAgrobac
terium tumefaciensをALBBSDESと呼ぶ。
A single colony is selected from the obtained colony group, and the plasmid DN is selected from this colony by the alkaline method.
A was adjusted. After digesting this plasmid DNA with an appropriate restriction enzyme, the DNA fragment was separated by 1% agarose gel electrophoresis and subjected to Southern analysis using the 32P-labeled des9nid gene fragment as a probe to obtain plasmid pBI121 (-GU
It was confirmed that (S) Rbsc-des9 was included. This Agrobac
Terbium tumefaciens is called ALBBSDES.

【0042】(3)タバコの形質転換 上記の菌株ALBBSDESを、50ppmのカナマイシンを含むLB
液体培地で28℃、2日振とう培養した。培養液1.5 mlを
10,000rpm、3分間遠心して集菌後、カナマイシンを除
くために1mlのLB培地で洗浄した。更に10,000rpm、3
分間遠心して集菌後、1.5 mlのLB培地に再懸濁し感染用
菌液とした。タバコへの感染に当たっては、若い葉を採
取し、0.5%次亜塩素酸ナトリウム水溶液に10分間浸せき
後、滅菌水で3回洗い、滅菌済みの濾紙上で水を拭って
感染用の葉とした。この葉を1片が1cm2 になるように
メスで無菌的に切断し、上記のアグロバクテリウムの菌
液上に葉の裏を上にして置き、2分間静かに振とうした
後、滅菌済みの濾紙上に葉を置いて過剰のアグロバクテ
リウムを除いた。シャーレ内のMS-B5培地(ベンジルア
デニン1.0 ppm、ナフタレン酢酸 0.1 ppm、及び寒天 0.
8 %を含む)( Murashige, T. and Skoog, F. Plant Ph
ysiol., 15: 473, (1962))上に、ワットマン No. 1濾
紙(φ 7.0 cm)を置き、この濾紙に裏を上にして葉を
置いた。シャーレをパラフィルムでシールし、 16時間
明、8時間暗の周期で 25℃、2日間培養した。ついで
クラフォラン 250 ppmを含む MS-B5培地上に移し、同様
に 10日間培養してアグロバクテリウムを除去した。更
にクラフォラン 250 ppm及びカナマイシン 100 ppmを含
む MS-B5培地上に置床し、同様に7日間培養した。この
間に葉片の周囲がカルス化し、シュート原基が生じた。
更に 10日間培養後、伸張したシュートをクラフォラン
250 ppm及びカナマイシン 100 ppmを含む MS-HF培地
(ベンジルアデニン及びナフタレン酢酸を含まない MS-
B5培地)に置床した。 10日間培養後、発根したシュー
トをカナマイシン耐性の形質転換体とし、プラントボッ
クス内のクラフォラン 250 ppmを含む MS-HF培地に移植
した。
(3) Tobacco transformation LB containing 50 ppm of kanamycin was prepared from the above strain ALBBSDES.
It was shake-cultured in a liquid medium at 28 ° C. for 2 days. 1.5 ml of culture solution
The cells were collected by centrifugation at 10,000 rpm for 3 minutes and washed with 1 ml of LB medium to remove kanamycin. Further 10,000 rpm, 3
After centrifugation for 1 minute to collect the cells, the cells were resuspended in 1.5 ml of LB medium to prepare a bacterial solution for infection. To infect tobacco, young leaves were collected, soaked in 0.5% sodium hypochlorite aqueous solution for 10 minutes, washed 3 times with sterilized water, and wiped with water on sterilized filter paper to make leaves for infection. . This leaf is aseptically cut with a scalpel so that one piece becomes 1 cm 2, and the leaf back is placed on the above-mentioned Agrobacterium bacterial solution, and it is gently shaken for 2 minutes, and then sterilized. The leaves were placed on filter paper to remove excess Agrobacterium. MS-B5 medium in a petri dish (benzyl adenine 1.0 ppm, naphthalene acetic acid 0.1 ppm, and agar.
8% included) (Murashige, T. and Skoog, F. Plant Ph
ysiol., 15: 473, (1962)), Whatman No. 1 filter paper (φ 7.0 cm) was placed, and leaves were placed on the filter paper with the back side facing up. The petri dish was sealed with parafilm and incubated at 25 ° C. for 2 days in a cycle of 16 hours light and 8 hours dark. Then, the cells were transferred to MS-B5 medium containing 250 ppm of Claforan and similarly cultured for 10 days to remove Agrobacterium. Furthermore, it was placed on an MS-B5 medium containing 250 ppm of Claforan and 100 ppm of kanamycin, and similarly cultured for 7 days. During this time, callus was formed around the leaf pieces, and shoot primordia were formed.
After culturing for another 10 days, the expanded shoots were
MS-HF medium containing 250 ppm and kanamycin 100 ppm (MS-HF containing no benzyladenine and naphthaleneacetic acid)
It was placed in B5 medium). After culturing for 10 days, the rooted shoots were used as kanamycin-resistant transformants and transplanted to MS-HF medium containing 250 ppm of Claforan in the plant box.

【0043】〔実施例5〕形質転換タバコのゲノムサザ
ン及びノーザン分析 目的遺伝子の導入を確認するため、カナマイシン耐性の
タバコからDNAを抽出し、サザン及びノーザン分析を
行った。ゲノムDNAの抽出法はCTAB法で成書(Ro
gers, S. O. & Bendich, A. J.; Plant Molecular Biol
ogy Manual A6;1(1988))に従って行なった。即ち、2
gのタバコの葉を液体窒素内で粉砕し、CTAB抽出緩
衝液でゲノムDNAを得た。10μgのDNAを制限酵
素EcoRIとXbaIで切断後0.7%アガロースゲルで電気泳動
し、その後ナイロン膜(Hybond N+; Amersham)に0.4 N
NaOHで転写した。この膜にpTRA3Xdes9からtransit付き
の不飽和化酵素遺伝子をプローブとして、、65℃で1
6時間ハイブリダイゼーションすることにより目的遺伝
子がタバコゲノムに組み込まれていることを確認した。
Example 5 Genomic Southern and Northern Analysis of Transformed Tobacco To confirm the introduction of the target gene, DNA was extracted from kanamycin-resistant tobacco and subjected to Southern and Northern analysis. The method for extracting genomic DNA is the CTAB method.
gers, SO & Bendich, AJ; Plant Molecular Biol
ogy Manual A6; 1 (1988)). That is, 2
g tobacco leaf was ground in liquid nitrogen and genomic DNA was obtained in CTAB extraction buffer. 10 μg of DNA was digested with restriction enzymes EcoRI and XbaI and electrophoresed on 0.7% agarose gel, and then 0.4 N was applied to a nylon membrane (Hybond N +; Amersham).
Transferred with NaOH. Using the desaturase gene with transit from pTRA3Xdes9 as a probe, this membrane was
By hybridizing for 6 hours, it was confirmed that the target gene was integrated in the tobacco genome.

【0044】また、導入遺伝子の発現を調べるために、
タバコの葉約2gからRNAの分析を行なった。方法は
グアニジウムチオシアン酸による抽出を行ない(Nagy,
F.ら: Plant Molecular Biology Manual B4; 1 (198
8))、poly(A)+RNAをホルムアルデヒド入りのアガロー
スゲルで電気泳動後、ナイロン膜(Hybond N; Amersha
m)に転写し、サザン法と同様のハイブリダイゼーショ
ンにより分析した。様々の量のRNAを発現している個
体があったが、その中から発現量の多い個体について脂
質分析を行なった。
In addition, in order to examine the expression of the transgene,
RNA analysis was performed from about 2 g of tobacco leaves. The method involves extraction with guanidinium thiocyanate (Nagy,
F. et al: Plant Molecular Biology Manual B4; 1 (198
8)), poly (A) + RNA was electrophoresed on an agarose gel containing formaldehyde, and then nylon membrane (Hybond N; Amersha
m) and analyzed by hybridization similar to the Southern method. Although there were individuals expressing various amounts of RNA, lipid analysis was performed on those individuals with high expression levels.

【0045】〔実施例6〕形質転換タバコの脂質の脂肪
酸分析 実施例5でRNAの高発現が確認されたタバコ形質転換
体、及び対照としてpBI121で形質転換したタバコの葉か
ら、以下の方法によりホスファチジルグリセロール(P
G)、スルフォキノボシルジアシルグリセロール(SQ
DG)等の脂質を調整し、その脂肪酸組成を分析した。
なお、一部の個体からは根の脂質も分析した。
Example 6 Fatty Acid Analysis of Lipids in Transformed Tobacco From tobacco transformants confirmed to have high RNA expression in Example 5 and tobacco leaves transformed with pBI121 as a control, the following method was used. Phosphatidylglycerol (P
G), sulfoquinovosyl diacyl glycerol (SQ
A lipid such as DG) was prepared and its fatty acid composition was analyzed.
Root lipids were also analyzed from some individuals.

【0046】(1)全脂質の抽出 脂質の抽出はBligh-Dyer法(Can J. Biochem. Physio
l., 37: 911, 1959)で行なった。湿重量2gの葉(一
部の根を試料とするときは1g)をメスで細断し、これ
に20 mlのクロロホルム:メタノール(1:2、体積
比)を加え、ホモジナイザーで葉を破砕後、 15分間静
置した。これにクロロホルム 12ml及び蒸留水12ml を加
え激しく混合した後、3000rpm 、4℃、30分間の遠心で
水層と有機層の2層に分け、有機層(下層)を回収し
た。これに適当量のエタノールを加えて、ロータリーエ
バポレーターを用い、30℃減圧下で溶媒を除いた。これ
を2 mlのクロロホルム:メタノール(1:4、体積
比)に溶かし、全脂質抽出物とした。この一部を5%メ
タノール性塩酸を用いて後述の方法により処理すること
で、メチル化脂肪酸を得た。
(1) Extraction of total lipids Lipids were extracted by Bligh-Dyer method (Can J. Biochem. Physio
l., 37: 911, 1959). Wet 2 g of leaves (1 g when using some roots as a sample) was shredded with a scalpel, added 20 ml of chloroform: methanol (1: 2, volume ratio), and crushed the leaves with a homogenizer. , Let stand for 15 minutes. Chloroform (12 ml) and distilled water (12 ml) were added thereto and mixed vigorously, and then centrifuged at 3000 rpm at 4 ° C. for 30 minutes to separate into an aqueous layer and an organic layer, and an organic layer (lower layer) was recovered. To this was added an appropriate amount of ethanol, and the solvent was removed under reduced pressure at 30 ° C. using a rotary evaporator. This was dissolved in 2 ml of chloroform: methanol (1: 4, volume ratio) to give a total lipid extract. A part of this was treated with 5% methanolic hydrochloric acid by the method described below to obtain a methylated fatty acid.

【0047】(2)脂質の分画 DEAE-Toyopearl 650C(東ソー)の懸濁液2.5mlを1 M酢
酸ナトリウム水溶液 (pH7.0)25 mlと混ぜ酢酸型とし
た。これを、蒸留水、メタノールで順次洗浄し、最後に
メタノールに懸濁して、内径2 cmのカラムに高さ1.5cm
まで詰め、更に50mlのクロロホルム:メタノール(1:
4、体積比)で洗浄した。次に、全脂質抽出物をカラム
にかけ、50 mlのクロロホルム:メタノール(1:4、
体積比)でモノガラクトシルジアシルグリセロール(M
GDG)、ジガラクトシルジアシルグリセロール(DG
DG)、ホスファチジルエタノールアミン(PE)、ホ
スファチジルコリン(PC)を溶出して、中性脂質(M
GDG、DGDG、PE、PC)画分とした。次に5ml
の酢酸でホスファチジルセリン(PS)を溶出して除
き、20mlのクロロホルム:メタノール(1:4、体積
比)で酢酸を洗浄した後、50 mlのクロロホルム:メタ
ノール:10 M酢酸アンモニウム水溶液(20:80:0.2、体
積比)でPG、SQDG、ホスファチジルイノシトール
(PI)を含む画分を得た。この画分に 15mlのエタノ
ールを加え、減圧下で溶媒を除いた。これを0.2mlのク
ロロホルム:メタノール(2:1、体積比)に溶かし、
酸性脂質(PG、SQDG、PI)画分とした。
(2) Fractionation of lipids 2.5 ml of a suspension of DEAE-Toyopearl 650C (Tosoh) was mixed with 25 ml of a 1 M sodium acetate aqueous solution (pH 7.0) to give an acetic acid form. This is washed successively with distilled water and methanol, and finally suspended in methanol to a column with an inner diameter of 2 cm and a height of 1.5 cm.
And then add 50 ml of chloroform: methanol (1:
(4, volume ratio). Then the total lipid extract was applied to the column and 50 ml of chloroform: methanol (1: 4,
Volume ratio of monogalactosyldiacylglycerol (M
GDG), digalactosyldiacylglycerol (DG
DG), phosphatidylethanolamine (PE) and phosphatidylcholine (PC) are eluted to give a neutral lipid (M
GDG, DGDG, PE, PC) fraction. Then 5 ml
The phosphatidylserine (PS) was eluted with acetic acid of 10%, and the acetic acid was washed with 20 ml of chloroform: methanol (1: 4, volume ratio), and then 50 ml of chloroform: methanol: 10 M ammonium acetate aqueous solution (20:80). : 0.2, volume ratio) to obtain a fraction containing PG, SQDG and phosphatidylinositol (PI). 15 ml of ethanol was added to this fraction, and the solvent was removed under reduced pressure. Dissolve this in 0.2 ml of chloroform: methanol (2: 1, volume ratio),
The acidic lipid (PG, SQDG, PI) fraction was used.

【0048】MGDG、DGDG、PE、PC画分は、
ケイ酸カラムクロマトグラフィー(イアトロビーズ、ヤ
トロン社)により、さらに分画した。即ち、クロロホル
ム1mlに溶かした試料をクロロホルムで平衡化したカラ
ムにかけ、クロロホルム:アセトン(4:1)、アセト
ン、メタノールで順に溶出すると、糖脂質(MGDG、
DGDG)はアセトンで、リン脂質(PC、PE)はメ
タノールで溶出された。
The MGDG, DGDG, PE and PC fractions are
Further fractionation was performed by silicic acid column chromatography (Iatrobeads, Yatron). That is, a sample dissolved in 1 ml of chloroform was applied to a column equilibrated with chloroform, and eluted with chloroform: acetone (4: 1), acetone, and methanol in that order to obtain glycolipids (MGDG,
DGDG) was eluted with acetone and phospholipids (PC, PE) were eluted with methanol.

【0049】(3)薄層クロマトグラフィー(TLC)に
よるPGの単離精製と脂肪酸分析 (2)で得た画分をシリカゲルーTLCプレート#5721(Me
rck)で分離した。展開溶媒としては、酸性脂質の場合
はクロロホルム:アセトン:メタノール:酢酸:水(5
0:20:10:15:5、体積比)を、中性脂質の場合はクロロホ
ルム:メタノール:水(70:21:3、体積比)を用いた。TLC
で分離後、プリムリン(80%アセトン溶液)を噴霧し
て紫外線光下で蛍光発色させ、標準となる脂質と移動度
を比較することにより各クラスの脂質の画分を推定し、
発色した脂質をシリカゲルごと削り取りネジ栓付試験管
に入れた。この脂肪酸組成を推定する場合には、この試
験管に3 mlのメタノール性5%塩酸を加え、完全密封
下85℃で2時間半反応させ、脂肪酸メチル化した。一
方、snー1、2ごとの脂肪酸組成を決めるために、削
り取ったシリカゲルから5mlのクロロホルム:メタノ
ール(2:1)混液で脂質を回収し、乾固した後、1 ml
の50 mM TrisCl (pH 7.2)及び0.05 % Triton X-100 を
加え、激しく攪拌して脂質を分散させて、クモノスカビ
(Rhizopus delemar)由来のリパーゼ(2500U;ベ
ーリンガー社)を加え37℃で30分間保温することに
より選択的にsnー1位の脂肪酸を分解させた。この反
応産物を濃縮後、TLC(クロロホルム:アセトン:メ
タノール:酢酸:水=10:4:2:3:1)により未
反応の脂質、リゾ体、及び脂肪酸に分離した。これらも
ゲルから回収し前述のようにメタノール性塩酸でメチル
化脂肪酸を得た。生じた脂肪酸メチルエステルを3 ml
のヘキサンで4回抽出し、減圧下で溶媒を除去して濃縮
した。脂肪酸メチルの分析には、ガスクロマトグラフィ
ーを用いた。脂肪酸の同定は標準脂肪酸メチルとの保持
時間を比較して行なった。定量にはクロマトパックC-R7
A plus(島津製作所)を用いた。全脂質の結果を表2、
PGについて表3、その他の代表的な脂質ごとの分析結果
を表4に示す。表は、対照植物体については2個体、形
質転換体については独立した2又は3個体の分析値の平
均値を示している。
(3) Isolation and Purification of PG by Thin Layer Chromatography (TLC) and Analysis of Fatty Acids The fraction obtained in (2) was purified by silica gel-TLC plate # 5721 (Me).
rck) separated. As the developing solvent, in the case of acidic lipid, chloroform: acetone: methanol: acetic acid: water (5
0: 20: 10: 15: 5, volume ratio) and chloroform: methanol: water (70: 21: 3, volume ratio) for neutral lipids. TLC
After separation with, primulin (80% acetone solution) was sprayed, and fluorescence was developed under ultraviolet light, and the lipid fraction of each class was estimated by comparing the mobility with the standard lipid,
The colored lipid was scraped off together with the silica gel and placed in a test tube with a screw cap. To estimate this fatty acid composition, 3 ml of methanolic 5% hydrochloric acid was added to this test tube, and the reaction was carried out at 85 ° C. for 2 hours and a half under complete sealing to perform fatty acid methylation. On the other hand, in order to determine the fatty acid composition for each sn-1 and sn-2, the lipid was recovered from the scraped silica gel with 5 ml of a mixture of chloroform: methanol (2: 1), dried, and then dried to 1 ml.
50 mM TrisCl (pH 7.2) and 0.05% Triton X-100 are added, the mixture is vigorously stirred to disperse the lipid, and lipase (2,500 U; Boehringer) derived from Rhizopus delemar is added and kept at 37 ° C for 30 minutes. By doing so, the fatty acid at the sn-1 position was selectively decomposed. After the reaction product was concentrated, it was separated into unreacted lipid, lyso form, and fatty acid by TLC (chloroform: acetone: methanol: acetic acid: water = 10: 4: 2: 3: 1). These were also recovered from the gel and methylated fatty acids were obtained with methanolic hydrochloric acid as described above. 3 ml of the resulting fatty acid methyl ester
It was extracted 4 times with hexane, the solvent was removed under reduced pressure, and the mixture was concentrated. Gas chromatography was used for the analysis of fatty acid methyl. The fatty acid was identified by comparing the retention time with standard fatty acid methyl. Chromatopack C-R7 for quantification
A plus (Shimadzu) was used. The results of total lipids are shown in Table 2,
Table 3 shows the PG, and Table 4 shows the analysis results of other representative lipids. The table shows the average of the analytical values of 2 individuals for the control plant and 2 or 3 independent individuals for the transformant.

【0050】[0050]

【表2】 [Table 2]

【0051】[0051]

【表3】 [Table 3]

【0052】[0052]

【表4】 [Table 4]

【0053】PGに結合した脂肪酸分析の結果から、An
acystis nidulans由来の脂肪酸不飽和化酵素を発現して
いる形質転換タバコでは16:0(パルミチン酸)が大
幅に減り、そのかわりに16:1cisが増えている
事、また、少量在った18:0もほとんど無くなり、逆
に18:1が増えているいることが判明した。その結
果、飽和脂肪酸(16:0+16:1trans+1
8:0(ステアリン酸))含量は、対照のタバコでは7
0%であるのに対し、不飽和化酵素の遺伝子を形質転換
したタバコでは55%と著しく低くなっている。PGの
snー1、2位別の分析結果から、snー2は98%以
上飽和脂肪酸(16:0又は16:1trans)で占
められており、新たに遺伝子導入により生成した16:
1はすべてsnー1にあることが判明した。従って、こ
の不飽和化酵素遺伝子を形質転換したタバコのPGのs
nー1位の飽和脂肪酸は極めて少なくなっていることが
明らかである。従って、snー1、2両位共に、飽和脂
肪酸から成る、所謂、飽和分子種の量も大幅に減少し、
脂質の分子種の組成上著しく低温に耐性な型に変化した
事がわかる。
From the results of analysis of fatty acids bound to PG,
In transformed tobacco expressing a fatty acid desaturase derived from acystis nidulans, 16: 0 (palmitic acid) was significantly reduced, and 16: 1 cis was increased instead, and a small amount was present 18: It became clear that 0 almost disappeared and conversely 18: 1 increased. As a result, saturated fatty acids (16: 0 + 16: 1trans + 1
8: 0 (stearic acid) content is 7 for control tobacco
While it is 0%, it is 55% in tobacco transformed with the gene of the desaturase, which is remarkably low. From the analysis results of PG sn-1 and 2-position, sn-2 is occupied by saturated fatty acids (16: 0 or 16: 1 trans) in an amount of 98% or more, and is newly generated by gene transfer 16:
It was found that all 1s were in sn-1. Therefore, s of tobacco PG transformed with this desaturase gene
It is clear that the saturated fatty acid at the n-1 position is extremely low. Therefore, the amount of so-called saturated molecular species consisting of saturated fatty acids at both the sn-1 and 2-positions is greatly reduced,
It can be seen that the composition of the lipid molecular species changed to a form that was extremely resistant to low temperatures.

【0054】一方、その他の脂質のMGDG、DGD
G、SQDG、PC、PE、PIでも、16:0の減少
と、それに呼応した16:1の10%前後の増加が明ら
かであり、また、18:0の不飽和化も進んでいた。こ
のうち、MGDGとDGDGについては16:1の生成
は主としてsn−1位にあったが、sn−2位からも少
量検出された。MGDG、DGDG、SQDG及びPG
は主に葉緑体に存在する脂質であり、ラン藻であるAnac
ystis nidulansの不飽和化酵素を高等植物の葉緑体で発
現させることにより驚くほど不飽和化が進展したことが
わかる。それにも増して、これらの4種の脂質はAnacys
tis nidulansの膜にも存在する物であり、不飽和化の基
質になる可能性は高かったが、それ以外のPC、PE及
びPIはAnacystis nidulansの膜には存在しない脂質で
あり、しかも高等植物では主に葉緑体外に存在する脂質
であることから、それらにおいてもパルミチン酸、及び
ステアリン酸が不飽和化されたのは驚くべきことであ
る。
On the other hand, MGDG and DGD of other lipids
Also in G, SQDG, PC, PE and PI, a decrease of 16: 0 and a corresponding increase of around 16% in 16: 1 were apparent, and desaturation at 18: 0 was also advanced. Among these, for MGDG and DGDG, 16: 1 production was mainly at the sn-1 position, but a small amount was also detected at the sn-2 position. MGDG, DGDG, SQDG and PG
Is a lipid mainly present in chloroplasts and is the cyanobacteria Anac
It is clear that the desaturation of ystis nidulans was surprisingly advanced by expressing it in the chloroplasts of higher plants. More than that, these four lipids are
It was also present in the membrane of tis nidulans and was likely to become a substrate for desaturation, but other PCs, PE and PI were lipids not present in the membrane of Anacystis nidulans, and higher plants. Since it is a lipid mainly existing outside the chloroplast, it is surprising that palmitic acid and stearic acid are also desaturated in them.

【0055】このように、形質転換タバコの脂質分析の
結果から、Anacystis nidulans由来の脂肪酸不飽和化酵
素が、高等植物であるタバコの形質転換体において、ほ
とんど総ての脂質の16:0と18:0を極めて効率良
く不飽和化できることを本実施例は証明した。また、根
の全脂質について、脂肪酸分析をした結果を表5に示
す。
As described above, the results of lipid analysis of the transformed tobacco revealed that the fatty acid desaturase derived from Anacystis nidulans was almost all of the lipids of 16: 0 and 18 in the transformants of tobacco, which is a higher plant. This example proves that 0 can be desaturated very efficiently. Table 5 shows the results of fatty acid analysis of total root lipids.

【0056】[0056]

【表5】 [Table 5]

【0057】この結果から、Anacystis nidulans由来の
脂肪酸不飽和化酵素は、驚くべきことに、葉のみならず
根においても16:0と18:0の不飽和化を触媒した
ことがわかる。このことは、本発明の脂肪酸不飽和化酵
素遺伝子が植物の低温耐性を変化させる可能性ばかりで
なく、不飽和脂肪酸含量を増やす可能性を有し、植物を
油の原料とする産業においても有用であることを示す。
From these results, it is clear that the fatty acid desaturase derived from Anacystis nidulans catalyzed the desaturation of 16: 0 and 18: 0 not only in the leaves but also in the roots. This not only has the possibility that the fatty acid desaturase gene of the present invention changes the low temperature tolerance of the plant, but also has the possibility of increasing the unsaturated fatty acid content, and is useful in the industry where plants are used as raw materials for oil. Is shown.

【0058】〔実施例7〕形質転換タバコの低温耐性試
験 上記のRNAの発現解析及び脂質分析で有望と思われた
個体については、自殖することにより次世代の種子を採
取した。その一部をカナマイシン 800 ppmを含む MS-HF
培地に蒔き、25℃、16時間明、8時間暗の日長で2
週間栽培後にカナマイシン耐性の実生を選抜した。この
実生をプラントボックスに移植して、更に4週間栽培し
た。また、コントロールとして、pBI121により形質転換
した個体についても、上記の操作を行った。次に、4℃
連続光のもとで11日間低温処理した後、25℃で2日
間栽培した。その結果、コントロール植物(pBI121によ
り形質転換した植物)では葉に対して大幅な萎縮症状及
びクロロシスが観察されたのに対し、形質転換植物では
ほとんど傷害は観察されなかった。従って、不飽和化酵
素遺伝子の導入により低温耐性が向上したと推定され
た。
[Example 7] Cold Tolerance Test of Transformed Tobacco The next-generation seeds were collected by self-fertilization from the individuals considered to be promising in the above RNA expression analysis and lipid analysis. MS-HF containing a part of 800 kanamycin
Spread on a medium and light for 2 days at 25 ℃, 16 hours light, 8 hours dark.
Kanamycin resistant seedlings were selected after weekly cultivation. This seedling was transplanted to a plant box and further cultivated for 4 weeks. Further, as a control, the above operation was carried out for an individual transformed with pBI121. Next, 4 ℃
After low temperature treatment for 11 days under continuous light, it was cultivated at 25 ° C. for 2 days. As a result, in the control plants (plants transformed with pBI121), large atrophy symptoms and chlorosis of leaves were observed, whereas in the transformed plants, almost no damage was observed. Therefore, it was estimated that the low temperature tolerance was improved by the introduction of the desaturase gene.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明のΔ9位不飽和化酵素をコードす
る遺伝子を植物に導入することにより、植物に低温耐性
を付与することおよび植物中の不飽和脂肪酸含量を増や
すことが可能となった。
INDUSTRIAL APPLICABILITY By introducing the gene encoding the Δ9-desaturase of the present invention into plants, it became possible to impart low temperature tolerance to the plants and increase the unsaturated fatty acid content in the plants. .

【0060】[0060]

【配列表】 SEQUENCE LISTING <110> KIRIN BEER KABUSHIKI KAISHA <120> A METHOD FOR CREATING A HIGHER PLANT CELL OR A HIGHER PLANT HAVING IMPROVED CHILLING-RESISTANCE <130> divisional application of P96-0198 <140> <141> <150> JP 05-352858 <151> 1993-12-28 <160> 12 <170> PatentIn Ver. 2.0 <210> 1 <211> 196 <212> DNA <213> Anabaena variabilis <400> 1 gctctggggt tgttgctgtt atatctaggc gggtggtctt ttgtggtctg gggagttttc 60 tttcgcatcg tttgggttta ccactgtact tggttggtaa acagcgctac ccataagttt 120 ggctaccgca cctatgatgc tggtgacaga tccactaact gttggtgggt agctgtccta 180 gtgtttggtg aaggtt 196 <210> 2 <211> 65 <212> PRT <213> Anabaena variabilis <400> 2 Ala Leu Gly Leu Leu Leu Leu Tyr Leu Gly Gly Trp Ser Phe Val Val 1 5 10 15 Trp Gly Val Phe Phe Arg Ile Val Trp Val Tyr His Cys Thr Trp Leu 20 25 30 Val Asn Ser Ala Thr His Lys Phe Gly Tyr Arg Thr Tyr Asp Ala Gly 35 40 45 Asp Arg Ser Thr Asn Cys Trp Trp Val Ala Val Leu Val Phe Gly Glu 50 55 60 Gly 65 <210> 3 <211> 837 <212> DNA <213> Anacystis nidulans <400> 3 atgacccttg ctatccgacc caagcttgcc ttcaactggc cgaccgccct gttcatggtc 60 gccattcaca ttggagcact gttagcgttc ctgccggcca actttaactg gcccgctgtg 120 ggcgtgatgg ttgcgctgta ttacattacc ggttgttttg gcatcaccct aggctggcac 180 cggctaattt cgcaccgtag ctttgaagtt cccaaatggc tggaatacgt gctggtgttc 240 tgtggcacct tggccatgca gcacggcccg atcgaatgga tcggtctgca ccgccaccat 300 cacctccact ctgaccaaga tgtcgatcac cacgactcca acaagggttt cctctggagt 360 cacttcctgt ggatgatcta cgaaattccg gcccgtacgg aagtagacaa gttcacgcgc 420 gatatcgctg gcgaccctgt ctatcgcttc tttaacaaat atttcttcgg tgtccaagtc 480 ctactggggg tacttttgta cgcctggggc gaggcttggg ttggcaatgg ctggtctttc 540 gtcgtttggg ggatcttcgc ccgcttggtg gtggtctacc acgtcacttg gctggtgaac 600 agtgctaccc acaagtttgg ctaccgctcc catgagtctg gcgaccagtc caccaactgc 660 tggtgggttg cccttctggc ctttggtgaa ggctggcaca acaaccacca cgcctaccag 720 tactcggcac gtcatggcct gcagtggtgg gaatttgact tgacttggtt gatcatctgc 780 ggcctgaaga aggtgggtct ggctcgcaag atcaaagtgg cgtctccaaa caactaa 837 <210> 4 <211> 278 <212> PRT <213> Anacystis nidulans <400> 4 Met Thr Leu Ala Ile Arg Pro Lys Leu Ala Phe Asn Trp Pro Thr Ala 1 5 10 15 Leu Phe Met Val Ala Ile His Ile Gly Ala Leu Leu Ala Phe Leu Pro 20 25 30 Ala Asn Phe Asn Trp Pro Ala Val Gly Val Met Val Ala Leu Tyr Tyr 35 40 45 Ile Thr Gly Cys Phe Gly Ile Thr Leu Gly Trp His Arg Leu Ile Ser 50 55 60 His Arg Ser Phe Glu Val Pro Lys Trp Leu Glu Tyr Val Leu Val Phe 65 70 75 80 Cys Gly Thr Leu Ala Met Gln His Gly Pro Ile Glu Trp Ile Gly Leu 85 90 95 His Arg His His His Leu His Ser Asp Gln Asp Val Asp His His Asp 100 105 110 Ser Asn Lys Gly Phe Leu Trp Ser His Phe Leu Trp Met Ile Tyr Glu 115 120 125 Ile Pro Ala Arg Thr Glu Val Asp Lys Phe Thr Arg Asp Ile Ala Gly 130 135 140 Asp Pro Val Tyr Arg Phe Phe Asn Lys Tyr Phe Phe Gly Val Gln Val 145 150 155 160 Leu Leu Gly Val Leu Leu Tyr Ala Trp Gly Glu Ala Trp Val Gly Asn 165 170 175 Gly Trp Ser Phe Val Val Trp Gly Ile Phe Ala Arg Leu Val Val Val 180 185 190 Tyr His Val Thr Trp Leu Val Asn Ser Ala Thr His Lys Phe Gly Tyr 195 200 205 Arg Ser His Glu Ser Gly Asp Gln Ser Thr Asn Cys Trp Trp Val Ala 210 215 220 Leu Leu Ala Phe Gly Glu Gly Trp His Asn Asn His His Ala Tyr Gln 225 230 235 240 Tyr Ser Ala Arg His Gly Leu Gln Trp Trp Glu Phe Asp Leu Thr Trp 245 250 255 Leu Ile Ile Cys Gly Leu Lys Lys Val Gly Leu Ala Arg Lys Ile Lys 260 265 270 Val Ala Ser Pro Asn Asn 275 <210> 5 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:synthetic DNA <400> 5 atgacaattg ctacttca 18 <210> 6 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:synthetic DNA <400> 6 gctctggggt tgttg 15 <210> 7 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:synthetic DNA <400> 7 caacaacccc agagc 15 <210> 8 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:synthetic DNA <400> 8 rtgrtgrttr ttrtgcca 18 <210> 9 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:synthetic DNA <400> 9 acgtcatggc ctgcagt 17 <210> 10 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:synthetic DNA <400> 10 cgcggatcct tagttgtttg gagacg 26 <210> 11 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:synthetic DNA <400> 11 catatgaccc ttgctatccg accca 25 <210> 12 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> Description of Artificial Sequence:synthetic DNA <400> 12 agcttgggtc ggatagcaag ggtcatatg 29[Sequence list]                                SEQUENCE LISTING    <110> KIRIN BEER KABUSHIKI KAISHA    <120> A METHOD FOR CREATING A HIGHER PLANT CELL OR A HIGHER       PLANT HAVING IMPROVED CHILLING-RESISTANCE    <130> divisional application of P96-0198    <140> <141>    <150> JP 05-352858 <151> 1993-12-28    <160> 12    <170> PatentIn Ver. 2.0    <210> 1 <211> 196 <212> DNA <213> Anabaena variabilis    <400> 1 gctctggggt tgttgctgtt atatctaggc gggtggtctt ttgtggtctg gggagttttc 60 tttcgcatcg tttgggttta ccactgtact tggttggtaa acagcgctac ccataagttt 120 ggctaccgca cctatgatgc tggtgacaga tccactaact gttggtgggt agctgtccta 180 gtgtttggtg aaggtt 196    <210> 2 <211> 65 <212> PRT <213> Anabaena variabilis    <400> 2 Ala Leu Gly Leu Leu Leu Leu Tyr Leu Gly Gly Trp Ser Phe Val Val   1 5 10 15    Trp Gly Val Phe Phe Arg Ile Val Trp Val Tyr His Cys Thr Trp Leu              20 25 30    Val Asn Ser Ala Thr His Lys Phe Gly Tyr Arg Thr Tyr Asp Ala Gly          35 40 45    Asp Arg Ser Thr Asn Cys Trp Trp Val Ala Val Leu Val Phe Gly Glu      50 55 60    Gly  65    <210> 3 <211> 837 <212> DNA <213> Anacystis nidulans    <400> 3 atgacccttg ctatccgacc caagcttgcc ttcaactggc cgaccgccct gttcatggtc 60 gccattcaca ttggagcact gttagcgttc ctgccggcca actttaactg gcccgctgtg 120 ggcgtgatgg ttgcgctgta ttacattacc ggttgttttg gcatcaccct aggctggcac 180 cggctaattt cgcaccgtag ctttgaagtt cccaaatggc tggaatacgt gctggtgttc 240 tgtggcacct tggccatgca gcacggcccg atcgaatgga tcggtctgca ccgccaccat 300 cacctccact ctgaccaaga tgtcgatcac cacgactcca acaagggttt cctctggagt 360 cacttcctgt ggatgatcta cgaaattccg gcccgtacgg aagtagacaa gttcacgcgc 420 gatatcgctg gcgaccctgt ctatcgcttc tttaacaaat atttcttcgg tgtccaagtc 480 ctactggggg tacttttgta cgcctggggc gaggcttggg ttggcaatgg ctggtctttc 540 gtcgtttggg ggatcttcgc ccgcttggtg gtggtctacc acgtcacttg gctggtgaac 600 agtgctaccc acaagtttgg ctaccgctcc catgagtctg gcgaccagtc caccaactgc 660 tggtgggttg cccttctggc ctttggtgaa ggctggcaca acaaccacca cgcctaccag 720 tactcggcac gtcatggcct gcagtggtgg gaatttgact tgacttggtt gatcatctgc 780 ggcctgaaga aggtgggtct ggctcgcaag atcaaagtgg cgtctccaaa caactaa 837    <210> 4 <211> 278 <212> PRT <213> Anacystis nidulans    <400> 4 Met Thr Leu Ala Ile Arg Pro Lys Leu Ala Phe Asn Trp Pro Thr Ala   1 5 10 15   Leu Phe Met Val Ala Ile His Ile Gly Ala Leu Leu Ala Phe Leu Pro              20 25 30    Ala Asn Phe Asn Trp Pro Ala Val Gly Val Met Val Ala Leu Tyr Tyr          35 40 45    Ile Thr Gly Cys Phe Gly Ile Thr Leu Gly Trp His Arg Leu Ile Ser      50 55 60    His Arg Ser Phe Glu Val Pro Lys Trp Leu Glu Tyr Val Leu Val Phe  65 70 75 80    Cys Gly Thr Leu Ala Met Gln His Gly Pro Ile Glu Trp Ile Gly Leu                  85 90 95    His Arg His His His Leu His Ser Asp Gln Asp Val Asp His His Asp             100 105 110    Ser Asn Lys Gly Phe Leu Trp Ser His Phe Leu Trp Met Ile Tyr Glu         115 120 125    Ile Pro Ala Arg Thr Glu Val Asp Lys Phe Thr Arg Asp Ile Ala Gly     130 135 140    Asp Pro Val Tyr Arg Phe Phe Asn Lys Tyr Phe Phe Gly Val Gln Val 145 150 155 160    Leu Leu Gly Val Leu Leu Tyr Ala Trp Gly Glu Ala Trp Val Gly Asn                 165 170 175    Gly Trp Ser Phe Val Val Trp Gly Ile Phe Ala Arg Leu Val Val Val             180 185 190    Tyr His Val Thr Trp Leu Val Asn Ser Ala Thr His Lys Phe Gly Tyr         195 200 205    Arg Ser His Glu Ser Gly Asp Gln Ser Thr Asn Cys Trp Trp Val Ala     210 215 220    Leu Leu Ala Phe Gly Glu Gly Trp His Asn Asn His His Ala Tyr Gln 225 230 235 240    Tyr Ser Ala Arg His Gly Leu Gln Trp Trp Glu Phe Asp Leu Thr Trp                 245 250 255    Leu Ile Ile Cys Gly Leu Lys Lys Val Gly Leu Ala Arg Lys Ile Lys             260 265 270    Val Ala Ser Pro Asn Asn         275    <210> 5 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence    <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic DNA    <400> 5 atgacaattg ctacttca 18    <210> 6 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence    <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic DNA    <400> 6 gctctggggt tgttg 15    <210> 7 <211> 15 <212> DNA <213> Artificial Sequence    <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic DNA    <400> 7 caacaacccc agagc 15    <210> 8 <211> 18 <212> DNA <213> Artificial Sequence    <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic DNA    <400> 8 rtgrtgrttr ttrtgcca 18    <210> 9 <211> 17 <212> DNA <213> Artificial Sequence    <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic DNA    <400> 9 acgtcatggc ctgcagt 17    <210> 10 <211> 26 <212> DNA <213> Artificial Sequence    <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic DNA    <400> 10 cgcggatcct tagttgtttg gagacg 26    <210> 11 <211> 25 <212> DNA <213> Artificial Sequence    <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic DNA    <400> 11 catatgaccc ttgctatccg accca 25    <210> 12 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence    <220> <223> Description of Artificial Sequence: synthetic DNA    <400> 12 agcttgggtc ggatagcaag ggtcatatg 29

【0061】[0061]

【配列表フリーテキスト】配列番号5〜12は、合成DN
Aのヌクレオチド配列を示す。
[Sequence list free text] SEQ ID Nos. 5 to 12 are synthetic DNs
The nucleotide sequence of A is shown.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】図1は、des 9 var 断片がコードするアミノ酸
配列とマウスのステアロイル−CoA不飽和化酵素(M
SCD2)のアミノ酸配列の比較を示す。図中で両者が
同一のアミノ酸の場合は:、性質が類似したアミノ酸の
場合は・を付け比較した。Xは、その間での相同性が高
い範囲を示す。
FIG. 1 is an amino acid sequence encoded by the des 9 var fragment and mouse stearoyl-CoA desaturase (M
The comparison of the amino acid sequences of SCD2) is shown. In the figure, when both are the same amino acid, and when they are amino acids having similar properties, * is compared. X shows the range with high homology between them.

【図2】図2は、des 9 var 断片をプローブとして、An
acystis nidulansのゲノムDNAをサザン分析したオー
トラジオグラムを示す電気泳動写真である。
[Fig. 2] Fig. 2 shows that the des 9 var fragment was used as a probe.
1 is an electrophoretic photograph showing an autoradiogram obtained by Southern analysis of genomic DNA of acystis nidulans.

【図3】図3は、λ5、λ15およびp15Xのインサート
DNA断片の相互関係を示す。太い矢印はタンパク質を
コードしている部分と方向を、細い矢印はシーケンスを
決定した部位とその方向を示す。
FIG. 3 shows the interrelationship of λ5, λ15 and p15X insert DNA fragments. Thick arrows indicate the part encoding the protein and the direction, and thin arrows indicate the site and the direction in which the sequence was determined.

【図4】図4は、des 9 nidとマウスのステアロイル−
CoA不飽和化酵素(MSCD2)のアミノ酸配列の比
較を示す。アミノ酸配列の比較は図1と同様にして行っ
た。
FIG. 4 shows des 9 nid and mouse stearoyl-
The comparison of the amino acid sequences of CoA desaturase (MSCD2) is shown. The amino acid sequences were compared in the same manner as in FIG.

【図5】図5は、植物体レベルでの形質転換タバコに対
する低温処理の影響を示す生物の形態の写真である。左
は不飽和化酵素遺伝子を導入したタバコを低温処理した
結果を、右は対照としてpBI121を導入したタバコを低温
処理した結果を示す。
FIG. 5 is a photograph of the morphology of organisms showing the effect of cold treatment on transgenic tobacco at the plant level. The left shows the result of low temperature treatment of the tobacco into which the desaturase gene was introduced, and the right shows the result of low temperature treatment of the tobacco with pBI121 introduced as a control.

フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI C12R 1:91) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) A01H 1/00 A01H 5/00 BIOSIS(DIALOG) JICSTファイル(JOIS)Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 identification code FI C12R 1:91) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) A01H 1/00 A01H 5/00 BIOSIS (DIALOG) JISST file (JOIS)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 脂質に結合した脂肪酸のΔ9位を不飽和
化するAnacystis属由来のΔ9不飽和化酵素をコードす
る遺伝子を導入することを特徴とする、高等植物細胞の
作出方法。
1. A method for producing a higher plant cell, which comprises introducing a gene encoding a Δ9 desaturase derived from Anacystis that desaturates a Δ9 position of a fatty acid bound to a lipid.
【請求項2】 脂質に結合した脂肪酸のΔ9位を不飽和
化するAnacystis属由来のΔ9不飽和化酵素をコードす
る遺伝子を導入することを特徴とする、高等植物の作出
方法。
2. A method for producing a higher plant, which comprises introducing a gene encoding a Δ9 desaturase derived from Anacystis that desaturates a Δ9 position of a fatty acid bound to a lipid.
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